【大学课件】通信技术入门

通信技术入门通信技术连接了世界，塑造了现代社会。从日常通讯到互联网，通信技术无处不在。通信的概述信息的传递通信是传递信息的桥梁，将人和人、人和物连接在一起。合作与交流通信是社会进步的基石，促进信息的共享和社会的协作。跨越空间和时间通信突破了距离的限制，实现了全球范围内信息的快速传播。科技发展和进步通信技术的不断发展，为人类社会带来了深刻的变革。通信的基本原理信号的传递通信过程本质上是信息的传递。信号作为信息的载体，通过通信系统进行传输。信息的编码为了便于传输，信息需要被转换成适合于通信系统传输的信号形式，这就是编码的过程。信号的调制为了将信息信号有效地传输到远距离，需要将信息信号与载波信号结合，这就是调制过程。信号的解调在接收端，需要将接收到的信号还原成原始的信息信号，这就是解调过程。通信的基本形式单向通信信息只能从发送方传送到接收方，例如广播。双向通信信息可以在发送方和接收方之间双向传递，例如电话。半双工通信信息只能在一方发送而另一方接收，例如对讲机。全双工通信信息可以在发送方和接收方之间同时双向传递，例如互联网。通信的基本组成部分发射机将信息转换为电磁波，然后发送出去接收机接收来自发射机的电磁波，并将信息转换为可理解的形式信号传递信息的媒介，可以是电磁波或其他形式的波信道信号传输的路径，可以是有线或无线信号的基本性质11.频率频率是指信号在单位时间内完成周期性变化的次数，单位是赫兹（Hz）。22.幅度幅度是指信号在变化过程中偏离其平均值的程度，代表信号的强度。33.相位相位是指信号在某一时刻相对其周期性变化的起始位置的偏移量，单位是弧度或度。44.持续时间信号持续时间是指信号从开始到结束的持续时间。分类和表示1模拟信号模拟信号是一种连续变化的信号。它随时间连续变化，可以表示声音、图像等各种信息。2数字信号数字信号是一种离散的信号。它在时间上和幅度上都具有离散的数值，通常用0和1表示。3信号的表示信号可以用波形图、频谱图、数学公式等方法进行表示，便于分析和理解。模拟信号和数字信号模拟信号模拟信号是连续变化的信号，可以表示成连续变化的曲线。模拟信号的幅度和频率可以连续变化，可以表示各种类型的信息。数字信号数字信号是离散变化的信号，它用一连串的数字来表示信息。数字信号的幅度和频率都是离散的，只能取有限个值。信号的变换1模拟信号到数字信号模拟信号是连续的，而数字信号是离散的，需要进行采样和量化。2数字信号到模拟信号数字信号需要转换为模拟信号才能进行无线传输，使用调制技术实现。3频率变换将信号从一个频率范围转换为另一个频率范围，便于传输和接收。编码的基本概念数字信号编码是将信息转换为数字信号的过程，用0和1表示信息。信息转换编码将各种类型的信息转换为可传输、存储和处理的数字形式。提高效率编码可以提高信息传输效率，减少传输错误，并方便信息处理和存储。编码的分类按编码形式分类模拟编码和数字编码是两种常见的编码方式，分别用于模拟信号和数字信号的转换。按编码功能分类信源编码和信道编码是常见的两种编码功能，分别用于压缩信息和提高传输效率。按编码应用分类音频编码、视频编码和数据编码是常见的应用领域，分别针对不同的数据类型进行处理。按编码标准分类不同的编码标准例如JPEG、MPEG、MP3等，根据不同的应用场景和需求进行制定。编码的作用提高传输效率编码可以将数据转换成更紧凑的形式，减少传输的数据量，从而提高传输效率。降低传输错误编码可以将数据转换成更易于传输的形式，降低传输过程中发生错误的可能性。增强数据安全性编码可以对数据进行加密，防止数据被窃取或篡改，增强数据安全性。提高兼容性编码可以使不同设备之间的数据交换更加容易，提高兼容性。常见的编码方式曼彻斯特编码每一位中间都包含一个跳变，信号始终变化，适合高频传输。抗噪声能力强，但占用频谱较宽。差分曼彻斯特编码每一位开始时都包含一个跳变，但跳变的位置表示数据。与曼彻斯特编码相比，频谱利用率更高，但抗干扰能力弱。NRZ-L编码用信号电平的低高电平代表0和1，信号电平不改变，容易受噪声干扰。简单易于实现，但抗噪声能力差，适用于短距离传输。NRZ-I编码用信号电平的跳变表示1，无跳变表示0，适用于短距离传输，但抗噪声能力差。对时钟信息的依赖性比较强，常用于数据存储领域。传输媒体的种类有线传输媒体包括双绞线、同轴电缆、光纤等。它们能提供稳定的数据传输，适用于各种应用场景。无线传输媒体包括微波、卫星、红外线等，不受空间限制，传输距离远，但信号容易受到干扰影响。光纤光纤利用光波进行数据传输，具有高带宽、抗干扰、低损耗等优点，是未来通信的主流传输媒体。各种传输媒体的特点光纤光纤传输速度快，抗干扰能力强，带宽大，适合长距离传输。光纤主要用于骨干网络、数据中心和高速网络。双绞线双绞线价格低廉，易于安装和维护，适合短距离传输，但传输速度慢，抗干扰能力弱。同轴电缆同轴电缆传输速度快，抗干扰能力强，适用于较短距离传输。同轴电缆主要用于电视信号传输，网络建设。无线网络无线网络传输灵活，不受距离限制，适合移动设备和小型网络。无线网络主要用于家庭、办公室和公共场所。有线传输介质有线传输介质是利用电缆或光缆进行信号传输的媒介。常见的类型包括双绞线、同轴电缆和光纤。它们具有数据传输速率高、抗干扰能力强、稳定性高等特点。无线传输介质无线传输介质是指不需要使用物理线缆进行信号传输的媒介，主要依靠电磁波进行信息传播。常见的无线传输介质包括微波、卫星通信、红外线、无线电波等。无线传输介质具有灵活性高、安装方便、成本低廉等优点，在现代通信系统中得到了广泛应用。调制的基本原理11.载波载波是一种频率较高的连续波，可以携带信息。22.调制调制是指用低频信号改变高频载波的某一参数。33.解调解调是将调制信号还原成原始信息的过程。常见的调制方式振幅调制载波振幅随调制信号变化。频率调制载波频率随调制信号变化。相位调制载波相位随调制信号变化。脉冲幅度调制脉冲幅度随调制信号变化。调制的作用11.提高信号传输效率调制将低频信号转化为高频信号，能够有效提高传输距离。22.提高信道利用率多路信号通过调制可以共用一个信道，提升信道使用效率。33.提高抗干扰能力调制可以将信号频率提升到更高的频段，减少干扰。44.提高信号质量调制可以改善信号的频谱特性，提高抗噪声能力。调制信号的特点带宽占用调制信号的带宽取决于调制方式和载波频率。带宽越宽，传输信息的能力越强。抗噪声能力调制信号的抗噪声能力取决于信号的功率和噪声的功率。功率越大，抗噪声能力越强。传输距离调制信号的传输距离取决于信号的功率和传输媒介的特性。功率越大，传输距离越远。信息容量调制信号的信息容量取决于调制方式和带宽。带宽越宽，信息容量越大。多址接入技术什么是多址接入技术？多址接入技术是指在同一个信道上，允许多个用户同时进行通信的技术。它通过对信号进行区分，使每个用户可以独占信道的一部分，实现多个用户共享信道的目的。多址接入技术的种类多址接入技术主要包括以下几种：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)以及空间分多址(SDMA)。FDMA、TDMA和CDMA频分多址将频谱分成多个子频带，每个用户使用不同的频带。用户同时传输，不会相互干扰。时分多址将时间分成多个时隙，每个用户分配不同的时隙。用户轮流使用相同的频带。码分多址每个用户使用不同的码序列进行编码，然后将信号叠加在相同的频带上。用户同时传输，但不同码序列互不干扰。各种接入技术的特点数据传输速率不同接入技术的数据传输速率差异很大，取决于其带宽和调制方式。成本不同的接入技术有着不同的成本结构，包括设备成本、维护成本和运营成本。覆盖范围无线接入技术可以覆盖更广阔的区域，而有线接入技术则受限于布线条件。安全性不同的接入技术有着不同的安全措施，以保护数据传输的机密性和完整性。接入技术的应用领域移动通信TD-SCDMA、FDD-LTE、CDMA2000等技术，提供移动电话、移动互联网接入服务。固定通信ADSL、VDSL、光纤到户等技术，为家庭、企业提供高速宽带接入。卫星通信卫星通信技术，提供广播、电视、数据传输等服务，尤其适用于偏远地区。无线局域网Wi-Fi技术，实现无线网络连接，方便移动设备上网。数字通信系统的组成信号处理单元负责对数字信号进行编码、调制等处理，以适应传输信道和接收设备的要求。传输系统将经过处理的数字信号通过无线或有线的方式传输到接收端。接收系统负责接收传输来的信号，并对其进行解调和解码，还原为原始的数字信号。数字通信的基本流程1接收接收端接收信号2解调将接收信号恢复到原始信息3解码将数字信号还原为原始数据4传输将信息信号通过传输介质传输5编码将数字信息转化为数字信号6调制将数字信号调制为适合传输的信号数字通信的优缺点1优点数字通信提供更高质量、更可靠的通信体验，并支持更复杂的应用。2优点数字信号不易受噪声干扰，可以进行加密和压缩，提高传输效率。3缺点数字通信需要额外的设备和技术支持，成本相对较高。4缺点数字信号需要进行数字化处理，会造成一定的信息损失。数字通信的应用移动通信移动通信技术应用于手机、平板电脑等设备，提供通话、短信、数据传输等服务，改变了人们的沟通方式。互联网互联网应用基于数字通信技术，实现全球范围的网络连接，为人们提供信息获取、社交、购物、娱乐等服务。通信网络的分类局域网局域网通常用于连接同一办公室、建筑物或校园内的设备。它们通常由较小的企业和组织使用。城域网城域网覆盖一个城市或地区，将局域网连接起来。它们通常由电信公司或政府机构运营。广域网广域网覆盖全球，将不同的城域网和局域网连接起来。它们通常由大型电信公司运营。无线网络无线网络使用无线电波来传输数据，它允许设备在没有物理电缆的情况下相互通信。各种网络结构的特点星型拓扑结构中央设备连接所有节点，结构简单、易于管理。中央设备出现故障，整个网络瘫痪。总线型拓扑结构所有节点连接到一条公共总线上，成本低、易于扩展。某个节点故障不会影响其他节点，但总线出现故障，整个网络瘫痪。环型拓扑结构节点以环形连接，数据单向传播，可靠性高。某个节点故障会影响整个网络，但可以采用双环结构提高可靠性。树型拓扑结构层次结构，适合大型网络，管理方便。上层节点故障会影响下层节点，但下层节点故障不影响上层节点。网络的协议和标准网络协议协议是一组规则和约定，用于定义数据传输的方式。协议层级结构，例如OSI七层模型，用于组织和管理网络通信。网络标准网络标准确保不同设备和系统之间的互操作性。标准组织，如IEEE和IETF，制定标准，以确保网络通信的兼容性。互联网协议TCP/IP是互联网的基础协议套件。它们定义了网络设备之间的通信方式，确保数据在网络中的传输。网络设备连接协议和标准允许网络设备，如路由器和交换机，相互通信，并建立可靠的网络连接。网络技术的发展从早期的电报电话发展到现代的互联网和移动通信网络技术日新月异带来了巨大的社会经济效益，推动着人类社会快速发展未来将继续发展例如5G、物联网、云计算、人工智能等通信系统安全信息加密信息加密技术，保护数据在传输过程中不被窃取和篡改网络安全防护防火墙、入侵检测系统等，抵御网络攻击安全维护定期进行安全漏洞扫描和修复，确保通信系统的安全性信息加密技术对称加密使用相同的密钥进行加密和解密，速度快，适合大量数据的加密。非对称加密使用不同的密钥进行加密和解密，安全性更高，适合密钥交换和数字签名。哈希算法将任意长度的输入数据转换为固定长度的哈希值，用于数据完整性验证和密码存储。网络安全防护1防火墙防火墙是网络安全的重要组成部分，它可以阻止来自外部网络的恶意访问。2入侵检测系统入侵检测系统可以监测网络流量，识别潜在的攻击行为，并及时报警。3反病毒软件反病毒软件可以保护计算机免受病毒、木马等恶意程序的攻击。4安全策略制定安全策略，并严格执行，可以有效地降低网络安全风险。系统安全维护1定期更新定期更新系统补丁，修复漏洞，提升系统安全性能。2安全监测实时监控系统运行状态，发现安全风险，及时采取应对措施。3安全备份定期备份重要数据，防止数据丢失，保障系统数据安全。4安全审计定期对系统安全进行审计，查找安全隐患，改进安全措施。通信技术的发展趋势5G技术5G网络具有超高速率、超低延迟和超高连接密度等特点。物联网万物互联的趋势将推动通信技术向更广泛的领域扩展。云计算云计算技术将为通信系统提供更大的存储空间、计算能力和数据分析能力。通信技术的发展趋势5G5G是一种移动通信技术，提供比以往更快的速度、更高的容量和更低的延迟。它支持各种应用程序，例如自动驾驶、远程医疗和增强现实。物联网物联网将物理设备连接到互联网，使设备能够收集数据、相互通信和控制。它可以改善城市基础设施、家庭安全和制造效率。云计算云计算提供按需访问计算资源，例如服务器、存储和软件。它使公司能够