華中科技大學(xué)電信系《通信原理》課件-ch

《通信原理》課件本課程將帶領(lǐng)您深入理解通信原理，涵蓋數(shù)字信號處理、調(diào)制解調(diào)、編碼、信道容量等重要內(nèi)容。通過理論講解和實(shí)踐練習(xí)，您將掌握現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析方法。第一章緒論本章將介紹通信系統(tǒng)的基本概念、分類、信號的類型和頻域表示等基礎(chǔ)知識，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。1.1通信系統(tǒng)的基本概念信號源信息源產(chǎn)生的信息，例如語音、圖像、數(shù)據(jù)等。發(fā)送器將信息轉(zhuǎn)換成適合傳輸?shù)男盘?，例如調(diào)制信號。信道信號傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)，例如電纜、無線電波等。接收器從接收到的信號中提取信息，例如解調(diào)信號。1.2通信系統(tǒng)的分類1按傳輸信號類型模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。2按傳輸介質(zhì)有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)。3按傳輸方式單工、半雙工和全雙工通信系統(tǒng)。4按應(yīng)用領(lǐng)域移動通信系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)等。1.3信號的基本概念信號的定義信號是一種隨時(shí)間變化的物理量，它攜帶信息。信號可以是連續(xù)的或離散的，可以是模擬的或數(shù)字的。信號的分類信號可以根據(jù)其特征進(jìn)行分類，例如：模擬信號和數(shù)字信號，周期信號和非周期信號，確定性信號和隨機(jī)信號。信號的表示信號可以用各種方式表示，例如：時(shí)間域表示，頻域表示，相位域表示。1.4信號的分類確定性信號可預(yù)測的信號,可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式準(zhǔn)確表示隨機(jī)信號無法用確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式表示模擬信號信號幅度可連續(xù)變化,可取任意值數(shù)字信號信號幅度取有限個(gè)離散值1.5信號頻域表示信號的頻域表示方法是將信號分解成不同頻率的正弦波的疊加。這種表示方法可以更直觀地展現(xiàn)信號的頻譜特性，例如信號的頻率范圍、信號的主要頻率成分以及信號的帶寬等。在通信系統(tǒng)中，頻域表示方法非常重要，它可以幫助我們更好地理解信號的傳輸特性、信道特性以及噪聲特性等。第二章模擬信號通信系統(tǒng)模擬信號通信系統(tǒng)是將模擬信息轉(zhuǎn)換為模擬信號進(jìn)行傳輸?shù)南到y(tǒng)，其特點(diǎn)是信號的幅度、頻率或相位隨時(shí)間連續(xù)變化。本章將介紹模擬信號通信系統(tǒng)的基本概念，包括模擬信號的頻帶限制、調(diào)制技術(shù)、解調(diào)技術(shù)等。2.1模擬信號的頻帶限制1頻帶限制模擬信號頻譜無限寬2帶寬包含信號主要能量的頻率范圍3限制提高信道利用率，減少干擾2.2振幅調(diào)制(AM)1載波信號載波信號是一個(gè)高頻信號，用來傳遞信息。2調(diào)制信號調(diào)制信號是需要傳遞的信息信號，頻率通常低于載波信號。3調(diào)制過程調(diào)制過程將調(diào)制信號的特性（如振幅、頻率或相位）疊加到載波信號上。4解調(diào)過程解調(diào)過程從接收到的調(diào)制信號中提取出原始的調(diào)制信號。2.3角度調(diào)制(PM和FM)相位調(diào)制(PM)載波信號的相位隨調(diào)制信號的變化而變化，調(diào)制信號幅度越大，相位變化越大。頻率調(diào)制(FM)載波信號的頻率隨調(diào)制信號的變化而變化，調(diào)制信號幅度越大，頻率變化越大。2.4正交振幅調(diào)制(QAM)1信號復(fù)用同時(shí)傳輸兩個(gè)信號2相位和幅度改變信號的相位和幅度3更高數(shù)據(jù)率比其他調(diào)制方式效率更高第三章數(shù)字信號通信系統(tǒng)數(shù)字信號的優(yōu)勢抗噪聲能力強(qiáng)，傳輸質(zhì)量高數(shù)字信號的應(yīng)用移動通信，互聯(lián)網(wǎng)，衛(wèi)星通信3.1數(shù)字信號的基本概念離散化數(shù)字信號是將模擬信號離散化后得到的信號，它在時(shí)間和幅度上都呈離散狀態(tài)。量化數(shù)字信號的幅度被量化為有限個(gè)離散值，用二進(jìn)制代碼表示。編碼數(shù)字信號的每個(gè)量化值被編碼成一個(gè)唯一的二進(jìn)制代碼。3.2數(shù)字基帶信號傳輸1數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號是在基帶傳輸?shù)臄?shù)字信號2傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)包括雙絞線、同軸電纜、光纖等3傳輸過程數(shù)字信號通過傳輸介質(zhì)進(jìn)行傳輸，并受到噪聲和干擾的影響3.3數(shù)字調(diào)制與解調(diào)調(diào)制將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適合在信道中傳輸?shù)哪M信號的過程。解調(diào)在接收端將模擬信號恢復(fù)為原始數(shù)字信號的過程。調(diào)制類型常見的數(shù)字調(diào)制類型包括ASK、PSK、FSK和QAM等。3.4碼型和波形成型碼型碼型指的是數(shù)字信號的編碼方式，它決定了數(shù)字信號的波形和傳輸特性。常用的碼型包括：不歸零碼、歸零碼、差分碼等。波形成型波形成型是指對數(shù)字信號進(jìn)行整形，使其符合信道傳輸?shù)囊蟆３Ｓ玫牟ㄐ纬尚头椒òǎ壕匦蚊}沖、升余弦脈沖等。第四章信道和噪聲信道信號傳輸?shù)拿浇?，連接發(fā)送端和接收端。噪聲干擾信號傳輸?shù)碾S機(jī)信號，導(dǎo)致信號失真。4.1信道的基本概念信號傳輸介質(zhì)信道是指信號從發(fā)送端到接收端的傳輸介質(zhì)，例如電纜、光纖、無線電波等。傳輸路徑信道還包括信號傳輸?shù)穆窂?，例如從發(fā)射天線到接收天線的路徑。噪聲影響信道不可避免地會引入噪聲，影響信號的質(zhì)量。4.2信道的分類按物理特性分類根據(jù)信道物理特性，可以將信道分為有線信道和無線信道。有線信道是指以電纜或光纜為傳輸介質(zhì)的信道。無線信道是指以電磁波為傳輸介質(zhì)的信道。按傳輸方式分類根據(jù)信道傳輸方式，可以將信道分為單工信道、半雙工信道和全雙工信道。單工信道是指只能單向傳輸?shù)男诺?。半雙工信道是指可以雙向傳輸，但不能同時(shí)傳輸?shù)男诺?。全雙工信道是指可以雙向同時(shí)傳輸?shù)男诺馈０磦鬏斀橘|(zhì)分類根據(jù)信道傳輸介質(zhì)，可以將信道分為導(dǎo)向信道和非導(dǎo)向信道。導(dǎo)向信道是指以有形的導(dǎo)體為傳輸介質(zhì)的信道。非導(dǎo)向信道是指以自由空間為傳輸介質(zhì)的信道。4.3噪聲的基本概念1隨機(jī)信號噪聲是一種隨機(jī)信號，無法預(yù)測其確切值。