華中科技大學(xué)電信系《通信原理》課件-ch

《通信原理》課件本課程將帶領(lǐng)您深入理解通信原理，涵蓋數(shù)字信號(hào)處理、調(diào)制解調(diào)、編碼、信道容量等重要內(nèi)容。通過(guò)理論講解和實(shí)踐練習(xí)，您將掌握現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析方法。第一章緒論本章將介紹通信系統(tǒng)的基本概念、分類、信號(hào)的類型和頻域表示等基礎(chǔ)知識(shí)，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。1.1通信系統(tǒng)的基本概念信號(hào)源信息源產(chǎn)生的信息，例如語(yǔ)音、圖像、數(shù)據(jù)等。發(fā)送器將信息轉(zhuǎn)換成適合傳輸?shù)男盘?hào)，例如調(diào)制信號(hào)。信道信號(hào)傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)，例如電纜、無(wú)線電波等。接收器從接收到的信號(hào)中提取信息，例如解調(diào)信號(hào)。1.2通信系統(tǒng)的分類1按傳輸信號(hào)類型模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。2按傳輸介質(zhì)有線通信系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng)。3按傳輸方式單工、半雙工和全雙工通信系統(tǒng)。4按應(yīng)用領(lǐng)域移動(dòng)通信系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)等。1.3信號(hào)的基本概念信號(hào)的定義信號(hào)是一種隨時(shí)間變化的物理量，它攜帶信息。信號(hào)可以是連續(xù)的或離散的，可以是模擬的或數(shù)字的。信號(hào)的分類信號(hào)可以根據(jù)其特征進(jìn)行分類，例如：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，周期信號(hào)和非周期信號(hào)，確定性信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)。信號(hào)的表示信號(hào)可以用各種方式表示，例如：時(shí)間域表示，頻域表示，相位域表示。1.4信號(hào)的分類確定性信號(hào)可預(yù)測(cè)的信號(hào),可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式準(zhǔn)確表示隨機(jī)信號(hào)無(wú)法用確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式表示模擬信號(hào)信號(hào)幅度可連續(xù)變化,可取任意值數(shù)字信號(hào)信號(hào)幅度取有限個(gè)離散值1.5信號(hào)頻域表示信號(hào)的頻域表示方法是將信號(hào)分解成不同頻率的正弦波的疊加。這種表示方法可以更直觀地展現(xiàn)信號(hào)的頻譜特性，例如信號(hào)的頻率范圍、信號(hào)的主要頻率成分以及信號(hào)的帶寬等。在通信系統(tǒng)中，頻域表示方法非常重要，它可以幫助我們更好地理解信號(hào)的傳輸特性、信道特性以及噪聲特性等。第二章模擬信號(hào)通信系統(tǒng)模擬信號(hào)通信系統(tǒng)是將模擬信息轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)南到y(tǒng)，其特點(diǎn)是信號(hào)的幅度、頻率或相位隨時(shí)間連續(xù)變化。本章將介紹模擬信號(hào)通信系統(tǒng)的基本概念，包括模擬信號(hào)的頻帶限制、調(diào)制技術(shù)、解調(diào)技術(shù)等。2.1模擬信號(hào)的頻帶限制1頻帶限制模擬信號(hào)頻譜無(wú)限寬2帶寬包含信號(hào)主要能量的頻率范圍3限制提高信道利用率，減少干擾2.2振幅調(diào)制(AM)1載波信號(hào)載波信號(hào)是一個(gè)高頻信號(hào)，用來(lái)傳遞信息。2調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)是需要傳遞的信息信號(hào)，頻率通常低于載波信號(hào)。3調(diào)制過(guò)程調(diào)制過(guò)程將調(diào)制信號(hào)的特性（如振幅、頻率或相位）疊加到載波信號(hào)上。4解調(diào)過(guò)程解調(diào)過(guò)程從接收到的調(diào)制信號(hào)中提取出原始的調(diào)制信號(hào)。2.3角度調(diào)制(PM和FM)相位調(diào)制(PM)載波信號(hào)的相位隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，調(diào)制信號(hào)幅度越大，相位變化越大。頻率調(diào)制(FM)載波信號(hào)的頻率隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，調(diào)制信號(hào)幅度越大，頻率變化越大。2.4正交振幅調(diào)制(QAM)1信號(hào)復(fù)用同時(shí)傳輸兩個(gè)信號(hào)2相位和幅度改變信號(hào)的相位和幅度3更高數(shù)據(jù)率比其他調(diào)制方式效率更高第三章數(shù)字信號(hào)通信系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)的優(yōu)勢(shì)抗噪聲能力強(qiáng)，傳輸質(zhì)量高數(shù)字信號(hào)的應(yīng)用移動(dòng)通信，互聯(lián)網(wǎng)，衛(wèi)星通信3.1數(shù)字信號(hào)的基本概念離散化數(shù)字信號(hào)是將模擬信號(hào)離散化后得到的信號(hào)，它在時(shí)間和幅度上都呈離散狀態(tài)。量化數(shù)字信號(hào)的幅度被量化為有限個(gè)離散值，用二進(jìn)制代碼表示。編碼數(shù)字信號(hào)的每個(gè)量化值被編碼成一個(gè)唯一的二進(jìn)制代碼。3.2數(shù)字基帶信號(hào)傳輸1數(shù)字基帶信號(hào)數(shù)字基帶信號(hào)是在基帶傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)2傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)包括雙絞線、同軸電纜、光纖等3傳輸過(guò)程數(shù)字信號(hào)通過(guò)傳輸介質(zhì)進(jìn)行傳輸，并受到噪聲和干擾的影響3.3數(shù)字調(diào)制與解調(diào)調(diào)制將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合在信道中傳輸?shù)哪M信號(hào)的過(guò)程。解調(diào)在接收端將模擬信號(hào)恢復(fù)為原始數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。調(diào)制類型常見的數(shù)字調(diào)制類型包括ASK、PSK、FSK和QAM等。3.4碼型和波形成型碼型碼型指的是數(shù)字信號(hào)的編碼方式，它決定了數(shù)字信號(hào)的波形和傳輸特性。常用的碼型包括：不歸零碼、歸零碼、差分碼等。波形成型波形成型是指對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整形，使其符合信道傳輸?shù)囊?。常用的波形成型方法包括：矩形脈沖、升余弦脈沖等。第四章信道和噪聲信道信號(hào)傳輸?shù)拿浇椋B接發(fā)送端和接收端。噪聲干擾信號(hào)傳輸?shù)碾S機(jī)信號(hào)，導(dǎo)致信號(hào)失真。4.1信道的基本概念信號(hào)傳輸介質(zhì)信道是指信號(hào)從發(fā)送端到接收端的傳輸介質(zhì)，例如電纜、光纖、無(wú)線電波等。傳輸路徑信道還包括信號(hào)傳輸?shù)穆窂?，例如從發(fā)射天線到接收天線的路徑。噪聲影響信道不可避免地會(huì)引入噪聲，影響信號(hào)的質(zhì)量。4.2信道的分類按物理特性分類根據(jù)信道物理特性，可以將信道分為有線信道和無(wú)線信道。有線信道是指以電纜或光纜為傳輸介質(zhì)的信道。無(wú)線信道是指以電磁波為傳輸介質(zhì)的信道。按傳輸方式分類根據(jù)信道傳輸方式，可以將信道分為單工信道、半雙工信道和全雙工信道。單工信道是指只能單向傳輸?shù)男诺馈０腚p工信道是指可以雙向傳輸，但不能同時(shí)傳輸?shù)男诺?。全雙工信道是指可以雙向同時(shí)傳輸?shù)男诺?。按傳輸介質(zhì)分類根據(jù)信道傳輸介質(zhì)，可以將信道分為導(dǎo)向信道和非導(dǎo)向信道。導(dǎo)向信道是指以有形的導(dǎo)體為傳輸介質(zhì)的信道。非導(dǎo)向信道是指以自由空間為傳輸介質(zhì)的信道。4.3噪聲的基本概念1隨機(jī)信號(hào)噪聲是一種隨機(jī)信號(hào)，無(wú)法預(yù)測(cè)其確切值。