工學(xué)通信原理課件

通信原理課件本課程旨在幫助您深入了解現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基本原理，并為進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識(shí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。課程目標(biāo)掌握基本概念理解通信系統(tǒng)的基本概念，包括信號(hào)、系統(tǒng)、頻域分析等。學(xué)習(xí)關(guān)鍵技術(shù)深入學(xué)習(xí)信道編碼、調(diào)制解調(diào)、擴(kuò)頻技術(shù)等關(guān)鍵通信技術(shù)。培養(yǎng)實(shí)踐能力通過(guò)案例分析和實(shí)驗(yàn)練習(xí)，提升實(shí)際應(yīng)用能力。通信系統(tǒng)基本概念1信息源產(chǎn)生要傳輸?shù)男畔ⅰ?發(fā)送機(jī)將信息轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)男盘?hào)。3信道用于傳輸信號(hào)的物理介質(zhì)。4接收機(jī)接收信號(hào)并將其恢復(fù)為原始信息。信號(hào)與系統(tǒng)信號(hào)表示信息的物理量系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的裝置頻域分析1信號(hào)的頻率特性頻率分析有助于理解信號(hào)的頻率成分。2濾波器設(shè)計(jì)頻域分析有助于設(shè)計(jì)濾波器以提取特定頻率成分。3通信系統(tǒng)分析頻域分析有助于理解通信系統(tǒng)的帶寬和信道容量。傅里葉級(jí)數(shù)與變換傅里葉級(jí)數(shù)將周期信號(hào)分解成一系列正弦和余弦函數(shù)的疊加。傅里葉變換將非周期信號(hào)分解成一系列不同頻率的正弦波的疊加。頻譜分析通過(guò)傅里葉變換，我們可以分析信號(hào)的頻譜特性，了解信號(hào)的頻率成分和能量分布。連續(xù)時(shí)間傅里葉變換頻域分析傅里葉變換將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，分析信號(hào)的頻率成分。頻譜頻譜是信號(hào)在不同頻率上的能量分布，揭示信號(hào)的頻率特性。濾波器通過(guò)濾波器可以提取信號(hào)中的特定頻率成分，實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理。離散時(shí)間傅里葉變換信號(hào)分析用于分析離散時(shí)間信號(hào)的頻域特性，理解信號(hào)的頻率成分。濾波器設(shè)計(jì)利用頻域特性設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜整形。系統(tǒng)分析分析離散時(shí)間系統(tǒng)的頻域特性，理解系統(tǒng)對(duì)不同頻率信號(hào)的響應(yīng)。模擬信號(hào)數(shù)字化1采樣將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散信號(hào)2量化將離散信號(hào)轉(zhuǎn)換為有限個(gè)離散值3編碼用二進(jìn)制碼表示量化后的離散值采樣定理1奈奎斯特采樣定理采樣頻率至少為信號(hào)最高頻率的兩倍，才能從采樣信號(hào)中完全恢復(fù)原始信號(hào)。2頻譜復(fù)制采樣過(guò)程在頻域中會(huì)導(dǎo)致原始信號(hào)頻譜的周期性復(fù)制，采樣頻率決定了復(fù)制的間隔。3信號(hào)恢復(fù)通過(guò)理想低通濾波器，可以去除復(fù)制的頻譜，恢復(fù)原始信號(hào)的頻譜。量化與編碼量化將模擬信號(hào)的幅度值轉(zhuǎn)換成有限個(gè)離散值的過(guò)程。編碼將量化后的離散值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼的過(guò)程。量化誤差由于量化過(guò)程引入的誤差，稱為量化誤差。帶通信號(hào)的數(shù)字化模擬信號(hào)模擬信號(hào)是連續(xù)變化的信號(hào),比如音頻信號(hào)、視頻信號(hào)等.數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)是離散變化的信號(hào),比如計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)、數(shù)字音頻等.數(shù)字化過(guò)程帶通信號(hào)數(shù)字化需要進(jìn)行采樣、量化和編碼,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),以便于傳輸和處理.信道編碼原理增加冗余信道編碼通過(guò)添加冗余位，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴＜m錯(cuò)能力編碼后的數(shù)據(jù)包含額外的信息，可以用來(lái)檢測(cè)和糾正傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤。信道編碼方案漢明碼一種糾錯(cuò)碼，用于檢測(cè)和糾正單個(gè)錯(cuò)誤。卷積碼一種糾錯(cuò)碼，用于檢測(cè)和糾正多個(gè)錯(cuò)誤。Turbo碼一種高性能糾錯(cuò)碼，常用于無(wú)線通信系統(tǒng)。信道編解碼1編碼將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)男盘?hào)形式2解碼將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始數(shù)據(jù)信噪比與誤碼率信噪比(SNR)信號(hào)功率與噪聲功率的比值。越高意味著信號(hào)越強(qiáng)，噪聲越弱。誤碼率(BER)接收到的數(shù)據(jù)中錯(cuò)誤比特的比例。越低表示傳輸質(zhì)量越好。基帶通信系統(tǒng)基帶信號(hào)直接傳輸，無(wú)需調(diào)制。適用于短距離傳輸，如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。適用于數(shù)字信號(hào)傳輸，如數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)字帶通信系統(tǒng)信號(hào)調(diào)制將數(shù)字信號(hào)調(diào)制到高頻載波上，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。解調(diào)與數(shù)字信號(hào)恢復(fù)接收端進(jìn)行解調(diào)，將信號(hào)恢復(fù)成原始數(shù)字信號(hào)。系統(tǒng)特性數(shù)字帶通信系統(tǒng)具有高抗噪聲能力、高傳輸效率和高信息容量的特點(diǎn)。調(diào)制技術(shù)概述信號(hào)轉(zhuǎn)換將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以便通過(guò)模擬信道傳輸。頻譜利用將數(shù)字信號(hào)的頻譜搬移到合適的頻率范圍，以適應(yīng)信道特性?？垢蓴_提高數(shù)字信號(hào)的抗噪聲和干擾能力，保證傳輸質(zhì)量。幅度調(diào)制1載波幅度變化幅度調(diào)制是一種通過(guò)改變載波信號(hào)的幅度來(lái)傳遞信息的調(diào)制方式。2信息編碼調(diào)制信號(hào)的幅度變化反映了信息信號(hào)的變化，從而將信息編碼到載波信號(hào)中。3解調(diào)還原接收端通過(guò)解調(diào)過(guò)程將載波信號(hào)的幅度變化還原為原始信息信號(hào)。角度調(diào)制相位調(diào)制載波相位隨調(diào)制信號(hào)變化頻率調(diào)制載波頻率隨調(diào)制信號(hào)變化正交振幅調(diào)制1載波信號(hào)正交振幅調(diào)制（QAM）利用兩個(gè)正交的載波信號(hào)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。2信號(hào)調(diào)制通過(guò)改變每個(gè)載波信號(hào)的幅度來(lái)表示不同的數(shù)據(jù)符號(hào)。3數(shù)據(jù)傳輸QAM能夠同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)比特，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。擴(kuò)頻技術(shù)原理擴(kuò)頻技術(shù)通過(guò)將窄帶信號(hào)擴(kuò)展到更寬的頻譜，從而提高抗干擾能力，并能有效地提高通信系統(tǒng)的容量和安全性。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于軍事、通信、導(dǎo)航等領(lǐng)域，例如GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、無(wú)線局域網(wǎng)等。多址技術(shù)允許多個(gè)用戶共享同一個(gè)通信信道使用不同的信號(hào)特征區(qū)分不同用戶提高頻譜利用率，降低通信成本通信系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)1誤碼率衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸可靠性的指標(biāo)。2信噪比衡量信號(hào)強(qiáng)度與噪聲強(qiáng)度的指標(biāo)。3吞吐量衡量單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)信道的有效信息量。4時(shí)延衡量信號(hào)從發(fā)送端到接收端所需的傳輸時(shí)間。國(guó)內(nèi)外通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)高速率5G技術(shù)將為用戶提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速度，可達(dá)到當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)的10倍以上。低延遲5G網(wǎng)絡(luò)的低延遲特性將為實(shí)時(shí)應(yīng)用，例如VR/AR和自動(dòng)駕駛提供強(qiáng)力支持。高連接密度5G技術(shù)能夠連接更多設(shè)備，為物聯(lián)網(wǎng)和智能城市的發(fā)展提供基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)切片5G技術(shù)允許運(yùn)營(yíng)商根據(jù)不同的應(yīng)用需求，將網(wǎng)絡(luò)切分為多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)。重點(diǎn)知識(shí)回顧信號(hào)與系統(tǒng)信號(hào)分類、系統(tǒng)特性、線性時(shí)不變系統(tǒng)、卷積、傅里葉變換數(shù)字通信系統(tǒng)采樣定理、量化與編碼、信道編碼、調(diào)制技術(shù)、性能指標(biāo)考試指導(dǎo)重點(diǎn)內(nèi)容復(fù)習(xí)課程中講解過(guò)的重要概念和理論知識(shí)，包括信號(hào)與系統(tǒng)、頻域分析、數(shù)字信號(hào)處理、調(diào)制解調(diào)等。練習(xí)題通過(guò)做練習(xí)題來(lái)鞏固所學(xué)知識(shí)，并熟悉考試題型，重點(diǎn)關(guān)注課本習(xí)題和老師布置的作業(yè)。