通信系統簡介

1、向 倩,Autumn 2010,通信電子電路,Email: ,課程簡介,一門非常重要的專業(yè)基礎課程 高頻電子線路（模擬通信系統的發(fā)射接收電路） 電子管電路半導體電路集成電路 單一模擬電路數?；旌想娐奋浖o線電技術 特點：概念多、電路多、聯系基礎知識多、采用分析方法和測試方法較為復雜 應用非常廣泛,參考書：,Advanced Electronic Circuit Design, David Comer, Donald Comer, John Wiley & Sons. 張肅文等，高頻電子線路（第三版） 謝嘉奎等，電子線路（非線性部分）（第三版） 曾興雯等，高頻電路原理與分析（第三版） 信號與系統

2、，電路分析基礎，低頻模擬電路，數字電路等等,先行課程：,About Electronic Circuit,包含有源器件的網絡統稱為電子線路。 電子線路的分類： 按照工作頻率：低頻、高頻、微波 按照流通的信號形式：模擬、數字 按照集成度的高低：分立、集成 按照電子線路中所包含的元件性質：線性和非線性、時變和時不變,線性與非線性電路,線性電子線路 由線性元件組成的電路。（元件參數與通過元件的電流或施加于其上的電壓無關） 具有線性特性，也就是它具有疊加性和齊次性，適用疊加定理。 非線性電子線路與線性電子線路有以下不同： 必定還有一個或多個非線性器件。（參數與通過它的電流或電壓有關） 非線性電路不適用

3、疊加定理,其數學描述是非線性方程 信號通過非線性電路以后可產生新的頻率成分 工作在非線性狀態(tài)的有源器件，其輸出響應與器件工作點的選取和輸入信號的大小有關。,通信的任務就是傳遞各種信息（包括語言、音樂、文本、圖像和數據等）， 傳輸信息的系統稱為“通信系統”。 如： 電話（無線或有線）- 雙向通信系統 導航、雷達 - 單向通信系統 廣播（無線或有線）- 單向通信系統 電視（無線或有線）- 單向通信系統,1.1 通信系統的概念,一個完整的通信系統應由那幾部分組成呢?,一個完整的通信系統應包括信息源、發(fā)送設備、傳輸信道、接收設備和收信裝置五部分。,信息源是指要傳送的原始信息，如文字、數據、語音、音樂、

4、圖像等，一般是非電量。對于非電量信號，經輸入變送器變換為電信號（例如被傳輸的是聲音信息就需先經聲電換能器話筒，變換為相應信號的電信號）。如果輸入信息本身就是電信號（如計算機輸出的二進制信號）時，可以直接送到發(fā)送設備。 發(fā)送設備是將電信號變換為適應于信道傳輸特性的信號的一種裝置。,一個完整的通信系統包括五部分,接收設備的功能和發(fā)送設備相反，它是將信道傳輸接收到的信號恢復成與發(fā)送設備輸入信號相一致的一種裝置。 收信裝置是將電信號還原成原來的信息。例如通過揚聲器（喇叭）或耳機還原成原來的聲音信息（語言或音樂）。,信道即傳輸信息的通道，或傳輸信號的通道。概括起來有兩種，即有線信道和無線信道。有線信道包

5、括架空明線、電纜、光纜等，無線信道可以是傳輸無線電波的自由空間，如地球表面的大氣層、水、地下及宇宙空間等 噪聲源是指信道中的噪聲及分散在通信系統中其他各處噪聲的集中表示。,無線電通信發(fā)展簡史,電學的發(fā)展肇始于18世紀晚期至19世紀早期 伏特、法拉第、斯坦因麥茲、愛迪生、西門子、特斯拉等科學家的卓越工作電能傳送信息 有線電通信：莫爾斯電報；貝爾電話 麥克斯韋方程(1864) 無線電發(fā)展的理論基礎 科學家努力研究利用電磁波傳輸信息無線電通信 電子二極管(1904)、三極管的發(fā)明(1907)是電子技術發(fā)展史第一個重要里程碑 晶體三極管的發(fā)明(1948)是電子技術發(fā)展史第二個重要的里程碑 集成電路的發(fā)

6、明(1960)是電子技術發(fā)展史第三個重要里程碑,傳播特性指的是無線電信號的傳播方式、傳播距離、傳播特點等。不同頻段的無線電信號，其傳播特性不同。同一信道對不同頻率的信號傳播特性是不同的。 傳播方式主要有直射傳播、繞射（地波）傳播、折射和反射（天波）傳播及散射傳播等。決定傳播方式和傳播特點的關鍵因素是無線電信號的頻率。,1.2 無線電波的傳播特性,圖1-2 無線電波傳播方式,為了有效的傳輸信號，不同波段的信號所采用的主要傳播方式是不同的。 長波信號以地波繞射為主。中波和短波信號可以以地波和天波兩種方式傳播，不過，前者以地波傳播為主，后者以天波（反射和折射）傳播為主。超短波以上頻段的信號大多以直射

7、方式傳播，也可以采用對流層散射的方式傳播。,在各種無線電系統中，信息是依靠高頻無線電波來傳遞的，那么應該如何選擇高頻載波的頻率呢？ 我們知道，頻率從幾十千赫至幾萬兆赫的電磁波都屬于無線電波，所以它的頻率范圍是很寬的，為了便于分析和應用，習慣上將無線電的頻率范圍劃分為若干個區(qū)域，即對頻率或波長進行分段，稱為頻段或波段。,1.3 無線電波的頻段劃分,任何信號都具有一定的頻率或波長。 所謂頻率特性就是無線電信號的頻率或波長。 電磁波輻射的波譜很寬, 如圖所示。無線電波只是一種波長比較長的電磁波, 占據的頻率范圍很廣。,電磁波波譜,信號的頻率特性,無線電波在空間傳播的速度是30萬公里/秒。電波在一個振

8、蕩周期 T 內的傳播距離叫做波長，用符號表示。波長，頻率f 和電磁波傳播速度C 的關系為 這是電磁波的基本關系式 。 因為不同頻段信號的產生，放大和接收的方法不同，傳送的方式也不同，因而它們的應用范圍也不同。表1-1列出了無線電波的波（頻）段劃分。,無線信道的波段劃分及其用途,根據無線電波在傳播過程所發(fā)生的現象, 電波的傳播方式主要有直射（空間波）傳播、 繞射（地波）傳播、 折射和反射（天波）傳播等, 如圖所示。 決定傳播方式和傳播特點的關鍵因素是無線電信號的頻率。,基帶傳輸 定義：將基帶信號直接發(fā)送至信道，稱為基帶信號傳輸 基帶信號傳輸通常使用有線信道。 調制傳輸 定義：將一個要傳送的基帶信

9、號加載于一個高頻信號之上（即調制），然后將這個攜帶有基帶信號的高頻電磁波信號發(fā)送至信道 可以使用有線信道也可以使用無線信道,1.4 調制的通信系統,在傳送信號的一方（發(fā)送端），用我們所要傳送的對象（例如話音信號）去控制載波的幅度（或頻率或相位），使載波的幅度（或頻率或相位）隨要傳送的對象信號而變. 這里對象信號本身稱為“調制信號”，調制后形成的信號稱為“已調信號”。調制使幅度變化的稱“調幅”，使頻率變化的稱“調頻”，使相位變化的稱“調相”。實際上，在調制的通信系統中，載波只起一個裝載和運送信號的作用，相當于“運載工具”，而調制信號才是真正需要傳送的對象。,一、 什么是調制,調制通信系統的波形示

10、意,二、 為什么要進行調制？,分析：若信號頻率為1kHz，其相應波長為300km，若采用1/4 波長的天線，根據 就可以算出天線長度需要75km，制造這樣的天線是很困難的。 只有天線實際長度與電信號的波長相比擬時，這時電信號才能以電磁波形式有效地輻射，這就要求原始電信號必須有足夠高的頻率。,二、 為什么要進行調制？,在接收信號的一方（接收端） ，從收到的已調信號中把調制信號恢復出來。調幅波的解調叫“檢波”，調頻波的解調叫“鑒頻”，解調是其統稱。,三、什么是解調,現以大家熟知的無線電廣播發(fā)送系統和超外差式接收機為例進行分析。,一、無線電廣播發(fā)送系統,高頻部分有： 主振級由石英晶體振蕩器產生頻率穩(wěn)

11、定 度高的載波； 緩沖級實質上是一種吸收功率小，工作 穩(wěn)定的放大級，其作用是減弱后 級對主振級的影響； 倍頻器將載波頻率提高到需要的頻率值； 高頻放大器高頻放大以提高輸出功率；,它由高頻、低頻和電源三大部分組成,調制器其功能是使高頻載波信號幅度按低頻信號大小變化的幅度調制，然后經發(fā)射天線以電磁波形式向遠方輻射。 低頻部分有：話筒（或錄音帶等）、低頻電壓放大器、低頻功率放大器。 這樣將使低頻電信號通過逐級放大獲得所需的功率電平，然后對高頻（載波）進行調幅。,二 、超外差式接收機,超外差模塊,AGC,從接收天線收到微弱高頻調幅信號經輸入回路選頻后，通過高頻放大器放大，送到混頻器與本機振蕩器所產生的

12、等幅高頻信號進行混頻，在其輸出端得到波形包絡形狀與輸入高頻信號的波形相同，但頻率由原來高頻變化為中頻的調幅信號，經中頻放大后送到檢波器，檢出原調制的低頻信號，然后再經過低頻放大，最后從揚聲器還原成原來的聲音信息（語言或音樂）。,為什么要用超外差式接收機，而不能用直接放大式接收機？,Discussion,超外差的定義,外 差：輸入信號和本機振蕩信號產生差頻的過程。 超外差：輸入信號和本機振蕩信號產生一個固定中頻信號的過程。 因為，它是比高頻信號低，比低頻信號又高的超音頻信號，所以這種接收方式叫超外差式。 優(yōu) 點： 靈敏度高，選擇性好，音質好（通頻帶寬），工作穩(wěn)定（不容易自激） 缺 點： 鏡像干擾

13、（比接收頻率高兩個中頻的干擾信號），假響應（變頻電路的非線性）,超外差式收音機電路的主要特點,超外差式是與直放式相對而言的一種接收方式。 超外差式收音機能把接收到的頻率不同的調幅信號都變成固定的中頻信號（465kHz),再由放大器對這個固定的中頻信號進行放大。 在選擇回路（輸入回路）或高頻放大器與檢波器之間插入一個變頻器及中頻放大器。 超外差式結構的優(yōu)勢在于濾波和放大通常發(fā)生在某個固定的頻率，而不需要可調諧的高Q值帶通濾波器，也不必進行穩(wěn)定的寬帶放大。,按照信道中傳輸的是模擬信號還是數字信號可把通信系統相應分成兩類，即模擬通信系統和數字通信系統 。,三、模擬通信系統和數字通信系統,模擬通信系統

14、的基本組成方框圖,這里用調制器代替了發(fā)送設備、用解調器代替了接收設備。雖然發(fā)送設備和接收設備還包括其他電路，但調制器和解調器對信號的變換起著決定性的作用，對通信質量起關鍵作用。 在數字通信系統中，傳輸的是數字信號。當用數字信號進行調制時，通常稱為鍵控。 三種基本的鍵控方式振幅鍵控（ASK） 頻率鍵控（FSK） 相位鍵控（PSK）,數字通信系統的基本組成方框圖,由上面的例子可以總結出無線通信系統的基本組成及原理, 從中也可看出高頻電路的主要內容應該包括: （1）高頻振蕩器（信號源、載波信號或本地振蕩信號） （2）選頻電路（選擇需要的信號） （3）放大器（高頻小信號放大器及高頻功率放大器） （4）調制與解調（高頻信號變換或處理） （5）混頻或變頻（高頻信號變換或處理） （6）反饋控制電路（自動增益控制、自動頻率控制等） （7）干擾和噪聲抑制電路 對于各種