樊昌信版通信原理課件

通信原理課程歡迎來到通信原理課程。本課程將深入探討現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)和核心概念。我們將從基本理論出發(fā)，逐步深入到高級(jí)應(yīng)用。通信原理基本概念信息傳輸通信的本質(zhì)是信息的傳遞和交換。信號(hào)處理將信息轉(zhuǎn)換為可傳輸?shù)男盘?hào)形式。信道信號(hào)傳輸?shù)拿浇?，如有線或無線。通信系統(tǒng)的基本組成信源產(chǎn)生待傳輸?shù)男畔ⅰ０l(fā)射機(jī)將信息轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)男盘?hào)。信道傳輸信號(hào)的媒介。接收機(jī)接收并還原原始信息。信號(hào)和信號(hào)表示時(shí)域表示描述信號(hào)隨時(shí)間的變化。常用于分析信號(hào)的時(shí)間特性。頻域表示描述信號(hào)的頻率組成。有助于分析信號(hào)的頻譜特性。連續(xù)時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間信號(hào)連續(xù)時(shí)間信號(hào)在任意時(shí)刻都有定義的信號(hào)，如模擬信號(hào)。離散時(shí)間信號(hào)只在特定時(shí)刻有定義的信號(hào)，如數(shù)字信號(hào)。信號(hào)轉(zhuǎn)換通過采樣和重建在兩種信號(hào)之間轉(zhuǎn)換。傅里葉級(jí)數(shù)和傅里葉變換1傅里葉級(jí)數(shù)將周期信號(hào)分解為正弦和余弦函數(shù)的線性組合。2傅里葉變換將非周期信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，分析其頻率成分。3應(yīng)用廣泛應(yīng)用于信號(hào)分析、濾波和信號(hào)處理。能量和功率能量信號(hào)總能量有限，如脈沖信號(hào)。功率信號(hào)平均功率有限，如正弦信號(hào)。計(jì)算方法通過積分或求和計(jì)算信號(hào)的能量和功率。帶寬和頻帶1帶寬定義信號(hào)所占用的頻率范圍。2頻帶類型基帶信號(hào)和帶通信號(hào)。3帶寬限制影響信號(hào)傳輸質(zhì)量和速率。4帶寬利用提高頻譜效率的關(guān)鍵。信噪比和信號(hào)功率SNR信噪比信號(hào)功率與噪聲功率的比值，單位為分貝(dB)。P_s信號(hào)功率信號(hào)所攜帶的平均功率。P_n噪聲功率系統(tǒng)中不希望出現(xiàn)的隨機(jī)干擾功率。信道模型與信道容量1理想信道無失真、無噪聲的理想傳輸媒介。2加性白噪聲信道考慮加性高斯白噪聲的影響。3帶限信道考慮帶寬限制的實(shí)際信道。4信道容量香農(nóng)定理定義的最大無差錯(cuò)傳輸速率。調(diào)制和解調(diào)調(diào)制將信息加載到載波上，適應(yīng)信道特性。傳輸通過信道傳輸調(diào)制后的信號(hào)。解調(diào)從接收到的信號(hào)中提取原始信息。振幅調(diào)制雙邊帶調(diào)制保留載波和兩個(gè)邊帶，頻譜利用率低。單邊帶調(diào)制抑制一個(gè)邊帶，提高頻譜利用率。抑制載波調(diào)制抑制載波，進(jìn)一步提高功率效率。頻率調(diào)制和相位調(diào)制頻率調(diào)制(FM)根據(jù)基帶信號(hào)改變載波頻率?？乖肼暷芰?qiáng)。相位調(diào)制(PM)根據(jù)基帶信號(hào)改變載波相位。與FM相似但實(shí)現(xiàn)不同。應(yīng)用廣泛用于無線通信、廣播等領(lǐng)域。帶通調(diào)制信號(hào)的發(fā)生和接收1信號(hào)產(chǎn)生使用調(diào)制器將基帶信號(hào)調(diào)制到載波上。2信號(hào)傳輸通過帶通信道傳輸調(diào)制信號(hào)。3信號(hào)接收使用解調(diào)器從接收信號(hào)中恢復(fù)原始信息。數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸脈沖編碼將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為脈沖序列。眼圖分析評(píng)估數(shù)字信號(hào)的質(zhì)量和時(shí)間抖動(dòng)。波形整形減少碼間干擾，提高傳輸效率。數(shù)字信號(hào)的帶通傳輸12ASK二進(jìn)制振幅鍵控。22FSK二進(jìn)制頻率鍵控。32PSK二進(jìn)制相位鍵控。4QAM正交幅度調(diào)制。采樣定理和奈奎斯特采樣定理1采樣過程將連續(xù)時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散時(shí)間序列。2奈奎斯特頻率最小采樣頻率應(yīng)不小于信號(hào)最高頻率的兩倍。3欠采樣采樣頻率過低導(dǎo)致頻譜混疊。4插值重建從離散樣本重建連續(xù)信號(hào)。量化和編碼量化將連續(xù)幅度信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散幅度。引入量化噪聲。編碼將量化后的數(shù)值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼字。常用PCM編碼。信道編碼的基本原理差錯(cuò)控制檢測(cè)和糾正傳輸中的錯(cuò)誤。冗余信息添加額外比特以提高可靠性。編碼增益在相同誤碼率下降低所需信噪比。循環(huán)碼和卷積碼循環(huán)碼利用生成多項(xiàng)式的代數(shù)結(jié)構(gòu)。適合突發(fā)錯(cuò)誤。卷積碼基于移位寄存器的連續(xù)編碼。適合隨機(jī)錯(cuò)誤。性能比較卷積碼通常性能更好，但復(fù)雜度較高。信道分集技術(shù)空間分集使用多根天線接收信號(hào)。頻率分集在不同頻率上傳輸相同信息。時(shí)間分集在不同時(shí)間發(fā)送相同信息。等化技術(shù)1信道失真多徑傳播和頻率選擇性衰落導(dǎo)致符號(hào)間干擾。2線性等化器通過線性濾波器補(bǔ)償信道失真。3判決反饋等化器利用先前判決結(jié)果提高性能。4自適應(yīng)等化根據(jù)信道變化動(dòng)態(tài)調(diào)整等化器參數(shù)。擴(kuò)頻技術(shù)直接序列擴(kuò)頻用偽隨機(jī)碼序列調(diào)制信息信號(hào)，增加帶寬。跳頻擴(kuò)頻按偽隨機(jī)序列在多個(gè)頻率間跳變。優(yōu)點(diǎn)抗干擾、低截獲概率、多址通信能力。多址接入技術(shù)FDMA頻分多址，不同用戶占用不同頻段。TDMA時(shí)分多址，不同用戶占用不同時(shí)隙。CDMA碼分多址，用戶使用不同擴(kuò)頻碼。OFDMA正交頻分多址，靈活分配時(shí)頻資源。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)1蜂窩結(jié)構(gòu)將覆蓋區(qū)域劃分為小區(qū)。2頻率重用相鄰小區(qū)使用不同頻率。3切換用戶在小區(qū)間移動(dòng)時(shí)保持通信。4功率控制動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)射功率，減少干擾。無線局域網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)技術(shù)。5G第五代移動(dòng)通信技術(shù)，高速率、低延遲。物聯(lián)網(wǎng)連接各種設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)智能化。光纖通信系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。光纖傳輸光信號(hào)的媒介。光放大器補(bǔ)償傳輸損耗。光接收機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換回電信號(hào)。通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1物理層處理比特流的傳輸。2數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)可靠的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。3網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)路由和尋址。4傳輸層提供端到端的可靠傳輸。5應(yīng)用層支持各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。通信安全和加密對(duì)稱加密使用相同密鑰加密和解密。速度快但密鑰管理復(fù)雜。非對(duì)稱加密使用公鑰和私鑰。安全性高但計(jì)算復(fù)雜度大。數(shù)字簽名確保消息完整性和發(fā)送者身份。通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)16G研究更高速率、更低延遲、更廣覆蓋。2量子通信利用量子特性實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全的通信。3人工智能智能化網(wǎng)