通信電路原理課件北航13年

2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年1《通信電路原理》

北京航空航天大學(xué)電子信息工程通信與信息系統(tǒng)教研室楊昕欣Email：辦公地點(diǎn)：新主樓F座514室Tel：82317211笫1章緒論1.1通信系統(tǒng)的基本概念

1.1.1通信系統(tǒng)的組成與分類

1.1.2通信系統(tǒng)的基本特性

1.1.3通信系統(tǒng)的信道

1.1.4通信系統(tǒng)中的信號

1.1.5通信系統(tǒng)中的發(fā)送與接收設(shè)備1.2信號傳輸?shù)幕締栴}

1.2.1信號通過線性系統(tǒng)

1.2.2信號通過非線性系統(tǒng)

1.2.3

干擾1.3通信電路的基本形式課程教學(xué)計(jì)劃（北航10年教學(xué)計(jì)劃）課程教學(xué)計(jì)劃（北航10年教學(xué)計(jì)劃）

希望學(xué)生盡可能做到課前預(yù)習(xí)、課上認(rèn)真聽講、課后及時復(fù)習(xí)、按時獨(dú)立完成規(guī)定作業(yè)和CAD作業(yè)、遇到疑難問題應(yīng)盡快通過答疑、討論等環(huán)節(jié)來解決，積極參加課堂討論，積極選做綜合性研究課題，以便更好地學(xué)好本課程。

希望能做到：堅(jiān)持基本要求，增加CAD分析，建立系統(tǒng)概念，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。1.課程要求2.教學(xué)安排（1）學(xué)時：總學(xué)時48，講課學(xué)時約42，課堂討論4。（2）課表：單周三下午1~2小節(jié)，主南201教室；每周五下午1~2小節(jié)，主南201教室。2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年43.課外作業(yè)：分四個層次要求。

堅(jiān)持基本要求：課堂上布置的為鞏固講課內(nèi)容的習(xí)題，每人必須獨(dú)立完成，每周交一次，交給課代表。（平時成績20分）

增加CAD分析：每章均有若干Pspice和MATLAB的分析練習(xí)題，每人必須獨(dú)立完成。要求每章交一次，交給課代表。交來的CAD作業(yè)除了有程序運(yùn)行的輸出外，還要有CAD分析的小結(jié)。（可以以電子郵件提交）（文件名統(tǒng)一為：班號_姓名_學(xué)號_CAD題號）（平時成績10分）2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年53.課外作業(yè)：分四個層次要求。（續(xù)）

激發(fā)學(xué)習(xí)興趣：提供若干綜合性研究課題，以課代表和學(xué)習(xí)委員為召集人，各班組成若干課題研究小組（每組2~3人），按分工進(jìn)行研究，寫出研究報告。研究成果將安排時間進(jìn)行交流或單獨(dú)組織答辯。（另外適當(dāng)加分）建立系統(tǒng)概念：計(jì)劃安排兩次課堂討論，主要目的是建立系統(tǒng)概念和初步掌握數(shù)字通信的CAD分析方法。討論方法是：有討論提綱，各班有分工，課堂討論時各班由一位同學(xué)發(fā)言。（發(fā)言者適當(dāng)加分）課堂討論發(fā)言和課題研究小組必須要有女同學(xué)參加

。2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年64.學(xué)好本課程的幾點(diǎn)建議請仔細(xì)閱讀：北航《通信電路原理》課程_09年教學(xué)計(jì)劃（一）抓住一條主線（通信系統(tǒng)）；（二）學(xué)會兩類分析方法，上好第二個臺階；

線性和非線性分析方法；

學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變的第一個臺階；基礎(chǔ)課到專業(yè)課的第二個臺階；理論聯(lián)系實(shí)際和運(yùn)用所學(xué)知識的第三個臺階。

（三）用好三種軟件仿真手段（Pspice、MATLAB：M函數(shù)仿真和Similink仿真、AgilentADS）；（四）培養(yǎng)四個觀點(diǎn)： 1、實(shí)踐的觀點(diǎn)；2、工程的觀點(diǎn)；3、系統(tǒng)的觀點(diǎn)；4、辯證的觀點(diǎn)。2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年75.綜合性研究課題參考目錄（一）模擬濾波器的設(shè)計(jì)和噪聲分析；（二）放大器與振蕩器；（三）幅度調(diào)制與解調(diào)；（四）角度調(diào)制與解調(diào)；（五）數(shù)字調(diào)制與解調(diào)；（六）PLL的分析與仿真；（七）AgilentADS程序的使用。1.1.1通信系統(tǒng)的組成與分類局域網(wǎng)基臺有線電視網(wǎng)廣播網(wǎng)地面站電話局尋呼臺同步衛(wèi)星低軌衛(wèi)星公用通信網(wǎng)電話機(jī)計(jì)算機(jī)電視機(jī)計(jì)算機(jī)電視機(jī)收音機(jī)尋呼機(jī)計(jì)算機(jī)衛(wèi)星手機(jī)(765KM)(35860KM)手機(jī)(全球星系統(tǒng)）無線接入點(diǎn)AP筆記本計(jì)算機(jī)(WLAN)（模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)換）2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年9通信系統(tǒng)的分類按通信調(diào)制方式來分：數(shù)字通信與模擬通信；按信道中傳輸?shù)男盘杹矸郑夯鶐盘柾ㄐ排c載波信號通信；按傳輸信道來分：有線通信、無線通信、光通信；按信號傳輸?shù)姆较騺矸郑簡喂?、雙工、半雙工。具體的通信系統(tǒng)組成的方框圖2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年11通信系統(tǒng)實(shí)例：無線連接的家庭信息網(wǎng)絡(luò)3cupsflour1cupgratedchocola.電話通信便攜電腦帶無線接口的電腦無線頭盔兒童監(jiān)護(hù)臺式電腦衛(wèi)星天線PSTN/xDSL冰箱數(shù)據(jù)板手持式控制器電纜/電纜調(diào)制解調(diào)器聲控玩具TalkingTeddy2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年12移動通信系統(tǒng)中（手機(jī)）包含的關(guān)鍵（電子）技術(shù)能量的有效利用；數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)；模擬集成電路（RFIC）設(shè)計(jì)技術(shù)；半導(dǎo)體器件及工藝技術(shù)；智能天線；顯示器件及其控制技術(shù)；數(shù)字信號處理；封裝；電子材料。最重要的因素：成本。2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年13無線（通信）系統(tǒng)（接收部分）模擬與射頻電路ADFSMphonebookRTOSARQKeypad,DisplayControlCodersFFTFiltersAccelerators(bitlevel)模擬數(shù)字DSP核心Logic專用邏輯電路通信算法協(xié)議處理RF-Front：本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容微處理器核心(ARM)2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年14無線技術(shù)為核心可以形成的產(chǎn)品2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年15以射頻集成電路為核心可以形成的電子產(chǎn)品（低端產(chǎn)品）2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年16以射頻集成電路為核心可以形成的電子產(chǎn)品（中間產(chǎn)品）2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年17以射頻集成電路為核心可以形成的電子產(chǎn)品（高檔產(chǎn)品）2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年181.1.2通信系統(tǒng)的基本特性一、傳輸距離傳輸距離是指信號從發(fā)送端傳輸?shù)竭_(dá)接收端并能被可靠接收的最大距離。傳輸距離與什么因素有關(guān)？與通信體制有關(guān)（有無中繼）。無中繼的無線通信（從基站到移動臺，從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)）發(fā)送端的信號功率；信號通過信道的損耗；信號通過信道時混入各種形式的干擾和噪聲；接收機(jī)的接收靈敏度。二、通信容量通信容量是指一個信道能夠同時傳送獨(dú)立信號的路數(shù)。已調(diào)信號所占有的頻帶寬度：國際規(guī)定電話信號的頻帶是300～3400Hz；中波調(diào)幅廣播（535KHz~1605KHz），廣播電臺每個已調(diào)信號占有的頻帶寬度是9KHz；調(diào)頻廣播（88MHz~108MHz），最小頻帶寬度是200KHz；我國采用的電視圖象信號的頻帶是0～8MHz。

信道多址復(fù)用的方式：頻分復(fù)用（FDMA）；時分復(fù)用（TDMA）；碼分復(fù)用（CDMA）。2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年20三、信號失真度信號失真度指的是接收設(shè)備輸出信號不同(失真）于發(fā)送端基帶信號的程度。產(chǎn)生信號失真的原因：信道特性不理想；對信號進(jìn)行處理的電路（發(fā)送與接收設(shè)備）特性不理想。2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年21四、抗干擾能力信號通過信道時，總要混入各種形式的干擾和噪聲，使接收機(jī)輸出信號的質(zhì)量下降。提高通信系統(tǒng)抗干擾能力的技術(shù)：提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力；選用高質(zhì)量的調(diào)制和解調(diào)電路?？勺龅剑喝魏稳嗽谌魏螘r候和任何地點(diǎn)都可以實(shí)現(xiàn)通信。2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年221.1.3通信系統(tǒng)的信道一、衰減特性：信道的衰減特性是指信號經(jīng)信道傳輸時，信號能量被衰減的程度。二、工作頻率范圍：不同的信道具有不同的工作頻率范圍。（參考表1.1.1）。三、頻率特性：信道的頻率特性是指在信道的工作頻率范圍內(nèi)，當(dāng)不同頻率的信號通過時，由信道引起的幅度衰減和附加相移是不同的。四、時變與時不變特性：在某些信道中，信道的傳輸特性是隨時間變化的。例如：無線信道。五、干擾特性2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年23移動通信中信道的特殊問題選擇性衰落（頻域）和延時擴(kuò)展（時域）：多徑傳播：到達(dá)接收點(diǎn)的信號，除直射波外還有多個反射波和散射波。產(chǎn)生選擇性衰落和延時擴(kuò)展。選擇性衰落：使不同頻率的信號產(chǎn)生不同的衰減特性，產(chǎn)生失真。延時擴(kuò)展：延時擴(kuò)展對高速數(shù)據(jù)傳輸影響很大，產(chǎn)生碼間干擾（ISI）。多卜勒頻移：在高速移動情況下接收，還要考慮多卜勒頻率的影響。在城市環(huán)境中，移動情況下的無線傳輸信道的傳輸特性是十分惡劣的。2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年241.1.4通信系統(tǒng)中的信號基帶信號傳輸：信號頻帶：在通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男盘枺话闱闆r下都不是單一頻率的信號，而是含有一定頻率范圍內(nèi)的各頻率分量。而它所占有頻率范圍的大小，則稱為這個信號所占有的頻帶寬度。舉例：對電話來說，它強(qiáng)調(diào)可懂度，而不要求音色等。國際規(guī)定電話信號的頻帶是300～3400Hz；我國采用的電視圖象信號的頻帶是0～8MHz等。定義：稱這種直接表示原始信息的電信號為基帶信號。直接傳送基帶信號稱為基帶信號傳輸。電話電纜可傳輸電話基帶信號。視頻電纜可傳輸電視基帶信號。2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年251.1.4通信系統(tǒng)中的信號（續(xù)1）載波信號傳輸：調(diào)制技術(shù)：當(dāng)所使用信道的頻率特性不適于基帶信號傳輸時，可以利用調(diào)制技術(shù)將基帶信號的頻譜搬移到信道的工作頻率范圍內(nèi)；舉例：為了實(shí)現(xiàn)中波廣播可以利用調(diào)幅技術(shù)將聲音基帶信號搬移到中波波段的某一頻率附近。這種傳送基帶信號的方法稱為載波信號傳輸。2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年261.1.4通信系統(tǒng)中的信號（續(xù)2）舉例（三種調(diào)幅信號）：寫出調(diào)幅信號的表示式設(shè)調(diào)制信號是單頻正弦信號：則得到標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波

SAM。mA

是調(diào)幅度。把載波抑制掉，是抑制載波調(diào)幅波

SCAM：設(shè)調(diào)制信號是方波信號（-1v~1v），則是幅度鍵控調(diào)幅波ASK。1.1.4通信系統(tǒng)中的信號（續(xù)3）單頻正弦調(diào)制信號調(diào)制高頻載波信號產(chǎn)生SAM已調(diào)信號：2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年281.1.5通信系統(tǒng)中的發(fā)送與接收設(shè)備緩沖級倍頻器放大級調(diào)制器高頻功放振蕩器低頻功放低頻放大調(diào)幅發(fā)射機(jī)方框原理圖波形2波形1波形3超外差接收機(jī)方框原理圖高頻放大混頻器中頻放大解調(diào)器低頻放大輸入回路自動增益控制本地振蕩器波形4波形6波形5波形7發(fā)送與接收設(shè)備小結(jié)超外差接收機(jī)原理：接收到的不同載頻的微弱高頻已調(diào)信號變成統(tǒng)一的中頻已調(diào)信號，再進(jìn)行中頻放大，高增益高穩(wěn)定的中頻放大器容易實(shí)現(xiàn)。中波調(diào)幅廣播中頻是465KHz。電視圖象信號的中頻是38MHz。發(fā)送與接收設(shè)備中，產(chǎn)生頻率變換的電路有諧振功率放大器、倍頻器、振蕩器、及各種調(diào)制、解調(diào)器等。接收機(jī)要有足夠高的靈敏度（接收弱信號的能力）和足夠高的選擇性（區(qū)分不同已調(diào)信號的能力）。自動增益控制原理（AGC）：接收弱信號和強(qiáng)信號的時候，接收機(jī)能得到相差不多的信號。由于是采用無線調(diào)制傳輸，所以在發(fā)射機(jī)端有調(diào)制過程，在接收機(jī)端有解調(diào)制過程。發(fā)送與接收設(shè)備小結(jié)（續(xù)1）零中頻接收機(jī)原理：超外差接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：容易得到足夠大而且比較穩(wěn)定的放大量；具有較高的選擇性和較好的頻率特性；易于調(diào)整。缺點(diǎn)：電路比較復(fù)雜；除了有用信號外，還存在位于鏡象頻率處的無用信號的干擾。（有一次變頻和二次變頻方案）零中頻接收機(jī)原理：將有用信號直接變換到基帶，即選擇中頻頻率為零（直接下變頻方案）。采用正交解調(diào)技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：沒有鏡象頻率干擾；電路便于集成。缺點(diǎn)：有用信號和本機(jī)振蕩信號之間的耦合（泄漏）。2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年321.2信號傳輸?shù)幕締栴}1.2.1信號通過線性系統(tǒng)：在通信設(shè)備中，屬于線性系統(tǒng)的電路有線性放大器、濾波器、均衡器、相加（減）器、微分（積分）電路以及工作于線性狀態(tài)下的反饋控制電路等。理想線性系統(tǒng)的幅度頻率特性：相位頻率特性為線性函數(shù)，在本例中，若線性系統(tǒng)的特性不是理想的，則會產(chǎn)生信號的波形失真，但不會產(chǎn)生新的頻率分量，這種失真稱為線性失真。2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年331.2.2信號通過非線性系統(tǒng)在通信電路中，屬于非線性系統(tǒng)的電路有諧振功率放大器、倍頻器、振蕩器、及各種調(diào)制、解調(diào)器等。電路種類與形式很多，應(yīng)用很廣泛。因此，研究信號通過非線性系統(tǒng)的問題在通信電路原理分析中是很重要的。信號通過非線性系統(tǒng)后，最主要的特點(diǎn)是將產(chǎn)生新的頻率分量。例：設(shè)非線性輸出輸入特性和輸入信號分別是：則輸出信號有：直流分量；基波分量和諧波分量；組合頻率分量。2023年4月24日《通信電路原理》--北航11年341.2.3干擾信號在傳輸過程中，不可避免地會受到各種無用信號的干擾，這些干擾是限制通信系統(tǒng)性能的主要因素。熱噪聲：自由電子的無規(guī)則熱運(yùn)動與晶格碰撞，產(chǎn)生熱噪聲。存在于所有的電子器件和