《理学通信原理》课件.pptx

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1、理学通信原理理学通信原理PPTPPT课件课件 制作人：时间：2024年X月CATALOGUE目目录录第第1 1章章 简介简介第第2 2章章 数字调制数字调制第第3 3章章 数字调制性能分析数字调制性能分析第第4 4章章 信道编码信道编码第第5 5章章 信道等化信道等化第第6 6章章 总结与展望总结与展望CATALOGUE 0101第第1章章 简简介介 理学通信原理课程简介本章将简单介绍理学通信原理，包括课程目标，安排，本章将简单介绍理学通信原理，包括课程目标，安排，教学方式以及考试形式。教学方式以及考试形式。通信原理概述通信原理概述什么是通信？概念定义概念定义信源、信道、信宿通信原理三要通信原

2、理三要素素有线、无线、卫星通信系统分类通信系统分类光纤、电缆、空气信道与传输介信道与传输介质质信道基础知识信道基础知识了解信道噪声及信号与噪声之间的比值噪声与信噪比噪声与信噪比了解数字信号的转换方式编码与调制编码与调制了解信道的最大传输速率信道容量信道容量了解信道传输的错误率及纠错编码的应用误码率与纠错误码率与纠错编码编码了解随机变量和随机过程的概念随机变量与随机过程随机变量与随机过程0103了解平稳随机过程的概念平稳随机过程平稳随机过程02了解马尔可夫过程的性质马尔可夫过程马尔可夫过程常用信道参数常用信道参数常用信道参数常用信道参数信道带宽信道带宽信道容量信道容量误码率误码率信道功率信道功率

3、信道编码信道编码信道编码信道编码奇偶校验码奇偶校验码循环冗余校验码循环冗余校验码卷积码卷积码信道调制信道调制信道调制信道调制调幅调幅调频调频调相调相信道的分类和参数信道的分类和参数信道分类信道分类信道分类信道分类点到点信道点到点信道广播信道广播信道多路复用信道多路复用信道分组交换分组交换课程目标本课程旨在介绍通信原理的基本概念和理论，理解通本课程旨在介绍通信原理的基本概念和理论，理解通信系统的结构、组成和功能，掌握数字信号的调制与信系统的结构、组成和功能，掌握数字信号的调制与解调、信道编码和解码技术，了解通信系统的误差控解调、信道编码和解码技术，了解通信系统的误差控制和纠错技术。制和纠错技术。

4、课程安排本课程共分为本课程共分为1010章，每章包含课堂讲授和实验课两个章，每章包含课堂讲授和实验课两个部分。每周部分。每周1 1次课堂讲授和次课堂讲授和1 1次实验课，共计次实验课，共计2020周。周。教学方式教学方式教学方式教学方式本课程将采用讲授、实验、讨论等多种教学方式，注重培本课程将采用讲授、实验、讨论等多种教学方式，注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。养学生的实际操作能力和解决问题的能力。考试形式考试形式占总成绩60%闭卷考试闭卷考试占总成绩40%实验考试实验考试 CATALOGUE 0202第第2章章 数字数字调调制制 数字调制概述数字调制概述数字信号调制的基本概念数字调

5、制定义数字调制定义分类方式及各种类型的调制技术数字调制技术数字调制技术分类分类AM、FM等模拟调制技术传统调制技术传统调制技术 二进制码二进制码二进制码的定义及意义什么是二进制什么是二进制码码BCD码、格雷码等编码方式二进制数的编二进制数的编码码量化误差的产生及处理方式量化误差量化误差 正交基函数正交基函数正交基函数正交基函数正交基函数是数字调制技术中常用的一种技术手段，通过正交基函数是数字调制技术中常用的一种技术手段，通过正交基函数可以将信号进行编码和解码。其中，常用的正正交基函数可以将信号进行编码和解码。其中，常用的正交调制格式有正交振幅调制、正交相位调制和正交频率调交调制格式有正交振幅调

6、制、正交相位调制和正交频率调制等。正交调制技术可以提高信号的传输效率和抗干扰能制等。正交调制技术可以提高信号的传输效率和抗干扰能力。力。振幅和相位独立调制正交振幅调制（正交振幅调制（QAMQAM）0103频率调制正交频率调制（正交频率调制（FSKFSK）02相位调制正交相位调制（正交相位调制（PSKPSK）信号噪声比分析信号噪声比分析信号和噪声的比值信噪比的定义信噪比的定义噪声来源的分析噪声的来源噪声的来源信噪比计算公式信噪比的计算信噪比的计算 实际应用场景正交振幅调制是数字调制技术中最常用的一种技术，正交振幅调制是数字调制技术中最常用的一种技术，广泛应用于数字通信系统、无线网络、数字电视等领

7、广泛应用于数字通信系统、无线网络、数字电视等领域。正交频分复用也被广泛应用于数字电视、卫星通域。正交频分复用也被广泛应用于数字电视、卫星通信、光纤通信等领域。具体应用场景可以根据不同的信、光纤通信等领域。具体应用场景可以根据不同的实际需求进行选择。实际需求进行选择。信道编码技术信道编码技术信道编码技术信道编码技术信道编码的基本原理信道编码的基本原理编码器和解码器设计编码器和解码器设计纠错性能分析纠错性能分析编码方案选择编码方案选择多载波调制技术多载波调制技术多载波调制技术多载波调制技术OFDMOFDM技术概述技术概述子载波数量与带宽关系子载波数量与带宽关系载波间干扰处理载波间干扰处理PAPRP

8、APR问题解决方案问题解决方案 正交频分复用正交频分复用正交频分复用简介正交频分复用简介正交频分复用简介正交频分复用简介正交频分复用简介正交频分复用简介信号模型与基带信号信号模型与基带信号频域特性分析频域特性分析正交子载波数量选择正交子载波数量选择星座图的概念和意义星座图的定义星座图的定义0103星座图的绘制方法星座图的绘制星座图的绘制02正交星座点、非正交星座点等分类星座点的分类星座点的分类误码分析与改进误码分析与改进误码率的概念及意义误码率的定义误码率的定义误码率计算公式误码率的计算误码率的计算调制方式选择、编码方式优化等手段误码率的改进误码率的改进 应用场景应用场景应用场景应用场景正交相

9、移键控是数字调制技术中一种常用的调制方式，广正交相移键控是数字调制技术中一种常用的调制方式，广泛运用于无线通信、光纤通信、卫星通信等领域。具体应泛运用于无线通信、光纤通信、卫星通信等领域。具体应用场景包括语音通信、数据传输、视频传输等多个方面。用场景包括语音通信、数据传输、视频传输等多个方面。正交相位调制作为数字调制技术的重要分支之一，具有较正交相位调制作为数字调制技术的重要分支之一，具有较高的信号传输效率和抗干扰能力。高的信号传输效率和抗干扰能力。CATALOGUE 0303第第3章章 数字数字调调制性能分析制性能分析 常用的基带调制格式常用的基带调制格式 二进制二进制ASKASK（OOKO

10、OK）二进制二进制FSKFSK 二进制二进制PSKPSK 二进制二进制QAMQAM误码率分析误码率是指接收端解调获得的比特流中错误比特的占误码率是指接收端解调获得的比特流中错误比特的占比。检测和纠错码可以提高系统的误码率性能。比。检测和纠错码可以提高系统的误码率性能。能量效率分析能量效率分析 频谱效率频谱效率 能量利用效率能量利用效率 传输距离传输距离 信道带宽信道带宽序列长度与码率序列长度与码率 信号带宽信号带宽 信号带宽与码信号带宽与码率的关系率的关系 码元时间、码码元时间、码元长度元长度 误码率受信噪比影响较大误码率受信噪比影响较大0103 误码率与信号带宽成正比误码率与信号带宽成正比0

11、2 误码率与码元时间成反比误码率与码元时间成反比 误码率受信噪比影响较大误码率受信噪比影响较大0103 误码率与信号带宽成正比误码率与信号带宽成正比02 误码率与码元时间成反比误码率与码元时间成反比 误码率受信噪比影响较大误码率受信噪比影响较大0103 误码率与信号带宽成正比误码率与信号带宽成正比02 误码率与码元时间成反比误码率与码元时间成反比 误码率受信噪比影响较大误码率受信噪比影响较大0103 误码率与信号带宽成正比误码率与信号带宽成正比02 误码率与码元时间成反比误码率与码元时间成反比 OFDMOFDM系统的组成系统的组成0103 循环前缀的作用循环前缀的作用02 子载波数量的选择子载

12、波数量的选择QPSKQPSKQPSKQPSK误码率与信噪比之间的关系较误码率与信噪比之间的关系较强强误码率曲线相对平滑误码率曲线相对平滑16QAM16QAM16QAM16QAM误码率与信噪比之间的关系较误码率与信噪比之间的关系较强强误码率曲线相对平滑，且可能误码率曲线相对平滑，且可能出现误码底部宽阔的情况出现误码底部宽阔的情况64QAM64QAM64QAM64QAM信噪比相对较高时误码率表现信噪比相对较高时误码率表现优异优异误码率曲线相对平滑，但相对误码率曲线相对平滑，但相对于于16QAM16QAM更突出更突出误码率分析误码率分析BPSKBPSKBPSKBPSK误码率与信噪比之间的关系较误码率

13、与信噪比之间的关系较强强误码率曲线相对平滑误码率曲线相对平滑 常用的常用的CPMCPM类型类型0103 能量效率受带宽、幅度和带通滤波能量效率受带宽、幅度和带通滤波器的影响器的影响02 误码率受带宽、幅度和带通滤波器误码率受带宽、幅度和带通滤波器的影响的影响CATALOGUE 0404第第4章章 信道信道编码编码 信道编码基础知识信道编码是一种用来增加通信系统可靠性的技术。它信道编码是一种用来增加通信系统可靠性的技术。它可以在信道传输中引入冗余信息，从而使通信系统能可以在信道传输中引入冗余信息，从而使通信系统能够更好地检测和纠正错误。信道编码方式可以通过分够更好地检测和纠正错误。信道编码方式可

14、以通过分类来进行，基本可以分为线性码和非线性码两类。在类来进行，基本可以分为线性码和非线性码两类。在编码的性质分析中，主要涉及码长、码重、最小距离编码的性质分析中，主要涉及码长、码重、最小距离等概念。同时，故障诊断技术也是在信道编码中需要等概念。同时，故障诊断技术也是在信道编码中需要掌握的重要内容之一。掌握的重要内容之一。编码方式分类编码方式分类包括奇偶校验码、海明码、CRC码等线性码线性码包括卷积码、Turbo码、LDPC码等非线性码非线性码 编码性质分析编码性质分析编码后的码字长度码长码长编码后码字中非零元素的个数码重码重编码后最近的两个码字的不同元素个数最小距离最小距离指在某个误比特率下

15、可纠正的最多比特数纠错能力纠错能力单码调制技术简单码调制技术简单码调制技术简单码调制技术简介介介介单码调制技术是一种基础的信道编码技术。其主要目的是单码调制技术是一种基础的信道编码技术。其主要目的是降低信息传输中的误码率。单码调制技术主要包括重复码降低信息传输中的误码率。单码调制技术主要包括重复码技术、奇偶校验码技术和奇偶检验码技术。在这些技术中，技术、奇偶校验码技术和奇偶检验码技术。在这些技术中，使用不同长度的码字来增加冗余度，从而达到降低误码率使用不同长度的码字来增加冗余度，从而达到降低误码率的目的。的目的。重复码技术重复码技术在信息传输过程中对每个比特进行多次重复基本思想基本思想纠错能力

16、较强，码长增加，开销较大优缺点优缺点主要应用于短距离无线电通信、计算机网络等应用场景应用场景 奇偶校验码技术奇偶校验码技术在信息传输过程中对每个字节进行奇偶校验基本思想基本思想检错能力较强，但只能纠正一个比特的错误优缺点优缺点主要应用于串行通信口、计算机内存等应用场景应用场景 奇偶检验码技术奇偶检验码技术在信息传输过程中对每个字节和每个码字进行奇偶校验基本思想基本思想检错和纠错能力较强，但码长和开销较大优缺点优缺点主要应用于通信、计算机内存、存储介质等应用场景应用场景 包括海明码、BCH码、RS码等线性块码技术线性块码技术0103 02指一种特殊的线性块码技术HammingHamming码技术

17、码技术海明码技术海明码技术通过添加校验位来增加冗余度，从而降低误码率基本思想基本思想纠错和检错能力强，但码长较大优缺点优缺点主要应用于无线电、计算机通信等应用场景应用场景 BCHBCH码技术码技术通过特定的生成多项式来构建线性块码基本思想基本思想纠错能力较强，但码长和编码复杂度较大优缺点优缺点主要应用于卫星通信、数字电视、移动通信等应用场景应用场景 卷积码调制技术卷积码调制技术通过采用滑动窗口的方式将信息序列变换成码序列基本思想基本思想纠错能力强，但编码复杂度高优缺点优缺点主要应用于数字通信、卫星通信等领域应用场景应用场景 TurboTurbo码技术码技术通过串联结构和迭代编码来提高编码效率和

18、解码性能基本思想基本思想纠错能力极强，但编码和解码复杂度较大优缺点优缺点主要应用于数字通信、卫星通信、移动通信等应用场景应用场景 CATALOGUE 0505第第5章章 信道等化信道等化 信道失真与信道信道失真与信道信道失真与信道信道失真与信道等化等化等化等化在通信过程中，信号可能会遭受信道的干扰，导致信号发在通信过程中，信号可能会遭受信道的干扰，导致信号发生失真，为了消除失真影响，我们可以采用信道等化的方生失真，为了消除失真影响，我们可以采用信道等化的方法。法。均衡器分类均衡器分类包括FIR均衡器、IIR均衡器、RLS均衡器和LMS均衡器线性均衡器线性均衡器包括决策反馈均衡器、平均误差均衡器

19、、直接自适应均衡器和时域预编码技术非线性均衡器非线性均衡器 线性均衡器线性均衡器是一种前向滤波器，具有线性相应特性FIRFIR均衡器均衡器是一种双向滤波器，具有非线性相应特性IIRIIR均衡器均衡器是一种迭代式的线性均衡器，具有较快的收敛速度RLSRLS均衡器均衡器是一种基于误差的自适应算法，常用于移动通信系统中LMSLMS均衡器均衡器非线性均衡器非线性均衡器采用硬判决的方法进行反馈，具有一定的误差抑制能力决策反馈均衡决策反馈均衡器器采用平均误差的方法进行均衡，适用于抗抖动和噪声平均误差均衡平均误差均衡器器通过自适应算法进行均衡，适用于复杂的多路径信道直接自适应均直接自适应均衡器衡器采用预编码

20、的方法对信号进行处理，适用于高速数据传输时域预编码技时域预编码技术术多径效应的产生多径效应的产生多径效应的产生多径效应的产生多径效应是指信号在传播过程中遇到复杂环境反射、折射多径效应是指信号在传播过程中遇到复杂环境反射、折射等现象导致传播路径不唯一，因此会出现多个信号到达终等现象导致传播路径不唯一，因此会出现多个信号到达终端的现象。端的现象。多径效应的分析多径效应的分析研究信号在时间域上的响应特性时域分析时域分析研究信号在频率域上的响应特性频域分析频域分析研究信号在概率上的响应特性统计分析统计分析 采用均衡器处理信号均衡器均衡器0103采用预编码技术处理信号预编码预编码02采用分集技术处理信号

21、分集分集信道估计技术信道估计技术通过发送导频信号进行估计，在接收端进行插值或者外推基于导频的估基于导频的估计计通过信道反射的延迟时间进行估计，具有较高的精度基于时域的估基于时域的估计计通过信道的频率响应进行估计，具有较高的稳定性基于频域的估基于频域的估计计 CATALOGUE 0606第第6章章 总结总结与展望与展望 理学通信原理课程总结在这门课程中，我们学习了通信基本原理、数字信号在这门课程中，我们学习了通信基本原理、数字信号处理、接收机与调制解调等知识内容，这些内容对我处理、接收机与调制解调等知识内容，这些内容对我们今后的学习和工作有着重要意义。们今后的学习和工作有着重要意义。学习收获学习

22、收获加深了对通信基本原理的理解通信原理通信原理了解了数字信号的基本概念和处理方法数字信号处理数字信号处理学习了接收机的基本原理以及各种调制解调技术接收机与调制接收机与调制解调解调 不足之处不足之处缺乏对通信原理的实际应用能力实践能力不足实践能力不足需要更多实际案例来加深理解理论知识不够理论知识不够实用实用对数学要求较高，需要加强数学学习数学基础要求数学基础要求高高 二代通信技术二代通信技术二代通信技术二代通信技术数字通信技术数字通信技术移动通信技术移动通信技术卫星通信技术卫星通信技术三代通信技术三代通信技术三代通信技术三代通信技术宽带无线通信技术宽带无线通信技术移动互联网技术移动互联网技术数字

23、电视技术数字电视技术四代通信技术四代通信技术四代通信技术四代通信技术5G5G通信技术通信技术物联网技术物联网技术通信技术发展趋势通信技术发展趋势一代通信技术一代通信技术一代通信技术一代通信技术公共交换电话网公共交换电话网模拟通信技术模拟通信技术通信技术的影响通信技术的影响通信技术的影响通信技术的影响和展望和展望和展望和展望通信技术的发展对人类社会产生了深刻的影响，它改变了通信技术的发展对人类社会产生了深刻的影响，它改变了人们的生活方式和工作方式。未来，通信技术将继续发展人们的生活方式和工作方式。未来，通信技术将继续发展壮大，为我们的生活和工作带来更多便利。壮大，为我们的生活和工作带来更多便利。基础教材：通信原理（第五版）-谷超豪通信原理通信原理0103基础教材：现代数字通信（第七版）-Simon Haykin接收机与调制解调接收机与调制解调02基础教材：数字信号处理（第四版）-赵志勇数字信号处理数字信号处理职业发展建议通信工程师是一个充满挑战和机遇的职业，如果你想通信工程师是一个充满挑战和机遇的职业，如果你想从事通信行业，需要了解行业发展趋势和职业发展路从事通信行业，需要了解行业发展趋势和职业发展路径，不断学习和成长。希望大家在今后的学习和工作径，不断学习和成长。希望大家在今后的学习和工作中不断进步，取得更好的成绩。中不断进步，取得更好的成绩。THANKS 感谢观看