【大學課件】通信系統(tǒng)概論

通信系統(tǒng)概論本課程將深入探討通信系統(tǒng)的基本原理、組成和應用。我們將從基礎概念開始，逐步深入到復雜的技術和方法。緒論通信的重要性通信是現(xiàn)代社會的基石，影響著我們的日常生活和工作方式。技術發(fā)展通信技術的快速發(fā)展推動了全球化進程和信息時代的到來。課程目標本課程旨在幫助學生掌握通信系統(tǒng)的核心概念和原理。通信系統(tǒng)概念定義通信系統(tǒng)是實現(xiàn)信息傳輸和交換的技術集合，包括發(fā)送方、接收方和傳輸媒介。目的通信系統(tǒng)的主要目的是實現(xiàn)遠距離、高效率、高質(zhì)量的信息傳遞。通信系統(tǒng)的組成發(fā)送端負責信息的編碼、調(diào)制和發(fā)送。傳輸媒介可以是有線（如光纖）或無線（如電磁波）。接收端負責信號的接收、解調(diào)和解碼。通信系統(tǒng)的分類按信號類型模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。按傳輸媒介有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)。按應用場景廣播系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡等。模擬通信系統(tǒng)1信號特征模擬信號是連續(xù)變化的，如音頻和視頻信號。2調(diào)制方式主要包括調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）。3應用廣播電臺、傳統(tǒng)電視等領域仍在使用模擬通信。數(shù)字通信系統(tǒng)信號特征數(shù)字信號由離散的數(shù)字序列組成，如0和1。優(yōu)勢抗干擾能力強，易于存儲和處理，可實現(xiàn)加密。應用移動通信、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字電視等現(xiàn)代通信領域。信號與系統(tǒng)基礎1信號處理2系統(tǒng)分析3信號類型4系統(tǒng)特性信號與系統(tǒng)是通信系統(tǒng)的基礎，理解它們對深入學習通信至關重要。信號的分類連續(xù)時間信號在時間上連續(xù)變化的信號，如模擬音頻信號。離散時間信號在離散時間點上定義的信號，如數(shù)字音頻信號。連續(xù)時間信號定義連續(xù)時間信號在任意時刻都有定義，如正弦波。特點信號值隨時間連續(xù)變化，可用數(shù)學函數(shù)表示。示例音頻信號、溫度變化、電壓波形等。離散時間信號時間特性信號僅在離散時間點上有定義。表示方法通常用序列或離散點表示。應用數(shù)字信號處理、計算機系統(tǒng)中廣泛應用。信號的采樣定理1采樣頻率必須大于信號最高頻率的兩倍。2奈奎斯特頻率最低采樣頻率，等于信號帶寬的兩倍。3應用指導數(shù)字信號采集和重建過程。系統(tǒng)的分類線性/非線性系統(tǒng)根據(jù)輸入輸出關系的線性性質(zhì)分類。時不變/時變系統(tǒng)系統(tǒng)特性是否隨時間變化。因果/非因果系統(tǒng)輸出是否只依賴于當前和過去的輸入。系統(tǒng)的分析1時域分析研究系統(tǒng)對輸入信號的時域響應。2頻域分析研究系統(tǒng)對不同頻率信號的處理特性。3狀態(tài)空間分析用狀態(tài)變量描述系統(tǒng)的內(nèi)部特性和動態(tài)行為。線性時不變系統(tǒng)定義滿足線性疊加原理且系統(tǒng)特性不隨時間變化的系統(tǒng)。特點可用單位脈沖響應完全描述，適用于卷積定理。應用在通信系統(tǒng)分析和設計中廣泛應用。數(shù)字信號的時域分析離散卷積描述線性時不變系統(tǒng)的輸入輸出關系。差分方程描述系統(tǒng)的時域行為。單位脈沖響應表征系統(tǒng)的時域特性。z變換1定義z變換是離散時間信號的復頻域表示。2作用簡化離散系統(tǒng)的分析，將時域卷積轉換為代數(shù)運算。3應用廣泛應用于數(shù)字濾波器設計和系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。頻域分析傅里葉變換將時域信號轉換到頻域。頻譜分析研究信號的頻率組成。濾波器設計基于頻域特性設計濾波器。濾波器1濾波器2模擬濾波器3數(shù)字濾波器4應用領域濾波器是通信系統(tǒng)中重要的信號處理工具，用于選擇或抑制特定頻率的信號。模擬濾波器低通濾波器允許低頻信號通過，抑制高頻信號。高通濾波器允許高頻信號通過，抑制低頻信號。帶通濾波器只允許特定頻帶的信號通過。帶阻濾波器抑制特定頻帶的信號。數(shù)字濾波器FIR濾波器有限脈沖響應濾波器，具有線性相位特性。IIR濾波器無限脈沖響應濾波器，可實現(xiàn)更陡峭的頻率響應。信道編碼基礎1信道編碼目的提高通信系統(tǒng)的可靠性和效率。2編碼類型差錯檢測碼和糾錯碼。3應用場景數(shù)字通信系統(tǒng)中廣泛應用。信道編碼的基本概念冗余添加額外信息以提高傳輸可靠性。碼率有效信息比特與總傳輸比特的比值。碼距衡量不同碼字之間差異的指標。線性編碼生成矩陣用于編碼過程的關鍵工具。校驗矩陣用于解碼和錯誤檢測。線性性質(zhì)任意兩個碼字的和仍是有效碼字。卷積碼編碼器由移位寄存器和模2加法器組成。解碼通常使用維特比算法進行最大似然解碼。應用在深空通信、移動通信等領域廣泛應用。差錯檢測和糾正1奇偶校驗簡單的差錯檢測方法。2循環(huán)冗余校驗(CRC)強大的差錯檢測技術。3漢明碼能夠檢測雙錯和糾正單錯。調(diào)制技術1調(diào)制2模擬調(diào)制3數(shù)字調(diào)制4高級調(diào)制技術調(diào)制是將信息信號轉換為適合傳輸?shù)男问降倪^程，是通信系統(tǒng)的核心技術之一。數(shù)字調(diào)制技術ASK幅移鍵控，通過改變載波幅度傳輸數(shù)字信息。FSK頻移鍵控，通過改變載波頻率傳輸數(shù)字信息。PSK相移鍵控，通過改變載波相位傳輸數(shù)字信息。QAM正交調(diào)幅，同時調(diào)制幅度和相位，提高頻譜效率。多址接入技術定義允許多個用戶同時共享同一通信資源。目的提高系統(tǒng)容量和資源利用率。主要技術包括TDMA、FDMA、CDMA等。多址接入的基本概念信道共享多個用戶共享同一物理信道。資源分配根據(jù)時間、頻率或碼分配通信資源。干擾管理控制用戶間互相干擾。TDMA（時分多址接入）時間分割將信道按時間分割給不同用戶使用。同步要求需要嚴格的時間同步。應用廣泛應用于2GGSM系統(tǒng)。FDMA（頻分多址接入）頻譜分割將可用頻譜分成多個子