通信技術(shù)與發(fā)展作業(yè)指導(dǎo)書(shū)TOC\o"1-2"\h\u7492第1章引言 3218091.1通信技術(shù)概述 3141391.2通信技術(shù)發(fā)展歷程 4253031.3作業(yè)指導(dǎo)書(shū)目的與要求 423878第2章通信基本概念 5242892.1信號(hào)與信道 533982.1.1信號(hào) 557972.1.2信道 5292612.2通信系統(tǒng)模型 560742.2.1信源 5243762.2.2發(fā)送設(shè)備 5324142.2.3信道 5100462.2.4接收設(shè)備 680872.2.5解碼器 630222.3通信功能指標(biāo) 6918第3章模擬通信技術(shù) 6292893.1模擬調(diào)制技術(shù) 6166703.1.1幅度調(diào)制（AM） 6272393.1.2頻率調(diào)制（FM） 6147203.1.3相位調(diào)制（PM） 725013.2模擬解調(diào)技術(shù) 7176503.2.1同步解調(diào) 785523.2.2非同步解調(diào) 7277123.2.3超外差解調(diào) 731973.3模擬通信系統(tǒng)的抗噪聲功能 713223.3.1幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲功能 7153283.3.2頻率調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲功能 8283463.3.3相位調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲功能 826028第4章數(shù)字通信技術(shù) 8217634.1數(shù)字調(diào)制技術(shù) 8170004.1.1幅度鍵控（ASK） 8246234.1.2頻率鍵控（FSK） 8195574.1.3相位鍵控（PSK） 843054.1.4正交幅度調(diào)制（QAM） 8233744.2數(shù)字解調(diào)技術(shù) 9234974.2.1相干解調(diào) 912714.2.2非相干解調(diào) 9271964.2.3最小均方誤差（MMSE）解調(diào) 9138104.2.4最大似然（ML）解調(diào) 9180364.3數(shù)字通信系統(tǒng)的抗噪聲功能 9182874.3.1誤碼率（BER）與信噪比（SNR） 9175764.3.2理論誤碼率 9177754.3.3信道編碼 9120164.3.4分集與均衡 1028510第5章數(shù)字信號(hào)處理技術(shù) 10138135.1采樣與量化 1037105.1.1采樣原理 10297325.1.2量化原理 10227485.2離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 10326175.2.1離散時(shí)間信號(hào) 1032245.2.2離散時(shí)間系統(tǒng) 1096545.2.3離散時(shí)間信號(hào)的運(yùn)算 1037885.3數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 1048425.3.1數(shù)字濾波器概述 10292755.3.2數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 10212085.3.3數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法 11118745.3.4數(shù)字濾波器的功能指標(biāo) 11308335.3.5數(shù)字濾波器的應(yīng)用 1118735第6章通信信道與傳輸 11152056.1信道特性及其對(duì)通信的影響 1191876.1.1信道定義與分類(lèi) 11101716.1.2信道特性參數(shù) 11133536.1.3信道特性對(duì)通信的影響 1159326.2信道編碼與解碼 1193886.2.1信道編碼的定義與作用 11108186.2.2常見(jiàn)信道編碼技術(shù) 12230886.2.3信道解碼 12265086.3多路復(fù)用技術(shù) 1226786.3.1多路復(fù)用的定義與分類(lèi) 1265076.3.2頻分復(fù)用（FDM） 12151986.3.3時(shí)分復(fù)用（TDM） 1218576.3.4碼分復(fù)用（CDM） 1229656第7章移動(dòng)通信技術(shù) 12197137.1移動(dòng)通信系統(tǒng)概述 12301207.1.1基本概念 12277737.1.2發(fā)展歷程 13199817.1.3系統(tǒng)架構(gòu) 13199387.1.4分類(lèi) 13155547.2無(wú)線(xiàn)信道特性與傳播模型 13207947.2.1無(wú)線(xiàn)信道特性 13112567.2.2傳播模型 13248247.2.3多徑效應(yīng) 1423657.3移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù) 14137757.3.1調(diào)制與解調(diào)技術(shù) 1436857.3.2多址技術(shù) 14159797.3.3信道編碼與解碼技術(shù) 14171397.3.4分集與均衡技術(shù) 14291227.3.5智能天線(xiàn)技術(shù) 144027.3.6多輸入多輸出（MIMO）技術(shù) 1418709第8章衛(wèi)星通信技術(shù) 15273008.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成與分類(lèi) 15181428.2衛(wèi)星軌道與覆蓋 15132948.3衛(wèi)星通信鏈路設(shè)計(jì) 1523095第9章現(xiàn)代通信技術(shù) 1617619.1光纖通信技術(shù) 16108859.1.1概述 16271689.1.2光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成 16300589.1.3光纖通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 16225699.1.4光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 16146639.2寬帶接入技術(shù) 16297719.2.1概述 16309369.2.2有線(xiàn)寬帶接入技術(shù) 1762279.2.3無(wú)線(xiàn)寬帶接入技術(shù) 1722279.2.4寬帶接入技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1721939.35G通信技術(shù) 1775959.3.1概述 17187319.3.25G的關(guān)鍵技術(shù) 17193089.3.35G的應(yīng)用場(chǎng)景 1799429.3.45G通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1723750第10章通信網(wǎng)絡(luò)安全 172211210.1通信網(wǎng)絡(luò)安全概述 173161610.1.1基本概念 182707810.1.2安全威脅 18299510.1.3防護(hù)措施 18374210.2加密與認(rèn)證技術(shù) 183250210.2.1加密技術(shù) 182690510.2.2認(rèn)證技術(shù) 181788510.3網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn) 181432710.3.1安全套接層協(xié)議（SSL） 193139810.3.2傳輸層安全協(xié)議（TLS） 19437310.3.3IP安全性協(xié)議（IPSec） 193020810.3.4無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn) 19第1章引言1.1通信技術(shù)概述通信技術(shù)是指利用電磁波或光學(xué)等物理信號(hào)在不同地點(diǎn)之間傳遞信息的技術(shù)?？萍嫉娘w速發(fā)展，通信技術(shù)在人類(lèi)社會(huì)中扮演著越來(lái)越重要的角色。從最初的烽火傳信、旗語(yǔ)通信，到如今的移動(dòng)通信、光纖通信，通信技術(shù)不斷突破空間和時(shí)間的限制，為人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)極大便利。1.2通信技術(shù)發(fā)展歷程通信技術(shù)發(fā)展可以分為以下幾個(gè)階段：（1）古代通信：主要包括烽火、旗語(yǔ)、驛站等，依靠人力和簡(jiǎn)單工具進(jìn)行信息傳遞。（2）電報(bào)通信：19世紀(jì)中葉，電報(bào)技術(shù)誕生，人類(lèi)進(jìn)入有線(xiàn)通信時(shí)代。（3）電話(huà)通信：1876年，貝爾發(fā)明電話(huà)，實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)遠(yuǎn)距離語(yǔ)音通信的夢(mèng)想。（4）無(wú)線(xiàn)通信：20世紀(jì)初，馬可尼成功進(jìn)行了橫跨大西洋的無(wú)線(xiàn)電通信實(shí)驗(yàn)，開(kāi)啟了無(wú)線(xiàn)通信時(shí)代。（5）數(shù)字通信：20世紀(jì)50年代，數(shù)字通信技術(shù)誕生，通信質(zhì)量得到顯著提高。（6）移動(dòng)通信：20世紀(jì)80年代，第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)（1G）問(wèn)世，人類(lèi)進(jìn)入移動(dòng)通信時(shí)代。（7）光纖通信：20世紀(jì)90年代，光纖通信技術(shù)逐漸成熟，為通信領(lǐng)域帶來(lái)更高的傳輸速率和更大的容量。1.3作業(yè)指導(dǎo)書(shū)目的與要求本作業(yè)指導(dǎo)書(shū)旨在幫助讀者深入了解通信技術(shù)的基本概念、發(fā)展歷程以及相關(guān)技術(shù)原理。通過(guò)完成本作業(yè)，讀者應(yīng)達(dá)到以下目的：（1）掌握通信技術(shù)的基本概念及其分類(lèi)；（2）了解通信技術(shù)的發(fā)展歷程，認(rèn)識(shí)通信技術(shù)在人類(lèi)社會(huì)發(fā)展中的重要作用；（3）熟悉通信技術(shù)的基本原理，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。要求：（1）認(rèn)真閱讀教材，保證對(duì)通信技術(shù)的基本概念、發(fā)展歷程和原理有全面、深入的了解；（2）按照作業(yè)要求，按時(shí)完成作業(yè)，保證作業(yè)質(zhì)量；（3）在完成作業(yè)過(guò)程中，如遇到問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)與同學(xué)、老師溝通交流，共同探討，提高自身能力。第2章通信基本概念2.1信號(hào)與信道2.1.1信號(hào)信號(hào)是通信過(guò)程中傳遞信息的載體，它可以表現(xiàn)為電壓、電流、電磁波等形式。根據(jù)信號(hào)的性質(zhì)，可以將其分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩大類(lèi)。（1）模擬信號(hào)：模擬信號(hào)是指在時(shí)間和幅度上連續(xù)變化的信號(hào)。常見(jiàn)的模擬信號(hào)有正弦波、余弦波等。（2）數(shù)字信號(hào)：數(shù)字信號(hào)是指在時(shí)間和幅度上離散變化的信號(hào)。它具有抗干擾能力強(qiáng)、易于加密等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代通信系統(tǒng)的主要信號(hào)形式。2.1.2信道信道是指信號(hào)傳輸?shù)穆窂剑梢允怯芯€(xiàn)信道，如雙絞線(xiàn)、同軸電纜等；也可以是無(wú)線(xiàn)信道，如空氣、光纖等。根據(jù)信道的特點(diǎn)，可以分為以下幾類(lèi)：（1）導(dǎo)向信道：導(dǎo)向信道是指信號(hào)在傳輸過(guò)程中沿著一定路徑傳播的信道，如有線(xiàn)通信系統(tǒng)中的電纜、光纖等。（2）非導(dǎo)向信道：非導(dǎo)向信道是指信號(hào)在傳輸過(guò)程中不受特定路徑限制，可以在空間中自由傳播的信道，如無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的電磁波傳播。2.2通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型包括信源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和解碼器等基本組成部分。2.2.1信源信源是產(chǎn)生信息的實(shí)體，它可以是各種傳感器、麥克風(fēng)、攝像頭等設(shè)備。信源產(chǎn)生的信息可以是模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。2.2.2發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備主要負(fù)責(zé)將信源產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、放大等處理，使其適應(yīng)信道的傳輸特性。2.2.3信道信道是信號(hào)傳輸?shù)慕橘|(zhì)，它對(duì)信號(hào)的影響主要包括衰落、噪聲等。2.2.4接收設(shè)備接收設(shè)備負(fù)責(zé)從信道中接收信號(hào)，并進(jìn)行放大、濾波等處理，以恢復(fù)出原始信息。2.2.5解碼器解碼器是將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始信息的設(shè)備，它是通信系統(tǒng)的最后環(huán)節(jié)。2.3通信功能指標(biāo)通信功能指標(biāo)是評(píng)價(jià)通信系統(tǒng)功能的重要依據(jù)，主要包括以下幾方面：（1）傳輸速率：傳輸速率是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，通常用比特率（bps）表示。（2）帶寬：帶寬是指信號(hào)所包含的有效頻率范圍，它與傳輸速率有直接關(guān)系。（3）誤碼率：誤碼率是指?jìng)鬏斶^(guò)程中錯(cuò)誤碼元所占的比例，它是衡量通信系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)。（4）信噪比：信噪比是指信號(hào)功率與噪聲功率的比值，它反映了通信系統(tǒng)的抗干擾能力。（5）覆蓋范圍：覆蓋范圍是指通信系統(tǒng)能夠有效傳輸信號(hào)的地理范圍。（6）容量：容量是指通信系統(tǒng)在給定時(shí)間內(nèi)能夠傳輸?shù)淖畲笮畔⒘浚c帶寬、調(diào)制方式等因素有關(guān)。第3章模擬通信技術(shù)3.1模擬調(diào)制技術(shù)模擬調(diào)制技術(shù)是將信息信號(hào)（原始信號(hào)）轉(zhuǎn)換成載波信號(hào)的過(guò)程，以適應(yīng)傳輸媒介的特性。本章主要討論以下幾種基本的模擬調(diào)制技術(shù)：3.1.1幅度調(diào)制（AM）幅度調(diào)制是一種將信息信號(hào)的幅度變化映射到載波信號(hào)幅度的調(diào)制方式。其基本原理是使載波的幅度隨信息信號(hào)的變化而變化。幅度調(diào)制具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低等優(yōu)點(diǎn)，但抗噪聲功能較差。3.1.2頻率調(diào)制（FM）頻率調(diào)制是一種將信息信號(hào)的頻率變化映射到載波信號(hào)頻率的調(diào)制方式。與幅度調(diào)制相比，頻率調(diào)制具有較好的抗噪聲功能和較高的頻帶利用率。但頻率調(diào)制設(shè)備較為復(fù)雜，成本較高。3.1.3相位調(diào)制（PM）相位調(diào)制是一種將信息信號(hào)的相位變化映射到載波信號(hào)相位的調(diào)制方式。相位調(diào)制具有較好的抗噪聲功能，但在實(shí)際應(yīng)用中，其設(shè)備復(fù)雜度較高，成本相對(duì)較高。3.2模擬解調(diào)技術(shù)模擬解調(diào)技術(shù)是將已調(diào)制的載波信號(hào)還原為原始信息信號(hào)的過(guò)程。以下是幾種常見(jiàn)的模擬解調(diào)技術(shù)：3.2.1同步解調(diào)同步解調(diào)是一種利用同步檢波原理實(shí)現(xiàn)的解調(diào)技術(shù)。其主要原理是使用一個(gè)與載波同步的本地振蕩器產(chǎn)生參考信號(hào)，將已調(diào)信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，從而恢復(fù)出原始信息信號(hào)。3.2.2非同步解調(diào)非同步解調(diào)是一種不需要與載波同步的解調(diào)技術(shù)。其基本原理是利用非線(xiàn)性電路對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行處理，使其包含原始信息信號(hào)。非同步解調(diào)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但抗噪聲功能較差。3.2.3超外差解調(diào)超外差解調(diào)是一種將已調(diào)信號(hào)與本地振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行混頻，然后通過(guò)濾波、放大等處理恢復(fù)原始信息信號(hào)的解調(diào)技術(shù)。超外差解調(diào)具有較好的抗噪聲功能，但設(shè)備較為復(fù)雜。3.3模擬通信系統(tǒng)的抗噪聲功能模擬通信系統(tǒng)的抗噪聲功能是評(píng)價(jià)通信質(zhì)量的重要指標(biāo)。以下分析模擬通信系統(tǒng)在噪聲環(huán)境下的功能：3.3.1幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲功能幅度調(diào)制系統(tǒng)在噪聲環(huán)境下的功能較差，主要原因是噪聲對(duì)信號(hào)幅度的干擾。為了提高抗噪聲功能，可以采用以下措施：（1）增大信號(hào)功率：提高信號(hào)功率可以降低噪聲對(duì)信號(hào)的影響。（2）使用線(xiàn)性放大器：線(xiàn)性放大器可以減小信號(hào)的非線(xiàn)性失真，提高抗噪聲功能。3.3.2頻率調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲功能頻率調(diào)制系統(tǒng)具有較好的抗噪聲功能，主要原因是噪聲對(duì)信號(hào)頻率的干擾較小。以下措施可以提高頻率調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲功能：（1）增大調(diào)制度：調(diào)制度越大，抗噪聲功能越好。（2）優(yōu)化頻率響應(yīng)：通過(guò)濾波器設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)在有用信號(hào)頻率范圍內(nèi)的增益最大，抑制噪聲。3.3.3相位調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲功能相位調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲功能介于幅度調(diào)制和頻率調(diào)制之間。以下措施可以提高相位調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲功能：（1）優(yōu)化相位響應(yīng)：通過(guò)濾波器設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)在有用信號(hào)相位范圍內(nèi)的增益最大，抑制噪聲。（2）使用差分相位調(diào)制：差分相位調(diào)制可以減小噪聲對(duì)系統(tǒng)功能的影響。（3）增大信號(hào)功率：提高信號(hào)功率有助于提高抗噪聲功能。第4章數(shù)字通信技術(shù)4.1數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合在傳輸介質(zhì)播的模擬信號(hào)的過(guò)程。這一技術(shù)的核心目的是提高信號(hào)在傳輸過(guò)程中的抗干擾能力和傳輸效率。本章主要介紹以下幾種數(shù)字調(diào)制技術(shù)：4.1.1幅度鍵控（ASK）幅度鍵控是一種最基本的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，通過(guò)改變載波信號(hào)的幅度來(lái)表示數(shù)字信息。其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但抗干擾功能較差。4.1.2頻率鍵控（FSK）頻率鍵控是利用不同的頻率來(lái)表示數(shù)字信息的一種調(diào)制方式。它的抗干擾功能優(yōu)于幅度鍵控，但在帶寬利用上不如幅度鍵控。4.1.3相位鍵控（PSK）相位鍵控通過(guò)改變載波信號(hào)的相位來(lái)表示數(shù)字信息。相位鍵控具有較好的抗干擾功能，且?guī)捓寐瘦^高。4.1.4正交幅度調(diào)制（QAM）正交幅度調(diào)制是一種將幅度鍵控和相位鍵控相結(jié)合的調(diào)制技術(shù)，具有更高的帶寬利用率和抗干擾功能。4.2數(shù)字解調(diào)技術(shù)數(shù)字解調(diào)技術(shù)是將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。以下是幾種常見(jiàn)的數(shù)字解調(diào)技術(shù)：4.2.1相干解調(diào)相干解調(diào)又稱(chēng)同步解調(diào)，其基本原理是利用本地產(chǎn)生的載波信號(hào)與接收到的信號(hào)進(jìn)行混頻，從而恢復(fù)出原始數(shù)字信號(hào)。4.2.2非相干解調(diào)非相干解調(diào)不需要載波同步，主要包括包絡(luò)檢測(cè)和差分檢測(cè)等方法。其實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，但解調(diào)功能相對(duì)較差。4.2.3最小均方誤差（MMSE）解調(diào)最小均方誤差解調(diào)是一種基于最小化誤差準(zhǔn)則的解調(diào)技術(shù)，具有較高的解調(diào)功能，但計(jì)算復(fù)雜度較高。4.2.4最大似然（ML）解調(diào)最大似然解調(diào)是一種基于概率論的方法，通過(guò)尋找最有可能產(chǎn)生接收信號(hào)的原始數(shù)字信號(hào)來(lái)恢復(fù)信息。其功能接近理論極限，但計(jì)算復(fù)雜度較高。4.3數(shù)字通信系統(tǒng)的抗噪聲功能數(shù)字通信系統(tǒng)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到各種噪聲的干擾，影響通信質(zhì)量。以下分析數(shù)字通信系統(tǒng)的抗噪聲功能：4.3.1誤碼率（BER）與信噪比（SNR）誤碼率是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)抗噪聲功能的重要指標(biāo)。信噪比是描述信號(hào)與噪聲功率比的一種度量。在分析數(shù)字通信系統(tǒng)的抗噪聲功能時(shí)，通常關(guān)注誤碼率與信噪比之間的關(guān)系。4.3.2理論誤碼率根據(jù)香農(nóng)公式，數(shù)字通信系統(tǒng)的理論誤碼率與碼元速率、帶寬和信噪比等因素有關(guān)。優(yōu)化這些參數(shù)可以提高系統(tǒng)的抗噪聲功能。4.3.3信道編碼信道編碼是一種提高數(shù)字通信系統(tǒng)抗噪聲功能的有效手段。通過(guò)在發(fā)送端對(duì)信息進(jìn)行編碼，增加冗余度，使接收端在解碼過(guò)程中能夠糾正一定程度的錯(cuò)誤。4.3.4分集與均衡分集技術(shù)通過(guò)多個(gè)接收天線(xiàn)或多個(gè)傳輸路徑來(lái)降低噪聲的影響。均衡技術(shù)則是在接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，以消除碼間干擾和信道失真，提高通信質(zhì)量。這兩種技術(shù)均可提高數(shù)字通信系統(tǒng)的抗噪聲功能。第5章數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)5.1采樣與量化5.1.1采樣原理采樣是將連續(xù)時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散時(shí)間信號(hào)的過(guò)程。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣頻率應(yīng)大于信號(hào)最高頻率的兩倍，以保證信號(hào)能夠無(wú)失真地恢復(fù)。5.1.2量化原理量化是將連續(xù)幅度信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散幅度信號(hào)的過(guò)程。量化級(jí)數(shù)越高，信號(hào)重建質(zhì)量越好，但數(shù)據(jù)量也越大。5.2離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)5.2.1離散時(shí)間信號(hào)離散時(shí)間信號(hào)是指在時(shí)間上僅在某些離散時(shí)刻具有定義的信號(hào)。常見(jiàn)的離散時(shí)間信號(hào)有單位脈沖序列、單位階躍序列等。5.2.2離散時(shí)間系統(tǒng)離散時(shí)間系統(tǒng)是指輸入和輸出均為離散時(shí)間信號(hào)的系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)性質(zhì)，離散時(shí)間系統(tǒng)可分為線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)、線(xiàn)性時(shí)變系統(tǒng)和非線(xiàn)性系統(tǒng)。5.2.3離散時(shí)間信號(hào)的運(yùn)算離散時(shí)間信號(hào)的運(yùn)算包括加法、減法、數(shù)乘和卷積等。這些運(yùn)算為信號(hào)處理提供了基本工具。5.3數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)5.3.1數(shù)字濾波器概述數(shù)字濾波器是一種離散時(shí)間系統(tǒng)，用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理。根據(jù)濾波器類(lèi)型，可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器等。5.3.2數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法有直接型、級(jí)聯(lián)型和并聯(lián)型等。直接型濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但系數(shù)較多；級(jí)聯(lián)型和并聯(lián)型濾波器可以減少系數(shù)數(shù)量，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。5.3.3數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法包括脈沖響應(yīng)不變法、雙線(xiàn)性變換法、最小二乘法等。脈沖響應(yīng)不變法適用于模擬濾波器的設(shè)計(jì)，雙線(xiàn)性變換法適用于將模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器，最小二乘法適用于優(yōu)化濾波器系數(shù)。5.3.4數(shù)字濾波器的功能指標(biāo)數(shù)字濾波器的功能指標(biāo)包括通帶截止頻率、阻帶截止頻率、通帶波紋和阻帶衰減等。這些指標(biāo)反映了濾波器對(duì)信號(hào)的濾波效果。5.3.5數(shù)字濾波器的應(yīng)用數(shù)字濾波器廣泛應(yīng)用于通信、語(yǔ)音處理、圖像處理等領(lǐng)域。例如，在通信系統(tǒng)中，數(shù)字濾波器用于信號(hào)解調(diào)、濾波和調(diào)制等。在語(yǔ)音處理中，數(shù)字濾波器用于回聲消除、噪聲抑制等。在圖像處理中，數(shù)字濾波器用于圖像去噪、邊緣檢測(cè)等。第6章通信信道與傳輸6.1信道特性及其對(duì)通信的影響6.1.1信道定義與分類(lèi)信道是指信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，按照傳輸媒介的不同，可以分為有線(xiàn)信道和無(wú)線(xiàn)信道兩大類(lèi)。有線(xiàn)信道主要包括雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纖等；無(wú)線(xiàn)信道主要包括無(wú)線(xiàn)電波、微波、紅外線(xiàn)等。信道的特性直接影響通信系統(tǒng)的功能。6.1.2信道特性參數(shù)信道特性參數(shù)主要包括信道帶寬、信道增益、信道噪聲、信道衰減等。這些參數(shù)決定了信號(hào)在信道中的傳輸效果。6.1.3信道特性對(duì)通信的影響信道特性對(duì)通信的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）信道帶寬：決定了信號(hào)傳輸?shù)乃俾剩瑤捲綄?，傳輸速率越高；?）信道增益：影響信號(hào)傳輸?shù)木嚯x和接收靈敏度；（3）信道噪聲：導(dǎo)致信號(hào)失真，降低通信質(zhì)量；（4）信道衰減：信號(hào)在傳輸過(guò)程中逐漸減弱，影響通信距離。6.2信道編碼與解碼6.2.1信道編碼的定義與作用信道編碼是指在發(fā)送端對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼處理，以提高信號(hào)在信道中的傳輸功能。其主要作用是提高信號(hào)的傳輸可靠性、抗干擾能力和傳輸效率。6.2.2常見(jiàn)信道編碼技術(shù)常見(jiàn)的信道編碼技術(shù)包括卷積編碼、漢明編碼、里德所羅門(mén)編碼等。這些編碼技術(shù)可以在一定程度上提高信號(hào)的傳輸功能。6.2.3信道解碼信道解碼是指在接收端對(duì)信道編碼后的信號(hào)進(jìn)行還原處理，以恢復(fù)原始信號(hào)。解碼過(guò)程與編碼過(guò)程相對(duì)應(yīng)，常見(jiàn)的解碼算法包括最大似然解碼、維特比解碼等。6.3多路復(fù)用技術(shù)6.3.1多路復(fù)用的定義與分類(lèi)多路復(fù)用是指將多個(gè)信號(hào)合并到同一信道中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。根據(jù)信號(hào)合并的方式不同，多路復(fù)用技術(shù)可以分為頻分復(fù)用（FDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）、碼分復(fù)用（CDM）等。6.3.2頻分復(fù)用（FDM）頻分復(fù)用是將多個(gè)信號(hào)分配到不同的頻率帶進(jìn)行傳輸。各信號(hào)之間通過(guò)濾波器進(jìn)行隔離，以減少相互干擾。6.3.3時(shí)分復(fù)用（TDM）時(shí)分復(fù)用是將多個(gè)信號(hào)按照時(shí)間分割，輪流使用同一信道進(jìn)行傳輸。通過(guò)精確的時(shí)間同步，各信號(hào)在接收端可以有效地分離。6.3.4碼分復(fù)用（CDM）碼分復(fù)用是通過(guò)為每個(gè)信號(hào)分配一個(gè)唯一的碼片序列，實(shí)現(xiàn)多個(gè)信號(hào)在同一信道中傳輸。在接收端，利用碼片序列的相關(guān)性進(jìn)行信號(hào)分離。（本章完）第7章移動(dòng)通信技術(shù)7.1移動(dòng)通信系統(tǒng)概述移動(dòng)通信技術(shù)作為現(xiàn)代通信領(lǐng)域的重要組成部分，為人類(lèi)生活、工作及社會(huì)管理帶來(lái)了極大的便利。本章將重點(diǎn)介紹移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本概念、發(fā)展歷程、系統(tǒng)架構(gòu)及其分類(lèi)。7.1.1基本概念移動(dòng)通信是指通信雙方至少有一方在移動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行的通信。移動(dòng)通信系統(tǒng)主要由移動(dòng)臺(tái)（用戶(hù)設(shè)備）、基站（固定無(wú)線(xiàn)電臺(tái)）、交換網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)平臺(tái)等組成。7.1.2發(fā)展歷程自20世紀(jì)80年代以來(lái)，移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)歷了第一代模擬通信、第二代數(shù)字通信、第三代多媒體通信到第四代寬帶移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展。目前第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）正在全球范圍內(nèi)加速研發(fā)和部署。7.1.3系統(tǒng)架構(gòu)移動(dòng)通信系統(tǒng)采用蜂窩結(jié)構(gòu)，將整個(gè)覆蓋區(qū)域劃分為若干個(gè)六邊形的小區(qū)，每個(gè)小區(qū)設(shè)置一個(gè)基站。基站與移動(dòng)臺(tái)之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)進(jìn)行通信，基站之間通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。7.1.4分類(lèi)根據(jù)移動(dòng)性、覆蓋范圍、傳輸速率等不同特點(diǎn)，移動(dòng)通信系統(tǒng)可分為以下幾類(lèi)：全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）、碼分多址（CDMA）、時(shí)分同步碼分多址（TDSCDMA）、長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）等。7.2無(wú)線(xiàn)信道特性與傳播模型無(wú)線(xiàn)信道是移動(dòng)通信系統(tǒng)中的重要組成部分，其特性對(duì)通信質(zhì)量具有顯著影響。本節(jié)將介紹無(wú)線(xiàn)信道的基本特性、傳播模型及多徑效應(yīng)。7.2.1無(wú)線(xiàn)信道特性無(wú)線(xiàn)信道具有以下特點(diǎn)：（1）多徑效應(yīng)：無(wú)線(xiàn)電波在傳播過(guò)程中遇到障礙物反射、折射，產(chǎn)生多條路徑到達(dá)接收端。（2）衰減：無(wú)線(xiàn)電波在傳播過(guò)程中因傳播距離、障礙物、氣候等因素而衰減。（3）噪聲和干擾：無(wú)線(xiàn)信道中的噪聲和干擾源較多，如自然噪聲、人為干擾等。（4）多普勒效應(yīng)：無(wú)線(xiàn)電波在傳播過(guò)程中，由于移動(dòng)臺(tái)與基站之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致接收到的信號(hào)頻率發(fā)生變化。7.2.2傳播模型無(wú)線(xiàn)信道的傳播模型主要包括以下幾種：（1）自由空間傳播模型：描述在無(wú)障礙物、無(wú)干擾的理想情況下，無(wú)線(xiàn)電波在空間中的傳播損耗。（2）陰影衰落模型：考慮建筑物、地形等障礙物對(duì)無(wú)線(xiàn)電波傳播的影響。（3）多徑傳播模型：分析多徑效應(yīng)對(duì)通信質(zhì)量的影響。7.2.3多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)產(chǎn)生以下問(wèn)題：（1）信號(hào)衰落：多徑信號(hào)相互干涉，導(dǎo)致接收信號(hào)強(qiáng)度不穩(wěn)定。（2）時(shí)延擴(kuò)展：多徑信號(hào)到達(dá)接收端的時(shí)間不同，導(dǎo)致信號(hào)時(shí)域展寬。（3）頻率選擇性衰落：不同頻率的信號(hào)在傳播過(guò)程中受到不同程度的衰落。7.3移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)關(guān)鍵技術(shù)的突破和創(chuàng)新。本節(jié)將重點(diǎn)介紹以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：7.3.1調(diào)制與解調(diào)技術(shù)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合在無(wú)線(xiàn)信道中傳播的模擬信號(hào)的過(guò)程。常用的調(diào)制技術(shù)包括：幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）。7.3.2多址技術(shù)多址技術(shù)是指在同一頻段內(nèi)，將多個(gè)用戶(hù)的信號(hào)進(jìn)行分離，以便實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)同時(shí)通信。常見(jiàn)多址技術(shù)包括：頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。7.3.3信道編碼與解碼技術(shù)信道編碼與解碼技術(shù)是為了提高通信系統(tǒng)在無(wú)線(xiàn)信道中的可靠性而采用的技術(shù)。主要包括卷積編碼、Turbo編碼、低密度奇偶校驗(yàn)（LDPC）編碼等。7.3.4分集與均衡技術(shù)分集與均衡技術(shù)是為了克服無(wú)線(xiàn)信道中的多徑效應(yīng)和頻率選擇性衰落而采用的技術(shù)。主要包括：空間分集、頻率分集、時(shí)間分集和最大似然均衡等。7.3.5智能天線(xiàn)技術(shù)智能天線(xiàn)技術(shù)通過(guò)調(diào)整天線(xiàn)陣列的加權(quán)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的定向傳輸和接收，從而提高通信系統(tǒng)的功能。7.3.6多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)MIMO技術(shù)利用多個(gè)天線(xiàn)進(jìn)行信號(hào)傳輸和接收，提高通信系統(tǒng)的頻譜效率和傳輸速率。通過(guò)以上關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用，移動(dòng)通信系統(tǒng)在覆蓋范圍、通信質(zhì)量、傳輸速率等方面取得了顯著成果，為我國(guó)通信事業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。第8章衛(wèi)星通信技術(shù)8.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成與分類(lèi)衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由空間段、地面段及用戶(hù)段三大部分構(gòu)成的?？臻g段主要包括通信衛(wèi)星及其有效載荷；地面段主要由地面站、控制中心和傳輸設(shè)施組成；用戶(hù)段則涵蓋各種衛(wèi)星通信終端設(shè)備。衛(wèi)星通信系統(tǒng)按照其應(yīng)用領(lǐng)域和功能特點(diǎn)，可分為以下幾類(lèi)：（1）固定衛(wèi)星通信系統(tǒng)：主要用于實(shí)現(xiàn)固定地點(diǎn)間的通信業(yè)務(wù)，如電話(huà)、數(shù)據(jù)和電視傳輸?shù)?。?）移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)：為各類(lèi)移動(dòng)用戶(hù)提供通信服務(wù)，如船載、車(chē)載和手持終端等。（3）廣播衛(wèi)星通信系統(tǒng)：提供廣播業(yè)務(wù)，如電視、廣播和數(shù)據(jù)廣播等。（4）衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)：通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)為用戶(hù)提供定位、導(dǎo)航和時(shí)間同步等服務(wù)。8.2衛(wèi)星軌道與覆蓋衛(wèi)星軌道是衛(wèi)星在空間運(yùn)行的軌跡，根據(jù)衛(wèi)星軌道的特點(diǎn)，可分為以下幾類(lèi)：（1）地球同步軌道（GEO）：衛(wèi)星軌道半徑與地球半徑相等，衛(wèi)星運(yùn)行周期為24小時(shí)，與地球自轉(zhuǎn)周期一致，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面的固定覆蓋。（2）傾斜軌道（INO）：衛(wèi)星軌道傾角大于0度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)地球兩極地區(qū)的覆蓋，提高通信覆蓋范圍。（3）中圓軌道（MEO）：衛(wèi)星軌道半徑小于地球同步軌道，運(yùn)行周期為12小時(shí)左右，可實(shí)現(xiàn)對(duì)地球表面的動(dòng)態(tài)覆蓋。（4）低地球軌道（LEO）：衛(wèi)星軌道半徑較小，運(yùn)行周期約為90分鐘，衛(wèi)星快速繞地球飛行，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面的連續(xù)覆蓋。8.3衛(wèi)星通信鏈路設(shè)計(jì)衛(wèi)星通信鏈路設(shè)計(jì)是保證通信質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括以下內(nèi)容：（1）衛(wèi)星發(fā)射功率和接收靈敏度：根據(jù)通信需求和鏈路損耗，合理選擇衛(wèi)星發(fā)射功率和接收靈敏度，以滿(mǎn)足通信質(zhì)量要求。（2）天線(xiàn)設(shè)計(jì)：根據(jù)通信頻率、覆蓋范圍和衛(wèi)星軌道，選擇合適的天線(xiàn)類(lèi)型、口徑和指向方式。（3）頻率規(guī)劃：合理規(guī)劃衛(wèi)星通信頻率，避免頻率沖突和干擾，提高通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。（4）多址技術(shù)：根據(jù)通信業(yè)務(wù)需求和衛(wèi)星資源，選擇合適的多址技術(shù)，如頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等。（5）鏈路功能評(píng)估：通過(guò)計(jì)算誤碼率、信噪比等指標(biāo)，評(píng)估衛(wèi)星通信鏈路的功能，以保證通信質(zhì)量。第9章現(xiàn)代通信技術(shù)9.1光纖通信技術(shù)9.1.1概述光纖通信技術(shù)是利用光纖作為傳輸介質(zhì)進(jìn)行信息傳輸?shù)囊环N通信方式。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，光纖通信技術(shù)得到了迅速發(fā)展，已成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的重要支柱。9.1.2光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)主要包括光源、光纖、光接收器和光調(diào)制解調(diào)器等組成部分。其中，光源負(fù)責(zé)產(chǎn)生光信號(hào)，光纖作為傳輸介質(zhì)，光接收器負(fù)責(zé)接收光信號(hào)，光調(diào)制解調(diào)器用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)。9.1.3光纖通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)光纖通信技術(shù)具有傳輸容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、信號(hào)損耗低等優(yōu)點(diǎn)。9.1.4光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)光電子器件技術(shù)的進(jìn)步，光纖通信技術(shù)正朝著高速、大容量、長(zhǎng)距離、低功耗的方向發(fā)展。9.2寬帶接入技術(shù)9.2.1概述寬帶接入技術(shù)是指為用戶(hù)提供高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的技術(shù)。它主要包括有線(xiàn)接入和無(wú)線(xiàn)接入兩大類(lèi)。9.2.2有線(xiàn)寬帶接入技術(shù)有線(xiàn)寬帶接入技術(shù)主要包括數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)（DSL）技術(shù)、光纖接入技術(shù)（如FTTH）和同軸電纜接入技術(shù)等。9.2.3無(wú)線(xiàn)寬帶接入技術(shù)無(wú)線(xiàn)寬帶接入技術(shù)主要包括WiFi、WiMax、藍(lán)牙、5G等。這些技術(shù)為用戶(hù)提供了便捷、靈活的接入方式。9.2.4寬帶接入技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)寬帶接入技術(shù)正朝著高速率、低成本、綠色環(huán)保的方向發(fā)展。未來(lái)，5G等無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)將進(jìn)一步提升寬帶接入速率和用戶(hù)體驗(yàn)。9.35G通信技術(shù)9.3.1概述5G（第五代移動(dòng)通信技術(shù)）是繼2G、3G、4G之后的新一代移動(dòng)通信技術(shù)。5G通信技術(shù)以滿(mǎn)足未來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)、超高帶寬、超低時(shí)延等需求為目標(biāo)，為用戶(hù)提供更加豐富多樣的通信服務(wù)。9.3.25G的關(guān)鍵技術(shù)5G的關(guān)鍵技術(shù)包括大規(guī)模天線(xiàn)技術(shù)、新型波形技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)、密集小區(qū)部署等。9.3.35G的應(yīng)用場(chǎng)景5G通信技術(shù)將廣泛應(yīng)用于智能交通、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智