通信原理(范馨月)fanxy課件

通信原理(范馨月)fanxy課件引言通信系統(tǒng)基本概念模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)信道編碼與差錯(cuò)控制通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展動態(tài)總結(jié)與展望目錄CONTENT引言01通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能掌握通信系統(tǒng)的基本原理，包括信號的傳輸、調(diào)制、解調(diào)、編碼、解碼等過程。掌握通信系統(tǒng)的基本原理學(xué)生應(yīng)能理解各種通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括TCP/IP、HTTP、SMTP、FTP等，以及它們?nèi)绾卧谕ㄐ畔到y(tǒng)中發(fā)揮作用。理解通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)本課程將通過實(shí)驗(yàn)、案例分析等方式，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和分析解決問題的能力。培養(yǎng)分析和解決問題的能力隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，學(xué)生應(yīng)能了解最新的通信技術(shù)和發(fā)展趨勢，并具備繼續(xù)學(xué)習(xí)和適應(yīng)新技術(shù)的能力。適應(yīng)未來通信技術(shù)發(fā)展課程目的和背景

課件內(nèi)容與結(jié)構(gòu)通信系統(tǒng)的基本概念介紹通信系統(tǒng)的定義、組成、分類等基本概念，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。信號與信道詳細(xì)講解信號的特性、信道的定義和分類、信道容量和信道編碼等知識點(diǎn)。模擬通信系統(tǒng)介紹模擬通信系統(tǒng)的基本原理、調(diào)制與解調(diào)技術(shù)、模擬信號的數(shù)字化傳輸?shù)取?shù)字通信系統(tǒng)通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無線通信與網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)與案例分析課件內(nèi)容與結(jié)構(gòu)重點(diǎn)講解數(shù)字通信系統(tǒng)的基本原理、數(shù)字信號的基帶傳輸和頻帶傳輸、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)等。講解無線通信的基本原理、無線網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如WiFi、藍(lán)牙、ZigBee等。介紹常見的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如TCP/IP、HTTP、SMTP、FTP等，并分析它們在通信系統(tǒng)中的作用。通過實(shí)驗(yàn)和案例分析，讓學(xué)生更加深入地理解和掌握通信原理的相關(guān)知識。通信系統(tǒng)基本概念02通信系統(tǒng)的組成發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備將信源產(chǎn)生的信息轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?。接收信道中的信號，并將其轉(zhuǎn)換成原始信息。信源信道信宿產(chǎn)生和發(fā)送信息的設(shè)備或源頭，如話筒、攝像頭等。傳輸信號的媒介，如電纜、光纖、空氣等。接收和處理信息的設(shè)備或終點(diǎn)，如揚(yáng)聲器、顯示器等。信號與信道攜帶信息的物理量，如電壓、電流、電磁波等。信道傳輸信息的能力，通常以比特率（bitrate）來衡量。包括信道的帶寬、衰減、噪聲等，對信號傳輸有重要影響。對信號進(jìn)行放大、濾波、編碼等操作，以優(yōu)化傳輸效果。信號信道容量信道特性信號處理將低頻信號加載到高頻載波上，以便在信道中傳輸。調(diào)制方式有多種，如幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）等。調(diào)制從已調(diào)信號中提取出原始的低頻信號。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，需要相應(yīng)的解調(diào)器來實(shí)現(xiàn)。解調(diào)提高信號傳輸?shù)目垢蓴_性、實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用、擴(kuò)展通信距離等。調(diào)制與解調(diào)的作用調(diào)制與解調(diào)模擬通信系統(tǒng)03模擬信號可以通過不同的傳輸介質(zhì)進(jìn)行傳輸，如銅線、光纖等。傳輸介質(zhì)信號特性傳輸方式模擬信號是連續(xù)變化的物理量，如電壓、電流等。模擬信號可以采用基帶傳輸或調(diào)制傳輸。030201模擬信號的傳將模擬信號轉(zhuǎn)換為適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號。調(diào)制目的常見的模擬調(diào)制方式有幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）。調(diào)制方式調(diào)制器用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為已調(diào)信號，解調(diào)器用于將已調(diào)信號還原為原始模擬信號。調(diào)制器與解調(diào)器模擬調(diào)制技術(shù)系統(tǒng)模型01模擬通信系統(tǒng)可以抽象為信源、信道和信宿三部分組成。性能指標(biāo)02衡量模擬通信系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)有信噪比（SNR）、誤碼率（BER）和帶寬效率等。影響因素03模擬通信系統(tǒng)性能受到多種因素影響，如信道噪聲、干擾、失真等。為了提高系統(tǒng)性能，需要采取一系列技術(shù)措施，如增加信噪比、采用合適的調(diào)制方式、優(yōu)化信道編碼等。模擬通信系統(tǒng)性能分析數(shù)字通信系統(tǒng)04數(shù)字信號直接傳輸，適用于近距離通信，具有低成本、簡單實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。基帶傳輸數(shù)字信號通過調(diào)制轉(zhuǎn)換為模擬信號進(jìn)行傳輸，適用于遠(yuǎn)距離通信，可提高信號抗干擾能力和傳輸效率。頻帶傳輸數(shù)字信號的傳頻移鍵控（FSK）通過改變載波的頻率來表示數(shù)字信號，抗干擾能力較強(qiáng)但占用帶寬較大。相移鍵控（PSK）通過改變載波的相位來表示數(shù)字信號，具有較高的傳輸效率和較強(qiáng)的抗干擾能力。振幅鍵控（ASK）通過改變載波的振幅來表示數(shù)字信號，實(shí)現(xiàn)簡單但抗干擾能力較差。數(shù)字調(diào)制技術(shù)衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸可靠性的重要指標(biāo)，表示接收端錯(cuò)誤接收的比特?cái)?shù)與總比特?cái)?shù)之比。誤碼率描述信道傳輸信息能力的上限，受信道帶寬、信噪比等因素影響。信道容量影響數(shù)字信號傳輸質(zhì)量的關(guān)鍵因素，包括調(diào)制方式、解調(diào)方式、同步方式等。調(diào)制解調(diào)器性能數(shù)字通信系統(tǒng)性能分析信道編碼與差錯(cuò)控制05信道編碼基本概念在數(shù)字通信中，為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在發(fā)送端對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行特定的編碼處理，增加冗余度，以便在接收端能夠檢測和糾正傳輸過程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。信道編碼分類根據(jù)編碼方式的不同，信道編碼可分為線性分組碼、卷積碼、級聯(lián)碼等。信道編碼性能指標(biāo)評價(jià)信道編碼性能的指標(biāo)主要有誤碼率、糾錯(cuò)能力、編碼效率等。信道編碼原理差錯(cuò)控制基本概念差錯(cuò)控制是在數(shù)字通信中保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性的重要手段，通過采用一定的編碼和解碼方式，實(shí)現(xiàn)對傳輸錯(cuò)誤的檢測和糾正。差錯(cuò)控制方式根據(jù)差錯(cuò)控制的方式不同，可分為前向糾錯(cuò)（FEC）和自動重傳請求（ARQ）兩種。前者在接收端通過解碼自動糾正錯(cuò)誤，后者在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)通過反饋信道請求發(fā)送端重傳數(shù)據(jù)。差錯(cuò)控制編碼常用的差錯(cuò)控制編碼有奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）等。這些編碼方法通過在數(shù)據(jù)中增加冗余位，以便在接收端檢測和糾正錯(cuò)誤。差錯(cuò)控制方法移動通信在移動通信中，由于無線信道的時(shí)變性和多徑效應(yīng)等因素，數(shù)據(jù)傳輸容易受到干擾和衰落影響。信道編碼技術(shù)可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，降低誤碼率，保證通信質(zhì)量。衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也面臨著信號衰減、多徑干擾等問題。信道編碼技術(shù)可以提高衛(wèi)星通信的抗干擾能力和傳輸可靠性。光纖通信光纖通信具有傳輸容量大、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但在高速率、長距離傳輸時(shí)，光纖色散和非線性效應(yīng)等因素會對信號質(zhì)量產(chǎn)生影響。信道編碼技術(shù)可以提高光纖通信的傳輸性能和穩(wěn)定性。信道編碼技術(shù)應(yīng)用通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)06通信網(wǎng)絡(luò)定義通信網(wǎng)絡(luò)是由一系列通信設(shè)備（如交換機(jī)、路由器、服務(wù)器等）和傳輸介質(zhì)（如光纖、電纜、無線電波等）組成的系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)信息的傳輸和交換。通信網(wǎng)絡(luò)分類根據(jù)覆蓋范圍和應(yīng)用場景，通信網(wǎng)絡(luò)可分為局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）、廣域網(wǎng)（WAN）和互聯(lián)網(wǎng)等。通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括星型、環(huán)型、總線型、樹型和網(wǎng)狀型等，不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有不同的特點(diǎn)和適用場景。010203通信網(wǎng)絡(luò)概述電路交換與分組交換電路交換適用于實(shí)時(shí)性要求高的通信業(yè)務(wù)，如語音通話；而分組交換適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如電子郵件、網(wǎng)頁瀏覽等。電路交換與分組交換比較電路交換是一種面向連接的通信方式，通信雙方建立一條專用的物理通路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。電路交換具有實(shí)時(shí)性高、傳輸質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但資源利用率較低。電路交換分組交換是一種無連接的通信方式，數(shù)據(jù)被分成多個(gè)分組進(jìn)行傳輸，每個(gè)分組攜帶目的地址等信息。分組交換具有資源利用率高、靈活性好等優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)時(shí)性相對較差。分組交換TCP/IP協(xié)議族TCP/IP協(xié)議族是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議，包括傳輸控制協(xié)議（TCP）和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（IP）等。TCP提供可靠的、面向連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；IP負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的路由和傳輸。HTTP是超文本傳輸協(xié)議，用于Web瀏覽器和服務(wù)器之間的通信。HTTPS是HTTP的安全版本，通過SSL/TLS協(xié)議對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴NS是域名系統(tǒng)的縮寫，用于將用戶輸入的域名解析為對應(yīng)的IP地址，以便計(jì)算機(jī)能夠找到并訪問相應(yīng)的網(wǎng)站或服務(wù)器。VPN是虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的縮寫，通過在公共網(wǎng)絡(luò)上建立加密通道的方式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程用戶訪問公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)資源的安全連接。HTTP與HTTPS協(xié)議DNS技術(shù)VPN技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展動態(tài)07大規(guī)模連接支持海量設(shè)備同時(shí)連接，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的廣泛互聯(lián)。高速率與低時(shí)延5G技術(shù)提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率和極低的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，滿足實(shí)時(shí)應(yīng)用需求。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)通過虛擬化技術(shù)，將物理網(wǎng)絡(luò)切分成多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，滿足不同應(yīng)用場景的需求。5G移動通信技術(shù)03物聯(lián)網(wǎng)平臺提供設(shè)備管理、數(shù)據(jù)收集、分析和可視化等功能，降低物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)難度。01LPWAN技術(shù)低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)長距離、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)通信。02NB-IoT和LoRa兩種主流的LPWAN技術(shù)，具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低等特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地球站之間的通信。衛(wèi)星通信原理包括空間分系統(tǒng)、通信地球站、跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)等。衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成廣泛應(yīng)用于軍事、民用等領(lǐng)域，如電話、電報(bào)、傳真、數(shù)據(jù)傳輸、廣播電視等。衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用衛(wèi)星通信技術(shù)總結(jié)與展望08通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握通信系統(tǒng)的基本原理、關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)性能評估方法。知識點(diǎn)掌握學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決通信系統(tǒng)中的實(shí)際問題，具備初步的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)能力。技能提升本課程采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法，包括課堂講授、實(shí)驗(yàn)操作和案例分析等多種教學(xué)手段，以提高學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新意識。學(xué)習(xí)方法課程總結(jié)量子通信技術(shù)量子通信技術(shù)利用量子力學(xué)原理實(shí)現(xiàn)信息的加密和傳輸，具有極高的安全性和保密性，是未來通信技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。