《通信原理ch》課件

《通信原理》課程簡介本課程將帶領您深入了解通信原理，并探索現(xiàn)代通信技術的核心要素。通信系統(tǒng)的基本組成信息源產(chǎn)生要傳輸?shù)男畔ⅰＰ旁淳幋a器將信息源的信息轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)男问?。信道編碼器在信息傳輸中加入冗余信息，提高抗干擾能力。調(diào)制器將信號轉(zhuǎn)換為適合在信道中傳輸?shù)男问?。通信系統(tǒng)的分類1模擬通信系統(tǒng)：傳輸模擬信號，例如音頻和視頻信號。2數(shù)字通信系統(tǒng)：傳輸數(shù)字信號，例如計算機數(shù)據(jù)和數(shù)字音頻。3無線通信系統(tǒng)：利用無線電波傳輸信號，例如手機和Wi-Fi。4有線通信系統(tǒng)：利用電纜或光纖傳輸信號，例如電話線和網(wǎng)絡線。通信信號分類模擬信號信號的幅度、頻率或相位隨時間連續(xù)變化，例如聲音和視頻信號。數(shù)字信號信號的幅度、頻率或相位在離散時間點取離散值，例如計算機數(shù)據(jù)。周期信號信號的波形在一定時間內(nèi)重復出現(xiàn)，例如正弦波。非周期信號信號的波形不重復出現(xiàn)，例如隨機噪聲。通信系統(tǒng)的基本性能指標速率表示每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)，單位是比特/秒（bps）。帶寬表示信號所占用的頻率范圍，單位是赫茲（Hz）。信噪比表示信號功率與噪聲功率之比，單位是分貝（dB）。誤碼率表示傳輸過程中發(fā)生錯誤的概率。模擬通信系統(tǒng)1調(diào)制將信息信號疊加到載波信號上，以便在信道中傳輸。2傳輸信號通過信道傳輸。3解調(diào)恢復原始的信息信號。電磁波的傳播自由空間傳播電磁波在真空中傳播。地球大氣傳播電磁波在大氣中傳播，受到大氣成分的影響。導波傳播電磁波被導波結構引導傳播，例如同軸電纜和波導。自由空間中的電磁波傳播直線傳播電磁波在真空中以光速傳播。衰減電磁波傳播過程中，能量會隨著距離的增加而衰減。多徑傳播電磁波遇到障礙物時，會發(fā)生反射、折射和散射。地球大氣中的電磁波傳播折射電磁波在大氣中傳播時，會發(fā)生折射，導致信號偏離直線傳播路徑。1吸收大氣中的氧氣、氮氣和水蒸氣會吸收電磁波，導致信號衰減。2散射電磁波遇到大氣中的粒子時，會發(fā)生散射，導致信號偏離直線傳播路徑。3無線通信信道1無線信道用于無線通信的物理介質(zhì)。2多徑傳播信號通過不同的路徑到達接收機，導致信號疊加。3衰落信號強度隨時間和頻率發(fā)生變化。4噪聲信道中存在的隨機干擾。無線信道的特性1時變性信道參數(shù)隨時間變化，導致信號衰落。2頻率選擇性不同的頻率在信道中經(jīng)歷不同的衰減，導致信號失真。3多徑效應信號通過不同的路徑到達接收機，導致信號疊加。4噪聲信道中存在的隨機干擾，導致信號失真。信道的分類理想信道無噪聲，無衰減，無延遲。加性噪聲信道信道中加入噪聲。衰落信道信號強度隨時間變化。多徑信道信號通過不同的路徑到達接收機。信道模型頻帶和信號帶寬1頻帶信號所占用的頻率范圍。2信號帶寬信號功率譜密度中非零值的頻率范圍。信號的功率譜密度定義信號功率隨頻率分布的函數(shù)。信號的功率信噪比的定義信噪比(SNR)是信號功率與噪聲功率之比。SNR越高，表示信號強度越高，噪聲強度越低，通信質(zhì)量越好。SNR通常以分貝(dB)表示。數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字信息源產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)字信息。信源編碼器將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)母袷?。信道編碼器在數(shù)字信息中加入冗余信息，提高抗干擾能力。調(diào)制器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適合在信道中傳輸?shù)男问?。?shù)字通信基礎概念離散時間信號采樣量化編碼信源編碼信道編碼信號調(diào)制與解調(diào)離散時間信號1定義信號在離散時間點取值。2表示使用序列或離散時間函數(shù)表示。3應用數(shù)字信號處理、數(shù)字通信等領域。采樣定理奈奎斯特采樣定理模擬信號的采樣頻率必須大于信號最高頻率的兩倍，才能不失真地恢復原始信號。重要性為模擬信號數(shù)字化提供了理論基礎。量化與編碼量化將連續(xù)信號的幅度值映射到離散值。1編碼將量化后的離散值轉(zhuǎn)換為二進制代碼。2信源編碼1目的減少數(shù)據(jù)冗余，提高傳輸效率。2方法熵編碼、預測編碼等。3應用圖像壓縮、音頻壓縮等領域。信道編碼1目的提高抗干擾能力，降低誤碼率。2方法線性分組碼、卷積碼等。3應用數(shù)字通信、數(shù)據(jù)存儲等領域。信道的數(shù)學模型AWGN信道信道中加入加性高斯白噪聲。瑞利信道信號強度呈瑞利分布。萊斯信道信號強度呈萊斯分布。噪聲的概念和分類1概念信道中存在的隨機干擾，導致信號失真。2分類熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲等。高斯白噪聲的特性特性概率密度函數(shù)為高斯分布，功率譜密度為常數(shù)。信號的功率譜密度信號的自相關函數(shù)定義信號與自身延遲后的副本的互相關函數(shù)。特性反映信號的自相似性，與功率譜密度構成傅里葉變換對。噪聲的功率譜密度1定義噪聲功率隨頻率分布的函數(shù)。2特性反映噪聲的頻率特性，用于分析噪聲對信號的影響。噪聲的自相關函數(shù)定義噪聲與自身延遲后的副本的互相關函數(shù)。特性反映噪聲的時間相關性，與功率譜密度構成傅里葉變換對。信號與噪聲的相關性概念信號與噪聲之間的相關性會影響信號檢測和估計的性能。1影響相關性會導致信號檢測和估計的誤差增加。2信號檢測與估計1信號檢測判斷接收信號中是否存在特定信號。2信號估計估計接收信號中特定信號的參數(shù)。最優(yōu)檢測與估計理論1貝葉斯準則基于先驗概率和似然函數(shù)，選擇最優(yōu)決策。2最小均方誤差準則最小化估計值與真實值之間的均方誤差。3最大似然估計選擇使似然函數(shù)最大的估計值。信號檢測的性能指標檢測概率正確檢測到信號的概率。虛警概率將噪聲誤判為信號的概率。信號檢測的方法1匹配濾波使用與信號匹配的濾波器來檢測信號。2最大似然檢測選擇使似然函數(shù)最大的決策。信號估計的方法方法最小均方誤差估計、最大似然估計等。結構化編碼概念將信息比特分組編碼，并在編碼過程中引入冗余信息。目的提高抗干擾能力，降低誤碼率。編碼原理1分組編碼將信息比特分組編碼，每個分組稱為碼字。2生成矩陣用于生成碼字的矩陣，包含校驗比特的信息。3校驗方程用于校驗碼字是否正確的方程。編碼效率碼率信息比特數(shù)與碼字比特數(shù)之比。漢明距離兩個碼字之間不同比特位的數(shù)量。最小漢明距離碼字集合中最小漢明距離。線性分組碼定義碼字集合滿足線性運算的條件。1特點編碼和解碼相對簡單，具有良好的抗干擾能力。2應用廣泛應用于數(shù)字通信系統(tǒng)中。3卷積碼1定義使用滑動窗口，將當前信息比特與之前的比特進行編碼。2特點編碼復雜，但具有更好的抗干擾能力。3應用應用于深空通信等對可靠性要求高的場合。信號調(diào)制與解調(diào)1調(diào)制將基帶信號轉(zhuǎn)換為適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號。2解調(diào)將頻帶信號恢復為基帶信號?；鶐д{(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制(AM)通過改變載波信號的幅度來傳輸信息。頻率調(diào)制(FM)通過改變載波信號的頻率來傳輸信息。相位調(diào)制(PM)通過改變載波信號的相位來傳輸信息。載波調(diào)制與解調(diào)1概念將基帶信號疊加到載波信號上，以實現(xiàn)信號的頻譜搬移。2優(yōu)點可以將信號傳輸?shù)礁h的距離，并減