《通信原理》课件

通信原理通信原理是信息论和通信系统工程领域的基础学科它涵盖了信号的产生、传输、接收和处理等方面的理论和技术绪论信息传递的桥梁无形的连接高速传输通信是连接世界的重要纽带，将信息传递无线网络的普及改变了生活，为信息传递光纤网络是高速传输的基石，为信息时代到远方提供了更便捷的途径提供了强大的支持数字信号的基本概念数字信号的定义数字信号的特点数字信号是由一系列离散的数字信号具有抗噪声能力强数值表示的信号这些数值、易于处理、传输距离远等通常表示为二进制数字，例特点如或01信号的数字化采样1将连续时间信号转换为离散时间信号量化2将离散时间信号转换为有限个离散值的信号编码3将量化后的信号转换为数字信号信号数字化是将模拟信号转换为数字信号的过程它包括三个主要步骤采样、量化和编码采样将连续时间信号转换为离散时间信号，量化将离散时间信号转换为有限个离散值的信号，编码将量化后的信号转换为数字信号常见的数字调制方式振幅键控ASK频率键控FSK相位键控PSK正交幅度调制QAM通过改变载波信号的振幅来表通过改变载波信号的频率来表通过改变载波信号的相位来表结合了ASK和PSK的优点，通示不同的数字信号示不同的数字信号示不同的数字信号过同时改变载波信号的振幅和相位来表示不同的数字信号调制ASK幅移键控是一种数字调制技术，通过改变载波信号的幅ASK度来表示数字信息在调制中，每个数字位对应一个特定的幅度等级，接收机ASK根据接收到的信号幅度来判断所传输的数字位调制简单易实现，但抗噪声性能较差，容易受到噪声干扰ASK的影响调制FSK是一种数字调制技术，它通过改变载波频率来表示数字信息FSK调制在通信系统中被广泛应用，例如无线电通信、数据传输和调制解调FSK器调制PSK调制是一种利用载波相位变化来表示数字信号的调制方式PSK调制根据载波相位的变化来表示不同的数据位，从而将数字信号转换为PSK模拟信号进行传输调制是一种常用的数字调制方式，在各种通信系统中都有广泛的应用，PSK例如无线通信、卫星通信和光通信调制QAM（正交振幅调制）是一种将数据映射到复数载波信号的调QAM制方式它结合了和的优点，能够在更高的频谱效率ASK PSK下传输数据调制在现代通信系统中广泛应用，例如无线QAM局域网和数字电视调制可以通过改变载波信号的幅度和相位来表示不同的数QAM据它可以采用不同的星座图来实现不同数量的比特映射信道编码抗干扰能力编码方式信道编码通过添加冗余信息，提常见的信道编码方式包括线性高数据传输的可靠性，减少传输分组码、卷积码、Turbo码等，过程中的错误每种编码方式都有其优缺点解码过程应用场景接收端需要使用相应的解码算法信道编码广泛应用于各种通信系，将编码后的数据还原成原始信统，例如卫星通信、移动通信息，同时纠正传输过程中的错误、无线网络等差错检测和纠正码错误检测错误纠正12检测接收到的数据是否有错误纠正接收到的数据中的错误，，确保信息完整性确保信息准确性码距编码技术34两个码字之间不同位数的最小海明码、循环码等，应用于多数量，决定编码的纠错能力种通信系统中信道编码的性能分析信道编码的性能分析是评估编码方案有效性的关键步骤，通过分析编码的性能，可以确定最佳编码方案，以提高通信系统的可靠性和效率信道编码的性能通常用以下指标来衡量编码增益、误码率、信噪比和吞吐量等310^-6dB BER编码增益是指在相同信噪比条件下，采用误码率Bit ErrorRate指的是接收端接编码方案后，误码率降低的程度收到的错误比特数与发送比特数的比率10100SNR Mbps信噪比指的吞吐量指的是单位时间内Signal-to-Noise RatioThroughput是信号功率与噪声功率之比有效传输的数据量信源编码数据压缩编码方案编码类型信源编码的核心是数据压缩，通过去除冗常用的编码方案包括霍夫曼编码、算术编信源编码可分为无损压缩和有损压缩，根余信息来减少数据量码等，以提高数据传输效率据应用场景选择合适的编码类型熵和信息量熵信息量随机变量的不确定性事件发生时携带的信息量事件发生概率的函数事件发生概率的负对数越大，不确定性越大越小，事件发生概率越大源编码的性能分析源编码的性能主要取决于压缩比和失真率压缩比是指压缩后的数据大小与原始数据大小之比失真率是指压缩后的数据与原始数据之间的差异程度信道模型理想信道1理想信道假设无噪声、无衰减、无失真在理想信道中，信号可以完美地传输，不会受到任何干扰加性白噪声信道2加性白噪声信道假设噪声是加性白噪声，即噪声叠加在信号上白噪声是指功率谱密度在所有频率上都相同的噪声衰落信道3衰落信道是指信号在传输过程中受到多径传播的影响，导致信号强度发生起伏多径传播是指信号在传输过程中经过多个路径到达接收端，导致信号相位发生变化噪声的种类和特性热噪声散粒噪声由电子元件的热运动产生的随机噪声热噪声的功率与温度成正比，与频率由电子流中的电子随机到达造成的噪声散粒噪声的功率与电流的平方成正无关在低频段，热噪声的影响比较明显比，与频率无关在高频段，散粒噪声的影响比较明显信道的带宽概念频带宽度信号传输信道带宽指信道允许通过的频率信道带宽是影响信号传输质量的范围带宽越宽，可传输的信号关键因素之一带宽不足会导致频率越高，数据传输速率越高信号失真，影响数据传输的可靠性带宽分配信道带宽是有限的资源，需要合理分配给不同的通信系统，以保证高效利用带宽信号失真和失真补偿信号失真失真补偿12信号在传输过程中，由于信道为了消除或减小失真，需要采的影响，信号的波形会发生改用一些技术进行补偿变，产生失真补偿方法目的34常见的补偿方法包括等化技使接收到的信号尽可能地恢复术、均衡技术等原信号的波形信噪比和功率谱密度信噪比是信号功率与噪声功率的比值，用来衡量信号的强弱SNR功率谱密度是信号功率在不同频率上的分布情况，反映了信号的频率特性PSD1030dB信噪比噪声功率信噪比越高，信号越强，传输质量越好噪声功率越低，信噪比越高10kHz100M带宽数据速率带宽越宽，信号的频率范围越广，包含的数据速率越高，传输效率越高信息量更多接收机的基本结构天线放大器接收无线电信号，并将其转换为电信增强信号强度，提高信噪比号滤波器解调器去除干扰信号，确保接收信号的清晰将数字信号转换为模拟信号，以便进度行解码同步技术时钟同步载波同步帧同步接收机需要与发送机时钟同步才能正确解接收机必须与发送机载波频率和相位同步接收机需要确定数据帧的起始位置才能正调信号才能解调信号确解调信号等化技术什么是等化技术？等化技术的作用等化技术旨在补偿信道传输过程中的信提高数据传输的可靠性，减少传输错误号失真，恢复原始信号通过调整信号的频率特性，使其更接近改善信号质量，提升用户体验理想传输状态，实现更高质量的数据传提高系统频谱利用率，提升通信效率输技术OFDM

11.多载波调制技术

22.正交频分复用将宽带信号分成多个窄带子载子载波之间相互正交，避免了波，每个子载波独立传输数据信号之间的干扰

33.频率选择性衰落

44.高频谱效率能够有效抵抗频率选技术可以有效提高频OFDM OFDM择性衰落，提高传输可靠性谱利用率，降低传输成本移动通信系统概述移动通信系统是现代社会的重要组成部分，它使人们能够在移动中进行语音、数据和视频等各种通信移动通信技术经历了从模拟到数字的演进，并不断朝着高速率、大容量和低功耗的方向发展蜂窝系统的基本原理频率复用小区切换蜂窝系统将地理区域划分成多个六边形蜂窝状小区，每个小移动用户在不同小区之间移动时，系统会自动切换到信号更区使用不同的频率，避免信号干扰强的基站，保证通话质量功率控制信道分配基站根据用户距离和信号强度调整发射功率，降低干扰，提根据用户的移动速度和业务需求，系统会分配不同的信道，高系统效率保证不同用户之间的通信质量移动通信技术2G/3G/4G/5G2G3G4G5G网络主要提供语音服务和简网络在基础上大幅提升网络进一步提升了数据传输网络具有极高的数据传输速2G3G2G4G5G单的移动数据服务，如短信了数据传输速度，支持高速网速率，为移动互联网应用提供率，低延迟，并支持海量设备络浏览和视频通话了更高速的连接连接，为物联网和智慧城市发展提供了技术基础卫星通信系统轨道类型地面站特点地球同步轨道、地球静止轨道、极地轨道卫星通信需要地面站，用于接收和发送信不受地形限制，覆盖范围广，传输距离远等多种类型号光通信技术光纤传输光纤传输具有带宽大、损耗低、抗干扰能力强等优点，广泛应用于现代通信网络光器件光通信系统中使用各种光器件，例如激光器、光探测器、光放大器等，实现光信号的产生、传输和检测应用领域光通信技术在数据中心、互联网、移动通信、广播电视等领域发挥着重要作用结论与展望通信原理是一门基础学科，在现代信息社会中具有广泛的应用随着科技的不断发展，通信技术将不断进步，例如未来、、量子通信5G+6G等。