《通信原理·复习》课件

通信原理-复习掌握通信原理的基础知识,为后续的通信系统设计和实现打下坚实的理论基础。本次复习将重点介绍通信系统的组成、信号表示以及各种通信技术。M课程概述通信原理的重要性通信原理是电子信息工程领域的核心基础课程,是后续专业课程的基础。了解通信原理对未来从事通信技术相关工作至关重要。课程内容概括本课程涵盖通信信号、系统建模、调制技术、信源编码、信道编码、多址接入等通信原理的基本概念和相关理论。学习目标通过本课程的学习,学生能够掌握通信原理的基本知识,并应用于实际通信系统的分析和设计。通信基础概念信号传输信号的编码、传输和接收是通信的基础。信号可以是电磁波、声波或光波等各种形式。噪声干扰在信号传输过程中,必须面对各种噪声源的干扰,如热噪声、外界电磁干扰等。信道特性通信信道的传输特性,如带宽、信号衰减、多径传播等都会影响信号的传输质量。信号和系统信号的定义信号是包含信息的物理量,如电压、电流或声压等,是通信系统中的基本单元。信号可以是连续的也可以是间断的。系统的定义系统是一种具有特定功能的结构,用于处理和传输信号。系统可以是线性或非线性、时不变或时变。信号与系统的关系信号通过系统进行传输和处理,系统根据内部结构和参数对输入信号施加变换,产生输出信号。线性时不变系统线性系统特征线性时不变系统具有输入与输出成线性关系的特性,可以通过相应的数学方法进行分析和设计。时不变性质时不变系统的特性不会随时间而改变,这使得系统的分析和处理更加简单高效。系统分析方法利用傅里叶分析、卷积、拉普拉斯变换等工具,可以深入研究线性时不变系统的性质。傅里叶级数与变换傅里叶级数通过分解周期性信号为无穷个正弦和余弦函数的线性组合，可以更好地分析和理解复杂信号的内在特性。傅里叶变换将时域信号转换到频域，可以更清晰地了解信号的频谱分布和能量特性，为后续信号处理提供重要依据。连续与离散针对连续时间信号和离散时间信号分别建立了连续时间傅里叶变换和离散时间傅里叶变换理论。采样与量化1连续信号采样将连续时间信号离散化为一系列样本点，满足奈奎斯特采样定理以避免失真。2量化与编码每个采样值被分配到最近的离散量化级别，并用数字编码表示，形成数字信号。3信号重构利用插值技术从离散采样值重构原始连续信号，尽量减小采样和量化引入的失真。调制概论什么是调制调制是一种将信号特性映射到载波信号上的过程。其目的是将信息信号传输到远距离或者满足信道特性需求。调制技术类型常见的调制技术有振幅调制(AM)、角度调制(FM/PM)和数字调制等。每种技术都有其特点和适用场景。调制技术的基础调制技术建立在信号分析、系统分析和通信原理等基础之上。了解这些基础知识对掌握调制技术很重要。调制技术的应用调制技术广泛应用于无线通信、有线通信、广播电视、雷达等各种通信系统中。是现代通信不可或缺的关键技术。振幅调制基本原理振幅调制是通过改变载波信号的幅度来编码信息的一种调制方式。信号幅度的变化与调制信号的幅度成正比。接收与解调接收机利用检波电路可以从载波信号中解调出原始信息信号。解调过程去除了载波并恢复了原始信号。应用场景振幅调制广泛应用于广播电台、电视台以及无线电通信系统等领域,是模拟通信的基础技术之一。角度调制频率变化角度调制（AM）通过调制信号的瞬时频率来实现信息传输。信号振幅保持不变，但其瞬时频率随调制信号变化。相位变化AM调制实际上是将调制信号转换为瞬时相位变化的载波信号。相位的变化幅度与调制信号的幅度成正比。带宽效率与振幅调制相比，角度调制具有更高的带宽效率。单边带调制可以进一步提高带宽利用率。数字调制1基于振幅的数字调制包括ASK(振幅移键)等,利用信号波形的幅度来编码数字信息,灵活易实现。2基于相位的数字调制包括PSK(相移键控)等,利用信号波形的相位来编码数字信息,抗噪性强。3基于频率的数字调制包括FSK(频移键控)等,利用信号波形的频率来编码数字信息,抗干扰能力好。4正交调制技术如QAM(正交幅度调制),利用振幅和相位的正交组合,提高了谱利用率。信噪比与信道容量10dB信噪比常用单位为分贝(dB)，描述信号功率与噪声功率的比值300Mbps信道容量描述信道在给定信噪比下的最大数据传输速率2编码效率信息编码压缩的理论极限是1/20.5信道利用率实际编码和调制技术的效率远低于理论上限信源编码数字信号压缩通过编码压缩数字信号，提高传输和存储效率。常见技术包括熵编码、预测编码和变换编码。语音编码用于压缩语音信号的编码技术,如线性预测编码和音频编码标准如G.711、G.726等。图像编码用于压缩图像数据的编码技术,如离散余弦变换编码、小波变换编码和新一代的HEVC编码。视频编码用于压缩视频信号的编码标准,如MPEG-2、H.264和H.265,能有效减少视频数据量。信道编码目的信道编码的主要目的是提高数据传输的可靠性,减少由于信道噪声和干扰而导致的传输错误。原理通过为原始数据添加冗余位,能够在接收端检测和纠正错误,从而提高整体的通信质量。常见编码技术包括卷积编码、循环冗余检验(CRC)、低密度奇偶校验(LDPC)以及Turbo编码等。应用场景信道编码广泛应用于无线通信、光通信、数字存储等领域,以提高对抗信道噪声的能力。编码调制技术数字调制利用数字信号调整载波的幅度、相位或频率来传输数字信息。常见如ASK、FSK和PSK等调制方式。模拟调制将模拟信号直接用来调制载波,如双边带调幅(AM)、单边带调幅(SSB)和调频(FM)等。复合调制结合数字调制和模拟调制的优点,如正交幅度调制(QAM)等,提高了频谱利用率。多址接入技术1TDMA（时分多址）利用时间分割,分配不同时隙给用户,实现共享信道。2FDMA（频分多址）将频谱划分成多个小带宽信道,每个用户占用一个信道。3CDMA（码分多址）利用正交编码赋予每个用户独特的码片,实现同频共享。4OFDMA（正交频分多址）将信道划分为多个互相正交的子载波,提高频谱利用率。移动通信系统移动通信系统是一种无线通信网络,它使移动设备能够在不同地点进行通话和数据传输。主要包括蜂窝网络、无线局域网和卫星通信等技术,提供语音、短信、上网、定位等服务。移动通信网络不断发展,从1G到4G再到5G,实现了从模拟到数字,从低速到高速的进化。TDMA/FDMA/CDMATDMA(时分多址)利用时间域分割资源,每个用户被分配固定时间槽进行通信,实现多用户共享信道。FDMA(频分多址)利用频率域分割资源,每个用户被分配固定频带进行通信,实现多用户共享信道。CDMA(码分多址)利用编码域分割资源,每个用户被分配不同的编码序列,实现多用户同时共享信道。3G、4G、5G技术3G技术3G技术采用码分多址(CDMA)技术,提供语音、数据和多媒体业务,支持移动互联网和高速无线数据传输。主要标准包括WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。4G技术4G技术采用正交频分多址(OFDMA)技术,提供更高的带宽和更快的数据传输速度,支持高清视频和增强现实等应用。主要标准包括LTE和WiMAX。5G技术5G技术采用先进的蜂窝网络架构和技术,实现超高速、超低延迟和海量连接,支持物联网、自动驾驶和远程医疗等新兴应用。主要标准包括NR和5G-Advanced。光通信原理1光波传输利用光波进行远距离的信息传输2光源与探测使用LED或激光作为光源,光电探测器进行信号检测3光纤传输低损耗、宽带、抗干扰的光纤传输介质4调制与解调将电信号转换为光信号,并在接收端进行解调光通信的基本原理是利用可见光或红外光波进行信息传输。通过光源产生光信号,光信号沿光纤或自由空间传播,最终到达光探测器并转换成电信号。这种通信方式具有抗干扰性强、传输速率高等优点,在现代通信中广泛应用。光纤通信系统系统架构光纤通信系统由光发送端、光传输介质和光接收端三大部分组成,其采用光波作为信息载体在光纤中进行传输。传输原理通过全反射实现光波在光纤中的高效传输,并利用波分复用技术提高传输容量。优势特点带宽大、传输速率快抗干扰能力强、安全性高体积小、重量轻、布线灵活光网络与光通信技术光纤基础光纤是光通信的基础载体,可以通过光传输大量数据,具有低损耗、高带宽等优势。波分复用技术通过在同一光纤上使用不同波长的光信号,可以大幅提高光网络的传输容量。光网络系统光网络利用光纤、光放大器、光交换等设备构建,可以提供高速、可靠的数据传输服务。无线局域网与蓝牙技术1无线局域网基础无线局域网（WLAN）通过无线电波实现局域网通信,提供高速、便捷的网络接入。广泛应用于家庭、办公、学校等领域。2蓝牙技术简介蓝牙是一种基于短距离无线电波的技术,实现设备之间的无线连接和数据传输。应用广泛,如手机、笔记本、音频设备等。3无线网络与蓝牙的优势灵活性强、部署便捷、兼容性好,为用户带来高效、自由的网络连接体验。是未来信息化和智能化的重要基础。卫星通信原理通信卫星的工作原理通信卫星利用太空中的卫星作为中继器,将地面站发送的信号接收并放大后再转发给另一地面站,实现远距离的通信。这种技术突破了地球曲率的限制,可以实现全球性的通信覆盖。卫星轨道类型通信卫星主要采用三种轨道类型:地球同步轨道、倾斜轨道和低轨道。不同轨道类型有其独特的优缺点,需要根据具体应用场景选择合适的卫星。地面天馈系统地面站需要配备大型的天线和功率放大器,以确保与卫星之间的可靠通信链路。先进的天线技术能够提高通信质量和容量。卫星通信系统卫星轨道卫星通信系统主要使用地球同步轨道卫星,位于距地球36,000公里的赤道上空,可覆盖大范围区域。信号传输卫星接收地面用户信号,经过转发器处理后再传输给其他地区用户,实现远距离通信。系统优势卫星通信覆盖范围广,可为偏远地区提供通信服务,是实现全球通信网络的关键技术。应用场景卫星通信广泛应用于广播电视、气象、导航、军事等领域,为人类社会发展做出重要贡献。通信网络概述网络结构通信网络通常由核心网络、汇聚网络和接入网络三部分组成，提供全面的覆盖和连接。网络协议网络协议定义了数据在网络中传输的标准和规范,确保互联设备能顺利进行数据交换。网络技术5G、物联网、云计算等新兴技术为通信网络提供了更强大的连接和处理能力。网络服务通信网络为用户提供语音、视频、数据等多种服务,满足日益增长的通信需求。网络协议与体系结构网络协议网络协议定义了计算机之间通信的标准规范,确保数据能够顺畅传输。主要包括IP协议、TCP协议、UDP协议等,每种协议都有其独特的功能。体系结构网络体系结构描述了计算机网络的整体框架,其中OSI参考模型和TCP/IP模型是两个重要的代表。它们定义了网络通信的各层结构和责任划分。分层设计分层设计使网络系统更加模块化和可扩展。每一层都有特定的功能,相互独立又相互协作,从而提高了网络的灵活性和稳定性。协议栈协议栈是指各种网络协议的集合,能够实现完整的网络通信功能。常见的有TCP/IP协议栈、OSI七层参考模型等。云计算与大数据通信云计算技术云计算提供了高弹性、按需使用的IT资源，大大提高了通信效率和成本效益。大数据处理海量的数据需要通过先进的分析技术进行实时处理和挖掘,以提供有价值的洞见。融合应用云计算和大数据能够深度融合,在通信领域创造新的商业模式和创新服务。物联网通信技术感知层利用各种传感器和驱动器采集和感知物理世界