《通信基本原理》课件

《通信基本原理》课程简介本课程旨在介绍通信系统的基本原理，涵盖信号的传输、调制解调、信道编码等关键内容通过学习，您可以了解现代通信技术的基础知识，为进一步学习相关专业领域打下基础通信的基本概念定义目的通信是将信息从一个地方传递到另一个地方的过程，它包括发送通信的目的是为了实现信息共享，促进人与人、人与机器、机器、接收、传输和处理信息等环节与机器之间的交流和互动，从而达到信息传递、控制、管理等目的通信的基本要素信息源信息编码器信道信息源是通信系统的起点，产生要传信息编码器将信息源产生的信息转换信道是信息传递的媒介，可以是电缆递的信息它可以是人、设备、传感成适合传输的信号形式、无线电波、光纤等器等信息解码器信息接收器信息解码器将接收到的信号还原成信息源发送的信息信息接收器是通信系统的终点，接收和处理解码后的信息通信系统的基本模型信号源信道接收机信号源是信息的产生者，例如手机、电脑信道是传输信息的媒介，例如无线电波、接收机是接收并处理信息的设备，例如手等光纤等机、电脑等信号的基本特性信号的幅度信号的频率

1.

2.12信号的幅度是指信号在时间上信号的频率是指信号在一个周的最大值和最小值之间的差异期内变化的次数例如，声音例如，声音信号的幅度决定信号的频率决定了声音的音调了声音的音量信号的相位信号的持续时间

3.

4.34信号的相位是指信号在时间上信号的持续时间是指信号从开的位置例如，声音信号的相始到结束的时间长度例如，位决定了声音的音色声音信号的持续时间决定了声音的长度信号的分类按信号的物理特性按信号的性质信号的物理特性可以用于信号分类，例如音频根据信号的性质，可以将信号分为模拟信号和信号、视频信号、光信号等数字信号按信号的频率按信号的用途信号的频率可以用于分类，例如低频信号、高根据信号的用途，可以将信号分为控制信号、频信号等数据信号等模拟信号与数字信号模拟信号1连续变化的信号数字信号2离散变化的信号信号数字化3模拟信号转换为数字信号模拟信号的波形可以是连续的，可以是曲线，比如声音信号、温度信号等数字信号的波形是离散的，由一系列的数字来表示，比如二进制数的序列，可以用来表示文字、图像等信号的数字化是将模拟信号转换为数字信号的过程，可以采用采样和量化的方法采样是将连续的模拟信号在时间上进行离散化，量化是将模拟信号的幅度进行离散化信号的频谱特性信号的频谱特性是指信号在频域上的分布，反映了信号中不同频率成分的能量分布通过对信号进行频谱分析，可以了解信号的频率成分、能量分布以及信号的带宽等重要信息1频率信号的频率成分2幅度信号中不同频率成分的能量大小3相位信号中不同频率成分的相位关系频率分析的基本方法傅里叶变换1将时域信号转换为频域信号频谱分析仪2测量信号的频谱特性信号处理软件3对信号进行频谱分析频率分析方法对于理解信号的特性至关重要傅里叶变换是基础，频谱分析仪用于测量，信号处理软件则提供更强大的分析功能时域分析与频域分析时域分析1时域分析是指直接观察信号随时间变化的波形，分析信号的幅度、频率和相位等参数它直观地反映了信号的变化规律，但难以分析信号的频谱特性频域分析2频域分析是指将信号分解成不同频率的正弦波成分，并分析每个频率成分的幅度和相位它能够揭示信号的频率成分和能量分布，有利于分析信号的频率特性应用3时域分析和频域分析在通信领域都有广泛的应用，例如信号处理、滤波、频谱分析等信号的采样与量化采样将连续时间信号转换为离散时间信号的过程通过在特定时间点对信号进行测量量化将连续幅度的信号转换为有限个离散幅度值的信号将信号的幅度值映射到有限个离散级别编码将量化后的信号转换为数字代码为每个量化级别分配一个唯一的二进制码字离散时间信号的傅里叶变换定义离散时间傅里叶变换DTFT是一个将离散时间信号从时域转换为频域的数学工具DTFT是一个周期函数，其周期为2π公式DTFT的公式如下Xω=∑[n=-∞到+∞]x[n]e^-jωn性质DTFT具有线性、时移、频移、卷积、对偶等性质这些性质在信号处理中非常有用应用DTFT在数字信号处理中广泛应用，例如信号分析、滤波、频谱估计等信道与噪声信道定义信道模型信道是指信号传输的媒介，是连接发送方和接收方的物理通道信道模型是对信号在信道中传输过程中产生的失真和干扰的数学常见的信道包括电缆、光纤、无线电波等描述，用于分析和评估通信系统的性能噪声定义噪声类型噪声是信道中对信号传输产生干扰的随机信号，它会降低信号的噪声类型包括热噪声、散粒噪声、闪烁噪声、互调噪声、人造噪质量，影响通信效果声等通信信道的特性带宽噪声衰减延时通信信道带宽是指信道能够传通信信道噪声是指干扰信号，信号在传输过程中会随着距离信号在传输过程中会产生延时输的频率范围会影响信号传输质量增加而衰减，影响实时性噪声的概念及分类概念分类噪声是通信系统中的一种干扰信号

1.热噪声

2.散粒噪声噪声会影响信号的质量和传输效率

3.闪烁噪声

4.宇宙噪声

5.人为噪声信噪比的意义与计算信噪比SNR是信号功率与噪声功率之比它反映了信号质量，越高表示信号越清晰，噪声越小SNR的单位通常为分贝dBSNR=10*log10信号功率/噪声功率带宽的概念及其重要性带宽表示通信信道所能通过的信号频率范围带宽越大，信号传输的速率就越快，信息传输效率越高带宽是衡量数据传输能力的重要指标，是影响网络性能的关键因素信道容量的概念信道容量香农公式12通信信道中能可靠地传输的最由香农提出的理论公式，计算大信息量信道容量的最大值影响因素意义34带宽、信噪比、信号编码方式用于评估信道传输性能，提高等因素影响信道容量信道利用率编码技术的基本原理提高通信可靠性提高传输效率12通过添加冗余信息，编码可以编码可以压缩数据量，减少传帮助检测和纠正传输过程中的输时间和带宽错误增强信息安全性3加密技术可以对数据进行编码，防止未经授权的访问源编码技术数据压缩数据表示减少数据冗余，提高传输效率压缩后的数据更小，占用更少的带将源数据转换为更紧凑的形式，例如使用更短的代码表示更频繁出现宽和存储空间的符号信道编码技术纠错编码在接收端，可以检测并纠正传输过程中产生的错误增加冗余通过添加冗余信息，降低误码率，提高传输可靠性数字信号信道编码技术主要用于数字信号的传输调制技术的基本原理调制定义模拟信号调制数字信号调制调制是将基带信号转换为适合在信道中传模拟调制是指载波信号的幅度、频率或相数字调制是指将数字信号转换为模拟信号输的信号的过程，将低频信号转换为高频位随基带信号而变化，以便在模拟信道中传输信号基带信号的调制与解调调制1调制是指将基带信号的特性（例如幅度、频率或相位）映射到载波信号上解调2解调是调制的逆过程，它将载波信号上的调制信息还原为原始的基带信号目的3调制和解调的主要目的是将基带信号传输到更远的距离，并允许多个信号共享同一通信信道载波信号的调制与解调调制1将信息信号转换成适合在信道中传输的信号载波2频率较高、功率较大、稳定的信号，用于携带信息信号解调3从接收到的信号中提取出原始的信息信号载波信号的调制是将信息信号加载到载波信号上，使载波信号发生变化，从而将信息信号传输到接收端解调则是将载波信号恢复成原始的信息信号，以便接收端能够理解信息数字调制技术将数字信号转换成模拟信常见数字调制技术号常用的数字调制技术包括幅度调数字调制技术是将数字信号转换制ASK、频率调制FSK和相为模拟信号，以便在模拟信道上位调制PSK等传输数字调制技术的优势数字调制技术具有抗噪声能力强、抗干扰能力强、传输效率高等优点通信网络的基本结构通信网络由多种设备和节点组成，它们之间通过通信线路相互连接网络结构通常分为两种集中式结构和分布式结构集中式结构以中心节点为核心，所有通信都通过中心节点进行分布式结构没有中心节点，节点之间可以互相通信通信协议的概念及作用规范通信流程实现互操作性提高通信可靠性定义数据传输格式、时序、错误检测等规不同厂商设备可以相互识别，实现数据交协议包含数据校验、错误纠正等机制，确则，确保不同设备之间的数据交换顺利进互，提高通信效率，促进网络发展保数据传输的完整性和准确性，降低数据行传输风险常见的通信协议TCP/IP HTTP12互联网的核心协议，负责数据万维网上的数据传输协议，用传输、寻址和路由于网页浏览和网络服务FTP SMTP34文件传输协议，用于在网络之电子邮件传输协议，负责邮件间传输文件的发送和接收通信系统的性能指标通信系统性能指标是衡量通信系统质量和效率的关键指标，包括误码率、信噪比、频谱利用率、传输速率等通信技术的发展趋势和技术物联网与云计算5G6G下一代移动通信技术，提供超高物联网设备连接数量不断增加，速率、超低延迟和高容量连接云计算为数据存储和处理提供支持人工智能与边缘计算光通信技术人工智能技术赋能通信系统智能光纤通信技术不断发展，提供更化，边缘计算提高实时性与安全高带宽和传输距离性课程总结和展望本课程介绍了通信的基本原理，涵盖信号、信道、噪声、编码、调制等方面未来通信技术发展趋势，包括5G、6G、物联网、云计算等，对通信技术提出了更高的要求。