《交流系統(tǒng)講座》課件

交流系統(tǒng)講座通信技術連接世界，改變生活方式課程概述講座目的掌握通信系統(tǒng)基礎知識主要內(nèi)容原理技術應用全面解析學習成果交流系統(tǒng)的基本概念定義信息傳輸處理的系統(tǒng)集合重要性社會發(fā)展的關鍵基礎設施應用領域交流系統(tǒng)的歷史發(fā)展1早期通信方式烽火狼煙、信鴿傳書2電子通信的誕生電報、電話革命性突破3現(xiàn)代通信技術的演進無線電、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信交流系統(tǒng)的組成部分接收端信號接收解調(diào)處理傳輸媒介電纜光纖無線電波發(fā)送端信號產(chǎn)生調(diào)制發(fā)射信號與系統(tǒng)理論基礎信號的分類模擬信號與數(shù)字信號連續(xù)信號與離散信號系統(tǒng)的特性線性與非線性時變與時不變信號處理基礎傅里葉變換濾波技術模擬通信系統(tǒng)原理連續(xù)時間連續(xù)幅值信號的處理頻率調(diào)制振幅調(diào)制優(yōu)缺點簡單易實現(xiàn)抗干擾能力弱應用場景廣播電臺舊式電話系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)基本概念離散時間離散幅值信號優(yōu)勢抗干擾能力強且保真度高發(fā)展趨勢高速化智能化融合化信源編碼目的壓縮數(shù)據(jù)減少冗余常見技術霍夫曼編碼游程編碼實際應用圖像壓縮音頻壓縮信道編碼作用抵抗信道噪聲提高可靠性主要方法卷積碼渦輪碼LDPC碼性能評估誤碼率編碼增益復雜度調(diào)制技術幅度調(diào)制改變載波幅度傳輸信息1頻率調(diào)制改變載波頻率傳輸信息2相位調(diào)制改變載波相位傳輸信息3數(shù)字調(diào)制技術調(diào)制方式基本原理主要特點ASK幅移鍵控簡單易實現(xiàn)FSK頻移鍵控抗干擾能力強PSK相移鍵控功率效率高QAM正交幅度調(diào)制頻譜效率最高多路復用技術1000+頻分復用不同頻率多用戶共享媒介200+時分復用不同時隙多用戶共享媒介50+碼分復用不同碼片多用戶共享媒介擴頻通信抗干擾能力系統(tǒng)復雜度正交頻分復用（OFDM）原理多個正交子載波并行傳輸優(yōu)點頻譜利用率高抗多徑干擾5G應用提高容量支持海量連接信道特性與均衡信道時變特性導致信號失真，均衡技術通過自適應算法恢復信號原貌誤碼控制1前向糾錯（FEC）發(fā)送端增加冗余接收端糾錯2自動重傳請求（ARQ）接收端檢測錯誤請求重傳3混合ARQ結合FEC和ARQ優(yōu)勢同步技術載波同步確保頻率相位一致碼元同步準確采樣判決位信息幀同步識別數(shù)據(jù)幀起始結束天線技術天線類型全向定向智能陣列1天線參數(shù)增益方向圖帶寬MIMO技術提高容量增強可靠性波束賦形空間聚焦降低干擾無線通信系統(tǒng)蜂窩移動通信基站覆蓋小區(qū)網(wǎng)絡Wi-Fi局域無線網(wǎng)絡連接藍牙短距離設備互聯(lián)5G通信技術20Gbps峰值速率超高速數(shù)據(jù)傳輸1ms時延超低延遲實時控制100萬連接密度每平方公里設備連接數(shù)光纖通信原理光信號在光纖中全反射傳播優(yōu)勢超大帶寬抗電磁干擾輕量化應用骨干網(wǎng)海纜城域網(wǎng)接入網(wǎng)衛(wèi)星通信地球同步軌道高度36000公里固定位置中軌道高度2000-35000公里低軌道高度低于2000公里星座組網(wǎng)3水聲通信特點低速率長延時高噪聲挑戰(zhàn)多徑效應時變特性氣泡干擾應用海洋探測水下機器人物聯(lián)網(wǎng)通信應用層智能服務數(shù)據(jù)分析平臺層數(shù)據(jù)處理設備管理網(wǎng)絡層多種接入技術協(xié)議感知層傳感器物理實體認知無線電已分配已使用已分配未使用未分配網(wǎng)絡安全與加密常見威脅竊聽干擾仿冒攻擊加密技術對稱非對稱混合加密安全協(xié)議SSL/TLSIPsecWPA量子通信基本原理量子糾纏量子不可克隆光子偏振態(tài)編碼信息優(yōu)勢理論上無條件安全竊聽必然被發(fā)現(xiàn)發(fā)展前景量子密鑰分發(fā)量子中繼網(wǎng)絡人工智能在通信中的應用智能網(wǎng)絡優(yōu)化自動調(diào)整參數(shù)提高性能預測性維護提前發(fā)現(xiàn)隱患降低故障自適應調(diào)制編碼根據(jù)信道狀況智能調(diào)整邊緣計算與通信概念計算能力向網(wǎng)絡邊緣遷移優(yōu)勢降低延遲減輕網(wǎng)絡負載5G集成MEC架構支持關鍵業(yè)務綠色通信通過先進技術降低能耗，采用可再生能源，優(yōu)化網(wǎng)絡拓撲，實現(xiàn)通信系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展通信標準化組織職責范圍ITU國際電信聯(lián)盟全球標準3GPP移動通信標準IEEE局域網(wǎng)廣域網(wǎng)標準IETF互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議標準通信系統(tǒng)性能評估1234速率系統(tǒng)信息傳輸能力延時信息傳輸所需時間可靠性系統(tǒng)無差錯工作能力覆蓋信號有效傳輸距離軟件定義網(wǎng)絡（SDN）應用層業(yè)務應用網(wǎng)絡服務控制層網(wǎng)絡控制器集中管理3基礎設施層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設備網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）傳統(tǒng)網(wǎng)絡專用硬件固定功能虛擬化轉(zhuǎn)型功能軟件化靈活部署云化網(wǎng)絡資源池化彈性擴展車聯(lián)網(wǎng)通信V2V車輛間直接通信提高安全V2I車輛與基礎設施通信V2P車輛與行人通信保障安全V2N車輛接入網(wǎng)絡云服務毫米波通信30-300頻率范圍GHz高頻段大帶寬10+帶寬GHz超大容量<1波長厘米小型緊湊天線可見光通信WiFiLiFi通信協(xié)議OSI模型七層協(xié)議標準架構2TCP/IP協(xié)議族互聯(lián)網(wǎng)核心協(xié)議新興協(xié)議HTTP/3QUICWebRTC網(wǎng)絡拓撲星型中心節(jié)點連接所有設備環(huán)型設備形成閉環(huán)結構網(wǎng)狀設備互相連接高可靠通信系統(tǒng)仿真仿真工具MATLABSimulinkNS3仿真方法蒙特卡洛事件驅(qū)動案例分析信道建模性能評估信號處理技術數(shù)字濾波FIR濾波器IIR濾波器自適應濾波LMS算法RLS算法壓縮感知稀疏表示欠采樣重構頻譜管理頻譜分配固定頻段專用許可1動態(tài)頻譜接入智能感知靈活使用監(jiān)管政策拍賣共享免許可通信系統(tǒng)功率控制1目的提高頻譜效率降低干擾2策略開環(huán)閉環(huán)聯(lián)合優(yōu)化3性能影響覆蓋質(zhì)量能耗費用新型網(wǎng)絡架構內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡加速訪問，霧計算降低邊緣延遲，區(qū)塊鏈實現(xiàn)去中心化信任，軟件定義網(wǎng)絡提高靈活性通信系統(tǒng)可靠性冗余設計備份系統(tǒng)硬件冗余故障檢測實時監(jiān)控異常報警恢復機制自動切換快速重啟通信系統(tǒng)測試功能測試驗證系統(tǒng)功能正確性性能測試評估系統(tǒng)吞吐容量互操作測試檢驗設備兼容性4穩(wěn)定性測試長時間運行可靠性通信系統(tǒng)運維網(wǎng)絡監(jiān)控實時狀態(tài)數(shù)據(jù)采集性能優(yōu)化資源調(diào)整改善體驗故障排除快速定位解決問題安全管理威脅防范漏洞修復4通信系統(tǒng)經(jīng)濟性分析設備投資運維成本能源消耗研發(fā)投入通信系統(tǒng)環(huán)境適應性極端氣候高低溫防護防水防塵電磁兼容抗干擾措施屏蔽設計抗干擾技術自適應天線頻譜擴展通信與大數(shù)據(jù)價值創(chuàng)造決策支持業(yè)務優(yōu)化分析處理機器學習預測模型數(shù)據(jù)存儲分布式架構云平臺數(shù)據(jù)采集傳感器網(wǎng)絡用戶行為通信系統(tǒng)的社會影響信息獲取知識獲取成本降低信息差異縮小社交網(wǎng)絡人際關系擴展互動方式變革隱私保護個人數(shù)據(jù)安全監(jiān)管與自由平衡未來通信技術展望6G愿景萬物智聯(lián)全息通信太赫茲通信超大帶寬超高速率腦機接口意念交互全新體驗通信系統(tǒng)與智慧城市基礎設施泛在網(wǎng)絡感知系統(tǒng)應用場景智慧交通能源管理發(fā)展挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)安全系統(tǒng)兼容通信系統(tǒng)與智能制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設備互聯(lián)數(shù)據(jù)共享實時控制低延時高可靠通信預測性維護設備狀態(tài)監(jiān)測異常預警通信系統(tǒng)與醫(yī)療健康遠程醫(yī)療專家資源共享診斷健康監(jiān)測實時數(shù)據(jù)采集分析數(shù)據(jù)安全隱私保護合規(guī)存儲通信系統(tǒng)與教育遠程教育突破地域教育資源共享互動學習實時互動提高學習體驗教育資源共享優(yōu)質(zhì)內(nèi)容更廣泛傳播通信系統(tǒng)