常工院通信系统概论分解课件

常工院通信系统概论分解课件通信基础知识信号与系统调制与解调信道与噪声数字信号处理通信协议与标准现代通信技术通信系统的设计与优化contents目录通信基础知识01解码器将传输的信号转换回原始信息形式，例如将电信号转换回声音。编码器将信息转换为适合传输的信号形式，例如将声音转换为电信号。信宿接收信息的设备，例如扬声器、显示器等。信源产生并发送信息的设备，例如麦克风、摄像头等。信道传输信息的通道，例如无线电、光纤等。通信系统的基本组成有线通信系统使用电缆、光纤等物理介质传输信息的通信系统。卫星通信系统利用卫星作为中继站传输信息的通信系统。无线通信系统使用无线电波传输信息的通信系统，例如手机、无线网卡等。通信系统的分类传输速率通信系统传输信息的速率，通常以比特率（bit/s）为单位。误码率通信系统中错误信息的概率，通常以误码个数/总码个数为单位。抗干扰性能通信系统在存在干扰情况下的性能表现，包括抗噪声干扰、抗互扰等。覆盖范围通信系统能够覆盖的地理区域或建筑群范围。通信系统的性能指标信号与系统02周期信号与非周期信号周期信号是按照固定时间间隔重复的信号，而非周期信号则没有固定的重复时间。例如，正弦波是周期信号，而方波则是非周期信号。连续时间信号与离散时间信号连续时间信号在时间轴上连续，而离散时间信号则是在时间轴上离散的。例如，正弦波是连续时间信号，而只在特定时间点有值的信号则是离散时间信号。确定信号与随机信号确定信号是按照已知规律变化的信号，而随机信号则是无法预测其下一个值的信号。例如，正弦波是确定信号，而噪声则是随机信号。信号的分类与性质线性系统与非线性系统线性系统是指输出和输入之间成比例关系的系统，而非线性系统则是指输出和输入之间不成比例关系的系统。例如，电阻器是一个线性系统，其输出电流和输入电压成正比，而非线性系统则如LED，其输出光强度和输入电流不成正比。时不变系统与时变系统时不变系统是指在时间变化时其特性不发生变化的系统，反之，时变系统是指在时间变化时其特性发生变化的系统。例如，电阻器是一个时不变系统，其电阻值不随时间变化，而电容器的阻抗则会随时间变化，因此是一个时变系统。因果系统与非因果系统因果系统是指系统的输出仅取决于输入的时间早于或等于当前时间的部分，而非因果系统则是指系统的输出不仅取决于输入的时间早于或等于当前时间的部分，还取决于未来的输入。例如，线性时不变系统通常为因果系统。系统的分类与性质线性时不变系统是指同时满足线性系统和时不变系统条件的系统。这意味着系统的输出和输入之间成比例关系，并且系统的特性不随时间变化。定义线性时不变系统可以用微分方程或差分方程来描述。对于连续时间系统，描述方程为y(t)=H(t)u(t)，其中H(t)是系统的传递函数，u(t)是系统的输入，y(t)是系统的输出。对于离散时间系统，描述方程为y(n)=H(n)u(n)，其中H(n)是系统的传递函数，u(n)是系统的输入，y(n)是系统的输出。数学描述线性时不变系统调制与解调03调制定义调制是一种将信号加载到载波上的技术，它可以将消息信号转换为适合传输的信号形式。调制分类调制可以分为线性调制和非线性调制两种。线性调制是指输入信号和输出信号在幅度和频率上保持线性关系的调制方式，而非线性调制则是指输入信号和输出信号在幅度和频率上存在非线性关系的调制方式。调制的作用调制可以使得消息信号在传输过程中具有更好的抗干扰性能，同时也可以提高信号的传输效率。调制的基本原理调幅定义调幅是指将信号的幅度调制到载波上的一种调制方式。在调幅过程中，消息信号的幅度会随着载波的幅度变化而变化。调幅原理调幅的实现是通过改变载波的振幅来实现的。当输入信号为正时，载波的振幅也会相应地增大；当输入信号为负时，载波的振幅则会相应地减小。解调原理解调是调制的逆过程，它可以从已调制的信号中提取出原始的消息信号。解调的实现是通过一个与调制器相反的过程来进行的。010203调幅与解调调频定义调频是指将信号的频率调制到载波上的一种调制方式。在调频过程中，消息信号的频率会随着载波的频率变化而变化。调频原理调频的实现是通过改变载波的频率来实现的。当输入信号为正时，载波的频率会相应地增大；当输入信号为负时，载波的频率则会相应地减小。解调原理与调幅相似，解调也是调制的逆过程，它可以从已调制的信号中提取出原始的消息信号。解调的实现是通过一个与调制器相反的过程来进行的。调频与解调信道与噪声04信道的分类信道可以根据传输介质、传输方式、工作频段等不同维度进行分类。例如，根据传输介质，信道可以分为有线信道和无线信道；根据传输方式，信道可以分为单向信道和双向信道；根据工作频段，信道可以分为低频信道、中频信道和高频信道。信道的特性信道特性包括带宽、容量、延迟、衰减等。带宽表示信道可以传输的数据速率范围，容量表示信道在特定条件下的最大数据传输速率，延迟表示数据传输所需的时间，衰减表示信号能量的衰减。信道的分类与特性VS噪声可以根据来源、性质、影响等不同维度进行分类。例如，根据来源，噪声可以分为外部噪声和内部噪声；根据性质，噪声可以分为白噪声、高斯噪声和冲击噪声；根据影响，噪声可以分为热噪声、散粒噪声和闪烁噪声。噪声的特性噪声特性包括功率谱密度、均方根值、相关性等。功率谱密度表示单位带宽内的噪声功率，均方根值表示噪声的强度，相关性表示不同时间或不同频率上噪声的关联程度。噪声的分类噪声的分类与特性信噪比（SNR）是信号功率与噪声功率的比值，用于衡量信道质量。在通信系统中，提高信噪比可以降低误码率，提高传输可靠性。误码率（BER）是错误比特数与总比特数的比值，用于衡量通信系统的误码性能。在信噪比一定的情况下，减小误码率可以提高通信质量。信噪比与误码率误码率信噪比数字信号处理05采样定理是数字信号处理中的基本理论，它规定了采样频率与信号最高频率之间的关系，以确保采样后的信号能够无失真地恢复原始信号。量化是指将模拟信号转换为数字信号的过程，它通过对信号的每个样本进行有限个离散值的逼近来获取数字信号。采样定理量化采样定理与量化数字滤波器的定义数字滤波器是一种能够实现特定频率响应的离散时间系统，它通过对输入信号进行加权平均来获得输出信号。数字滤波器的应用数字滤波器被广泛应用于数字信号处理中的噪声抑制、数据压缩和特征提取等任务。数字滤波器离散傅里叶变换的定义离散傅里叶变换是一种将离散时间信号从时域转换到频域的方法，它通过对信号的每个样本进行傅里叶变换来获得信号的频率成分。要点一要点二离散傅里叶变换的应用离散傅里叶变换被广泛应用于数字信号处理中的频谱分析、滤波器和调制解调等任务。离散傅里叶变换通信协议与标准06应用层负责处理特定应用程序细节，如邮件传输、网页浏览等。表示层用于数据转换和格式化，以确保不同系统之间的数据可以相互理解。会话层负责建立和维护通信会话，确保数据传输的可靠性。传输层提供端到端的数据传输服务，确保数据的完整性和可靠性。网络层负责数据包的发送和接收，实现数据传输的路由选择和拥塞控制。数据链路层提供物理地址寻址和错误检测功能，确保数据的可靠传输。通信协议的分层结构物理层提供机械、电气和过程接口，确保数据的可靠传输。数据链路层提供数据封装、传输和错误检测功能，确保数据的可靠传输。网络层负责数据包的发送和接收，实现数据传输的路由选择和拥塞控制。OSI模型传输层负责建立和维护通信会话，确保数据传输的可靠性。会话层表示层应用层01020403负责处理特定应用程序细节，如邮件传输、网页浏览等。提供端到端的数据传输服务，确保数据的完整性和可靠性。用于数据转换和格式化，以确保不同系统之间的数据可以相互理解。OSI模型1TCP协议提供面向连接的、可靠的数据传输服务，确保数据的顺序和完整性。IP协议提供无连接的数据传输服务，实现数据报的发送和接收。ARP协议用于将IP地址解析为物理地址，实现数据的链路层传输。RARP协议用于将物理地址解析为IP地址，实现数据的网络层传输。TCP/IP协议族现代通信技术07数字通信技术的定义数字通信技术是一种将模拟信号转换为数字信号进行传输的技术。它通过将音频、视频等模拟信号转换为0和1的数字信号，以实现更高效、更可靠的数据传输。数字通信技术具有抗干扰能力强、传输距离远、频带宽、传输容量大等优点。同时，它还可以提供更高的数据传输速率和更好的通信质量。数字通信技术广泛应用于电话、电视、互联网等领域，成为现代通信技术的基础。数字通信技术的优势数字通信技术的应用数字通信技术光纤通信技术的定义光纤通信技术是一种利用光信号进行数据传输的技术。它通过利用光纤作为传输介质，将电信号转换为光信号进行传输，以实现高速、远距离的数据传输。光纤通信技术的优势光纤通信技术具有传输距离远、传输速度快、传输容量大、抗干扰能力强等优点。同时，它还可以提供更高的数据传输速率和更好的通信质量。光纤通信技术的应用光纤通信技术广泛应用于互联网、电视、电话等领域，成为现代通信技术的重要支柱。光纤通信技术010203无线通信技术的定义无线通信技术是一种利用无线电波进行数据传输的技术。它通过利用无线电波作为传输介质，将电信号转换为无线电波进行传输，以实现移动通信和远程通信。无线通信技术的优势无线通信技术具有移动性强、灵活性高、覆盖范围广等优点。同时，它还可以提供更快的网络连接速度和更好的通信质量。无线通信技术的应用无线通信技术广泛应用于手机、平板电脑、笔记本电脑等领域，成为现代通信技术的重要发展方向。无线通信技术通信系统的设计与优化08要点三通信系统的模型通信系统可以由不同的模型进行描述，如线性模型、非线性模型和概率模型等。这些模型可以用来模拟通信系统的性能和行为，以便进行设计和优化。要点一要点二系统仿真的方法通信系统的仿真方法包括离散事件仿真、系统级仿真和场模拟仿真等。这些方法可以用来模拟通信系统的运行过程，以便评估其性能和优化其设计。仿真工具的应用仿真工具是用于模拟通信系统的重要工具，如MATLAB、Simulink、SystemC等。这些工具可以用来建立通信系统的模型，进行仿真实验，并进行分析和优化。要点三通信系统的建模与仿真线性优化线性优化是一种常用的通信系统优化方法，它通过使用线性规划技术来优化系统的性能。线性优化可以用来解决许多通信系统中的问题，如功率控制、速率控制和资源分配等。非线性优化非线性优化是一种更复杂的通信系统优化方法，它通过使用非线性规划技术来优化系统的性能。非线性优化可以用来解决许多通信系统中的问题，如调制解调、多输入多输出(MIMO)和协同多点(CoMP)等。随机优化随机优化是一种处理不确定性的通信系统优化方法，它通过使用随机规划技术来优化系统的性能。随机优化可以用来解决许多通信系统中的问题，如信