《通信原理第九章》課件

通信原理第九章目錄CONTENTS通信系統(tǒng)概述信號(hào)與頻譜數(shù)字信號(hào)的傳輸信道編碼與差錯(cuò)控制通信系統(tǒng)的性能優(yōu)化無(wú)線通信系統(tǒng)01CHAPTER通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)的基本組成發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備將信息轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)男盘?hào)。將傳輸中的信號(hào)還原為原始信息。信息源信道目的地產(chǎn)生需要傳輸?shù)男畔ⅰ鬏斝盘?hào)的媒介。信息的接收者。通信系統(tǒng)的分類利用導(dǎo)線傳輸信號(hào)的系統(tǒng)，如電話線、光纖等。利用電磁波傳輸信號(hào)的系統(tǒng)，如手機(jī)、無(wú)線局域網(wǎng)等。利用衛(wèi)星傳輸信號(hào)的系統(tǒng)，覆蓋范圍廣，但成本較高。傳輸數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸質(zhì)量高。有線通信系統(tǒng)無(wú)線通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)表示傳輸?shù)男畔⒘看笮。ǔＳ帽忍芈剩棵雮鬏數(shù)谋忍財(cái)?shù)）來(lái)衡量。有效性表示傳輸?shù)馁|(zhì)量和準(zhǔn)確性，通常用誤碼率（傳輸中出現(xiàn)錯(cuò)誤的比特?cái)?shù)與總比特?cái)?shù)的比值）來(lái)衡量?？煽啃员硎緜鬏?shù)募皶r(shí)性，通常用延遲時(shí)間來(lái)衡量。實(shí)時(shí)性表示傳輸過(guò)程中的保密性，通常用加密算法和密鑰管理等措施來(lái)保證。安全性通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)02CHAPTER信號(hào)與頻譜連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)、確定信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。信號(hào)的分類時(shí)間函數(shù)、離散序列、隨機(jī)過(guò)程等。信號(hào)的數(shù)學(xué)描述幅度、頻率、相位等。信號(hào)的基本參數(shù)信號(hào)的基本特性頻譜是信號(hào)在頻域的表示，描述了信號(hào)中各個(gè)頻率分量的強(qiáng)度。頻譜的概念頻譜分析的方法頻譜分析的應(yīng)用傅里葉變換、離散傅里葉變換、快速傅里葉變換等。頻譜分析在通信、雷達(dá)、聲吶等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。030201信號(hào)的頻譜分析調(diào)制的方式調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相。解調(diào)的方法相干解調(diào)、非相干解調(diào)。調(diào)制的基本概念調(diào)制是將低頻信號(hào)加載到高頻載波上的過(guò)程。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸，常見(jiàn)的傳輸方式有電話線傳輸、電視信號(hào)傳輸?shù)取ＤM信號(hào)傳輸將離散信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，常見(jiàn)的傳輸方式有光纖傳輸、無(wú)線傳輸?shù)?。?shù)字信號(hào)傳輸信號(hào)的傳輸方式03CHAPTER數(shù)字信號(hào)的傳輸數(shù)字信號(hào)在時(shí)間軸上由一系列離散的脈沖或電平值表示，每個(gè)脈沖或電平代表一個(gè)二進(jìn)制位。通過(guò)傅里葉變換，數(shù)字信號(hào)可以轉(zhuǎn)換為頻域表示，呈現(xiàn)出不同的頻率成分和頻譜特性。數(shù)字信號(hào)的表示方法數(shù)字信號(hào)的頻域表示數(shù)字信號(hào)的時(shí)域表示基帶傳輸將未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)直接傳輸，通常用于短距離、低速率的通信系統(tǒng)。頻帶傳輸將數(shù)字信號(hào)調(diào)制到一定頻率的載波上進(jìn)行傳輸，適用于長(zhǎng)距離、高速率的通信系統(tǒng)。數(shù)字信號(hào)的傳輸方式03調(diào)相/調(diào)頻混合調(diào)制（PM/FM）同時(shí)利用相位和頻率變化來(lái)傳輸數(shù)字信息，解調(diào)時(shí)需要同時(shí)檢測(cè)相位和頻率變化。01調(diào)相（PM）通過(guò)改變載波相位來(lái)傳輸數(shù)字信息，解調(diào)時(shí)需要檢測(cè)相位變化。02調(diào)頻（FM）通過(guò)改變載波頻率來(lái)傳輸數(shù)字信息，解調(diào)時(shí)需要檢測(cè)頻率變化。數(shù)字信號(hào)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)04CHAPTER信道編碼與差錯(cuò)控制信道編碼是將信息序列按照一定的規(guī)則進(jìn)行變換，以增加信息在傳輸過(guò)程中的抗干擾能力。信道編碼的目的是通過(guò)增加冗余度來(lái)降低信息傳輸過(guò)程中的差錯(cuò)率，提高通信系統(tǒng)的可靠性。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卷積碼等。信道編碼的基本概念線性分組碼的編碼過(guò)程可以用代數(shù)方法進(jìn)行描述，因此也被稱為代數(shù)編碼。常見(jiàn)的線性分組碼包括漢明碼、奇偶校驗(yàn)碼等。線性分組碼是一種將信息序列分為固定長(zhǎng)度的組，然后對(duì)每組進(jìn)行線性編碼的信道編碼方式。線性分組碼循環(huán)碼是一類特殊的線性分組碼，其碼字具有循環(huán)移位的性質(zhì)。循環(huán)碼的編碼器和解碼器都可以用有限域上的多項(xiàng)式進(jìn)行描述，因此也被稱為多項(xiàng)式碼。循環(huán)碼具有較好的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力，因此在通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。循環(huán)碼

其他差錯(cuò)控制編碼方法其他差錯(cuò)控制編碼方法包括卷積碼、Reed-Solomon碼等。卷積碼是一種將信息序列連續(xù)進(jìn)行線性編碼的信道編碼方式，其編碼過(guò)程涉及到多個(gè)信息位。Reed-Solomon碼是一種基于代數(shù)幾何的糾錯(cuò)碼，具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，因此在數(shù)字通信中得到了廣泛應(yīng)用。05CHAPTER通信系統(tǒng)的性能優(yōu)化信噪比對(duì)通信性能至關(guān)重要，信噪比越高，通信質(zhì)量越好，誤碼率越低。信噪比的提升可以通過(guò)提高信號(hào)功率、降低噪聲功率來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如采用更先進(jìn)的信號(hào)處理算法和更高效的信號(hào)傳輸技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，信噪比的測(cè)量和評(píng)估是通信系統(tǒng)性能評(píng)估的重要環(huán)節(jié)，常用的測(cè)量方法包括頻譜分析、信號(hào)質(zhì)量分析等。信噪比對(duì)通信性能的影響在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同的通信環(huán)境和系統(tǒng)要求選擇合適的抗干擾技術(shù)，并進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化。多徑效應(yīng)是指信號(hào)在傳輸過(guò)程中經(jīng)過(guò)不同的路徑到達(dá)接收端的現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的衰減、失真和干擾?？垢蓴_技術(shù)是解決多徑效應(yīng)的重要手段，包括頻域?yàn)V波、時(shí)域?yàn)V波、自適應(yīng)濾波等，通過(guò)濾除干擾信號(hào)，提高信噪比，改善通信質(zhì)量。多徑效應(yīng)與抗干擾技術(shù)擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種利用信息信號(hào)的帶寬來(lái)?yè)Q取信噪比的技術(shù)，通過(guò)將信號(hào)的頻譜擴(kuò)展到更寬的頻帶中，降低信號(hào)的功率譜密度，提高抗干擾能力。擴(kuò)頻通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、抗多徑干擾能力強(qiáng)等，因此在軍事通信、衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮擴(kuò)頻碼的選擇、調(diào)制解調(diào)方式、抗干擾能力等多個(gè)方面，并進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)優(yōu)化和性能評(píng)估。擴(kuò)頻通信技術(shù)06CHAPTER無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)接收機(jī)天線信道無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成01020304負(fù)責(zé)將信息轉(zhuǎn)換為電磁波信號(hào)，通過(guò)天線發(fā)送出去。負(fù)責(zé)接收天線傳來(lái)的電磁波信號(hào)，將其還原為原始信息。用于發(fā)射和接收無(wú)線電波，實(shí)現(xiàn)電磁波與導(dǎo)線的轉(zhuǎn)換。傳輸電磁波的媒介，可以是空氣、水、空間等。無(wú)線通信系統(tǒng)使用的頻譜資源是有限的，需要合理分配和利用。頻譜資源有限各國(guó)政府設(shè)立的頻譜管理機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)對(duì)頻譜資源進(jìn)行分配和管理。頻譜管理機(jī)構(gòu)用戶需要向頻譜管理機(jī)構(gòu)支付一定的頻譜使用費(fèi)。頻譜使用費(fèi)隨著技術(shù)的發(fā)展，頻譜共享成為一種有效的頻譜利用方式。頻譜共享無(wú)線通信系統(tǒng)的頻譜資源不同用戶使用不同的頻率進(jìn)行通信。F