【大學課件】通信技術入門

通信技術入門通信技術連接了世界，塑造了現(xiàn)代社會。從日常通訊到互聯(lián)網，通信技術無處不在。通信的概述信息的傳遞通信是傳遞信息的橋梁，將人和人、人和物連接在一起。合作與交流通信是社會進步的基石，促進信息的共享和社會的協(xié)作。跨越空間和時間通信突破了距離的限制，實現(xiàn)了全球范圍內信息的快速傳播?？萍及l(fā)展和進步通信技術的不斷發(fā)展，為人類社會帶來了深刻的變革。通信的基本原理信號的傳遞通信過程本質上是信息的傳遞。信號作為信息的載體，通過通信系統(tǒng)進行傳輸。信息的編碼為了便于傳輸，信息需要被轉換成適合于通信系統(tǒng)傳輸?shù)男盘栃问剑@就是編碼的過程。信號的調制為了將信息信號有效地傳輸?shù)竭h距離，需要將信息信號與載波信號結合，這就是調制過程。信號的解調在接收端，需要將接收到的信號還原成原始的信息信號，這就是解調過程。通信的基本形式單向通信信息只能從發(fā)送方傳送到接收方，例如廣播。雙向通信信息可以在發(fā)送方和接收方之間雙向傳遞，例如電話。半雙工通信信息只能在一方發(fā)送而另一方接收，例如對講機。全雙工通信信息可以在發(fā)送方和接收方之間同時雙向傳遞，例如互聯(lián)網。通信的基本組成部分發(fā)射機將信息轉換為電磁波，然后發(fā)送出去接收機接收來自發(fā)射機的電磁波，并將信息轉換為可理解的形式信號傳遞信息的媒介，可以是電磁波或其他形式的波信道信號傳輸?shù)穆窂?，可以是有線或無線信號的基本性質11.頻率頻率是指信號在單位時間內完成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲（Hz）。22.幅度幅度是指信號在變化過程中偏離其平均值的程度，代表信號的強度。33.相位相位是指信號在某一時刻相對其周期性變化的起始位置的偏移量，單位是弧度或度。44.持續(xù)時間信號持續(xù)時間是指信號從開始到結束的持續(xù)時間。分類和表示1模擬信號模擬信號是一種連續(xù)變化的信號。它隨時間連續(xù)變化，可以表示聲音、圖像等各種信息。2數(shù)字信號數(shù)字信號是一種離散的信號。它在時間上和幅度上都具有離散的數(shù)值，通常用0和1表示。3信號的表示信號可以用波形圖、頻譜圖、數(shù)學公式等方法進行表示，便于分析和理解。模擬信號和數(shù)字信號模擬信號模擬信號是連續(xù)變化的信號，可以表示成連續(xù)變化的曲線。模擬信號的幅度和頻率可以連續(xù)變化，可以表示各種類型的信息。數(shù)字信號數(shù)字信號是離散變化的信號，它用一連串的數(shù)字來表示信息。數(shù)字信號的幅度和頻率都是離散的，只能取有限個值。信號的變換1模擬信號到數(shù)字信號模擬信號是連續(xù)的，而數(shù)字信號是離散的，需要進行采樣和量化。2數(shù)字信號到模擬信號數(shù)字信號需要轉換為模擬信號才能進行無線傳輸，使用調制技術實現(xiàn)。3頻率變換將信號從一個頻率范圍轉換為另一個頻率范圍，便于傳輸和接收。編碼的基本概念數(shù)字信號編碼是將信息轉換為數(shù)字信號的過程，用0和1表示信息。信息轉換編碼將各種類型的信息轉換為可傳輸、存儲和處理的數(shù)字形式。提高效率編碼可以提高信息傳輸效率，減少傳輸錯誤，并方便信息處理和存儲。編碼的分類按編碼形式分類模擬編碼和數(shù)字編碼是兩種常見的編碼方式，分別用于模擬信號和數(shù)字信號的轉換。按編碼功能分類信源編碼和信道編碼是常見的兩種編碼功能，分別用于壓縮信息和提高傳輸效率。按編碼應用分類音頻編碼、視頻編碼和數(shù)據(jù)編碼是常見的應用領域，分別針對不同的數(shù)據(jù)類型進行處理。按編碼標準分類不同的編碼標準例如JPEG、MPEG、MP3等，根據(jù)不同的應用場景和需求進行制定。編碼的作用提高傳輸效率編碼可以將數(shù)據(jù)轉換成更緊湊的形式，減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而提高傳輸效率。降低傳輸錯誤編碼可以將數(shù)據(jù)轉換成更易于傳輸?shù)男问剑档蛡鬏斶^程中發(fā)生錯誤的可能性。增強數(shù)據(jù)安全性編碼可以對數(shù)據(jù)進行加密，防止數(shù)據(jù)被竊取或篡改，增強數(shù)據(jù)安全性。提高兼容性編碼可以使不同設備之間的數(shù)據(jù)交換更加容易，提高兼容性。常見的編碼方式曼徹斯特編碼每一位中間都包含一個跳變，信號始終變化，適合高頻傳輸?？乖肼暷芰姡加妙l譜較寬。差分曼徹斯特編碼每一位開始時都包含一個跳變，但跳變的位置表示數(shù)據(jù)。與曼徹斯特編碼相比，頻譜利用率更高，但抗干擾能力弱。NRZ-L編碼用信號電平的低高電平代表0和1，信號電平不改變，容易受噪聲干擾。簡單易于實現(xiàn)，但抗噪聲能力差，適用于短距離傳輸。NRZ-I編碼用信號電平的跳變表示1，無跳變表示0，適用于短距離傳輸，但抗噪聲能力差。對時鐘信息的依賴性比較強，常用于數(shù)據(jù)存儲領域。傳輸媒體的種類有線傳輸媒體包括雙絞線、同軸電纜、光纖等。它們能提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，適用于各種應用場景。無線傳輸媒體包括微波、衛(wèi)星、紅外線等，不受空間限制，傳輸距離遠，但信號容易受到干擾影響。光纖光纖利用光波進行數(shù)據(jù)傳輸，具有高帶寬、抗干擾、低損耗等優(yōu)點，是未來通信的主流傳輸媒體。各種傳輸媒體的特點光纖光纖傳輸速度快，抗干擾能力強，帶寬大，適合長距離傳輸。光纖主要用于骨干網絡、數(shù)據(jù)中心和高速網絡。雙絞線雙絞線價格低廉，易于安裝和維護，適合短距離傳輸，但傳輸速度慢，抗干擾能力弱。同軸電纜同軸電纜傳輸速度快，抗干擾能力強，適用于較短距離傳輸。同軸電纜主要用于電視信號傳輸，網絡建設。無線網絡無線網絡傳輸靈活，不受距離限制，適合移動設備和小型網絡。無線網絡主要用于家庭、辦公室和公共場所。有線傳輸介質有線傳輸介質是利用電纜或光纜進行信號傳輸?shù)拿浇椤３Ｒ姷念愋桶p絞線、同軸電纜和光纖。它們具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、抗干擾能力強、穩(wěn)定性高等特點。無線傳輸介質無線傳輸介質是指不需要使用物理線纜進行信號傳輸?shù)拿浇?，主要依靠電磁波進行信息傳播。常見的無線傳輸介質包括微波、衛(wèi)星通信、紅外線、無線電波等。無線傳輸介質具有靈活性高、安裝方便、成本低廉等優(yōu)點，在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中得到了廣泛應用。調制的基本原理11.載波載波是一種頻率較高的連續(xù)波，可以攜帶信息。22.調制調制是指用低頻信號改變高頻載波的某一參數(shù)。33.解調解調是將調制信號還原成原始信息的過程。常見的調制方式振幅調制載波振幅隨調制信號變化。頻率調制載波頻率隨調制信號變化。相位調制載波相位隨調制信號變化。脈沖幅度調制脈沖幅度隨調制信號變化。調制的作用11.提高信號傳輸效率調制將低頻信號轉化為高頻信號，能夠有效提高傳輸距離。22.提高信道利用率多路信號通過調制可以共用一個信道，提升信道使用效率。33.提高抗干擾能力調制可以將信號頻率提升到更高的頻段，減少干擾。44.提高信號質量調制可以改善信號的頻譜特性，提高抗噪聲能力。調制信號的特點帶寬占用調制信號的帶寬取決于調制方式和載波頻率。帶寬越寬，傳輸信息的能力越強?？乖肼暷芰φ{制信號的抗噪聲能力取決于信號的功率和噪聲的功率。功率越大，抗噪聲能力越強。傳輸距離調制信號的傳輸距離取決于信號的功率和傳輸媒介的特性。功率越大，傳輸距離越遠。信息容量調制信號的信息容量取決于調制方式和帶寬。帶寬越寬，信息容量越大。多址接入技術什么是多址接入技術？多址接入技術是指在同一個信道上，允許多個用戶同時進行通信的技術。它通過對信號進行區(qū)分，使每個用戶可以獨占信道的一部分，實現(xiàn)多個用戶共享信道的目的。多址接入技術的種類多址接入技術主要包括以下幾種：頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)以及空間分多址(SDMA)。FDMA、TDMA和CDMA頻分多址將頻譜分成多個子頻帶，每個用戶使用不同的頻帶。用戶同時傳輸，不會相互干擾。時分多址將時間分成多個時隙，每個用戶分配不同的時隙。用戶輪流使用相同的頻帶。碼分多址每個用戶使用不同的碼序列進行編碼，然后將信號疊加在相同的頻帶上。用戶同時傳輸，但不同碼序列互不干擾。各種接入技術的特點數(shù)據(jù)傳輸速率不同接入技術的數(shù)據(jù)傳輸速率差異很大，取決于其帶寬和調制方式。成本不同的接入技術有著不同的成本結構，包括設備成本、維護成本和運營成本。覆蓋范圍無線接入技術可以覆蓋更廣闊的區(qū)域，而有線接入技術則受限于布線條件。安全性不同的接入技術有著不同的安全措施，以保護數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C密性和完整性。接入技術的應用領域移動通信TD-SCDMA、FDD-LTE、CDMA2000等技術，提供移動電話、移動互聯(lián)網接入服務。固定通信ADSL、VDSL、光纖到戶等技術，為家庭、企業(yè)提供高速寬帶接入。衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信技術，提供廣播、電視、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确眨绕溥m用于偏遠地區(qū)。無線局域網Wi-Fi技術，實現(xiàn)無線網絡連接，方便移動設備上網。數(shù)字通信系統(tǒng)的組成信號處理單元負責對數(shù)字信號進行編碼、調制等處理，以適應傳輸信道和接收設備的要求。傳輸系統(tǒng)將經過處理的數(shù)字信號通過無線或有線的方式傳輸?shù)浇邮斩恕＝邮障到y(tǒng)負責接收傳輸來的信號，并對其進行解調和解碼，還原為原始的數(shù)字信號。數(shù)字通信的基本流程1接收接收端接收信號2解調將接收信號恢復到原始信息3解碼將數(shù)字信號還原為原始數(shù)據(jù)4傳輸將信息信號通過傳輸介質傳輸5編碼將數(shù)字信息轉化為數(shù)字信號6調制將數(shù)字信號調制為適合傳輸?shù)男盘枖?shù)字通信的優(yōu)缺點1優(yōu)點數(shù)字通信提供更高質量、更可靠的通信體驗，并支持更復雜的應用。2優(yōu)點數(shù)字信號不易受噪聲干擾，可以進行加密和壓縮，提高傳輸效率。3缺點數(shù)字通信需要額外的設備和技術支持，成本相對較高。4缺點數(shù)字信號需要進行數(shù)字化處理，會造成一定的信息損失。數(shù)字通信的應用移動通信移動通信技術應用于手機、平板電腦等設備，提供通話、短信、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确眨淖兞巳藗兊臏贤ǚ绞??；ヂ?lián)網互聯(lián)網應用基于數(shù)字通信技術，實現(xiàn)全球范圍的網絡連接，為人們提供信息獲取、社交、購物、娛樂等服務。通信網絡的分類局域網局域網通常用于連接同一辦公室、建筑物或校園內的設備。它們通常由較小的企業(yè)和組織使用。城域網城域網覆蓋一個城市或地區(qū)，將局域網連接起來。它們通常由電信公司或政府機構運營。廣域網廣域網覆蓋全球，將不同的城域網和局域網連接起來。它們通常由大型電信公司運營。無線網絡無線網絡使用無線電波來傳輸數(shù)據(jù)，它允許設備在沒有物理電纜的情況下相互通信。各種網絡結構的特點星型拓撲結構中央設備連接所有節(jié)點，結構簡單、易于管理。中央設備出現(xiàn)故障，整個網絡癱瘓?？偩€型拓撲結構所有節(jié)點連接到一條公共總線上，成本低、易于擴展。某個節(jié)點故障不會影響其他節(jié)點，但總線出現(xiàn)故障，整個網絡癱瘓。環(huán)型拓撲結構節(jié)點以環(huán)形連接，數(shù)據(jù)單向傳播，可靠性高。某個節(jié)點故障會影響整個網絡，但可以采用雙環(huán)結構提高可靠性。樹型拓撲結構層次結構，適合大型網絡，管理方便。上層節(jié)點故障會影響下層節(jié)點，但下層節(jié)點故障不影響上層節(jié)點。網絡的協(xié)議和標準網絡協(xié)議協(xié)議是一組規(guī)則和約定，用于定義數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健f(xié)議層級結構，例如OSI七層模型，用于組織和管理網絡通信。網絡標準網絡標準確保不同設備和系統(tǒng)之間的互操作性。標準組織，如IEEE和IETF，制定標準，以確保網絡通信的兼容性?；ヂ?lián)網協(xié)議TCP/IP是互聯(lián)網的基礎協(xié)議套件。它們定義了網絡設備之間的通信方式，確保數(shù)據(jù)在網絡中的傳輸。網絡設備連接協(xié)議和標準允許網絡設備，如路由器和交換機，相互通信，并建立可靠的網絡連接。網絡技術的發(fā)展從早期的電報電話發(fā)展到現(xiàn)代的互聯(lián)網和移動通信網絡技術日新月異帶來了巨大的社會經濟效益，推動著人類社會快速發(fā)展未來將繼續(xù)發(fā)展例如5G、物聯(lián)網、云計算、人工智能等通信系統(tǒng)安全信息加密信息加密技術，保護數(shù)據(jù)在傳輸過程中不被竊取和篡改網絡安全防護防火墻、入侵檢測系統(tǒng)等，抵御網絡攻擊安全維護定期進行安全漏洞掃描和修復，確保通信系統(tǒng)的安全性信息加密技術對稱加密使用相同的密鑰進行加密和解密，速度快，適合大量數(shù)據(jù)的加密。非對稱加密使用不同的密鑰進行加密和解密，安全性更高，適合密鑰交換和數(shù)字簽名。哈希算法將任意長度的輸入數(shù)據(jù)轉換為固定長度的哈希值，用于數(shù)據(jù)完整性驗證和密碼存儲。網絡安全防護1防火墻防火墻是網絡安全的重要組成部分，它可以阻止來自外部網絡的惡意訪問。2入侵檢測系統(tǒng)入侵檢測系統(tǒng)可以監(jiān)測網絡流量，識別潛在的攻擊行為，并及時報警。3反病毒軟件反病毒軟件可以保護計算機免受病毒、木馬等惡意程序的攻擊。4安全策略制定安全策略，并嚴格執(zhí)行，可以有效地降低網絡安全風險。系統(tǒng)安全維護1定期更新定期更新系統(tǒng)補丁，修復漏洞，提升系統(tǒng)安全性能。2安全監(jiān)測實時監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)安全風險，及時采取應對措施。3安全備份定期備份重要數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)丟失，保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全。4安全審計定期對系統(tǒng)安全進行審計，查找安全隱患，改進安全措施。通信技術的發(fā)展趨勢5G技術5G網絡具有超高速率、超低延遲和超高連接密度等特點。物聯(lián)網萬物互聯(lián)的趨勢將推動通信技術向更廣泛的領域擴展。云計算云計算技術將為通信系統(tǒng)提供更大的存儲空間、計算能力和數(shù)據(jù)分析能力。通信技術的發(fā)展趨勢5G5G是一種移動通信技術，提供比以往更快的速度、更高的容量和更低的延遲。它支持各種應用程序，例如自動駕駛、遠程醫(yī)療和增強現(xiàn)實。物聯(lián)網物聯(lián)網將物理設備連接到互聯(lián)網，使設備能夠收集數(shù)據(jù)、相互通信和控制。它可以改善城市基礎設施、家庭安全和制造效率。云計算云計算提供按需訪問計算資源，例如服務器、存儲和軟件。它使公司能夠