通信原理基礎(chǔ)黃葆華課件匯報人：XX目錄01通信系統(tǒng)概述02信號與頻譜分析03信道與噪聲04模擬通信技術(shù)05數(shù)字通信技術(shù)06通信網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議通信系統(tǒng)概述01通信系統(tǒng)定義通信系統(tǒng)是通過傳輸媒介將信息從發(fā)送端傳送到接收端的過程，涉及編碼、調(diào)制等技術(shù)。信息傳輸過程通信系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)信息的有效傳輸，性能指標(biāo)包括帶寬、信噪比、誤碼率等。功能與性能指標(biāo)一個基本的通信系統(tǒng)包括信息源、發(fā)送器、傳輸介質(zhì)、接收器和目的地五個基本要素。系統(tǒng)組成要素010203基本組成結(jié)構(gòu)信源是信息的產(chǎn)生地，信宿則是信息的接收端，兩者是通信系統(tǒng)中信息傳遞的起點和終點。信源與信宿傳輸介質(zhì)是連接信源和信宿的物理通道，如電纜、光纖或無線信道，負(fù)責(zé)承載信息的傳輸。傳輸介質(zhì)編碼是將信息轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)男盘栃问?，調(diào)制則是將信息信號加載到載波上，以便在介質(zhì)中傳輸。編碼與調(diào)制通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)可按傳輸媒介分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)，如光纖通信和衛(wèi)星通信。按傳輸媒介分類根據(jù)傳輸?shù)男盘栴愋?，通信系統(tǒng)可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)，例如模擬電話和數(shù)字電視。按信號類型分類通信系統(tǒng)按覆蓋范圍分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，如家庭Wi-Fi屬于局域網(wǎng)。按通信范圍分類根據(jù)提供的服務(wù)類型，通信系統(tǒng)可分為語音通信、數(shù)據(jù)通信和多媒體通信系統(tǒng)。按服務(wù)類型分類信號與頻譜分析02信號的基本概念信號是信息的物理表現(xiàn)形式，可以是時間或空間的函數(shù)，如聲音、圖像等。01信號的定義模擬信號連續(xù)變化，而數(shù)字信號由離散值組成，如數(shù)字音頻和視頻。02模擬信號與數(shù)字信號信號按性質(zhì)分為確定性信號和隨機信號，按時間特性分為周期信號和非周期信號。03信號的分類頻譜分析方法傅里葉變換是頻譜分析的核心工具，能夠?qū)r域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，揭示信號的頻率成分。傅里葉變換FFT是傅里葉變換的一種高效算法，廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號處理中，用于快速分析信號的頻譜結(jié)構(gòu)?？焖俑道锶~變換（FFT）窗函數(shù)法用于減少頻譜泄露，通過在時域信號上施加窗函數(shù)來改善頻譜分析的精度和分辨率。窗函數(shù)法信號調(diào)制技術(shù)幅度調(diào)制通過改變載波信號的幅度來傳輸信息，如早期的無線電廣播。幅度調(diào)制（AM）頻率調(diào)制通過改變載波信號的頻率來傳輸信息，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代廣播電臺。頻率調(diào)制（FM）相位調(diào)制通過改變載波信號的相位來傳輸信息，常用于無線通信系統(tǒng)。相位調(diào)制（PM）多路復(fù)用技術(shù)允許多個信號共享同一傳輸介質(zhì)，如頻分復(fù)用（FDM）和時分復(fù)用（TDM）。多路復(fù)用技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，如QAM和PSK，用于高速數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)字調(diào)制技術(shù)信道與噪聲03信道特性信道帶寬決定了信號傳輸?shù)淖畲笏俾?，是信道容量的關(guān)鍵因素，如寬帶網(wǎng)絡(luò)的帶寬限制。信道帶寬01信道延遲指的是信號在信道中傳播的時間，對于實時通信系統(tǒng)來說至關(guān)重要，例如衛(wèi)星通信的延遲問題。信道延遲02多徑效應(yīng)是指信號通過不同路徑到達(dá)接收端，導(dǎo)致信號失真，常見于城市環(huán)境中的無線通信。多徑效應(yīng)03信道衰減描述了信號在傳輸過程中強度的減弱，與傳輸距離和信號頻率有關(guān)，如長距離光纖通信中的衰減問題。信道衰減04噪聲對通信的影響01信號失真噪聲會導(dǎo)致信號失真，影響通信質(zhì)量，例如在無線通信中，背景噪聲會降低語音清晰度。02誤碼率增加噪聲的存在會增加信號的誤碼率，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯誤，比如在數(shù)字通信系統(tǒng)中，噪聲可引起比特錯誤。03通信容量降低噪聲限制了信道的通信容量，使得在高噪聲環(huán)境下，傳輸速率和效率下降，如衛(wèi)星通信中受宇宙噪聲影響。信道容量與編碼信道容量是指在給定的信道條件下，能夠無誤差傳輸信息的最大速率，是通信系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。信道容量的定義01香農(nóng)定理闡述了在有噪聲的信道中，存在一個最大信息傳輸速率，即信道容量，超過此速率則無法無誤差傳輸。香農(nóng)定理02信道容量與編碼通過使用高效的編碼技術(shù)，可以在不增加傳輸功率的情況下，提高信號的傳輸速率，從而獲得編碼增益。編碼增益前向糾錯編碼（FEC）允許接收方檢測并糾正一定數(shù)量的錯誤，提高通信的可靠性，是提高信道容量的重要手段。前向糾錯編碼模擬通信技術(shù)04模擬信號調(diào)制幅度調(diào)制通過改變載波信號的幅度來傳輸信息，如老式廣播電臺使用的技術(shù)。幅度調(diào)制(AM)頻率調(diào)制通過改變載波信號的頻率來傳輸信息，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代廣播電臺。頻率調(diào)制(FM)相位調(diào)制通過改變載波信號的相位來傳輸信息，常用于無線通信系統(tǒng)中。相位調(diào)制(PM)模擬信號解調(diào)包絡(luò)檢波是模擬信號解調(diào)中最簡單的方法，通過跟蹤信號的包絡(luò)來恢復(fù)調(diào)制信息。包絡(luò)檢波01020304同步檢波需要一個與載波頻率和相位同步的參考信號，以準(zhǔn)確提取調(diào)制信息。同步檢波頻率解調(diào)技術(shù)通過測量信號頻率的變化來恢復(fù)原始的調(diào)制信號，常用于FM廣播。頻率解調(diào)相位解調(diào)關(guān)注信號相位的變化，通過解調(diào)器將相位變化轉(zhuǎn)換為電壓變化，以恢復(fù)信息。相位解調(diào)模擬通信系統(tǒng)實例調(diào)幅廣播系統(tǒng)調(diào)幅廣播是早期的模擬通信技術(shù)，通過調(diào)制載波頻率來傳輸音頻信號，廣泛應(yīng)用于無線電廣播。0102模擬電視傳輸模擬電視信號通過調(diào)制射頻載波來傳輸圖像和聲音，曾是家庭娛樂的主要方式，如NTSC和PAL制式。03短波無線電通信短波無線電通信利用地球電離層反射特性進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，是航海和軍事通信的重要手段。數(shù)字通信技術(shù)05數(shù)字信號編碼PCM通過采樣、量化和編碼三個步驟將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，廣泛應(yīng)用于數(shù)字音頻和視頻。脈沖編碼調(diào)制（PCM）01DPCM通過預(yù)測下一個采樣值來減少所需比特數(shù)，提高了編碼效率，常用于語音和視頻壓縮。差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）02ADPCM根據(jù)信號的統(tǒng)計特性動態(tài)調(diào)整量化步長，進(jìn)一步提高了信號傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量。自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）03數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)01基帶調(diào)制是數(shù)字信號處理的基礎(chǔ)，如脈沖編碼調(diào)制(PCM)用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。02頻帶調(diào)制技術(shù)包括幅度鍵控(ASK)、頻率鍵控(FSK)和相位鍵控(PSK)，用于在頻域傳輸數(shù)字信息?；鶐д{(diào)制技術(shù)頻帶調(diào)制技術(shù)數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)OFDM技術(shù)通過將數(shù)據(jù)分散到多個子載波上，提高了頻譜效率，廣泛應(yīng)用于4G和5G通信系統(tǒng)。正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制解調(diào)器（Modem）是數(shù)字通信中的關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號進(jìn)行傳輸，并在接收端還原。調(diào)制解調(diào)器的作用數(shù)字通信系統(tǒng)實例GPS利用衛(wèi)星傳輸數(shù)字信號，為全球用戶提供精確的定位和導(dǎo)航服務(wù)。全球定位系統(tǒng)（GPS）如4GLTE和5G網(wǎng)絡(luò)，它們使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，支持高速互聯(lián)網(wǎng)接入和多媒體服務(wù)。移動通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)字電視通過壓縮和編碼技術(shù)，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行廣播，提高了圖像和聲音質(zhì)量。數(shù)字電視廣播010203通信網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議06通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)介紹星型、環(huán)形、總線型等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點及其在通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。01探討雙絞線、同軸電纜、光纖等不同傳輸介質(zhì)的優(yōu)缺點及其適用場景。02解釋OSI模型和TCP/IP模型的分層結(jié)構(gòu)，以及各層在網(wǎng)絡(luò)通信中的作用。03闡述數(shù)據(jù)在發(fā)送和接收過程中如何通過封裝和解封裝在不同網(wǎng)絡(luò)層之間傳遞。04網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳輸介質(zhì)類型網(wǎng)絡(luò)分層模型數(shù)據(jù)封裝與解封裝通信協(xié)議概述通信協(xié)議定義了數(shù)據(jù)交換的規(guī)則，確保信息準(zhǔn)確無誤地在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。協(xié)議的功能與作用OSI模型和TCP/IP模型是通信協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)數(shù)據(jù)如何在網(wǎng)絡(luò)中分層處理。協(xié)議層次結(jié)構(gòu)例如HTTP、FTP、SMTP等協(xié)議，它們規(guī)定了不同應(yīng)用層數(shù)據(jù)的傳輸方式。常見通信協(xié)議通信協(xié)議的制定通常由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織負(fù)責(zé)，如ISO和ITU-T，確保全球通信的兼容性。協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化過程網(wǎng)絡(luò)層與