通信系統MIT課件日期：}演講人：目錄通信系統概述無線通信系統原理及關鍵技術有線通信系統原理及關鍵技術通信系統性能指標評價方法現代通信系統應用實例分析通信系統發展趨勢與挑戰通信系統概述01定義通信系統是用以完成信息傳輸過程的技術系統的總稱。分類通信系統可以分為有線通信系統和無線通信系統。有線通信系統通過導線、電纜等實體媒介傳輸信號，如電話線、同軸電纜、光纖等；無線通信系統則利用電磁波在自由空間中的傳播來傳輸信號，如無線電、衛星通信等。定義與分類信源將原始信息轉換為電信號或其他適合傳輸的信號形式，如麥克風、攝像機、計算機等。信宿將接收到的信號轉換為原始信息或人類可理解的形式，如揚聲器、顯示器、打印機等。發送設備和接收設備用于信號的調制、解調、放大、濾波等處理，以確保信號的傳輸質量和效率。發送設備包括調制器、放大器、天線等，接收設備包括解調器、放大器、濾波器等。信道信號的傳輸通道，可以是導線、電纜、光纖等有線信道，也可以是空氣、水、真空等無線信道。信道對信號的傳輸質量和速度有重要影響。通信系統組成要素無線通信系統原理及關鍵技術02無線通信基本原理無線電波傳輸無線電波是無線通信的基本傳輸媒介，具有傳播速度快、傳輸距離遠、穿透力強等特點。信號調制與解調將原始信號轉換為適合無線電波傳輸的形式，并在接收端進行解調，恢復原始信號。頻譜資源利用無線電波頻率資源有限，需要通過調制、頻分復用等技術有效利用頻譜資源。傳播特性與信道建模無線電波在傳播過程中會受到各種因素的影響，需要建立準確的信道模型以優化通信系統性能。編碼與調制技術抗干擾與抗衰落技術多址接入技術移動通信網絡技術通過對信號進行編碼和調制，提高信號的抗干擾能力和頻譜利用率。針對無線通信中遇到的干擾和信號衰落問題，采取的多種技術手段，如擴頻技術、分集接收等。實現多個用戶同時接入無線通信網絡的技術，包括頻分多址、時分多址、碼分多址等。包括移動通信網絡的結構、協議、控制與管理等方面的技術，以及2G、3G、4G、5G等移動通信技術的演進與發展。關鍵技術介紹有線通信系統原理及關鍵技術03信號解碼接收端將傳輸過來的信號還原為原始信號，解碼過程需要保證信號的準確性和完整性。解碼器需要具備糾錯和抗干擾能力。信號傳輸有線通信通過導線傳輸電信號或光信號，實現信息的傳遞。信號傳輸過程中可能會受到干擾和衰減，因此需要采取相應的措施進行保護。信號編碼將原始信號轉換為適合傳輸的數字或模擬信號形式，以提高信號的抗干擾能力和傳輸效率。編碼方式的選擇取決于信號的類型和傳輸要求。有線通信基本原理傳輸媒介有線通信使用的傳輸媒介包括銅線、光纖等。銅線傳輸速度較慢，但成本低；光纖傳輸速度快、容量大，但成本較高。有線通信技術傳輸技術常見的有線傳輸技術包括基帶傳輸和寬帶傳輸。基帶傳輸適用于低速數據傳輸，寬帶傳輸則適用于高速數據傳輸。交換技術有線通信中的交換技術包括電路交換和報文交換。電路交換適用于實時性要求高的通信，報文交換則適用于數據傳輸可靠性要求高的場合。有線通信關鍵技術放大與再生信號在傳輸過程中會逐漸衰減，因此需要周期性地放大和再生信號，以保證信號的強度和質量。同步技術在通信系統中，發送端和接收端需要保持同步，以確保正確的信息傳輸。同步技術包括時鐘同步和幀同步等。多路復用技術為了提高有線通信的傳輸效率，可以采用多路復用技術，將多個信號同時傳輸到一條線路上。常見的多路復用技術包括頻分復用、時分復用和碼分復用等。通信系統性能指標評價方法04衡量數據在規定時間內數據傳輸精確性的指標，誤碼率=傳輸中的誤碼/所傳輸的總碼數*100%。誤碼率（SER）指數據傳輸過程中幀傳錯的概率，包括前向誤幀率FFER和反向誤幀率RFER。誤幀率（FER）誤碼率或誤幀率的計算可以通過實驗室測試或實際運行中的統計數據獲得，一般以百分比表示。計算方法誤碼率與誤幀率概念及計算方法吞吐量（Throughput）單位時間內成功地傳送數據的數量，是評估網絡、設備或端口性能的重要指標，通常以比特、字節、分組等測量。時延（Delay）抖動（Jitter）吞吐量、時延和抖動性能指標分析一個報文或分組從一個網絡的一端傳送到另一個端所需的時間，包括發送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延等。信號某特定時刻相對于其理想時間位置的偏移，是數字系統信號完整性測試的核心內容之一，影響通信系統的穩定性和準確性。01可靠性（Reliability）元件、產品、系統在一定時間內、一定條件下無故障地執行指定功能的能力或可能性，可通過可靠度、失效率、平均無故障間隔等來評價。可用性（Availability）交互式IT產品的重要質量指標，表示系統能夠正常運行的概率或時間占有率期望值，分為瞬時可用性和時段可用性。可維護性（Maintainability）衡量系統的可修復（恢復）性和可改進性的難易程度，包括故障排除、修復故障和返回到原有狀態的能力。可靠性、可用性和可維護性評估方法0203現代通信系統應用實例分析05移動通信網絡（如5G）第五代移動通信技術（5G）提供超高速率、超低時延和海量連接，滿足移動互聯網和物聯網應用需求。4G/LTE網絡實現高速移動互聯網接入，支持視頻通話、在線游戲等實時應用。移動通信網絡覆蓋包括宏基站、微基站、室內分布系統等，實現無縫覆蓋和高速數據傳輸。利用衛星作為中繼站，實現地球站之間的遠距離通信，覆蓋范圍廣。衛星通信通過手機等移動終端與衛星進行通信，實現全球無縫隙通信。衛星移動通信利用衛星進行電視和廣播信號的傳輸，實現大范圍、多頻道的節目覆蓋。衛星廣播電視衛星通信系統010203FTTH技術將光纖直接鋪設到用戶家庭，提供高帶寬、低衰減的互聯網接入方式。接入方式采用EPON、GPON等技術，實現多用戶共享光纖帶寬，降低成本。應用場景適用于家庭寬帶接入、智能小區、高清視頻監控等場景，提升用戶體驗。光纖到戶（FTTH）項目案例物聯網（IoT）在智能家居等領域應用智能城市應用物聯網技術在城市基礎設施、交通管理、環境保護等領域的應用，提升城市管理效率。智能安防系統利用物聯網技術，實現家庭安全監控、入侵報警等功能，提高安全性。智能家居系統通過物聯網技術，實現家居設備的遠程控制、自動化調節和智能管理。通信系統發展趨勢與挑戰06下一代通信技術（6G）展望峰值數據傳輸速率和連接數密度更高01相較于5G，6G技術預計將實現峰值數據傳輸速率和連接數密度的進一步提升，以滿足未來更大數據傳輸和更多設備連接的需求。更低的延遲和更高的可靠性026G技術將致力于降低通信延遲，提高通信的可靠性，以滿足未來對實時性要求更高的應用場景。全方位智能互聯036G技術將實現智能設備之間的全面互聯，推動物聯網、智慧城市等應用的發展。融合衛星通信和地面通信046G技術將融合衛星通信和地面通信，實現全球無縫覆蓋的通信網絡。網絡安全與隱私保護問題探討隨著通信技術的發展，通信網絡的安全防護越來越重要，需要采取有效的措施防止網絡攻擊和數據泄露。通信網絡安全防護加密技術是保護通信隱私的重要手段，未來通信技術將更加注重加密技術的應用，以確保數據傳輸的安全性。提高用戶的網絡安全和隱私保護意識，是保障通信安全的重要措施之一。加密技術的應用隨著通信技術的發展，隱私保護問題日益突出，需要制定和實施更加嚴格的隱私保護法規。隱私保護法規的制定和實施01020403用戶教育和意識提升人工智能和機器學習的應用人工智能和機器學習技術的發展將推動通信系統的智能化和自動化水平不斷提升，為未來的通信網絡提供更加強大的智能支持。智能化和自動化技術的應用