通信原理课件：数字信号的模拟传输.ppt

*************************************OFDM在现代通信中的应用无线局域网IEEE802.11a/g/n/ac/ax(Wi-Fi)标准采用OFDM作为物理层技术，支持高达数Gbps的数据传输速率。OFDM的抗多径特性使其特别适合室内复杂环境。移动通信4GLTE和5GNR均采用OFDM变体。LTE采用上行SC-FDMA、下行OFDM，5G采用CP-OFDM和f-OFDM等，满足不同场景需求。数字广播数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)和数字地面电视(DTT)等均采用OFDM技术，利用其抗多径干扰和频率选择性衰落的能力。有线通信ADSL、VDSL等数字用户线技术采用离散多音调(DMT)技术，这是OFDM的一种变体，适用于有线电缆的高速数据传输。OFDM已成为现代宽带通信系统的核心调制技术，从家庭Wi-Fi到城市移动网络，从数字电视到电力线通信，几乎所有需要高速数据传输的场景都能看到OFDM的身影。其成功的关键在于灵活适应各种信道环境的能力，以及与MIMO等先进技术的良好结合。扩频通信基本概念扩频定义使用远大于信息带宽的传输带宽，降低功率谱密度1工作原理利用伪随机码序列将窄带信号扩展到宽频带2处理增益扩频带宽与信息带宽之比，表示抗干扰能力3主要类型直接序列扩频(DSSS)和频跳扩频(FHSS)4扩频通信是一种将信息信号的能量分散到比信息带宽宽得多的频带上的技术，使信号具有类似噪声的特性。这种稀释使得信号的功率谱密度显著降低，难以被检测和干扰，同时在接收端可以通过相同的扩频码恢复原始信号。扩频通信最初源于军事需求，用于保密通信和抗干扰。如今，它已成为民用通信的重要技术，特别是在无线通信领域。扩频系统的核心优势包括抗干扰能力强、抗多径衰落、低截获概率、良好的多址接入能力等，这使其在复杂电磁环境中具有显著优势。直接序列扩频（DSSS）数据信号低速信息比特流扩频调制与高速伪随机码相乘宽带信号扩展的频谱特性直接序列扩频是扩频通信的主要实现方式之一，其基本原理是将原始数据信号与一个高速伪随机码序列（称为扩频码或码片序列）直接相乘，从而将窄带信号扩展到宽带。扩频码的码元速率（码片率）远高于数据速率，通常比为扩频增益。在接收端，通过与本地产生的相同扩频码相关运算，可以恢复原始信号，同时显著抑制干扰和噪声。DSSS的关键技术包括扩频码设计（如m序列、Gold码、Kasami码等）、码同步技术和相关接收机设计等。DSSS广泛应用于CDMA移动通信、GPS导航和IEEE802.11b无线局域网等系统。频跳扩频（FHSS）1跳频模式按预定伪随机序列在多个频点间跳变2跳频分类慢跳（每个符号多次跳频）与快跳（每个符号跳频一次或更少）3调制方式每个跳频点上可采用FSK、PSK、QAM等窄带调制4同步要求发送接收双方需保持跳频时序同步频跳扩频是另一种主要的扩频技术，其工作原理是载波频率根据预定的伪随机序列在多个频点之间快速跳变。每个频点停留时间短暂，形成时间上不连续、频率上分散的传输模式。这种跳频特性使信号难以被干扰和截获，具有良好的安全性和抗干扰能力。与DSSS相比，FHSS实现相对简单，对射频组件线性度要求较低，并且在频率选择性衰落信道中表现更好。然而，它的处理增益通常低于DSSS，抗窄带干扰能力也相对较弱。FHSS技术广泛应用于军事通信、蓝牙技术以及需要共存于复杂电磁环境中的通信系统。扩频通信的优势抗干扰能力通过处理增益，显著提高系统抗干扰性能。窄带干扰在解扩后被分散，影响大幅降低。扩频系统的有效信噪比可提高10-30dB，使其能在恶劣电磁环境中可靠工作。低截获概率信号能量分散到宽频带，功率谱密度低于噪声电平，难以被非授权接收机检测。增加了通信的安全性和保密性，特别适合军事和安全通信应用。多址接入能力通过分配不同的扩频码，多个用户可共享同一频带同时通信，相互干扰小。形成码分多址(CDMA)系统，显著提高频谱利用效率，特别适合移动通信网络。抗多径性能利用RAKE接收机可以分离并合并多径分量，将多径干扰转化为分集增益。大幅提高在城市和室内环境中的通信性能，减少信号衰落影响。这些优势使扩频技术成为现代无线通信系统的重要组成部分，尤其在需要可靠性、安全性和频谱共享的应用场景中表现出色。多址接入技术概述频分多址(FDMA)将可用频谱分为多个不重叠的频段，每个用户独占一个频段。传统技术，实现简单但频谱利用率低。时分多址(TDMA)将时间分为多个不重叠的时隙，每个用户在分配的时隙内传输。需要精确时间同步，但频谱利用率高于