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视频课程教案、知识点、字幕

同学们好

今天我们来学习通信系统的组成

在本次课当中

我们将给出通信系统的一般模型

并在此基础上分别简要介绍一下

模拟通信系统和数字通信系统

首先我们来看一下通信系统的一般模型

根据通信的定义

大家知道

通信是指由一地向另一地(多地)

进行消息的有效传递

因此 一个消息要有效的传输出去

必然包括我们有信源和信宿

同时还包括有发射部分和接收部分等等

那么在哪里传递呢

因此 一定要有信道

而信道就有可能引入噪声和干扰

这样看来

通信系统的一般模型

我们可以用信源和信宿

发射 接收以及信道加噪声来组成

接下来我们看一下发送端

在发送端 信源的作用

是把待传输的消息转换成原始电信号

例如我们发出的声音

实际上是通过震动空气进行传播的

为了在电信系统中进行传输

需要通过拾音器将这些空气的震动

转换成电信号

由于这个电信号转换以后太小

因此需要发送设备

对电信号进行放大

然后再将信号转换成适合信道传输的信号

然后送入信道

那么说在信道呢

对我们信号传输是有影响的

所谓信道

是指信号传输的通道

它可以是有线的

也可以是无线的

在信道当中

我们有噪声 还会有干扰

它会影响信息的传输

当然了 为了研究的方便

我们通常把分散在通信系统当中的

各处噪声都汇集于此

等效于我们一个噪声源

也就是噪声源

那么这个噪声源呢

我们就称之为信道的噪声

那么在接收端

我们的任务

是把带有噪声和干扰的我们接收到的信号

把原始信号恢复出来

那么在接收端实现电信号的恢复

信宿则是我们的电信号转换成

刚才我不是发的声音吗

转换成我们的声信号

让授信者听到我们的声音

理解我们所需要传播的

这个信息的意义

有了对通信系统的一般模型的了解

接下来我们来了解一下模拟通信系统

对于模拟通信系统而言

信源输出的电信号

也就是我们的基带信号

由于具有频带很低的频率成分

不适合于在信道当中直接传送

因此模拟通信需要将基带信号

转换成适合在信道当中传送的信号

通常我们把这种转换称之为调制

它通常由调制器来完成

那么在接收端

同样需要进行一个反变换

也就是通过解调器来完成

具体的实现框图我们看这个图

与前面给出的通信系统一般模型比较

我们可以看出

模拟通信系统将模拟通信当中的

发送部分和接收部分的设备

转成了什么呢

调制器与解调器

这样看来调制器与解调器

是模拟通信系统当中代表性的设备

接下来我们来看一下调制器与解调器

为了有效的实现信息传输

实现信号在信道当中的传递

调制通常包含以下特征

一 必须携带有消息

否则调制就没有意义了

第二 调制出来的信号呢

一定适合在信道当中传送

第三 调制后的频谱具有带通特性

且中心频率远离我们的零频点

因而已调信号

我们也称为叫什么呢

叫做频带信号

那么具体调制作用是什么呢

当然了 在通信系统当中

调制不仅使信号实现了频谱搬移

也使信号的形式发生了变化

那么总结起来呢

调制的作用主要体现在以下几方面

电波传播理论与天线理论告诉我们

在无线通信系统当中

为了充分发挥天线的辐射能力

一般要求天线的尺寸

和发送的信号波长在同一个数量级上

也就是天线应该为波长的四分之一

对吧 大家知道

我们话音质量的

音频信号范围是300~3400Hz

各位可以算一下

如果我们直接发送3000Hz的电信号

我们发射端的天线会有多大

我在这里算了一下 大家看一下

大概25千米

显然这是无法实现的

如果把话音信号的频率

首先进行搬移

搬移到3MHz的位置

那么这时候我们就在短波频段

那么这时候天线长度是有多长呢

我们又计算了一下

我们发现是25米左右

这样看来

调制就是实现了我们天线的辐射

这是第一个作用

调制的第二个作用 实现了频率分配

例如 我们现在听的广播

我们会发现会收很多台

其实 它就把不同的节目

分在了不同的频率上了

第三 调制实现了多路复用

如果我们传输的信道带宽比较宽

而我们的一路信号带宽又比较窄

这时候我们就可以在

较宽的频带上传送多路信号

这就是我们非常熟悉的频分复用技术

第四 调制还能提高系统的抗噪性能

通信系统当中呢

噪声和干扰是一个无法回避的问题

提高通信系统的抗噪声性能的主要方法之一

就是选择合适的调制方式与解调方法

关于这个问题

我们在后续章节将进行进一步的分析

如果系统中传送的是数字信号

则是数字通信系统

数字通信系统可以进一步细划分为

数字频带传输系统

数字基带传输系统

模拟信号数字化传输系统

那么这三部分呢

在我们后序章节当中将一一进行介绍

那么对于数字通信系统来说

它的结构如图所示

信源与信宿通常为数字设备

例如我们的计算机

如果发送接收部分是模拟信号

我们还需要在这部分当中加上A/D和D/A变换器

当然如果想需要保密通信

我们还要在数字基带信号部分

加入加密模块

当然了在接收方还要加入一个解密模块

那么对于我们数字通信来说

加密比模拟通信要容易许多

编码器和译码器是成对出现的

而这里的编码

常为信源编码和信道编码

为了提高有效性的编码

我们称之为信源编码

例如各类压缩编码技术

为了提高可靠性的编码

我们称之为信道编码

例如我们常用的奇偶校验

关于这方面的内容

我们后续章节也有对应

当然为了通信系统有效可靠的工作

还需要同步系统进行保障

在数字通信过程当中

数据是一个接一个

按照节拍进行传输的

因此收发两端节拍要保证一致

这就是所谓的“位同步”

而对多位数据进行编组

构成有含义的一段信息

那么这个也需要节拍

这个就叫做 “群同步”

今天 无论是模拟通信

还是数字通信

在不同的通信业务领域中

都得到了广泛的应用

但是我们周围出现的是

越来越多的数字通信系统

那么为什么会出现这种情况

那么数字通信系统的特点又是哪些呢

我这进行了一个简单的总结

对于数字通信系统来说

它的抗干扰能力强

由于我们在数字通信当中

我们传送的是离散信号

以二进制为例子

传送过程当中取值只有两个

这样 在接收端我们判别只有两个状态

信号传输过程当中

即使受到了干扰 噪声的影响

在接收端出现波形的失真

那么在接收端只要我们判决正确

那么信号也是能够正确接收的

那么对于模拟信号

对于波形的追求就达不到这一点

二是噪声不积累

在远距离数字中继传输时

例如数字微波中继通信

它可以消除噪声积累

这是因为数字通信信号每次再生后

只要不发生错码

它仍然能够像信源发送的码元一样

没有噪声的累加

因此中继无论有多少

数字接收总能保持良好的质量

而对于模拟通信就无法实现这一功能

只能通过加大发射功率

来降低我们的错误

除此之外

数字通信与模拟通信相比

更容易实现差错控制

信号更容易加密

更便于存储 加工和处理

但是相对于模拟通信来说

数字通信存在带宽传输宽

对同步要求高这些缺点

但是这些问题随着

技术的发展和材料工艺的提高

都一一得以破解

本次课

我们分析了通信系统的一般模型

介绍了模拟通信系统和数字通信系统

分析了数字通信系统的优缺点

这次课的内容就是这些

谢谢大家

通信原理课程列表:

第一章 绪论

-1.1 通信系统的基本概念

--视频

--习题

-1.2 通信系统的组成

--视频

--习题

-1.3 信息及其度量

--视频

--习题

-1.4 通信系统的主要性能指标

--视频

--习题

-讨论题:分析比较模拟通信和数字通信的各自有缺点和应用场景。

-课程思政

--“如盐入味”,清华课程思政正在进行ing…

-教学PPT

-课程使用教材

--教材介绍

-讨论题:调制的作用是什么,信号传输都需要调制吗?

第二章 信道分析

-2.1 信道的基本概念

--视频

--习题

-2.2 恒参信道分析

--视频

--习题

-2.3 随参信道及其对所传信号的影响

--视频

--习题

-2.4 随机过程基础

--视频

--习题

-2.5 平稳随机过程

--视频

--习题

-2.6 白噪声

--视频

--习题

-2.7 高斯噪声

--视频

--习题

-2.8 信号系统与噪声的关系

--视频

--习题

-2.9 信道容量的概念

--视频

--习题

-2.10 m序列的产生

--视频

--习题

-2.11 m序列的性质

--视频

--习题

-讨论题:结合实际生活或者工程实践,谈一下香农定理的意义所在。

-课程思政

--教育部关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知

-教学PPT

-讨论题:为什么我们通常假设信道的加性噪声是高斯白噪声。

第三章 模拟调制系统

-3.1 常规双边带调幅

--视频

--习题

-3.2 抑制载波的双边带调制

--视频

--习题

-3.3 单边带调制

--视频

--习题

-3.4 残留边带调制

--视频

--习题

-3.5 线性系统的抗噪声性能

--视频

--习题

-3.6 角度调制的基本概念

--视频

--习题

-3.7 频率调制FM

--视频

--习题

-讨论题:分析FM和PM的内在联系。

-课程思政

--教育部印发纲要 所有高校全面推进课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:SSB和VSB有何差异,有何联系?

第四章 数字基带传输系统

-4.1 数字基带信号的常用码型

--视频

--习题

-4.2 数字基带信号的频谱特性

--视频

--习题

-4.3 数字基带传输系统

--视频

--习题

-4.4 无码间串扰的基本思想

--视频

--习题

-4.5 无码间串扰的基带传输系统

--视频

--习题

-4.6 数字基带传输系统的性能分析

--视频

--习题

-4.7 眼图

--视频

--习题

-讨论题:改善基带传输系统的性能有哪些?

-课程思政

--上海交通大学积极推进课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:HDB3码的频谱有什么特点?

第五章 数字频带传输系统

-5.1 2ASK的基本原理

--视频

--习题

-5.2 2ASK的抗噪声性能分析

--视频

--习题

-5.3 2FSK的基本原理

--视频

--习题

-5.4 2FSK的抗噪声性能分析

--视频

--习题

-5.5 2PSK的基本原理和抗噪声性能

--视频

--习题

-5.6 2DPSK的基本原理和抗噪声性能

--视频

--习题

-5.7 二进制数字调制系统的性能比较

--视频

--习题

-讨论题:比较DPSK与PSK的优缺点。

-课程思政

--浙江大学多措并举推进课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:2FSK信号的频谱的波峰有什么特点,与什么因素有关?

第六章 数字信号最佳接收

-6.1 假设检验模型

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--习题

-6.2 错误概率最小准则

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--习题

-6.3 二元确知信号的最佳接收机结构

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--习题

-6.4 匹配滤波器原理

--视频

--习题

-6.5 匹配滤波器性质及应用

--习题

--视频

-讨论题:分析最佳接收机与实际接收机的差异。

-课程思政

--兰州大学“五抓五促”推进课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:说明匹配滤波器中“匹配”的物理含义。

第七章 信源编码

-7.1 低通抽样定理

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--习题

-7.2 量化的基本概念和均匀量化

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--习题

-7.3 非均匀量化

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--习题

-7.4 13折线法的码位安排

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--习题

-7.5 简单增量调制

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--习题

-7.6 改进型增量调制

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--习题

-7.7 时分复用和多路数字电话系统

--视频

--习题

-7.8 哈夫曼编码

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--习题

-讨论题:分析13折线法与A率压缩特性的关系。

-课程思政

--树立正确人才观 构建成电特色的人才发展治理体系

-教学PPT

-讨论题:分析非均匀量化的好处和存在的问题。

第八章 信道编码

-8.1 信道编码基础

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--习题

-8.2 分类和工作方式

--视频

--习题

-8.3 常用简单分组码

--视频

--习题

-8.4 线性分组码的基本概念

--视频

--习题

-8.5 线性分组码的矩阵描述

--视频

--习题

-8.6 循环码的基本概念

--视频

--习题

-8.7 循环码的矩阵描述

--视频

--习题

-8.8 循环码代数形式的编译码

--视频

--习题

-讨论题:循环码的编码方法分析比较。

-课程思政

--坚持突出“三个注重” 深化课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:奇偶校验法的优点和存在的问题。

第九章 同步系统

-9.1 同步的定义与分类

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--习题

-9.2 载波同步

--视频

--习题

-9.3 载波同步的性能分析

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--习题

-9.4 位同步

--习题

--视频

-9.5 位同步的性能分析

--习题

--视频

-9.6 群同步

--习题

--视频

-9.7 群同步的性能分析

--习题

--视频

-讨论题:分析通信系统同步的重要性。

-课程思政

--连通课程思政的“最后一公里”

-教学PPT

-讨论题:分析一下位同步和群同步的关系。

视频笔记与讨论

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