通信原理張水英版電子課件ch

通信原理緒論通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)是將信息從源點(diǎn)傳送到接收點(diǎn)的完整過程，涉及信源、信道、信宿等要素。通信原理的重要性通信原理是研究通信系統(tǒng)基本原理和技術(shù)的學(xué)科，為現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。信號及其性質(zhì)物理量信號是隨時間變化的物理量，可以用來表示信息。連續(xù)或離散信號可以是連續(xù)的，也可以是離散的，取決于物理量變化是否連續(xù)。確定性或隨機(jī)性確定性信號可以用數(shù)學(xué)公式精確描述，而隨機(jī)信號則無法預(yù)測。信號的描述方法1時間域描述用數(shù)學(xué)函數(shù)表示信號隨時間的變化2頻域描述通過信號的頻率成分來描述信號3統(tǒng)計描述對于隨機(jī)信號，用統(tǒng)計參數(shù)來描述信號的頻譜信號的頻譜是信號在頻域的表示，它描述了信號中不同頻率成分的幅度和相位。線性時不變系統(tǒng)線性系統(tǒng)滿足疊加原理和齊次性時不變系統(tǒng)指系統(tǒng)的特性不隨時間變化線性時不變系統(tǒng)是通信系統(tǒng)中的重要組成部分傅里葉級數(shù)周期信號傅里葉級數(shù)可用于表示周期信號，將信號分解為不同頻率的正弦波之和。系數(shù)計算傅里葉級數(shù)的系數(shù)可以通過積分計算得出，反映了每個頻率正弦波的幅值和相位。應(yīng)用廣泛傅里葉級數(shù)在通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，例如信號分析、濾波器設(shè)計和頻譜分析。傅里葉變換1時域信號將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，可以更方便地分析信號的頻率特性。2頻譜分析通過傅里葉變換得到的頻譜可以顯示信號中各個頻率成分的大小和相位。3信號處理傅里葉變換是信號處理中常用的工具，可以用于濾波、壓縮、調(diào)制等。隨機(jī)信號及其特性隨機(jī)過程隨機(jī)信號是隨機(jī)過程的實(shí)現(xiàn)。統(tǒng)計特性隨機(jī)信號的特性用統(tǒng)計量描述，如均值、方差、自相關(guān)函數(shù)等。功率譜密度隨機(jī)信號的功率譜密度描述信號能量在不同頻率上的分布。噪聲隨機(jī)干擾噪聲是通信系統(tǒng)中不可避免的隨機(jī)干擾，它會影響信號的傳輸質(zhì)量和可靠性。噪聲源噪聲源包括熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲等，它們在不同的頻率范圍內(nèi)具有不同的特性。噪聲影響噪聲會導(dǎo)致信號失真、誤碼率增加，甚至完全無法接收信號。放大電路1信號增強(qiáng)放大電路可以增強(qiáng)信號的幅度，使其能夠傳遞更遠(yuǎn)的距離或驅(qū)動更大負(fù)載。2多種類型放大電路有多種類型，例如電壓放大器、電流放大器和功率放大器。3廣泛應(yīng)用放大電路在各種電子設(shè)備中都有應(yīng)用，例如無線電、電視、手機(jī)和電腦。調(diào)制和解調(diào)1調(diào)制將基帶信號轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)男盘?解調(diào)將接收到的信號還原為基帶信號3信道傳輸信號的媒介，例如無線電波、光纖振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號振蕩電路的作用是產(chǎn)生周期性的信號，例如正弦波、方波等。應(yīng)用廣泛振蕩電路是許多電子系統(tǒng)中不可或缺的一部分，例如無線電發(fā)射機(jī)、信號發(fā)生器等。正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路是一種產(chǎn)生正弦波信號的電路。其原理是利用正反饋放大電路，使電路中的信號不斷增強(qiáng)，最終形成穩(wěn)定的正弦波輸出。正弦波振蕩電路廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)、電子設(shè)備、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域，是信號處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用的基礎(chǔ)。濾波電路選擇性放大濾波電路通過選擇性放大或衰減特定頻率范圍內(nèi)的信號來工作。信號處理它們在通信系統(tǒng)中扮演重要角色，用于消除噪聲、干擾以及提取有用信號。頻率響應(yīng)濾波器的頻率響應(yīng)曲線顯示了它如何處理不同頻率的信號。電路噪聲熱噪聲由電路中電阻器中的電子熱運(yùn)動產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲。散粒噪聲由于電流是由離散的電子載流子形成的，因此電流存在隨機(jī)波動。閃爍噪聲頻率較低的噪聲，通常出現(xiàn)在半導(dǎo)體器件中。信號對噪聲比信噪比(SNR)信號功率與噪聲功率的比值單位分貝(dB)公式SNR=10log10(Ps/Pn)信道模型信道類型信道可以是無線的，例如無線電波，或有線的，例如電纜。信道特性信道具有帶寬、衰減、噪聲等特性，影響信號傳輸質(zhì)量。信道模型數(shù)學(xué)模型用于描述信道特性，幫助分析信號傳輸過程。信道編碼1錯誤檢測和糾正信道編碼的主要目的是檢測和糾正在傳輸過程中發(fā)生的錯誤。2冗余信息通過添加冗余信息來實(shí)現(xiàn)錯誤檢測和糾正，增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?編碼方案常用的信道編碼方案包括奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)碼和卷積碼等。源編碼壓縮算法減少冗余數(shù)據(jù)，提高傳輸效率。有損壓縮不可逆，壓縮率高，但會損失一些信息。無損壓縮可逆，壓縮率低，但不會損失信息。信道分類電話線信道衛(wèi)星信道無線信道信道容量C信道容量信道容量表示信道可以傳輸?shù)淖畲笮畔⒘?，單位為比特每秒（bps）。B帶寬信道帶寬是指信道可以傳輸?shù)念l率范圍，單位為赫茲（Hz）。S信噪比信噪比是信號功率與噪聲功率的比值，反映了信號的質(zhì)量。信道編碼基本概念編碼過程信息在發(fā)送之前，需要轉(zhuǎn)換成一種便于傳輸?shù)男问健Ｐ诺谰幋a通過添加冗余信息，來增強(qiáng)信息的可靠性。譯碼過程接收端收到編碼后的信息，需要通過解碼器還原原始信息。解碼器會利用編碼信息中的冗余部分，來糾正傳輸過程中發(fā)生的錯誤。信源編碼基本概念信息壓縮減少信息冗余以提高數(shù)據(jù)傳輸效率。編碼效率衡量編碼器壓縮信息的能力。編碼方法香農(nóng)編碼，霍夫曼編碼等。香農(nóng)信息熵1定義一個隨機(jī)變量的不確定性2計算根據(jù)概率分布計算3應(yīng)用數(shù)據(jù)壓縮、信道容量香農(nóng)編碼定理信道容量描述信道在無錯誤情況下可傳遞的最大信息量，與信道帶寬和信噪比有關(guān)。編碼效率通過編碼技術(shù)，可以將信息壓縮，提高傳輸效率。誤碼率香農(nóng)編碼定理表明，只要編碼率小于信道容量，就能夠?qū)崿F(xiàn)無誤碼傳輸。波分復(fù)用1光譜復(fù)用利用不同波長的光波在同一根光纖中傳輸2高帶寬可傳輸多個不同波長的光信號3低損耗光纖傳輸損耗低，信號衰減小時分復(fù)用1輪流共享時分復(fù)用是將多個信號輪流共享同一信道的一種技術(shù)。2時間片分配每個信號在分配給它特定時間片內(nèi)傳輸，避免信號之間的相互干擾。3復(fù)用器和解復(fù)用器需要使用復(fù)用器將多個信號合成一個信號，解復(fù)用器將復(fù)合信號拆分成原始信號。碼分復(fù)用獨(dú)特代碼每個用戶分配一個獨(dú)特的代碼，用于區(qū)分不同的用戶。正交性不同