通信的基本概念.ppt

1、第1章 通信的基本概念,【本章內(nèi)容提要】 本章主要介紹無線電波的基本概念、傳播特性及其調(diào)制方式，對無線電通信系統(tǒng)的基本組成進(jìn)行了全面的說明，詳細(xì)介紹了發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備的工作原理。【本章學(xué)習(xí)重點與要求】 本章重點掌握無線電發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備的基本工作原理，熟悉電路構(gòu)成框圖，了解框圖中各單元電路的主要功能和技術(shù)要求，掌握電磁波的基本傳播方式和特點。,1.1通信系統(tǒng)的概念,在人們的生活和工作中，離不開信息的交流與傳遞。通信使得人們能夠克服時間和空間的障礙，準(zhǔn)確而有效地交換和傳遞信息。信息常以某種方式依附于物質(zhì)載體，藉以實現(xiàn)存儲、交換、處理變換和傳輸。傳遞或交換信息過程中所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和稱為

2、通信系統(tǒng)。它主要由終端設(shè)備和傳輸系統(tǒng)組成。實際應(yīng)用中的通信系統(tǒng)多種多樣，它們在具體的結(jié)構(gòu)和功能上各不相同，為了便于分析，可以抽象成如圖1-1所示的模型，其基本組成包括信源、發(fā)送設(shè)備、信道、噪聲源、接收設(shè)備和信宿等部分。,圖1-1 通信系統(tǒng)的基本模型,1.1.1 終端設(shè)備,終端設(shè)備是通信系統(tǒng)的“源頭”和“終點”，除信源和信宿之外，還包括了一部分變換器和反變換器。其主要功能有二：一是發(fā)送端將發(fā)送的信息轉(zhuǎn)變成適合信道上傳輸?shù)男盘枺邮斩藙t從信道上接收信號，并將其恢復(fù)成能被利用的信息；二是能產(chǎn)生和識別系統(tǒng)內(nèi)所需的信令信號或規(guī)則，以便相互聯(lián)系和應(yīng)答。通信的基本形式是在信源與信宿之間建立一個傳輸或轉(zhuǎn)移的信

3、息通道，實現(xiàn)信息的傳輸。1信源和信宿信源是指產(chǎn)生各種信息（如語音、文字、圖像及數(shù)據(jù)等）的信息源，它可以是發(fā)出信息的人或機(jī)器（如電話機(jī)、計算機(jī)等）。不同的信息源構(gòu)成不同形式的通信系統(tǒng)。信宿是信息傳輸?shù)慕K點，也就是信息的接收者。,2變換器,變換器的作用是將信息源發(fā)出的信息按一定的要求進(jìn)行變換，成為適合在信道中傳輸?shù)男盘?。對?yīng)不同的信源和不同的通信系統(tǒng)，變換器有不同的組成和變換功能。例如在數(shù)字電話通信系統(tǒng)中，變換器包括送話器和模數(shù)變換器等，模數(shù)變換器的作用是將送話器輸出的模擬話音信號經(jīng)過模數(shù)變換、編碼及時分復(fù)用處理后，變換成適合在數(shù)字信道中傳輸?shù)男盘枴Ｗ儞Q器可以通過終端設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器）或邊緣交換

4、節(jié)點來實現(xiàn)。反變換器的工作過程是變換器的逆工作過程。主要功能包括信號的解碼、解調(diào)、放大、均衡和解密等。,1.1.2 傳輸系統(tǒng),現(xiàn)代通信系統(tǒng)中常見的傳輸系統(tǒng)有：無線電傳輸系統(tǒng)、數(shù)字微波系統(tǒng)、衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)和光纖傳輸系統(tǒng)等。傳輸信道簡稱信道。信道是信息傳輸介質(zhì)和中間設(shè)備的總稱。不同的信源形式所對應(yīng)的變換處理方式不同，與之對應(yīng)的信道形式也會不同。通常的情況下，信道的劃分有兩種方式：按傳輸介質(zhì)的不同可分為無線信道和有線信道；按傳輸信號形式的不同可分為模擬信道和數(shù)字信道。1無線傳輸信道無線傳輸信道中信息主要是通過自由空間進(jìn)行傳輸?shù)?，但必須通過發(fā)射機(jī)系統(tǒng)、發(fā)射天線系統(tǒng)、接收天線系統(tǒng)和接收機(jī)系統(tǒng)才能使攜帶信息

5、的信號正常傳輸，從而組成一條無線傳輸信道。,1.1.2 傳輸系統(tǒng),長波信道：所使用的頻率在300kHz以下，波長在1000m以上。中波信道：所使用的頻段為0.33MHz，波長為1001000m。短波信道：所使用的頻段為330MHz，波長為10100m，也稱為高頻（HF）信道。超短波信道：所使用頻率范圍通常認(rèn)為是303000MHz。更細(xì)一些劃分，其中30300MHz稱為甚高頻（VHF），3003000MHz稱為特高頻（UHF）。微波信道：所使用頻率在3000MHz以上，通常就泛稱為微波，它在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中占有重要地位。衛(wèi)星信道：衛(wèi)星信道是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，在多個地球站之

6、間進(jìn)行通信的信息傳輸信道。散射信道：在現(xiàn)代通信系統(tǒng)的微波通信方式中，還常用散射信道。散射信道利用對流層和電離層的不均勻性或流星余跡，對于一定仰角的電磁波射束在上層空間中，有一部分電磁波能量可回到地面而被接收到的散射現(xiàn)象，構(gòu)成散射信道。,1.1.2 傳輸系統(tǒng),2有線傳輸信道在有線傳輸信道中，電磁波是沿有形介質(zhì)傳播的，有形介質(zhì)通常是構(gòu)成直接信息流通的通路，適合于基帶傳輸或頻帶傳輸。傳輸語音信號的電話網(wǎng)、傳輸數(shù)據(jù)信號的計算機(jī)網(wǎng)和傳輸視頻信號的有線電視網(wǎng)是最常見的有線信道。平衡電纜：也稱雙絞線，每對信號傳輸線間的距離比明線小，而且包扎在絕緣體內(nèi)。同軸電纜：用來構(gòu)建容量較大的有線信道。常用的有兩種：一種

7、是外徑為4.4mm的細(xì)同軸電纜；另一種是外徑為9.5mm的粗同軸電纜。光纖信道：光纖信道是以光波為載波，以光導(dǎo)纖維（光纖）為傳輸介質(zhì)進(jìn)行通信的通信信道。有線信道中，除了具有各種導(dǎo)引線外，要完成長距離的信息傳輸，還必須包括再增音和均衡處理。,1.2無線電基本概念,自無線電發(fā)明以來，信息傳輸就一直是它的首要任務(wù)。無線電通信的歷史可以追溯到20世紀(jì)初，1896年馬可尼成功實現(xiàn)了無線電報通信，開創(chuàng)了無線電通信的先河。隨著電子管、晶體管的發(fā)明和應(yīng)用，促進(jìn)了通信設(shè)備的飛速發(fā)展，實現(xiàn)了把微弱的電信號進(jìn)行放大，從而把電信號傳送到更為遙遠(yuǎn)的地方。人類跨入21世紀(jì)，已開始從工業(yè)化社會向信息社會過渡。通信技術(shù)是信息

8、化社會的基礎(chǔ)，尤其是移動通信已經(jīng)成為現(xiàn)代通信中發(fā)展最為迅速的一種通信手段。要使通信的一方或雙方在移動中實現(xiàn)通信，需要采用無線電通信方式。,1.2.1 無線電波的傳播,學(xué)習(xí)物理時我們知道，凡有交變電流的導(dǎo)線周圍，有變化的磁場存在，變化的磁場引起變化的電場，變化的電場又在它周圍更遠(yuǎn)的地方引起變化的磁場。磁場、電場不斷地互相交替產(chǎn)生，向四周空間傳播（輻射）的電磁場，叫做電磁波。電磁波的輻射能力與導(dǎo)線的長短和形狀有關(guān)。用來輻射電磁波的金屬導(dǎo)線稱為天線。當(dāng)兩導(dǎo)線的距離很近、電流方向相反時，兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢幾乎可以抵消，因而輻射很微弱；如果將兩導(dǎo)線張開，當(dāng)兩導(dǎo)線的電流方向相同，兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電

9、動勢方向相同，因而輻射較強(qiáng)。當(dāng)導(dǎo)線的長度遠(yuǎn)小于波長時，導(dǎo)線的電流很小，輻射很微弱；當(dāng)導(dǎo)線的長度增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)線上的電流就大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。一般來說，無線電波是指頻率在3000GHz以下的，可以不通過導(dǎo)線、人工波導(dǎo)等載體在自由空間輻射的電磁波。無線電波的傳輸介質(zhì)主要有地表、對流層、電離層等，傳輸介質(zhì)電特性對不同頻段的無線電波的傳播有著不同的影響。,1.2.1 無線電波的傳播,1地波傳播地波傳播是指電磁波沿地球表面的繞射傳播。其特點是信號較為穩(wěn)定，但衰減隨著頻率的升高、傳播距離的增加而迅速增大。地波傳播通常用于近距離長波廣播、中波調(diào)幅廣播和電力載波通信，一般不用作遠(yuǎn)距離

10、通信。2天波傳播天波傳播是指電磁波經(jīng)電離層反射的傳播。其特點是傳輸損耗小、能以較小的功率實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信或靠地波難以實現(xiàn)的極短距離通信，但信號不夠穩(wěn)定，衰落和干擾嚴(yán)重。3空間波傳播空間波傳播是指電磁波在大氣層的底層傳播。其發(fā)射與接收天線必須在視距范圍內(nèi)（約50km，但可通過增加天線高度來增大通信距離），常用于頻率在30MHz以上的調(diào)頻廣播、電視信號發(fā)射、超短波通信和移動通信、微波通信。在一些特殊情況下，通過一系列的繞射、折射、反射和散射，其傳播距離也能超過視距。,1.2.1 無線電波的傳播,4對流層散射傳播對流層距地面約10km，內(nèi)部既存在規(guī)則的片狀或?qū)訝顨饬鳎执嬖陬愃扑髦行郎u的不規(guī)則不均勻

11、氣流。電波通過時會產(chǎn)生反射、折射和散射等，使一部分能量（相當(dāng)弱）傳播到接收端。只有超短波能利用對流層進(jìn)行遠(yuǎn)距離散射傳播，適用于微波中繼難以實現(xiàn)的地區(qū)，但因其傳播損耗很大需采用大功率發(fā)信機(jī)、高靈敏度接收機(jī)和高增益天線。5外球?qū)觽鞑ネ馇驅(qū)樱ㄍ鈱涌臻g）傳播是指電磁波由地面發(fā)出或返回，經(jīng)低空大氣層和電離層而到達(dá)地球外層空間的傳播方式。外球?qū)泳嗟孛婕s9001200km。外球?qū)觽鞑ブ饕糜谟钪嫣綔y、衛(wèi)星通信等。,1.2.2 無線電波的頻段劃分,空間無線電波所占用的頻率統(tǒng)稱為無線電頻譜。它是一種特殊的自然資源，是無線電技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和前提條件，也是現(xiàn)代社會賴以生存的基本要素之一。根據(jù)國際電信聯(lián)盟（ITU）制

12、定的無線電規(guī)則，無線電波劃分為不同頻段，每個頻段用于一個或多個具有相似特性的業(yè)務(wù)，如表1-1所示。表1-1無線電波的頻段劃分(見教材),1.2.3 無線電波的傳播特性,無線電波在傳播過程中會產(chǎn)生能量損耗，接收機(jī)的接收功率隨距離增加而減小的現(xiàn)象被認(rèn)為是路徑損耗。多數(shù)移動通信系統(tǒng)工作在城區(qū)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間無直接視距路徑，但因高層建筑的影響產(chǎn)生能量損耗，稱為繞射損耗。此外，由于不同物體的多路徑反射，經(jīng)過不同長度路徑的電波相互作用引起的能量損耗稱為多徑損耗，同時隨著發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間距離的不斷增加會引起電波強(qiáng)度的衰減。如果接收天線在大于幾十米或幾百米距離上移動的話，使接收信號中的場強(qiáng)變化被稱為陰影

13、效應(yīng)。1多徑傳播無線電波傳播的機(jī)理是多種多樣的，發(fā)射機(jī)天線發(fā)出的無線電波，通過不同的路徑到達(dá)接收機(jī)，稱為多徑傳播，如圖1-2所示。,圖1-2 電波的多徑傳播,1.2.3 無線電波的傳播特性,直射是指電磁波從發(fā)射天線發(fā)出，經(jīng)大氣或某一介質(zhì)直接到達(dá)接收天線的現(xiàn)象。然而，電磁波不可能在無限大的空間自由傳播，在傳播過程中往往會遇到性質(zhì)不同的各種障礙物，從而產(chǎn)生反射、折射、繞射和吸收現(xiàn)象，使之被衰減、放慢或使傳播路徑和相位發(fā)生改變。反射是指當(dāng)電波傳播遇到比波長大得多的物體而返回的現(xiàn)象，反射發(fā)生于地球表面、建筑物和墻壁表面等。折射是指電磁波在介質(zhì)分界面?zhèn)鞑シ较蚱鄱M(jìn)入另一種介質(zhì)傳播，或在同類介質(zhì)中由于介

14、質(zhì)本身的不均勻性，使傳播方向改變的現(xiàn)象。,1.2.3 無線電波的傳播特性,電磁波在傳播過程中，由于低層大氣并非均勻介質(zhì)，它的溫度、濕度以及氣壓都會隨時間和空間而發(fā)生變化，因此會產(chǎn)生折射和吸收現(xiàn)象。繞射是指電磁波在傳播過程中繞過障礙物到達(dá)接收點的現(xiàn)象。當(dāng)無線電波的頻率f30MHz時，典型的傳播路徑如圖1-3所示。,1.2.3 無線電波的傳播特性,沿路徑從發(fā)射天線直接到達(dá)接收天線的電磁波稱之為直射波，它是VHF和UHF頻段的主要傳播方式；沿路徑的電磁波經(jīng)過地面反射到達(dá)接收機(jī)的電波稱之為地面反射波；沿路徑的電磁波沿地球表面?zhèn)鞑サ碾姴?，稱之為地表面波，由于地表面波的損耗隨頻率升高而急劇增大，傳播距離迅

15、速減小，因此，在VHF和UHF頻段的地表面波的傳播可以忽略不計。在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，電磁波遇到各種障礙物時會產(chǎn)生反射和散射現(xiàn)象，會對直射波造成干涉，即產(chǎn)生多徑衰落現(xiàn)象。影響電波傳播的3種基本傳播機(jī)制是反射波、繞射波和散射波。,1.2.3 無線電波的傳播特性,（1）直射波直射波傳播可按自由空間傳播來考慮。指天線周圍為無限大真空時的電磁波傳播，它是理想傳播條件。電磁波在自由空間傳播時，其能量既不會被障礙物所吸收，也不會產(chǎn)生反射或散射。實際情況下，傳播路徑上沒有障礙物阻擋，到達(dá)接收天線的地面反射信號場強(qiáng)也可以忽略不計，在這樣的情況下，電磁波可以視為在自由空間傳播。對于移動通信系統(tǒng)而言，自由空間傳播

16、損耗Lfs與傳播距離d和工作頻率f有關(guān)，可定義為Lfs=32.45+20lgd+20lgf（dB）式中，d表示距離，單位為km；f表示頻率，單位為MHz。,1.2.3 無線電波的傳播特性,由上式可得出，傳播距離d越大，自由空間傳播損耗Lfs越大，當(dāng)傳播距離d加大一倍，自由空間傳播損耗Lfs就增加6dB；工作頻率f越高，自由空間傳播損耗Lfs越大，當(dāng)工作頻率f提高一倍，自由空間傳播損耗Lfs就增加6dB。 （2）繞射波當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時發(fā)生繞射。由阻擋表面產(chǎn)生的二次波散布于空間，甚至存在于阻擋體的背面。繞射使得無線電信號繞地球曲線表面?zhèn)鞑ィ軌騻鞑サ阶钃跷锖竺妗?1

17、.2.3 無線電波的傳播特性,（3）反射波當(dāng)電波在傳播中遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面時，如果界面尺寸比電波波長大得多時，就會產(chǎn)生鏡面反射。由于大地和大氣是不同的介質(zhì)，所以入射波會在界面上產(chǎn)生反射。反射發(fā)生于地球表面、建筑物和墻壁表面等，如圖1-4所示。,1.2.3 無線電波的傳播特性,（4）散射波在VHF、UHF頻段的移動信道中，電波傳播除了上述的直射波和地面反射波之外，還需要考慮傳播路徑中各種障礙物所引起的散射波。散射波產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體。在實際移動通信環(huán)境中，接收信號比單獨繞射和反射的信號要強(qiáng)。這是因為當(dāng)電波遇到粗糙表面時，反射能量由于散布于所有方向，這就給接收機(jī)提供了額

18、外的能量。如圖1-5所示，h b為基站天線高度（一般為30m），h m為移動臺天線高度。直射波的傳播距離為d，地面反射波的傳播距離為d1，散射波的傳播距離為d2。移動臺接收信號的場強(qiáng)由上述3種電波的矢量合成。,圖1-5 移動信道的傳播路徑,1.2.3 無線電波的傳播特性,2信號衰落無線通信中用戶間靠無線電波來傳送信息。當(dāng)前，無線通信的頻率范圍在甚高頻（VHF，30300 MHz）和特高頻（UHF，3003 000 MHz）之間。這個頻段的特點是：傳播距離在視距范圍內(nèi)，通常為幾十千米；天線短，抗干擾能力強(qiáng)；且以地表面波、電離層反射波、直射波和散射波等方式傳播，受地形地物影響很大，導(dǎo)致其傳輸特性變

19、化十分劇烈。以上原因使移動臺接收到的電波一般是直射波和隨時變化的繞射波、反射波、散射波的疊加，這樣就造成所接收信號的電場強(qiáng)度起伏不定，最大可相差2030dB。這種現(xiàn)象稱為衰落。這種衰落是由多徑引起的，所以稱為多徑衰落。多徑衰落信號的振幅服從瑞利分布，所以多徑衰落又稱為瑞利衰落。多徑衰落使信號電平起伏不定，嚴(yán)重時將影響通話質(zhì)量。,1.2.3 無線電波的傳播特性,在移動通信過程中，由于散射體很多，所以接收點所接收到的信號場強(qiáng)是隨機(jī)起伏變化的，根據(jù)場強(qiáng)特性曲線的起伏變化情況，信號衰落又有快慢之分。場強(qiáng)特性曲線的瞬時值呈快速起伏變化的衰落稱快衰落；場強(qiáng)特性曲線的中值呈慢速起伏變化的衰落稱慢衰落。典型信

20、號衰落特性如圖1-6所示。在圖中，橫坐標(biāo)是時間或距離（d=vt, v為移動速度），縱坐標(biāo)是相對信號電平（以dB計），變化范圍約為3040dB。圖中虛線表示的是信號局部中值，其含義是在局部時間中，信號電平大于或小于該中值的時間各為50%。由于移動臺的不斷運(yùn)動，電波傳播路徑上的地形、地物是不斷變化的，因而局部中值也是變化的。這種變化造成了信號衰落。,圖1-6 典型信號衰落特性,1.2.3 無線電波的傳播特性,慢衰落也稱長期衰落。由于電波傳播路徑上遇到建筑物、樹林等障礙物阻擋，在阻擋物的后面形成的電磁波陰影區(qū)。陰影區(qū)的信號電場強(qiáng)度較弱，當(dāng)移動臺在穿過陰影區(qū)時，就會造成接收信號電場強(qiáng)度中值的緩慢變化，

21、出現(xiàn)陰影效應(yīng)。陰影效應(yīng)引起的衰落一般服從正態(tài)分布，故有時又稱其為正態(tài)（高斯）衰落。陸地移動信道的主要特征是多徑傳播。傳播過程中同樣會遇到很多建筑物、樹木以及起伏的地形，引起能量的吸收和穿透以及電波的反射、散射及繞射等，這樣，使移動信道充滿了干擾。,1.2.3 無線電波的傳播特性,快衰落也稱短期衰落。主要因移動臺附近的散射體（地形、地物和移動體等）所引起的多徑傳播信號在接收點相疊加，造成接收信號快速起伏。與多徑傳播引起的快衰落不同，電磁波傳播慢衰落主要由陰影效應(yīng)和大氣折射所引起。移動臺接收的信號場強(qiáng)值（dB）是時間t的函數(shù)。具有50%概率的場強(qiáng)值稱為場強(qiáng)中值。若場強(qiáng)中值等于接收機(jī)的最低門限值，則

22、通信的可通率為50%。因此，為了保證正常的通信，必須使實際的場強(qiáng)中值遠(yuǎn)大于接收機(jī)的門限值。,1.2.3 無線電波的傳播特性,3多普勒頻移效應(yīng)由于移動用戶在不斷的運(yùn)動，當(dāng)達(dá)到一定速度時，如超音速飛機(jī)，固定點接收到的載波頻率將隨運(yùn)動速度v的不同，產(chǎn)生不同的頻移，稱這種現(xiàn)象為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)使接收點的信號場強(qiáng)振幅、相位隨時間、地點而不斷地變化，如圖1-7所示。,1.2.3 無線電波的傳播特性,多普勒頻移與移動物體的運(yùn)動速度v、接收信號載波的波長、電波到達(dá)的入射角有關(guān)，即fd=(v/)cos運(yùn)動方向面向地面接收站，fd為正值；反之，fd為負(fù)值。并且，工作頻率越高，頻移越大，對信號傳輸?shù)挠绊懺酱蟆?/p>

23、在高速移動通信系統(tǒng)中，多普勒頻移可影響300 Hz左右的語音，產(chǎn)生地面接收附加調(diào)頻噪聲，出現(xiàn)失真。為防止多普勒效應(yīng)對通信系統(tǒng)的影響，通常在地面設(shè)備的接收機(jī)需要采用“鎖相技術(shù)”，加入自動頻率跟蹤系統(tǒng)，即接收機(jī)在捕捉到高速移動物體發(fā)來的載頻信號之后，當(dāng)發(fā)來的載頻信號隨速度v變化時，地面接收機(jī)本振信號頻率跟著變，這樣就可以不使信號丟失；另外，還可以利用其窄帶性能，把淹沒在噪聲中的微弱信號提取出來。移動通信設(shè)備都毫無例外地采用鎖相技術(shù)。,1.2.3 無線電波的傳播特性,4極化現(xiàn)象無線電波在空間傳播時，其電場矢量和磁場矢量的振幅總是維持特定方向并按一定的規(guī)律而變化，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。無線電波的

24、電場方向稱為電波的極化方向。其中電場、磁場跟無線電波的傳播方向是相互垂直的。 極化是描述電磁波場強(qiáng)矢量空間指向的一個輻射特性，當(dāng)沒有特別說明時，通常以電場矢量的空間指向作為電磁波的極化方向，而且是指在該天線的最大輻射方向上的電場矢量來說的。電場矢量和傳播方向構(gòu)成的平面叫極化平面。,1.2.3 無線電波的傳播特性,電場矢量在空間的取向在任何時間都保持不變的電磁波叫直線極化波。有時以地面作參考，將電場矢量方向與地面平行的波叫水平極化波，與地面垂直的波叫垂直極化波，如圖1-8所示。由于水平極化波和入射面垂直，故又稱正交極化波；垂直極化波的電場矢量與入射平面平行，稱之平行極化波；電場矢量還可以在空間以

25、旋轉(zhuǎn)的方式傳播，如果在傳播一個波長時電場矢量旋轉(zhuǎn)了360，而且場強(qiáng)的大小恒定，則這種極化稱之為圓極化。,1.2.4 無線電波的調(diào)制與解調(diào),無線電廣播采用垂直極化波（電場方向垂直地面）；電視采用水平極化波（電場方向與地面平行）；衛(wèi)星通信采用平面圓極化波（電場振幅不隨時間變化，方向以等角速度旋轉(zhuǎn)）。 電磁波的頻率很高，傳播速度與光速一樣，可達(dá)3108m/s，具有較強(qiáng)的輻射力和較長的傳播距離，但人耳卻聽不到。人耳能聽到的振動頻率是20Hz20kHz，稱之為聲頻，聲音的傳播速度為340m/s，受環(huán)境影響較大，衰減很快，所以不能傳送到很遠(yuǎn)的地方。這種未經(jīng)調(diào)制的信號就是基帶信號。基帶信號既可以是模擬信號，

26、也可以是數(shù)字信號。,1.2.4 無線電波的調(diào)制與解調(diào),基帶信號只能通過架空明線、電纜等有線信道直接傳輸，不可能在無線信道中直接傳輸。即使可以在有線信道傳輸，但一對線路只能傳送一路信號，這樣不能充分利用信道資源。為使基帶信號能夠像在無線信道那樣的頻帶信道傳輸，或使有線信道上同時傳輸多路基帶信號，就需要采用各種調(diào)制技術(shù)。 在調(diào)制過程中，將聲音通過話筒轉(zhuǎn)換成電信號，裝載到具有強(qiáng)輻射力、波長短、頻率很高的電磁振蕩波上，然后借助天線發(fā)射出去。經(jīng)這樣裝載的聲音就可以傳播得很遠(yuǎn)。,1.2.4 無線電波的調(diào)制與解調(diào),一般把聲頻信號稱作調(diào)制信號。將發(fā)射機(jī)中的振蕩電路產(chǎn)生頻率很高的電磁振蕩波，稱為載波。其頻率稱為

27、載頻或射頻。聲頻信號加到“載波”的過程叫做調(diào)制，經(jīng)過調(diào)制后的高頻振蕩信號叫已調(diào)信號。已調(diào)信號是裝載有信息的無線電波，通過天線輻射出去，經(jīng)過空間傳送信息的方式稱為無線電通信。 調(diào)制是指按調(diào)制信號的變化規(guī)律去改變載波某些參數(shù)的過程。其實質(zhì)就是進(jìn)行頻譜變換，即把攜帶消息的信號搬移到較高的頻率范圍。 調(diào)制在通信系統(tǒng)中具有十分重要的作用，調(diào)制方式往往決定了一個通信系統(tǒng)的性能，對系統(tǒng)的傳輸?shù)挠行院涂煽啃杂兄艽蟮挠绊?。調(diào)制的目的有以下幾個方面。,1.2.4 無線電波的調(diào)制與解調(diào),（1）易于輻射如果基帶信號直接通過天線發(fā)射，那么天線的長度將達(dá)數(shù)十甚至上百千米。這樣的天線顯然是無法實現(xiàn)的。為了有效地利用天線

28、，使天線容易輻射，一般都把基帶信號調(diào)制到較高的頻率。（2）便于進(jìn)行頻率配置利用調(diào)制技術(shù)把各種聲音、圖像等基帶信號調(diào)制到不同載頻上，可以避免各個無線電臺發(fā)出的信號互相干擾，以便用戶選擇頻率不同的電臺收看收聽所需節(jié)目。（3）便于多路復(fù)用如果信道通帶較寬，可以用一個信道傳輸多個基帶信號，只要把基帶信號分別調(diào)制到相鄰的載波上，然后將其一起送入信道即可。這種在頻域上實行的多路復(fù)用稱為頻分復(fù)用。,1.2.4 無線電波的調(diào)制與解調(diào),（4）減少噪聲和干擾的影響不同的調(diào)制方式具有不同的抗噪聲性能，通過選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方式可減少噪聲和干擾的影響。例如，利用調(diào)制使已調(diào)信號的傳輸帶寬遠(yuǎn)大于基帶信號的帶寬，這樣提高了輸出

29、信噪比，從而減少了噪聲的影響。（5）克服設(shè)備的限制通信系統(tǒng)中的某些部件的性能優(yōu)劣和制造的難易程度不僅和信號的頻率有關(guān)，而且和信號的最高與最低頻率之比有關(guān)。利用調(diào)制可以把信號頻率變換到容易滿足設(shè)計要求的頻率上來。根據(jù)信號種類的不同，調(diào)制可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。在模擬調(diào)制中，調(diào)制信號的取值是連續(xù)的；而數(shù)字調(diào)制信號的取值則是離散的。根據(jù)載波波形的不同，也可以分為兩類：連續(xù)載波調(diào)制和脈沖載波調(diào)制。根據(jù)調(diào)制器頻譜搬移特性的不同，可以分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制。,1.2.4 無線電波的調(diào)制與解調(diào),實際應(yīng)用中，常根據(jù)調(diào)制器功能的不同，分為以下3種方式。（1）幅度調(diào)制調(diào)制信號改變載波信號的振幅參數(shù)，如調(diào)幅（

30、AM）、脈沖振幅調(diào)制（PAM）、振幅鍵控（ASK）等。（2）頻率調(diào)制調(diào)制信號改變載波信號的頻率參數(shù)，如調(diào)頻（FM）、脈沖頻率調(diào)制（PFM）、頻率鍵控（FSK）等。（3）相位控制調(diào)制信號改變載波信號的相位參數(shù)，如調(diào)相（PM）、相位鍵控（PSK）等。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，是指接收端從已調(diào)信號中恢復(fù)出原來的基帶信號的過程。,1.3無線通信系統(tǒng)的組成,無線通信系統(tǒng)一般由輸入輸出設(shè)備、收發(fā)信機(jī)、供電設(shè)備以及天線、饋線等組成。其中，主要組成部分是收發(fā)信機(jī)。發(fā)信設(shè)備即發(fā)信機(jī)或發(fā)射機(jī)，通常由多級組成，是指能夠產(chǎn)生射頻振蕩，并對信號進(jìn)行調(diào)制、放大等處理后，將輸出的射頻功率信號饋送至傳輸線路或天饋線的設(shè)備。收信設(shè)備

31、即收信機(jī)或接收機(jī)，是指能夠?qū)⒃醋詡鬏斁€路或天饋線的信號進(jìn)行選擇、放大、解調(diào)、變換等信號處理，以獲取有用信號所攜消息的設(shè)備。習(xí)慣上，人們把單一的發(fā)信機(jī)叫做電臺；單一的收信機(jī)則根據(jù)它們的功用不同而稱為收音機(jī)、電視機(jī)、無線尋呼機(jī)；同時具有無線電收、發(fā)功能的設(shè)備有大家熟悉的手機(jī)、小靈通，移動通信系統(tǒng)中的無線基站含有典型的收發(fā)信機(jī)。,1.3.1 廣播發(fā)射機(jī)與接收機(jī),將信息從發(fā)送方傳送到接收方的過程如圖1-9所示。無線電通信是利用電磁波的輻射和傳播，經(jīng)過空間傳送信息的通信方式。在發(fā)信設(shè)備和收信設(shè)備上都要安裝天線，完成電磁波的輻射或接收。如圖1-10所示為無線電通信系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖。由于原始的信息如語音、數(shù)

32、據(jù)、圖像等都是頻率比較低的信號，這樣的信號不利于天線的輻射和電磁波的傳播，所以發(fā)信設(shè)備要將低頻信息加到高頻載波信號上，這個過程就稱為調(diào)制。然后經(jīng)由頻率變換器進(jìn)一步將信號變換成發(fā)射電波所需要的頻率，經(jīng)過功率放大后，再通過天線輻射出去進(jìn)行傳輸。同理，在接收方，接收設(shè)備中也要經(jīng)過信號放大、頻率變換，最后，經(jīng)解調(diào)再將原始信息還原出來，從而完成無線電通信的過程。,圖1-10 無線電通信系統(tǒng)的構(gòu)成,圖1-9 通信過程,1.3.1 廣播發(fā)射機(jī)與接收機(jī),由上可見，能產(chǎn)生射頻振蕩，經(jīng)調(diào)制放大后，將輸出的射頻功率饋送給傳輸線路或天線的設(shè)備，叫做發(fā)送設(shè)備，也就是我們常說的發(fā)射機(jī)。能將天線或傳輸線路送來的信號加以選擇

33、、放大、變換，以獲得所需要的信息的設(shè)備叫做接收設(shè)備，如果信號源是天線，則稱為無線電接收機(jī)，又簡稱接收機(jī)。當(dāng)前使用最廣泛的接收機(jī)是超外差式接收機(jī)，其典型組成框圖如圖1-11所示。1輸入回路輸入回路，又稱天線回路。它的主要功能是選擇所需電臺的信號，抑制不需要的信號與干擾，特別是要濾除中頻干擾，同時也要求輸入回路的插入損耗小，并使天線阻抗與高放管的輸入阻抗相匹配，以傳輸最大的功率，避免信號來回反射。輸入回路常常是一個帶通濾波器。,圖1-11 超外差接收機(jī)原理框圖,1.3.1 廣播發(fā)射機(jī)與接收機(jī),2高頻放大器高頻放大器也稱射頻放大器。它應(yīng)具有足夠的增益，通常約為10dB，而且要求低噪聲，這樣可降低整個

34、接收機(jī)的噪聲系數(shù)；要求選頻放大，以抑制不需要的信號與干擾，如鏡像干擾以及在混頻級可能引起各種互調(diào)失真的某些信號；要求加一定的自動增益控制，以防止輸入過強(qiáng)信號時，引起中放級的過載；同時，也要求高頻放大器能抑制本機(jī)振蕩器輻射至天線而干擾其他用戶。所以，高頻放大級的主要指標(biāo)要求是增益要高，噪聲要低，選擇性要好，動態(tài)范圍要大，防止輻射的能力要強(qiáng)。級別較低的接收機(jī)，可以不設(shè)高放級。電視接收機(jī)的高頻放大器目前都采用雙柵MOS型場效應(yīng)管制成。,1.3.1 廣播發(fā)射機(jī)與接收機(jī),3混頻器和本機(jī)振蕩器混頻器的作用是將高頻調(diào)制信號變換為中頻調(diào)制信號，所改變的只是被調(diào)信號的載頻，而信號的調(diào)制規(guī)律是不能改變的?；祛l器有

35、不同類型，混頻增益約為l030 dB左右，混頻器的輸出應(yīng)和中放輸入級匹配。對本機(jī)振蕩器的要求是：頻率可調(diào)，并和輸入回路及高放負(fù)載回路同步調(diào)整（統(tǒng)調(diào)），以滿足選擇電臺信號及混頻器差拍的需要；本振的頻率穩(wěn)定度要高，有時要采用自動頻率調(diào)整電路（AFC），如彩色電視接收機(jī)；本振輸出的波形要好，諧波成分要少，避免在混頻器中產(chǎn)生較多的組合頻率干擾；本振的工作要穩(wěn)定，電壓和溫度漂移都要求小；另外，還要求本振的輻射小，幅度穩(wěn)定，大小合適。本振與混頻之間，一般采用弱耦合方式。,1.3.1 廣播發(fā)射機(jī)與接收機(jī),4中頻濾波器和中頻放大器這部分電路的主要任務(wù)是放大和選頻，并要求有足夠的穩(wěn)定性和相當(dāng)?shù)淖詣釉鲆婵刂颇芰Γ?/p>

36、接收機(jī)增益的獲得主要集中在這里。對于中、短波收音機(jī)而言，中放級的增益約為4050dB，而電視接收機(jī)的中放級增益可達(dá)6080dB，很顯然，要達(dá)到如此高的增益，中頻放大級是由多級放大器組成的。中頻濾波器可以用LC分立元件組成的集中式帶通濾波器，也可設(shè)計成晶體濾波器或聲表面波濾波器等集成形式。5解調(diào)器對于不同的調(diào)制信號，解調(diào)器的形式是不同的，電路也多種多樣，有些解調(diào)器有增益，有的有損耗。同步解調(diào)器還需要產(chǎn)生一個參考信號，而包絡(luò)檢波則不要。解調(diào)器的主要任務(wù)是從中頻信號中恢復(fù)出原調(diào)制信號，因此要求解調(diào)效率高、失真小、諧波濾除能力強(qiáng)、信號輻射小。,1.3.1 廣播發(fā)射機(jī)與接收機(jī),6AGC電路自動增益控制電

37、路（AGC）的作用是在接收天線輸入信號電平變化時，能自動地控制中放級，進(jìn)而控制高放級的增益，使輸出至解調(diào)器的已調(diào)信號電平變化不大。對AGC電路的要求是：控制范圍要寬，一般為2060dB，視不同的機(jī)型、不同的設(shè)計而定；要求在控制放大級的增益時，不能影響通道的頻率特性；要求控制靈敏度要高，一般在3 dB以內(nèi)；要求AGC控制對信號內(nèi)容的變化不起作用；要求AGC電路穩(wěn)定可靠，不受噪聲影響，不能引起自激振蕩等。對于調(diào)頻接收機(jī)而言，中放可不加AGC控制，AGC信號也不從解調(diào)后取得。由天線至解調(diào)輸出，整機(jī)的高頻增益是相當(dāng)大的，不同功能的接收機(jī)其增益數(shù)值也不同。例如：廣播收音機(jī)較低，約為60dB左右；電視接收

38、機(jī)約為8090dB；某些通信接收機(jī)則高達(dá)120dB。7AFC電路這是自動頻率控制電路，是為了提高本振電路的頻率穩(wěn)定性能而設(shè)計的。一些較為簡單的接收機(jī)，是沒有AFC電路的，如廣播收音機(jī)、低檔的黑白電視接收機(jī)等。,1.3.2 發(fā)送設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo),發(fā)送設(shè)備的主要功能是調(diào)制、上變頻、功率放大和濾波。在發(fā)送端，原始信號（語音、圖像、數(shù)據(jù)等）經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號后，送入發(fā)射機(jī)對高頻載波（本機(jī)振蕩器產(chǎn)生）進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的射頻信號進(jìn)行頻率變換（倍頻）和放大，再經(jīng)過射頻功率放大器放大后通過天線發(fā)射出去，如圖1-12所示。發(fā)射機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)如下。（1）頻率范圍發(fā)射機(jī)的工作頻率即發(fā)射機(jī)的射頻載波頻率，具體

39、數(shù)值由發(fā)射機(jī)的用途所決定，一般是指一個能夠正常工作的頻率范圍或頻段，有以下兩方面的要求。 要求在波段內(nèi)的任何一個頻率或指定頻率上都能工作。 要求在整個波段內(nèi)或所有指定頻率上的電性能基本穩(wěn)定。,1.3.2 發(fā)送設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo),（2）頻率的準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性發(fā)射機(jī)的頻率準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度是相對于射頻載波而言的。發(fā)射頻率的準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性基本上是由載波基準(zhǔn)頻率振蕩器決定的。不同應(yīng)用的無線收發(fā)系統(tǒng)有不同的要求。發(fā)射頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性可以用Hz或者頻率的百分比來表示。頻率準(zhǔn)確度是指實際工作頻率對于標(biāo)稱工作頻率的準(zhǔn)確程度。頻率準(zhǔn)確度越高，通信鏈路的建立就越快。頻率穩(wěn)定度是指在各種外界因素的影響下發(fā)射機(jī)頻率

40、的穩(wěn)定程度。一般調(diào)幅或單邊帶發(fā)射機(jī)頻率穩(wěn)定度的數(shù)量級分別為104105、106107。當(dāng)頻率穩(wěn)定度較高時，一旦建立通信，接收機(jī)就不致因頻率變化而需適時微調(diào)，故可實現(xiàn)不微調(diào)的通信，從而提高了通信的可靠性。,1.3.2 發(fā)送設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo),（3）載波的頻率捷變載波的頻率捷變是指載波頻率快速改變的能力。對于多頻道發(fā)射，這是一個重要的技術(shù)性能指標(biāo)。通常利用頻率合成器來設(shè)置和改變發(fā)射頻率，在整個發(fā)射系統(tǒng)之中還需要利用寬帶技術(shù)以保證頻率的改變和調(diào)諧之間的同步。（4）頻譜純度發(fā)射機(jī)除了產(chǎn)生載波信號及所需要的邊帶信號外，同時還會產(chǎn)生一些寄生信號。寄生信號通常是載波頻率的諧波成分。所有的放大器都可能產(chǎn)生諧波

41、失真，如C類功率放大器就會產(chǎn)生大量的諧波成分。在發(fā)射輸出中除指定的發(fā)射載波頻率外，其他諧波頻率成分都需要通過濾波消除，以避免干擾。,1.3.2 發(fā)送設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo),（5）輸出功率發(fā)射機(jī)的輸出功率是指發(fā)射機(jī)傳送到天、饋線上的功率。發(fā)射機(jī)采用不同的調(diào)制方式，對應(yīng)的發(fā)射輸出功率的測量方法是不同的。如全載波AM（調(diào)幅）系統(tǒng)的發(fā)射功率是根據(jù)載波功率來確定的，調(diào)制后輸出信號功率大于未調(diào)載波功率。而在抑制載波AM系統(tǒng)中，采用峰值包絡(luò)功率（PEP）。FM（調(diào)頻）系統(tǒng)是一個恒定功率系統(tǒng)，F(xiàn)M發(fā)射通道的額定功率為輸出信號的總功率。對輸出功率進(jìn)行測試時，一定要注意發(fā)射通道的占空系數(shù)（反映導(dǎo)通和關(guān)斷時間之間的關(guān)系

42、），如許多雙向式語音通信系統(tǒng)的發(fā)射通道并不是在最大功率下連續(xù)工作的，但廣播發(fā)射機(jī)就是連續(xù)工作的，而且是在最大功率下一天24小時不停地運(yùn)行。,1.3.2 發(fā)送設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo),（6）功率效率功率效率是發(fā)射機(jī)的一個非常重要的性能指標(biāo)。發(fā)射機(jī)的總效率（功率效率）是指發(fā)射機(jī)傳送到天、饋線上的功率與整機(jī)輸入功率的比值。在大功率發(fā)射機(jī)或小型移動式的發(fā)射機(jī)中，提高效率可減小能耗，經(jīng)濟(jì)意義重大。通常，固定發(fā)射機(jī)的效率在5%30%之間，移動發(fā)射機(jī)的效率在百分之幾到百分之十幾之間。（7）調(diào)制系統(tǒng)的保真度對一個無線通信系統(tǒng)的基本要求是能夠?qū)υ蓟鶐盘枌崿F(xiàn)正確還原。在發(fā)射機(jī)中，要求能夠以任何調(diào)制方式將任何基帶信號

43、調(diào)制到載波上，而同時盡可能多地保留原始基帶信號不發(fā)生變化。由發(fā)射機(jī)所引起的任何失真（如調(diào)制失真、諧波失真和交調(diào)失真等）都有可能始終對信號的還原造成不良影響，因為系統(tǒng)的接收機(jī)是不可能完全消除這些失真的。,1.3.3 接收設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo),在接收端，經(jīng)過天線接收到的信號不僅頻率很高，而且非常微弱，所以要進(jìn)行放大和頻率變換。目前用得最多的是超外差式接收電路，它是利用變頻電路將不同信號的頻率都變成固定的頻率，即通常所說的中頻，然后對中頻信號進(jìn)行放大，再經(jīng)過解調(diào)（檢波）后得到音（視）頻信號，最后把音（視）頻信號進(jìn)行功率放大使之驅(qū)動轉(zhuǎn)換器件還原成能夠收聽（看）到的聲音（圖像）。接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)有頻率

44、準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度、靈敏度、保真（或失真）度、選擇性以及工作穩(wěn)定性等。（1）頻率范圍接收機(jī)通常是分波段工作的，即具有一定的工作頻率（射頻）范圍。當(dāng)頻帶較寬時，鑒于調(diào)諧元器件動態(tài)范圍有限以及在寬帶內(nèi)調(diào)諧回路阻抗變化較大、調(diào)諧不便，且難以保證讀盤準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度，則往往需要劃分為幾個子（分）波段。,1.3.3 接收設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo),關(guān)于接收機(jī)頻率范圍有以下兩點要求。 接收機(jī)能調(diào)諧到給定頻率范圍內(nèi)的任何一個頻率點。 在調(diào)諧到的任何一個頻率點上，接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)定要求。 （2）頻率穩(wěn)定度接收機(jī)的頻率穩(wěn)定度是指其本振頻率的穩(wěn)定程度。而度盤準(zhǔn)確度是指接收機(jī)實際工作頻率（射頻）與度盤刻度相一致的

45、程度，可理解為頻率穩(wěn)定度。通常，調(diào)幅接收機(jī)的日穩(wěn)定度要優(yōu)于104，單邊帶接收機(jī)的月穩(wěn)定度應(yīng)在l07數(shù)量級。工作頻率的穩(wěn)定和度盤的準(zhǔn)確度是實現(xiàn)不尋找、不微調(diào)通信的條件之一。為此，可采用高穩(wěn)定度的頻率合成器提供本振信號。,1.3.3 接收設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo),（3）靈敏度靈敏度是指當(dāng)接收機(jī)輸出功率和輸出信噪比一定時，接收機(jī)接收微弱信號的能力，即天線上所需的最小感應(yīng)電動勢（通常用V表示）。靈敏度愈高，接收微弱信號的能力就愈強(qiáng)。不過，接收機(jī)工作種類或工作頻率不同，靈敏度也不相同。需要指出的是，接收機(jī)應(yīng)具有選擇信號而抑制干擾的能力。因為提高接收機(jī)增益雖有利于提高靈敏度，但有用信號和各種噪聲均可在接收機(jī)天線上生成感應(yīng)電動勢，加上接收機(jī)內(nèi)部噪聲，