通信原理樊昌信課件

通信原理樊昌信課件目錄contents緒論信號(hào)與噪聲模擬調(diào)制系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)信道編碼通信同步原理通信中的多址技術(shù)緒論01

通信系統(tǒng)的基本概念通信系統(tǒng)定義通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)信息傳輸與交換的系統(tǒng)，由信源、信道、信宿和信號(hào)處理等部分組成。信息與信號(hào)信息是通信的實(shí)質(zhì)，信號(hào)則是信息的載體，用于傳輸信息。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)是連續(xù)變化的信號(hào)，而數(shù)字信號(hào)則是離散的信號(hào)。03衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信和光纖通信根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，通信系統(tǒng)還有衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信和光纖通信等多種類型。01有線通信與無(wú)線通信根據(jù)傳輸介質(zhì)的不同，通信系統(tǒng)可分為有線通信和無(wú)線通信。02模擬通信與數(shù)字通信根據(jù)信號(hào)類型的不同，通信系統(tǒng)可分為模擬通信和數(shù)字通信。通信系統(tǒng)的分類有效性是指?jìng)鬏斝畔⒌乃俾?，單位為比特每秒（bit/s）。有效性可靠性實(shí)時(shí)性保真度可靠性是指?jìng)鬏斝畔⒌恼`碼率，即傳輸過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率。實(shí)時(shí)性是指信息傳輸?shù)臅r(shí)延，即從發(fā)送端到接收端所需的時(shí)間。保真度是指?jìng)鬏斝畔⒌谋普娑龋葱畔⒃趥鬏斶^(guò)程中保持原貌的程度。通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)信號(hào)與噪聲02確定信號(hào)01在通信系統(tǒng)中，信號(hào)是信息的載體，它可以是模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)是連續(xù)變化的物理量，如聲音、溫度等；數(shù)字信號(hào)則是離散的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，如計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)傳輸。隨機(jī)信號(hào)02隨機(jī)信號(hào)是指其取值在每個(gè)時(shí)刻都是隨機(jī)的，例如噪聲信號(hào)。隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性是描述其特性的主要方式。信號(hào)的頻域特性03信號(hào)的頻域特性是指信號(hào)在不同頻率下的表現(xiàn)形式。通過(guò)傅里葉變換等方法，可以將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，從而更好地分析信號(hào)的頻率特性。信號(hào)的分類與特性白噪聲白噪聲是一種具有平坦功率譜的隨機(jī)信號(hào)，它在各個(gè)頻率上的功率相等。白噪聲在通信系統(tǒng)中通常表示加性白高斯噪聲（AWGN）。粉紅噪聲粉紅噪聲是一種功率譜密度與頻率成反比的隨機(jī)信號(hào)，它在低頻部分的功率較大。粉紅噪聲在語(yǔ)音和音頻處理中較為常見。噪聲的特性噪聲的特性包括幅度、頻率和相位等。在通信系統(tǒng)中，噪聲會(huì)干擾信號(hào)的傳輸，影響通信質(zhì)量。因此，需要對(duì)噪聲進(jìn)行有效的抑制和消除。噪聲的分類與特性信噪比是指信號(hào)功率與噪聲功率的比值，它反映了信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到的干擾程度。信噪比越大，通信質(zhì)量越好。信噪比（SNR）信噪比可以通過(guò)多種方式計(jì)算，如功率比、電壓比等。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同的通信系統(tǒng)和測(cè)量方法選擇合適的信噪比計(jì)算方式。信噪比的計(jì)算信噪比與誤碼率之間存在一定的關(guān)系。隨著信噪比的增加，誤碼率逐漸降低。因此，為了提高通信系統(tǒng)的可靠性，需要盡可能地提高信噪比。信噪比與誤碼率的關(guān)系信號(hào)與噪聲的定量關(guān)系模擬調(diào)制系統(tǒng)03調(diào)制概念調(diào)制是一種將低頻信號(hào)（如聲音、圖像等）轉(zhuǎn)換為高頻信號(hào)（如無(wú)線電波）的過(guò)程，以便傳輸。調(diào)制分類調(diào)制可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩種類型。模擬調(diào)制是將連續(xù)變化的低頻信號(hào)調(diào)制到高頻信號(hào)上，而數(shù)字調(diào)制則是將離散的數(shù)字信號(hào)調(diào)制到高頻信號(hào)上。調(diào)制的概念與分類調(diào)幅是一種模擬調(diào)制方式，它將低頻信號(hào)的幅度調(diào)制到一個(gè)載波信號(hào)上，使載波信號(hào)的幅度隨著低頻信號(hào)的變化而變化。調(diào)幅的基本原理是將低頻信號(hào)疊加到載波信號(hào)上，通過(guò)改變載波信號(hào)的幅度來(lái)傳遞低頻信號(hào)的信息。調(diào)幅（AM）調(diào)幅原理調(diào)幅定義調(diào)頻定義調(diào)頻是一種模擬調(diào)制方式，它將低頻信號(hào)的頻率調(diào)制到一個(gè)載波信號(hào)上，使載波信號(hào)的頻率隨著低頻信號(hào)的變化而變化。調(diào)頻原理調(diào)頻的基本原理是將低頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為高頻信號(hào)，通過(guò)改變載波信號(hào)的頻率來(lái)傳遞低頻信號(hào)的信息。調(diào)頻（FM）調(diào)相是一種模擬調(diào)制方式，它將低頻信號(hào)的相位調(diào)制到一個(gè)載波信號(hào)上，使載波信號(hào)的相位隨著低頻信號(hào)的變化而變化。調(diào)相定義調(diào)相的基本原理是將低頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為高頻信號(hào)，通過(guò)改變載波信號(hào)的相位來(lái)傳遞低頻信號(hào)的信息。調(diào)相原理調(diào)相（PM）數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)04二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）總結(jié)詞利用載波的振幅變化來(lái)傳遞二進(jìn)制信息詳細(xì)描述二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）是一種數(shù)字調(diào)制方法，通過(guò)改變載波的振幅來(lái)表示二進(jìn)制信息。在2ASK中，二進(jìn)制信息通過(guò)開關(guān)電路來(lái)控制載波的振幅，從而實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。利用載波的頻率變化來(lái)傳遞二進(jìn)制信息總結(jié)詞二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）是一種數(shù)字調(diào)制方法，通過(guò)改變載波的頻率來(lái)表示二進(jìn)制信息。在2FSK中，二進(jìn)制信息通過(guò)開關(guān)電路來(lái)控制載波的頻率，從而實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。詳細(xì)描述二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）總結(jié)詞利用載波的相位變化來(lái)傳遞二進(jìn)制信息詳細(xì)描述二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）是一種數(shù)字調(diào)制方法，通過(guò)改變載波的相位來(lái)表示二進(jìn)制信息。在2PSK中，二進(jìn)制信息通過(guò)開關(guān)電路來(lái)控制載波的相位，從而實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）多進(jìn)制調(diào)制簡(jiǎn)介利用多個(gè)狀態(tài)來(lái)表示多位信息總結(jié)詞多進(jìn)制調(diào)制是一種數(shù)字調(diào)制方法，它使用多個(gè)狀態(tài)來(lái)表示多位信息。與二進(jìn)制調(diào)制相比，多進(jìn)制調(diào)制具有更高的頻帶利用率和抗干擾能力。常見的多進(jìn)制調(diào)制方法包括四相相移鍵控（QPSK）和正交幅度調(diào)制（QAM）等。詳細(xì)描述信道編碼05123信道編碼是在發(fā)送端對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幋a，以便在信道傳輸過(guò)程中減少錯(cuò)誤的發(fā)生。信道編碼的目的是提高通信系統(tǒng)的可靠性，通過(guò)增加冗余信息來(lái)降低信號(hào)傳輸過(guò)程中的誤碼率。信道編碼可以分為線性編碼和非線性編碼兩類，其中線性編碼包括分組碼和線性碼等。信道編碼的基本概念線性分組碼具有一些良好的性質(zhì)，如糾錯(cuò)能力強(qiáng)、編譯碼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等，因此在通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。常見的線性分組碼包括漢明碼、奇偶校驗(yàn)碼等。線性分組碼是一種常見的信道編碼方式，它將輸入信息比特分為若干個(gè)碼組，每個(gè)碼組由k個(gè)比特組成，然后通過(guò)線性變換將其映射為n個(gè)比特，其中n>k。線性分組碼循環(huán)碼01循環(huán)碼是一類重要的線性碼，其碼字具有循環(huán)移位的性質(zhì)。02循環(huán)碼的編譯碼方法較為簡(jiǎn)單，且具有良好的糾錯(cuò)性能，因此在通信系統(tǒng)中也有廣泛的應(yīng)用。循環(huán)碼可以分為循環(huán)漢明碼和循環(huán)奇偶校驗(yàn)碼等類型，其中循環(huán)漢明碼的糾錯(cuò)能力較強(qiáng)。03010203卷積碼是一種非分組碼，它將輸入信息比特直接映射為碼字，而不需要進(jìn)行分組。卷積碼的糾錯(cuò)能力較強(qiáng)，且編譯碼方法較為簡(jiǎn)單，因此在通信系統(tǒng)中也得到了廣泛應(yīng)用。卷積碼可以分為二進(jìn)制卷積碼和多元卷積碼兩類，其中二進(jìn)制卷積碼的應(yīng)用更為廣泛。卷積碼通信同步原理06同步的基本概念同步是通信系統(tǒng)正常工作的基本條件，是實(shí)現(xiàn)信號(hào)正確傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)。同步是指在通信系統(tǒng)中，收發(fā)雙方在時(shí)間上保持一致或相對(duì)穩(wěn)定的過(guò)程。同步包括時(shí)間同步和頻率同步，時(shí)間同步是指信號(hào)的時(shí)序關(guān)系與收發(fā)雙方的時(shí)間基準(zhǔn)保持一致，頻率同步是指信號(hào)的載波頻率與接收機(jī)的本地振蕩器的頻率保持一致。載波同步是指接收機(jī)能夠從接收信號(hào)中提取出與發(fā)送端一致的載波頻率和相位的過(guò)程。載波同步是實(shí)現(xiàn)信號(hào)正確解調(diào)的前提條件，如果載波同步不建立，則解調(diào)后的信號(hào)會(huì)出現(xiàn)失真或錯(cuò)位。實(shí)現(xiàn)載波同步的方法有：通過(guò)接收信號(hào)的頻率和相位調(diào)整本地振蕩器的頻率和相位，或者采用鎖相環(huán)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤和調(diào)整。載波同步位同步是指接收機(jī)能夠從接收信號(hào)中正確地找到每一位信號(hào)的起始和結(jié)束位置的過(guò)程。位同步是數(shù)字通信中非常重要的同步方式，因?yàn)閿?shù)字信號(hào)的傳輸是以位為單位進(jìn)行的。位同步的方法包括：通過(guò)提取位時(shí)鐘信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者采用插值算法等數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來(lái)估計(jì)位時(shí)鐘信號(hào)。位同步03群同步的方法包括：通過(guò)提取群時(shí)鐘信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者采用相關(guān)檢測(cè)等技術(shù)來(lái)識(shí)別碼元或符號(hào)的邊界。01群同步是指接收機(jī)能夠正確地識(shí)別出一個(gè)個(gè)完整的碼元或符號(hào)的過(guò)程。02群同步是數(shù)字通信中非常重要的同步方式，因?yàn)閿?shù)字信號(hào)的傳輸是以碼元或符號(hào)為單位進(jìn)行的。群同步通信中的多址技術(shù)07VS多址技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶共享通信資源的技術(shù)，允許多個(gè)用戶通過(guò)復(fù)用方式在同一條通信線路上進(jìn)行通信。分類多址技術(shù)可以分為頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等。概念多址技術(shù)的概念與分類頻分多址采用不同的頻率通道分配給不同的用戶，每個(gè)用戶占用一個(gè)獨(dú)立的頻帶，通過(guò)頻帶復(fù)用實(shí)現(xiàn)多用戶通信。頻分多址具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，但頻率資源有限，隨著用戶數(shù)增加，頻率資源將變得緊張。原理特點(diǎn)FDMA（頻分多址）時(shí)分多址將時(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)隙，每個(gè)用戶在分配到的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，通過(guò)時(shí)隙復(fù)用實(shí)現(xiàn)多用