【大学课件】通信系统概论

通信系统概论本课程将介绍通信系统的工作原理，涵盖从信号的产生和传输到信息接收和解码等各个方面。通信概述信息传递通信是指信息从一个地方传递到另一个地方的过程.媒介传输信息通过各种媒介，例如电磁波、光纤或电线，进行传输.理解接收接收方需要能够理解和解释发送的信息.通信系统分类计算机通信系统用于计算机之间的数据传输和信息交换。电话通信系统用于语音通话和传真。广播电视通信系统用于广播电视节目和信息传播。通信系统结构通信系统通常由以下几个部分组成：信息源：产生要传输的信息，例如声音、图像、数据等发送器：将信息转换成适合在信道中传输的信号信道：信息传输的媒介，例如电缆、无线电波等接收器：接收从信道中传来的信号，并将其还原成原始信息信息宿：接收最终的信息信号的表示1数学模型信号可以用数学函数来描述，例如正弦函数、余弦函数等，反映了信号的幅度、频率和相位等特征。2时域表示信号可以用时域波形图来表示，反映了信号随时间变化的规律。3频域表示信号可以用频谱图来表示，反映了信号中各个频率成分的分布情况。模拟信号和数字信号模拟信号模拟信号是连续变化的，可以表示为连续的波形。数字信号数字信号是离散的，由一系列的离散值组成，通常表示为0和1。采样定理1连续信号模拟信号是随时间连续变化的信号，可以用连续的曲线表示。2采样采样是指在一定时间间隔内对模拟信号进行测量，并记录其值，将连续信号转换为离散信号。3采样频率采样频率是指每秒钟进行采样的次数，单位是赫兹(Hz)。4重建信号根据采样后的离散信号，可以使用特定的插值算法来重建原始的模拟信号。脉冲编码调制(PCM)数字化的关键PCM是一种将模拟信号转换为数字信号的常用技术，它在现代通信系统中起着至关重要的作用。三步过程PCM过程包括采样、量化和编码三个步骤，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。优势PCM具有抗噪声能力强、易于处理和传输、便于数字信号处理等优点，使其成为现代通信系统的基础。信号编码方式数字信号数字信号通过不同的编码方式来表示信息，常见的编码方式包括：二进制编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码NRZ编码BPSK编码编码方案不同的编码方案具有不同的优缺点，例如：二进制编码简单易懂曼彻斯特编码抗干扰能力强差分曼彻斯特编码可以识别时钟信号NRZ编码适合低速数据传输BPSK编码适用于无线通信信道编码提高数据传输的可靠性.抵抗噪声和干扰的影响.检测和纠正传输过程中的错误.信噪比与信号失真信噪比(SNR)信号功率与噪声功率之比信号失真接收信号与原始信号的偏差热噪声和量子噪声1热噪声由于导体中的电子随机运动而产生的噪声，其功率与温度成正比。在室温下，热噪声是主要噪声源之一。2量子噪声由于电磁波的量子化性质而产生的噪声，其功率与频率成正比。在高频情况下，量子噪声变得越来越重要。信道容量定理信道容量定理表示在一定带宽和信噪比下，信道能够可靠传输的最大信息量。频率分割多址频谱划分将通信频带划分为多个子频带，每个用户分配一个子频带，在子频带上进行通信。相互隔离不同用户的信号在频域上相互隔离，避免相互干扰。应用广泛广泛应用于移动通信、广播电视、卫星通信等领域。时间分割多址时隙分配TDMA将时间轴划分为多个时隙，每个用户分配一个特定时隙。轮流使用用户轮流使用分配给他们的时隙，从而实现共享信道。提高效率TDMA通过减少信道空闲时间来提高信道利用率。码分割多址码分多址(CDMA)CDMA利用不同的码字来区分不同的用户，即使在同一时间、同一频率上。抗干扰性强每个用户信号被扩频到较宽的频带，不容易受到其他用户信号的干扰。容量大CDMA系统可以支持更多的用户同时使用同一频率资源。调制技术概述信息传递的桥梁调制是将信息信号转换为适合在信道中传输的信号的过程，为信息在不同媒介之间传递搭建了桥梁。载波的变革调制通过改变载波的某些参数，如幅度、频率或相位，将信息信号嵌入到载波中，实现信息传输。信号的转换调制将原始信息信号，如音频或视频信号，转换成更适合长距离传输的信号形式，例如无线电波或光波。调幅(AM)1载波频率不变调幅是一种通过改变载波信号的振幅来传递信息的调制方式。载波频率保持不变，而载波信号的振幅随信息信号的变化而变化。2简单易实现AM调制技术相对简单，易于实现，成本较低，因此在广播和无线电通信中得到广泛应用。3抗噪声能力弱AM信号的抗噪声能力较差，容易受到噪声的干扰，导致信号失真。调频(FM)调频（FM）是一种将音频信号的频率变化转换成载波频率变化的调制方式。FM信号的频率变化与音频信号的幅度变化成正比。FM调制广泛应用于广播、电视等领域，提供更高的音质和抗噪声能力。数字调制技术数字调制将数字信号加载到载波上，以实现信息传输。常用方法振幅键控（ASK）频率键控（FSK）相位键控（PSK）优势抗噪声能力强便于数据处理支持高速传输基带传输光纤传输使用光纤作为传输介质，具有高带宽、低衰减、抗干扰等优点。双绞线传输使用双绞线作为传输介质，成本低廉，但带宽有限。同轴电缆传输使用同轴电缆作为传输介质，带宽较高，抗干扰能力强。带通传输信号调制将基带信号调制到高频载波上，以便信号能够在无线信道中传播。滤波使用带通滤波器来选择所需的频带，并滤除其他频带的噪声和干扰。传输将调制后的信号通过无线信道传输到接收端。解调接收端使用解调器将信号从载波上解调下来，恢复原始的基带信号。通信信道有线信道电缆、光纤等物理介质传输信号。无线信道利用电磁波在自由空间传播信号。有线信道1导线金属线用于传输信号，例如铜线和光纤。2同轴电缆中心导线周围包裹着绝缘层，外部是编织屏蔽层。3双绞线两根绝缘导线相互缠绕，降低电磁干扰。4光纤通过光纤传输光信号，抗干扰能力强。无线信道无障碍无线信道不受任何物理障碍限制，信号可以自由传播。易受干扰无线信道容易受到各种干扰源的影响，如天气、其他无线信号。衰落无线信号在传播过程中会发生衰落，导致信号强度下降。多径传播信号在传播过程中会遇到多个反射，导致多径效应。信号传播机理1电磁波传播无线电波以电磁波的形式在空间中传播，通过天线进行发射和接收。2传播路径信号传播会受到地形、建筑物、大气等因素的影响，导致信号衰减、反射、折射等现象。3多径效应信号在传播过程中可能会遇到多个障碍物，导致多条路径到达接收端，造成信号干扰。频率复用技术频谱划分将可用频谱划分为多个子频带，每个子频带分配给一个用户或通信通道。信道隔离使用滤波器或其他技术来隔离不同频率的信号，防止它们相互干扰。提高容量通过将多个用户共享一个带宽，频率复用技术可以显著提高通信系统的容量。路由与交换技术路由器路由器用于连接不同的网络，并根据网络地址将数据包转发到正确的目的地。交换机交换机用于连接同一网络中的设备，并根据MAC地址将数据包转发到正确的设备。路由协议路由协议用于在路由器之间交换路由信息，以便路由器能够选择最优路径来转发数据包。网络协议体系OSI模型国际标准化组织(ISO)制定的开放系统互联(OSI)模型，它将网络协议体系结构分为七层，每一层负责特定功能，以确保不同系统之间能够相互通信。TCP