《通信复习》课件

通信复习本课件旨在帮助学生全面复习通信基础知识，包括通信系统、信号与系PPT统、无线通信、光纤通信等重要内容课程目标了解通信的基本概念理解信号与系统掌握通信系统的基本组成部分，了解通信的基本原理掌握信号的分类、时域和频域分析方法，理解线性时不变系统的概念通信的基本概念信息传递传输介质

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2.12通信是指信息从发送方到接收信息的传递需要依靠各种传输方的传递过程介质，例如电磁波、光纤等通信系统通信协议

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4.34通信系统由发送端、接收端和通信协议规定了通信双方信息传输信道组成交互的规则和格式信号与系统信号表示系统处理系统特性信号是信息的载体，可以用数学函数描述系统对输入信号进行处理，产生输出信号系统的特性可以由其对不同输入信号的响例如，正弦波信号可以用正弦函数表示系统可以是物理系统，例如电路，也可应来描述，例如频率响应以是数学模型信号的分类模拟信号数字信号周期信号非周期信号模拟信号是连续变化的信号，数字信号是离散变化的信号，周期信号是指信号在一定时间非周期信号是指信号在一定时其幅度和时间都是连续的其幅度和时间都是离散的间隔内重复出现的信号间间隔内不重复出现的信号连续时间信号定义示例应用连续时间信号是定义在连续时间上的函常见的连续时间信号包括正弦波、方波在通信系统中，音频信号、视频信号等数，时间轴上每个点都有对应的信号值、三角波等都是连续时间信号离散时间信号样本信号被离散化成一系列样本样本用数字表示，形成数字信样本在时间轴上排列，形成时号间序列每个样本代表信号在特定时间点的值线性时不变系统线性时不变12系统满足叠加原理和齐次性原系统的特性不随时间的推移而理改变重要性3线性时不变系统广泛应用于通信系统分析和设计系统的频域分析时域1信号随时间的变化频域2信号中包含不同频率分量的强度傅里叶变换3将时域信号转换为频域信号频谱分析4分析信号的频率特性系统在频域的分析，可以更直观地了解系统的特性，例如系统对不同频率信号的响应情况频域分析在通信系统设计中非常重要，例如滤波器设计、信道分析等傅里叶级数和傅里叶变换傅里叶级数1将周期信号分解成一系列正弦和余弦函数的线性组合它适用于周期性信号，如正弦波和方波傅里叶变换2将非周期信号分解成一系列频率成分的线性组合它适用于非周期信号，如脉冲信号和噪声信号应用3傅里叶级数和傅里叶变换广泛应用于信号处理、图像处理、音频处理等领域实际信号的频谱分析实际信号通常是复杂且非周期性的对实际信号进行频谱分析需要使用傅里叶变换，它将时域信号转换为频域信号通过分析频谱图，可以了解信号的频率成分和能量分布频谱分析在通信系统中有着广泛应用，例如信号滤波、噪声抑制、信道均衡等它可以帮助我们设计更好的通信系统，提高通信质量和效率采样定理模拟信号采样采样频率奈奎斯特采样定理模拟信号是连续的，而数字信号是离散的采样频率是指每秒采样的次数采样频率采样定理指出，为了不失真地恢复模拟信采样是将模拟信号转换为数字信号的过越高，样本点越密集，就越能准确地反映号，采样频率必须大于或等于信号最高频程，即在时间轴上选择样本点模拟信号的变化率的两倍数字信号处理数字信号处理的定义数字信号处理是指对数字信号进行的处理，包括采集、变换、滤波、编码、解码等操作，它广泛应用于通信、图像处理、语音识别等领域差分方程差分方程描述了离散时间系统输入和输出之间的关系它类似于连续时间系统的微分方程线性时不变系统1大多数数字信号处理系统都是线性时不变的差分方程2描述离散时间系统的输入和输出之间的关系解差分方程3找到满足差分方程的系统输出差分方程的解可以是系统输出的解析表达式，也可以是系统输出的数值解变换z定义应用变换是一种将离散时间信号从时变换广泛应用于数字信号处理中z z域转换到复频域的工具，与连续，用于分析和设计数字滤波器、时间信号的拉普拉斯变换类似系统稳定性分析以及系统响应分析特性变换具有线性、时移、卷积等重要特性，这些特性使得变换在数字信号z z处理中具有极大的应用价值系统的频域分析频率响应描述系统对不同频率信号的响应幅频特性系统对不同频率信号的增益相频特性系统对不同频率信号的相位变化应用滤波器设计、信号处理等噪声及其特性噪声源噪声特性噪声影响噪声来自各种来源，例如电子设备、自然随机性噪声会降低信号质量，影响通信系统的性•现象和人为干扰能和可靠性不可预测性•频率分布•信噪比信噪比是指信号功率与噪声功率之比，用于衡量信号的质量和清晰度信噪比越高，信号越强，噪声越弱，通信质量越好10dB30dB弱信号中等信号难以识别可识别50dB70dB强信号极强信号清晰度高高质量脉冲编码调制（）PCM系统由四个主要部分组成采样、量化、编码和解码采PCM样将模拟信号在时间上离散化，量化将信号幅度离散化，编码将量化后的样本值转换成二进制代码，解码将二进制代码转换成模拟信号脉冲编码调制（）是一种将模拟信号转换为数字信号的常见PCM技术它利用脉冲幅度调制（）将模拟信号转换成脉冲序列PAM，然后对脉冲进行量化和编码，最终得到数字信号差分脉冲编码调制（）DPCM原理编码器解码器DPCM DPCM DPCM利用相邻样本之间的相关性进行预编码器包含一个预测器，一个量化解码器包含一个解码器，一个去量DPCMDPCMDPCM测，从而减少编码所需的比特数器和一个编码器化器和一个预测器三种基本调制方式调幅调频调相AM FMPM123将载波的振幅进行改变，并使其随将载波的频率进行改变，并使其随将载波的相位进行改变，并使其随信息信号变化信息信号变化信息信号变化调幅（）AM调幅原理优点调幅是将载波信号的振幅进行调调幅技术实现简单，成本低廉，制，使其随信息信号的变化而变易于接收，适合传输音频信号化缺点应用场景调幅信号容易受到噪声干扰，传调幅技术广泛应用于广播、无线输效率低，带宽较宽电通信等领域调频（）FM频率偏移带宽调频信号的载波频率随调制信号的变化而变化调制信号的振调频信号的带宽取决于调制信号的频率和频率偏移量幅决定了频率偏移的大小信噪比应用场景调频信号的信噪比优于调幅信号，不易受噪声影响，可以实现调频广泛应用于广播、电视、无线通信等领域，如收音FM更高质量的传输机、卫星通信等调相（）PM调相的应用信号在通信系统中得到广泛应用，例如卫星通信和无线通信PM调制方式具有较高的频谱利用率和抗噪声性能PM调相的原理调相（）是一种数字调制方式，通过改变载波信号的相位来传输信PM息相位变化的大小与数字信号的幅度成正比数字调制载波信号数字信号

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2.12载波信号用于传输信息，频率数字信号由一系列离散的脉冲较高，可以有效地传播到很远组成，可以用来表示数字信息的地方调制过程解调过程

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4.34调制过程就是将数字信号的特解调过程就是从接收到的载波征映射到载波信号上，使载波信号中提取出原来的数字信号信号可以承载数字信息数字调制原理模拟信号转换为数字信号1将模拟信号数字化，例如使用脉冲编码调制（）PCM数字信号调制载波2将数字信号的特性映射到载波信号的特性恢复数字信号3在接收端将载波信号解调，恢复原始数字信号数字调制是将数字信号转换为适合在信道中传输的模拟信号的过程该过程主要涉及两个步骤首先将模拟信号转换为数字信号，然后将数字信号调制到载波信号上数字调制方法有很多，例如幅移键控（）、频移键控（）、相移键控（）等ASK FSKPSK数字调制方式振幅键控（）频率键控（）相位键控（）正交幅度调制（）ASK FSKPSK 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同时改变载波信号的振幅和相示数字信息示数字信息示数字信息位来表示数字信息信道编码可靠传输错误检测编码方式信道编码将冗余信息添加到数据流中，以信道编码通过引入冗余信息，使接收方能常见的信道编码方式包括线性分组码、卷提高数据传输的可靠性够检测并纠正传输过程中发生的错误积码和码，它们各有优缺点，适用于Turbo不同的应用场景信道编码原理提高可靠性1防止噪声干扰增加信息冗余2编码后的信息添加校验位3检测和纠正错误数据编码4将数据转换为信道编码是通信系统中重要的技术之一信道编码通过在数据中添加冗余信息，提高数据传输的可靠性常见信道编码方式奇偶校验汉明码卷积码码Turbo最简单的信道编码方式，通过可以检测和纠正单个错误的编利用当前信息比特和前几个信近年来发展起来的先进编码技添加一个校验位，检测传输过码，在通信系统中应用广泛息比特编码，具有更强的纠错术，具有非常高的纠错能力，程中的错误能力被广泛应用于现代通信系统信道译码解码过程算法应用错误纠正信道译码是接收端根据接收到的信号和编常见的信道译码算法包括维特比译码、卷信道译码通过解码算法，识别并纠正传输码规则，将数据还原为原始信息的处理过积码译码等，根据编码方式选择合适的算过程中出现的错误，提高数据传输的可靠程法性信道译码原理接收信号信道译码的第一步是接收经过信道传输后的信号解码处理接收到的信号可能存在噪声和干扰，需要通过解码器进行处理，尽可能地还原原始信息错误检测信道译码器会检测解码后的信息是否包含错误，并根据错误类型进行纠正或标记输出信息最终，解码器输出经过处理的数字信息，供接收方使用常见信道译码算法维特比译码格雷码译码维特比译码是一种基于动态规划的译码算法它通过寻找路径中格雷码译码是一种适用于格雷码的译码算法它通过比较接收到最可能的序列来解码接收到的数据该算法适用于卷积码，在无的数据和可能的格雷码序列，找到最匹配的序列来解码数据该线通信中广泛使用算法简单易实现，常用于数字信号处理。