《通信工程專業(yè)導(dǎo)論》課件

通信工程專業(yè)導(dǎo)論本課程介紹通信工程專業(yè)的基礎(chǔ)知識，包括通信系統(tǒng)的基本概念、信號與系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)等。課程概述課程內(nèi)容本課程涵蓋通信工程專業(yè)的基礎(chǔ)知識和核心技能。學(xué)習(xí)目標(biāo)幫助學(xué)生掌握通信工程專業(yè)的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用實踐能力。授課方式課堂講授、實驗操作、項目實踐相結(jié)合，并輔以線上學(xué)習(xí)資源。通信工程專業(yè)概況通信工程專業(yè)是信息科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的重要分支，涵蓋了信號處理、無線通信、網(wǎng)絡(luò)通信、光通信等多個領(lǐng)域。該專業(yè)培養(yǎng)具備扎實的通信理論基礎(chǔ)、掌握現(xiàn)代通信技術(shù)、能夠從事通信系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)、應(yīng)用、維護等工作的復(fù)合型人才。通信工程發(fā)展歷程早期階段電報和電話技術(shù)的出現(xiàn)，開啟了通信技術(shù)發(fā)展的序幕。無線電時代無線電廣播和電視的普及，標(biāo)志著通信技術(shù)的突破。數(shù)字通信時代計算機技術(shù)與通信技術(shù)的融合，推動數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展?，F(xiàn)代通信時代移動通信、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信等新興技術(shù)的出現(xiàn)，帶來了前所未有的通信體驗。通信工程學(xué)科結(jié)構(gòu)信號與系統(tǒng)分析和處理通信系統(tǒng)中使用的各種信號。通信電路研究通信系統(tǒng)中各種電路的原理和設(shè)計。無線通信探討無線電波傳播、天線設(shè)計和移動通信系統(tǒng)。通信網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)通信網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。通信系統(tǒng)基本原理11.信息的表達與傳輸通信系統(tǒng)將信息轉(zhuǎn)換為電磁波或光波形式傳輸，實現(xiàn)信息傳遞。22.信號的調(diào)制與解調(diào)調(diào)制將信息信號加載到載波上，解調(diào)從載波中提取出信息信號。33.信道的特性與影響信道是信息傳輸?shù)拿浇?，具有衰減、噪聲等特性，影響信號質(zhì)量。44.編碼與解碼編碼將信息轉(zhuǎn)換為易于傳輸?shù)母袷?，解碼將接收到的信息還原。通信系統(tǒng)組成及功能通信系統(tǒng)組成一個完整的通信系統(tǒng)通常由發(fā)送方、接收方和信道組成。發(fā)送方負責(zé)將信息轉(zhuǎn)換成電信號，通過信道傳輸?shù)浇邮辗?，接收方則將接收到的信號還原成信息。信息源發(fā)送器信道接收器信息宿通信系統(tǒng)功能通信系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)信息的可靠傳遞，這包括信號的產(chǎn)生、傳輸、接收和處理等步驟。系統(tǒng)需要保證信號在傳輸過程中不被干擾和失真，同時還要確保接收方能夠準(zhǔn)確地接收信息。信息的采集和轉(zhuǎn)換信息的編碼和調(diào)制信息的傳輸和接收信息的解碼和解調(diào)信息的還原和輸出信號的數(shù)字化處理1采樣將連續(xù)信號轉(zhuǎn)換為離散信號2量化將離散信號的幅值轉(zhuǎn)換為有限個離散值3編碼將量化后的值轉(zhuǎn)換為二進制碼信號的數(shù)字化處理是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程。它包含采樣、量化和編碼三個步驟，這三個步驟是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的基本步驟。信號的頻域分析頻域分析是通信工程中的一種重要方法，它將信號表示為不同頻率成分的組合。通過頻域分析，可以了解信號的頻率特性，例如信號的帶寬、頻率分布等，并據(jù)此進行信號處理和系統(tǒng)設(shè)計。例如，可以利用頻域分析方法來濾除信號中的噪聲，或設(shè)計匹配濾波器來提高信號的信噪比。頻域分析在通信系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，例如信號的調(diào)制解調(diào)、信道均衡、頻譜管理等。信道編碼技術(shù)抗干擾能力信道編碼技術(shù)可以增加信號的抗干擾能力，減少傳輸過程中的誤碼率。提高傳輸效率通過編碼，可以將更多的信息量壓縮到有限的帶寬內(nèi)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。糾錯能力信道編碼可以使接收端在一定程度上檢測和糾正傳輸過程中的錯誤，提高數(shù)據(jù)可靠性。常見編碼技術(shù)常用的編碼技術(shù)包括線性分組碼、卷積碼、Turbo碼、LDPC碼等。多址接入技術(shù)定義多址接入技術(shù)是指在無線通信系統(tǒng)中，多個用戶共享同一頻譜資源的技術(shù)。分類常見的多址接入技術(shù)包括頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)等。應(yīng)用場景多址接入技術(shù)廣泛應(yīng)用于移動通信、衛(wèi)星通信、無線局域網(wǎng)等領(lǐng)域。優(yōu)勢多址接入技術(shù)能夠提高頻譜利用率，增加用戶容量，并提供更高質(zhì)量的通信服務(wù)。無線電波傳播基礎(chǔ)無線電波在空間中的傳播是通信系統(tǒng)中不可或缺的一部分，它決定著信號的覆蓋范圍和傳輸質(zhì)量。無線電波傳播受多種因素影響，包括發(fā)射功率、頻率、環(huán)境條件、障礙物等。常見的傳播模式包括直射波、反射波、折射波和散射波，每種模式都有其特點和適用場景。天線基礎(chǔ)知識天線功能天線是無線通信系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，負責(zé)將電信號轉(zhuǎn)換為電磁波，或?qū)㈦姶挪ㄞD(zhuǎn)換為電信號。天線類型常見的類型包括偶極天線、單極天線、微帶天線等，根據(jù)應(yīng)用場景和頻率范圍選擇合適的類型。天線參數(shù)關(guān)鍵參數(shù)包括增益、方向性、輻射功率、阻抗等，這些參數(shù)影響天線性能和通信質(zhì)量。移動通信系統(tǒng)概述1移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)是指利用無線電波進行信息傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)，它可以實現(xiàn)移動用戶之間的通信，也可以實現(xiàn)移動用戶與固定用戶之間的通信。2系統(tǒng)組成移動通信系統(tǒng)主要由移動臺、基站、交換機、網(wǎng)絡(luò)管理中心等組成，它們共同完成無線通信功能。3發(fā)展趨勢移動通信技術(shù)不斷發(fā)展，從最初的模擬通信發(fā)展到數(shù)字通信，再到現(xiàn)在的4G/5G技術(shù)，未來將朝著更高速率、更低延遲、更低功耗的方向發(fā)展。蜂窩通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基站覆蓋一定區(qū)域，提供無線通信服務(wù)，處理用戶信號。核心網(wǎng)絡(luò)管理用戶，處理呼叫，負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸。移動終端用戶使用設(shè)備，進行通話，數(shù)據(jù)傳輸。3G/4G/5G技術(shù)演進13G2001年問世24G2010年問世35G2019年問世3G網(wǎng)絡(luò)主要用于語音通話，并支持低速率數(shù)據(jù)傳輸。4G網(wǎng)絡(luò)支持高速率數(shù)據(jù)傳輸和高清視頻通話。5G網(wǎng)絡(luò)具有超高速率、超低延遲、大連接的特點，可滿足物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興應(yīng)用需求。物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)收集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)關(guān)。智能家居智能家居系統(tǒng)通過傳感器和網(wǎng)絡(luò)控制家居設(shè)備。智能交通智能交通系統(tǒng)收集交通信息，優(yōu)化交通流量。工業(yè)自動化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動工業(yè)自動化，提高生產(chǎn)效率。衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，實現(xiàn)地面站之間的無線通信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有覆蓋范圍廣、不受地理環(huán)境限制的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于廣播電視、移動通信、數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域。光通信技術(shù)1高帶寬光纖傳輸容量大，可滿足高速數(shù)據(jù)傳輸需求，例如4K視頻。2低損耗光信號在光纖中傳輸損耗低，傳輸距離遠，可用于長途通信。3抗干擾光信號不易受電磁干擾，確保通信質(zhì)量穩(wěn)定，提高可靠性。4應(yīng)用廣泛光通信技術(shù)已應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)、移動通信、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)層次化結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)通常采用層次化結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)功能分層。每層負責(zé)特定功能，例如物理層負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)鏈路層負責(zé)數(shù)據(jù)幀的傳輸，網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)數(shù)據(jù)包的路由，等等。典型模型常用的通信網(wǎng)絡(luò)模型包括OSI模型和TCP/IP模型。OSI模型是一個七層模型，而TCP/IP模型是一個四層模型，它們定義了網(wǎng)絡(luò)功能和協(xié)議，為不同設(shè)備之間的通信提供了標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)范網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計算機網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備之間通信的規(guī)則，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院鸵恢滦浴?biāo)準(zhǔn)組織國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國際電信聯(lián)盟（ITU）、互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）等機構(gòu)制定網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。協(xié)議體系結(jié)構(gòu)TCP/IP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議，包括傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層等。信息安全技術(shù)11.數(shù)據(jù)加密加密技術(shù)確保數(shù)據(jù)在傳輸和存儲過程中的安全性，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。22.防火墻防火墻起到保護網(wǎng)絡(luò)邊界的作用，阻止來自外部的惡意訪問和攻擊。33.入侵檢測與防御入侵檢測系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量和系統(tǒng)活動，識別潛在的攻擊行為，并采取防御措施。44.安全審計安全審計記錄系統(tǒng)活動和用戶操作，以便追蹤安全事件，進行問題診斷和安全評估。通信系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化系統(tǒng)需求分析明確系統(tǒng)目標(biāo)、性能指標(biāo)和應(yīng)用場景，例如數(shù)據(jù)傳輸速率、覆蓋范圍、安全性等。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計選擇合適的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、硬件設(shè)備和軟件平臺，構(gòu)建系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，例如鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。系統(tǒng)仿真與測試使用仿真軟件進行系統(tǒng)性能評估和測試，驗證設(shè)計方案的可行性和優(yōu)化方案的有效性。系統(tǒng)部署與維護將設(shè)計好的通信系統(tǒng)部署到實際環(huán)境中，并進行日常維護和管理，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)理論知識扎實掌握通信工程專業(yè)基礎(chǔ)理論，包括信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理等。實踐能力培養(yǎng)學(xué)生通信系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)、測試、應(yīng)用等方面的工程實踐能力。團隊協(xié)作鼓勵學(xué)生參與科研項目，提升團隊合作精神和解決復(fù)雜問題的能力。國際視野開拓學(xué)生國際化視野，鼓勵學(xué)生參加國際學(xué)術(shù)會議、交流項目，學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)。通信工程就業(yè)前景通信工程專業(yè)畢業(yè)生擁有廣闊的就業(yè)前景，在眾多領(lǐng)域都有著重要的作用。80%就業(yè)率通信工程專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)率一直保持在較高水平。200K崗位需求預(yù)計未來幾年，通信行業(yè)將創(chuàng)造超過20萬個新崗位。10M年薪通信工程專業(yè)畢業(yè)生的平均年薪超過1000萬。100%就業(yè)滿意度通信工程專業(yè)畢業(yè)生對自身職業(yè)發(fā)展感到滿意。行業(yè)發(fā)展趨勢5G技術(shù)5G技術(shù)將繼續(xù)推動高速率、低延遲和高連接性的發(fā)展，賦能更多創(chuàng)新應(yīng)用。人工智能人工智能在通信領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴展，例如智能網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、欺詐檢測和客戶服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)連接的設(shè)備數(shù)量不斷增加，需要更高效的通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)管理。云計算云計算服務(wù)在通信領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，例如虛擬化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和軟件定義網(wǎng)絡(luò)。學(xué)習(xí)方法與建議預(yù)習(xí)課本課前預(yù)習(xí)可以提高課堂效率，加深理解。積極參與課堂課堂上認(rèn)真聽講，積極參與討論，解答老師提出的問題。做好筆記課堂筆記可以記錄重點內(nèi)容，方便課后復(fù)習(xí)。實踐動手理論聯(lián)系實際，將所學(xué)知識運用到實踐中，加深理解。相關(guān)資源推薦教科書《通信原理》《移動通信》《計算機網(wǎng)絡(luò)》網(wǎng)絡(luò)資源中國通信學(xué)會網(wǎng)站，IEEE網(wǎng)站專業(yè)期刊《通信學(xué)報》，《電子學(xué)報》在線課程MOOC平臺，Coursera，edX總結(jié)與展望未來發(fā)展5G以及物聯(lián)網(wǎng)將繼