通信电路原理 笫章绪论PPT学习教案

1、会计学1通信电路原理通信电路原理 笫章绪论笫章绪论参考书1. 电子线路非线性部分（第四版）谢嘉奎等编 高等教育出版社2. 高频电子线路第三版 张肃文、陆兆熊编 高等教育出社3. Modern Communication Circuits , Jack Smith 4. The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits, Thomas Lee5. 电子通信系统美Wayne Tomasi著 王曼珠等译电子工业出版社6. 射频电路设计-理论与应用美Reinhold Ludwig Pavel Bretchko著 王子宇 张肇仪等译 电子工业出

2、版社7. 射频通信电路陈邦媛编著 科学出版社8. 模拟电路的计算机分析与设计高文焕 、汪惠编 清华大学出版社第1页/共38页第2页/共38页第3页/共38页第4页/共38页第5页/共38页第6页/共38页 二、信号传输的基本问题u信号通过线性系统u信号通过非线性系统u干扰三、通信电路的基本形式第7页/共38页 u通信系统定义 ：通信(广义)信息从发送者传送到接收者的过程。实现这种信息传送过程的系统称为通信系统。 -这里仅讨论用电子电路传输接收信息的系统.电子通信系统发展简史1837年摩尔斯开发出第一个电子通信系统有线电报.1876年贝尔和华特生第一次传送人类的会话电话.1894年马可尼通过地球

3、的大气层发射了第一个无线电信号.1906年发明真空管.1920年商业无线电台开始广播调幅信号.一、通信系统的基本概念第8页/共38页1933年阿姆斯特朗发明了频率调制,1936年FM电台开始广播.1940-1945二次大战刺激了雷达和微波通信的发展.1948年发明晶体管.香农提出信息论.1958年发射第一颗通信卫星1960-70年彩色电视问世;阿波罗宇宙飞船登月;数字传输发展,出现高速数字电子计算机1970-80年大规模集成电路,商用卫星通信,程控数字交换机,光纤通信,微处理机等迅速发展.1980年后,超大规模集成电路发展,使移动通信大发展,例如手机,无线局域网(WLAN),全球定位系统(GP

4、S),直播电视服务(DBS),本地多点分布系统(LMDS),射频识别系统(RFID)第9页/共38页图图1.1现代通信网示意图现代通信网示意图局域网基台有线电视网广播网地面站电话局寻呼台同步卫星低轨卫星公用通信网电话机计算机电视机计算机电视机收音机寻呼机计算机卫星手机(765KM)(35860KM)手机(全球星系统）第10页/共38页 WLAN: Wireless Local Area Nets（手机无线上网）。 WPAN: Wireless Personal Area Nets (个人无线局域网)。 例如Bluetooth （蓝牙），工作范围：10100m。 工作频率范围：2.4002.48

5、35GHz。速率：1Mbit/s。 全世界现已有2000家厂商支持V1.0B技术规范版本。 HOME-RF:Home-Radio Frequency (家庭无线局域网)。 RFID：Radio Frequency Identification（非接触识别系统）。宽带、综合、个人（化）、智能实现三个”W”. LMDS:Local Multipoint Distribution Service （本地多点分布 接入系统宽带无线接入系 统，可提供多种宽带交互式数据及多媒体业务） 第11页/共38页 信源 基带信号发射机信道接收机信宿计算机 电话网络计算机调制解调器调制解调器 图1.1.2通信系统框图

6、图1.1.3电话线传数据传输媒质(电缆,光缆,自由空间)信号变换(调制)逆变换(解调)通信系统的基本组成信息(模拟,数字)信号变换为声,图像等第12页/共38页通信系统分类:按信道分： 有线通信系统， 无线通信系统; 按传输的基带信号分： 模拟通信系统， 数字通信系统按信息的特征分：电报通信系统，电话通信系统,数据通信 系统，图像通信系统等*通信系统可以是专用的，但通常是兼容的.例如电话线传数据；多媒体通信等。第13页/共38页u通信系统的基本特性通信系统的基本特性 信号通过信道混入各种形式的干扰和噪声。 接收机的接收灵敏度。 信号通过信道的损耗。 发送端的信号功率。（自由空间，传输距离与发射

7、 机功率平方成正比）第14页/共38页 传输信号所占有的频带宽度。在通信系统中，规定一路电话信号所占的带宽为4kHz。 中波调幅广播电台每个已调信号占有的频带宽度9KHz。一路电视信号占有的的频带是8MHz。n 是否采用信道复用方式 频分复用（ FDM ）信道可用频带被分割若干互不交迭 的频段，每路信号占据其中一个频段。 时分复用（ TDM）各路基带信号周期性地轮流使用信道。 码分复用（ CDM ）用一组正交的脉冲序列携带不同信号。通信系统的基本特性（续)第15页/共38页信号失真度指的是接收设备输出信号不同(失真）于发送端基带信号的程度。失真主要原因：n 信道特性不理想。 （四）、抗干扰能力

8、 信号通过信道时，总要混入各种形式的干扰和噪声， 使接收机输出信号的质量下降。提高抗干扰能力措施：n选择合适的通信体制（例如FM优于AM）n 选用高质量的调制和解调电路。 对信号进行处理的电路（发送与接收设备）特性不理想。通信系统的基本特性（续)第16页/共38页1、衰减特性 信道的衰减特性是指信号经信道传输时，信号能量被 衰减的程度。2、工作频率范围 不同的信道具有不同的工作频率范围。3、频率特性 指在信道的工作频率范围内，当不同频率的信号通过时， 由信道引起的幅度衰减和附加相移是不同的。4、时变与时不变特性 在某些信道中，信道的传输特性是随时间变化的。 例如：无线信道。5、干扰特性 有线信

9、道，无线信道两类，主要特性为：第17页/共38页返回第18页/共38页n 电信号在无线信道中的传播方式 第一种直射传播（超短波和微波）电波从发射天线甲发出，沿直线传播到接收天线乙。当收、发天线的高度各为50m时，直射传播距离为50km。主要应用于卫星通信、中继通信、移动通信、调频和电视广播以及雷达、导航系统 。 电波的直射传播第19页/共38页第二种传播方式是绕射（中、长波）电波沿着地球的弯曲表面传播 。中波波段主要用于中、短距离的无线电广播。 长波通信系统多用于导航和播送标准时间信号 。第三种传播方式是利用电离层的折射和反射 （短波 ）实现信号的远距离传输 如短波 通信 常用于国际无线电广播

10、，远距离无线电话与电报通信以及中、近距离小型移动电台等 。电波的绕射电离层的反射第20页/共38页n 移动通信中信道的特殊问题移动通信中信道的特殊问题n 选择性衰落（频域）和延时扩展（时域） 在城市环境中，树林和建筑物等会对电磁波产生反射和散射，从而使到达接收点的信号，除直射波外还有多个反射波和散射波多径。选择性衰落：在频带内不同频率分量的传输衰减不同。原因：直、反射波沿不同路径到达接收机产生的相移不同。有的频率点信号增强，有的频率点信号相互抵消。 延时扩展:反射波使接收点信号有多个延时不同的信号,接收信号在直射波信号后还要延时一段。n 多卜勒频移 在高速移动情况下接收，收到的电波将发生频率变

11、化，多卜勒频移。它与移动速度成正比，与波长成反比。 如何克服移动无线通信的多径问题，是 当前 移动通信中重要研究课题之一。 第21页/共38页n 基带信号与基带信号传输 信号频带：在通信系统中被传输的信号，一般情况下都不是单一频率的信号，而是频带信号，即由在一定频率范围内的许多频率分量组成。而它所占有频率范围的大小，则称为这个信号所占有的频带宽度。 举例：对电话来说，它强调可懂度，而不要求音色等。 国际规定电话信号的频带是3003400Hz。又如，我国采用的电视图象信号的频带是06MHz等。 定义：称这种直接表示原始信息的电信号为基带信号。 直接传送基带信号称为基带信号传输。例如电话电缆可传输

12、电话基带信号。视频电缆可传输电视基带信号。第22页/共38页 当所使用信道的频率特性不适于基带信号传输时，可以利用调制技术将基带信号的频谱搬移到信道的工作频率范围内某一频率（载波）附近。例如：为了实现中波广播可以利用调幅技术将声音基带信号搬移到中波波段（5351605KHz）某一频率附近。这种传送基带信号的方法称为载波信号传输。调制（模拟）一般有调幅、调频、调相。举例：调幅信号ttfAtfAM00cos)()( 设调制信号是单频正弦信号：tVtfmcos)(ttmAttVAtfAmAM0000cos)cos1 (coscos)(这是标准调幅波 SAM。 是调幅度。Am第23页/共38页标准调幅

13、信号波形示意图第24页/共38页标准调幅信号频谱示意图基带载波已调波第25页/共38页n 多路复用信号传输 由于一个实际信道可用的通频带往往比一路基带信号所占有的频带宽得多，为了充分利用信道，需要将多路基带信号合成群路信号在信道中传输。在接收端再将群路信号分解为各基带信号。根据复用方式不同，可分为频分复用、时分复用和码分复用等。(FDM, TDM, CDM) 把载波抑制掉，是抑制载波调幅波 SCAM。tVtAtfmSCAMcoscos)(00 设调制信号是方波信号（01v），则是幅度键控调幅波 ASK。第26页/共38页缓冲级倍频器放大级调制器高频功放振荡器低频功放低频放大调幅发射机原理方框图

14、波形2波形1波形3基带第27页/共38页超外差接收机方框图超外差接收机方框图高频放大混频器中频放大解调器低频放大输入回路自动增益控制本地振荡器波形4波形6波形5波形7第28页/共38页n 发送与接收设备主要任务是对基带信号进行处理，使之适宜于所采用信道的传输特性。一般，发射机端有调制，接收机端有解调。设备中，产生频率变换的电路有谐振功率放大器、倍频器、振荡器、及各种调制、解调器等。n 接收机要有足够高的灵敏度（接收弱信号的能力）和高的选择性（选出有用信号滤除无用信号的能力）l 超外差接收原理：将接收到的信号与本振混频变成固定的中频已调信号，进行中频放大，再解调。优点：容易得到足够大而且比较稳定

15、的增益；具有较高的选择性和较好的频率特性；缺点 ：电路比较复杂；镜象频率干扰 零中频接收机：将有用信号直接变换到基带 ，中频为零n 自动增益控制作用（AGC）：接收弱信号和强信号的时候，接收机能得到幅度相差不多的信号。 第29页/共38页n 在通信设备中，属于线性系统的电路有线性放大器、滤波器、均衡器、相加（减）器、微分（积分）电路以及工作于线性状态下的反馈控制电路等。n 理想线性系统的幅度频率特性为常数:相位频率特性为线性函数AHjH)()(n 若线性系统的特性不是理想的，则会产生信号的波形失真，但不会产生新的频率分量，这种失真称为线性失真。K)(u信号通过线性系统第30页/共38页u信号通

16、过非线性系统信号通过非线性系统n 在通信电路中，属于非线性系统的电路有谐振功率放大器、倍频器、振荡器、及各种调制、解调器等。电路种类与形式很多，应用很广泛。n研究信号通过非线性系统的问题在通信电路原理分析中是很重要的。n 信号通过非线性系统后，最主要的特点是将产生新的频率分量。 例:设非线性输出输入特性关系是设：)()()(2210tvatvaatviiotVtVtvmmi2211coscos)()(tvo 基波分量和谐波分量：21,212 ,2,组合频率分量：21 则 中有：直流分量；第31页/共38页u干扰干扰n 信号在传输过程中，不可避免地会受到各种无用信号的干扰，这些干扰是限制通信系统

17、性能的主要因素。n 热噪声：自由电子的无规则热运动与晶格碰撞，产生热噪声。存在于所有的电子器件和传输信道中。n 电路工作时产生的干扰：我们利用器件的非线性，产生需要的频率分量，但是同时也会产生不需要的频率分量，若滤除不干净就会形成干扰。第32页/共38页抽样数据模拟信号对每一线段高度编码为一定长度的数字串(01010101)数字信号模拟电路：输入输出皆是模拟信号处理的也是模拟信号。电路特性可用代数方程或微分方程表示，求解用拉氏换。抽样数据电路：输入输出皆是离散的时间序列信号。电路特性可用差分方程表示，求解用Z变换。数字电路：数字电路处理的是数字信号。模拟信号经时钟信号抽样，得抽样信号。 抽样信号经量化，编码就得数字信号。第33页/共38页抽样数据电路