《通信复习》课件

通信复习本PPT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掌握通信系统的基本组成部分，了解通信的基本原理。理解信号与系统掌握信号的分类、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11.信息传递通信是指信息从发送方到接收方的传递过程。22.传输介质信息的传递需要依靠各种传输介质，例如电磁波、光纤等。33.通信系统通信系统由发送端、接收端和传输信道组成。44.通信协议通信协议规定了通信双方信息交互的规则和格式。信号与系统信号表示信号是信息的载体，可以用数学函数描述。例如，正弦波信号可以用正弦函数表示。系统处理系统对输入信号进行处理，产生输出信号。系统可以是物理系统，例如电路，也可以是数学模型。系统特性系统的特性可以由其对不同输入信号的响应来描述，例如频率响应。信号的分类模拟信号模拟信号是连续变化的信号，其幅度和时间都是连续的。数字信号数字信号是离散变化的信号，其幅度和时间都是离散的。周期信号周期信号是指信号在一定时间间隔内重复出现的信号。非周期信号非周期信号是指信号在一定时间间隔内不重复出现的信号。连续时间信号定义连续时间信号是定义在连续时间上的函数，时间轴上每个点都有对应的信号值。示例常见的连续时间信号包括正弦波、方波、三角波等。应用在通信系统中，音频信号、视频信号等都是连续时间信号。离散时间信号信号被离散化成一系列样本。样本用数字表示，形成数字信号。样本在时间轴上排列，形成时间序列。样本每个样本代表信号在特定时间点的值。线性时不变系统1线性系统满足叠加原理和齐次性原理。2时不变系统的特性不随时间的推移而改变。3重要性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1时域信号随时间的变化2频域信号中包含不同频率分量的强度3傅里叶变换将时域信号转换为频域信号4频谱分析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1傅里叶级数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。2傅里叶变换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。3应用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模拟信号是连续的，而数字信号是离散的。采样是将模拟信号转换为数字信号的过程，即在时间轴上选择样本点。采样频率采样频率是指每秒采样的次数。采样频率越高，样本点越密集，就越能准确地反映模拟信号的变化。奈奎斯特采样定理采样定理指出，为了不失真地恢复模拟信号，采样频率必须大于或等于信号最高频率的两倍。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。数字信号处理的应用数字信号处理的应用非常广泛，例如，在通信领域，数字信号处理用于对信号进行编码、解码、调制、解调等操作，提高通信效率和抗干扰能力。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。1线性时不变系统大多数数字信号处理系统都是线性时不变的。2差分方程描述离散时间系统的输入和输出之间的关系。3解差分方程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。z变换定义z变换是一种将离散时间信号从时域转换到复频域的工具，与连续时间信号的拉普拉斯变换类似。应用z变换广泛应用于数字信号处理中，用于分析和设计数字滤波器、系统稳定性分析以及系统响应分析。特性z变换具有线性、时移、卷积等重要特性，这些特性使得z变换在数字信号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来自各种来源，例如电子设备、自然现象和人为干扰。噪声特性随机性不可预测性频率分布噪声影响噪声会降低信号质量，影响通信系统的性能和可靠性。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。10dB弱信号难以识别30dB中等信号可识别50dB强信号清晰度高70dB极强信号高质量脉冲编码调制（PCM）脉冲编码调制（PCM）是一种将模拟信号转换为数字信号的常见技术。它利用脉冲幅度调制（PAM）将模拟信号转换成脉冲序列，然后对脉冲进行量化和编码，最终得到数字信号。PCM系统由四个主要部分组成：采样、量化、编码和解码。采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。差分脉冲编码调制（DPCM）DPCM原理DPCM利用相邻样本之间的相关性进行预测，从而减少编码所需的比特数。DPCM编码器DPCM编码器包含一个预测器，一个量化器和一个编码器。DPCM解码器DPCM解码器包含一个解码器，一个去量化器和一个预测器。三种基本调制方式1调幅(AM)将载波的振幅进行改变，并使其随信息信号变化。2调频(FM)将载波的频率进行改变，并使其随信息信号变化。3调相(PM)将载波的相位进行改变，并使其随信息信号变化。调幅（AM）调幅原理调幅是将载波信号的振幅进行调制，使其随信息信号的变化而变化。优点调幅技术实现简单，成本低廉，易于接收，适合传输音频信号。缺点调幅信号容易受到噪声干扰，传输效率低，带宽较宽。应用场景调幅技术广泛应用于广播、无线电通信等领域。调频（FM）频率偏移调频信号的载波频率随调制信号的变化而变化。调制信号的振幅决定了频率偏移的大小。带宽调频信号的带宽取决于调制信号的频率和频率偏移量。信噪比调频信号的信噪比优于调幅信号，不易受噪声影响，可以实现更高质量的传输。应用场景调频广泛应用于广播、电视、无线通信等领域，如FM收音机、卫星通信等。调相（PM）调相的原理调相（PM）是一种数字调制方式，通过改变载波信号的相位来传输信息。相位变化的大小与数字信号的幅度成正比。调相的应用PM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。数字调制11.载波信号载波信号用于传输信息，频率较高，可以有效地传播到很远的地方。22.数字信号数字信号由一系列离散的脉冲组成，可以用来表示数字信息。33.调制过程调制过程就是将数字信号的特征映射到载波信号上，使载波信号可以承载数字信息。44.解调过程解调过程就是从接收到的载波信号中提取出原来的数字信号。数字调制原理1模拟信号转换为数字信号将模拟信号数字化，例如使用脉冲编码调制（PCM）2数字信号调制载波将数字信号的特性映射到载波信号的特性3恢复数字信号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（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等。数字调制方式振幅键控（ASK）通过改变载波信号的振幅来表示数字信息。频率键控（FSK）通过改变载波信号的频率来表示数字信息。相位键控（PSK）通过改变载波信号的相位来表示数字信息。正交幅度调制（QAM）同时改变载波信号的振幅和相位来表示数字信息。信道编码可靠传输信道编码将冗余信息添加到数据流中，以提高数据传输的可靠性。错误检测信道编码通过引入冗余信息，使接收方能够检测并纠正传输过程中发生的错误。编码方式常见的信道编码方式包括线性分组码、卷积码和Turbo码，它们各有优缺点，适用于不同的应用场景。信道编码原理1提高可靠性防止噪声干扰2增加信息冗余编码后的信息3添加校验位检测和纠正错误4数据编码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最简单的信道编码方式，通过添加一个校验位，检测传输过程中的错误。汉明码可以检测和纠正单个错误的编码，在通信系统中应用广泛。卷积码利用当前信息比特和前几个信息比特编码，具有更强的纠错能力。Turbo码近年来发展起来的先进编码技术，具有非常高的纠错能力，被广泛应用于现代通信系统。信道译码解码过程信道译码是接收端根据接收到的信号和编码规则，将数据还原为原始信息的处理过程。算法应用常见的信道译码算法包括维特比译码、卷积码译码等，根据编码方式选择合适的算法。错误纠正信道译码通过解码算法，识别并纠正传输过程中出现的错误，提高数据传输的可靠性。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