通电原理01_1

1、2022年6月18日通信电路原理1田亚飞田亚飞Email：办公地点：新主楼办公地点：新主楼F4172022年6月18日通信电路原理21.1 通信系统的基本概念基本概念 1.1.1 通信系统的组成与分类组成与分类 1.1.2 通信系统的基本特性基本特性 1.1.3 通信系统的信道信道 1.1.4 通信系统中的信号信号 1.1.5 通信系统中的发送与接收设备发送与接收设备 1.2 信号传输的基本问题基本问题 1.2.1 信号通过线性系统线性系统 1.2.2 信号通过非线性系统非线性系统 1.2.3 干扰干扰1.3 通信电路的基本形式基本形式2022年6月18日通信电路原理3按通信按通信调制调制方式

2、方式来来分：数字通信与模拟通信；分：数字通信与模拟通信；按按信道中传输的信道中传输的信号信号来来分：基带信号通信与分：基带信号通信与载波载波信号通信；信号通信；按按传输信道来传输信道来分：有线通信、无线通信、光通信；分：有线通信、无线通信、光通信；按信号按信号传输的方向来传输的方向来分：单工、双工、半双工。分：单工、双工、半双工。2022年6月18日通信电路原理42022年6月18日通信电路原理5局域网局域网基站基站有线有线电视网电视网广播广播网网地面站地面站电话局电话局寻呼台寻呼台同步同步卫星卫星低轨低轨卫星卫星公用公用通信网通信网电话机电话机计算机计算机电视机电视机计算机计算机电视机电视机

3、收音机收音机寻呼机寻呼机计算机计算机卫星手机卫星手机(765KM)(35860KM)手手机机(全球星全球星系统）系统）无线接无线接入点入点AP笔记本笔记本计算机计算机(WLAN)（模拟向数字转换）（模拟向数字转换）2022年6月18日通信电路原理63 cups flour1 cup grated chocola.电话通信电话通信便携电脑便携电脑带无线接口的电脑带无线接口的电脑无线头盔无线头盔儿童监护儿童监护台式电脑台式电脑卫星天线卫星天线PSTN/xDSL冰箱数据板冰箱数据板手持式控制器手持式控制器电缆电缆/电缆电缆调制解调器调制解调器声控玩具声控玩具Talking Teddy2022年6月1

4、8日通信电路原理7能量的有效利用；能量的有效利用；数字系统设计技术；数字系统设计技术；模拟集成电路（模拟集成电路（RFIC）设计技术；设计技术；半导体器件及工艺技术；半导体器件及工艺技术；智能天线；智能天线；显示器件及其控制技术；显示器件及其控制技术；数字信号处理；数字信号处理；封装；封装；电子材料。电子材料。最重要的因素：成本。最重要的因素：成本。2022年6月18日通信电路原理8模拟与射频电路模拟与射频电路ADFSMphonebookRTOSARQKeypad,DisplayControlCodersFFTFiltersAccelerators(bit level)模拟模拟数字数字DSP

5、核心核心Logic专用逻辑电路专用逻辑电路通信算法通信算法协议处理协议处理RF-Front： 本课程学习内容本课程学习内容微处理器核心微处理器核心(ARM)2022年6月18日通信电路原理9 低频 100-500 kHz 近距离及中等距离读写 价格相对便宜 读取速度慢 门禁系统、动物识别 库存控制、停车管理 中间频率 10-15 MHz 近距离及中等距离读写 价格可以做到便宜 读取速度适中 门禁系统 各种智能卡 低 性 能 、 低 成 本 的 产 品 射 频 标 签 高频 850-950 MHz 2.4-5.8 GHz 远距离读写 读取速度高 直线传播 价格相对贵 道路及铁路状况检测 高速收费

6、系统 2022年6月18日通信电路原理10 电子设备的无线互联 2.4GHz 工作频率 小于 10米的工作距离 小于 20dBm 的发射功率 可选择数据加密措施 移动电话、固定电话 个人电脑、便携电脑 个人数字助理(PDA) 调制解调器、打印机 数字相机 外设共享 中 性 能 中 成 本 产 品 个 人 无 线 局 域 网 络 采用无线方式共享资源 有线互联链路的共享 2022年6月18日通信电路原理112022年6月18日通信电路原理12传输距离是指信号从发送端传输到达接收端并能被可靠接收传输距离是指信号从发送端传输到达接收端并能被可靠接收的最大距离。的最大距离。传输距离与什么因素有关？传输

7、距离与什么因素有关？无中继的无线通信：无中继的无线通信：发送端的信号功率发送端的信号功率；信号通过信道的损耗；信号通过信道的损耗；信号通过信道时混入各种形式的干扰和噪声；信号通过信道时混入各种形式的干扰和噪声；接收机的接收灵敏度；接收机的接收灵敏度； 与通信方式有关（有无中继）。与通信方式有关（有无中继）。2022年6月18日通信电路原理13与已调信号所占有的频带宽度密切相关：与已调信号所占有的频带宽度密切相关： 国际规定电话信号的频带是国际规定电话信号的频带是3003400Hz； 中波调幅广播（中波调幅广播（535KHz1605KHz），），广播电台每个广播电台每个已已 调信号占有的频带宽度

8、是调信号占有的频带宽度是 9KHz； 调频广播（调频广播（88MHz108MHz），），最小最小频带宽度是频带宽度是 200KHz； 我国采用的电视信号的频带是我国采用的电视信号的频带是08MHz。 通信容量通信容量是指一个信道能够同时传送独立信号的路数。是指一个信道能够同时传送独立信号的路数。复用技术：频分、时分、码分、空分等复用技术：频分、时分、码分、空分等 例：例：载波电话的频分复用载波电话的频分复用FDM2022年6月18日通信电路原理14信号失真度信号失真度是指接收设备输出信号不同是指接收设备输出信号不同( (失真）于发送端基失真）于发送端基 带信号的程度带信号的程度。产生信号失真的

9、原因：产生信号失真的原因：信道特性不理想；信道特性不理想；对信号进行处理的电路（发送与接收设备）特性不理想。对信号进行处理的电路（发送与接收设备）特性不理想。2022年6月18日通信电路原理15信号通过信道时，总要混入各种形式的干扰和噪声，使接收信号通过信道时，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。机输出信号的质量下降。提高通信系统抗干扰能力的技术：提高通信系统抗干扰能力的技术：采用具有强抗干扰能力的体制；采用具有强抗干扰能力的体制；采用高质量的调制和解调电路。采用高质量的调制和解调电路。任何人在任何时候和任何地点都可以实现通信。任何人在任何时候和任何地点都可以实现通信。2

10、022年6月18日通信电路原理16一、衰减特性：一、衰减特性：信道的衰减特性是指信号经信道传输时，信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。号能量被衰减的程度。二、工作频率范围：二、工作频率范围：不同的信道具有不同的工作频率范围。不同的信道具有不同的工作频率范围。（参考表参考表1.1.1）。）。三、频率特性：三、频率特性：信道的频率特性是指在信道的工作频率范围信道的频率特性是指在信道的工作频率范围内，当不同频率的信号通过时，由信道引起幅度衰减和附加内，当不同频率的信号通过时，由信道引起幅度衰减和附加相移。它们通常是不同的。相移。它们通常是不同的。四、时变与时不变特性：四、时变

11、与时不变特性：在某些信道中，信道的传输特性是在某些信道中，信道的传输特性是随时间变化的。例如：无线信道。随时间变化的。例如：无线信道。五、干扰特性：五、干扰特性：不同的信道将受到不同的外来干扰。不同的信道将受到不同的外来干扰。2022年6月18日通信电路原理17选择性衰落（频域）和延时扩展（时域）：选择性衰落（频域）和延时扩展（时域）：多径传播：到达接收点的信号，除直射波外还有多个反多径传播：到达接收点的信号，除直射波外还有多个反射波和散射波。产生选择性衰落和延时扩展。射波和散射波。产生选择性衰落和延时扩展。选择性衰落：使用不同频率的信号将产生不同的衰减特选择性衰落：使用不同频率的信号将产生不

12、同的衰减特性，故产生失真。性，故产生失真。延时扩展：延时扩展对高速数据传输影响很大，产生码延时扩展：延时扩展对高速数据传输影响很大，产生码间干扰（间干扰（ISI）。）。多卜勒频移：多卜勒频移：在高速移动情况下接收，还要考虑在高速移动情况下接收，还要考虑多卜勒频多卜勒频率率的影响。的影响。在城市环境中，移动情况下的无线传输信道的传输特性是在城市环境中，移动情况下的无线传输信道的传输特性是十分恶劣的。十分恶劣的。2022年6月18日通信电路原理18基带信号：基带信号：信号频带：信号频带：在通信系统中被传输的信号，一般情况下都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，而是含有一定频率

13、范围内的各频不是单一频率的信号，而是含有一定频率范围内的各频率分量。而它所占有频率范围的大小，则称为这个信号率分量。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。所占有的频带宽度。举例：举例：对电话来说，它强调可懂度，而不要求音色等。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国际规定电话信号的频带是3003400Hz；我国采用的我国采用的电视信号的频带是电视信号的频带是08MHz等。等。定义：定义：称这种直接表示原始信息的电信号为基带信号。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直接传送基带信号称为基带信号传输。电话电缆可

14、传输电话基带信号。视频电缆可传输电视基电话电缆可传输电话基带信号。视频电缆可传输电视基带信号。带信号。2022年6月18日通信电路原理19载波载波信号：信号：调制技术：调制技术：当所使用信道的频率特性不适于基带信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；移到信道的工作频率范围内；举例：举例：为了实现中波广播可以利用为了实现中波广播可以利用调幅技术调幅技术将声音将声音基带信号搬移到中波波段的某一频率附近基带信号搬移到中波波段的某一频率附近。这种传送基带信号的方法称为载波信号传输。这种传送基带

15、信号的方法称为载波信号传输。2022年6月18日通信电路原理20举例：调幅波举例：调幅波 ： ttfAtVAM00cos)()(设调制信号是单频正弦信号：设调制信号是单频正弦信号：tVtfmcos)(则得到则得到标准标准调幅调幅波波 SAM。mA 是是调幅度。调幅度。ttmAttVAtVAmAM0000cos)cos1 (coscos)(把载波抑制掉，可得到抑制载波把载波抑制掉，可得到抑制载波调幅调幅波波 SCAM：tVtAtVmSCAMcoscos)(00设调制信号是方波信号（设调制信号是方波信号（-1v 1v），），则是则是幅度键控调幅幅度键控调幅波波 ASK。2022年6月18日通信电路

16、原理21单频正弦调制信号调制高频载波信号单频正弦调制信号调制高频载波信号产生产生SAM已已调调信号：信号：2022年6月18日通信电路原理22缓冲级缓冲级倍频器倍频器放大级放大级调制器调制器高频高频功放功放振荡器振荡器低频低频功放功放低频低频放大放大调幅调幅发射机方框发射机方框原理原理图图波形波形2波形波形1波形波形32022年6月18日通信电路原理23高频高频放大放大混频器混频器中频中频放大放大解调器解调器低频低频放大放大输入输入回路回路自动自动增益增益控制控制本地本地振荡器振荡器波形波形4波形波形6波形波形5波形波形7超外差接收机原理：超外差接收机原理：接收到的不同载频的微弱高频已调信接收

17、到的不同载频的微弱高频已调信号变成号变成统一的中频统一的中频已调信号，再进行中频放大，高增益高已调信号，再进行中频放大，高增益高稳定的中频放大器容易实现。中波调幅广播中频是稳定的中频放大器容易实现。中波调幅广播中频是 465KHz。电视图象信号的中频是电视图象信号的中频是 38MHz。2022年6月18日通信电路原理24由于是采用无线传输，所以在发射机端有调制过程，在接由于是采用无线传输，所以在发射机端有调制过程，在接收机端有解调制过程。收机端有解调制过程。发送与接收设备中，产生频率变换的电路有谐振功率放大发送与接收设备中，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

18、等。器、倍频器、振荡器、及各种调制、解调器等。接收机要有足够高的灵敏度（接收弱信号的能力）和足够接收机要有足够高的灵敏度（接收弱信号的能力）和足够高的选择性（区分不同已调信号的能力）。高的选择性（区分不同已调信号的能力）。自动增益控制自动增益控制原理（原理（AGC）：）：接收弱信号和强信号的时候，接收弱信号和强信号的时候，接收机能得到相差不多的信号。接收机能得到相差不多的信号。2022年6月18日通信电路原理25 超外差接收机超外差接收机的的优点优点：容易得到足够大而且比较稳定的：容易得到足够大而且比较稳定的放大量；具有较高的选择性和较好的频率特性；易于调整放大量；具有较高的选择性和较好的频率

19、特性；易于调整。缺点缺点：电路比较复杂；除了有用信号外，还存在位于镜：电路比较复杂；除了有用信号外，还存在位于镜象频率处的无用信号的干扰象频率处的无用信号的干扰。（有有一次变频一次变频和和二次变频二次变频方案）方案）零中频接收机零中频接收机原理：原理：将有用信号直接变换到基带，即选将有用信号直接变换到基带，即选择中频频率为零择中频频率为零（直接下直接下变频变频方案）方案）。采用正交解调技采用正交解调技术。术。优点优点：没有镜象频率干扰；电路便于集成。：没有镜象频率干扰；电路便于集成。缺点缺点：有用：有用信号和本机振荡信号之间的信号和本机振荡信号之间的耦合耦合（泄漏（泄漏）。2022年6月18日

20、通信电路原理26在通信设备中，属于线性系统的电路有线性放大器、滤波在通信设备中，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。线性状态下的反馈控制电路等。理想线性系统的幅度频率特性理想线性系统的幅度频率特性：AHjH)()(相位频率特性为线性函数相位频率特性为线性函数 例如：例如：4K若线性系统的特性不是理想的，则会产生信号的波形失真，若线性系统的特性不是理想的，则会产生信号的波形失真，但但不会产生新的频率分量不会产生新的频率分量，这种失真称为，这种失真称为线性失真线性失真

21、。2022年6月18日通信电路原理27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。频器、振荡器、及各种调制、解调器等。因此，研究信号通过非线性系统的问题在通信电路原理分析中因此，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。是很重要的。信号通过非线性系统后，最主要的特点是将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产生新的频率分量例：设非线性输出输入特性例：设非线性输出输入特性和和输入信号分别是：输入信号分别是：)()()(2210tvatvaatviiotVtVtvm

22、mi2211coscos)(则则输输出出信号有：直流分量；基波分量和谐波分量；组合频信号有：直流分量；基波分量和谐波分量；组合频率分量。率分量。21,212 ,2,212022年6月18日通信电路原理28n信号在传输过程中，不可避免地会受到各种无用信号的干信号在传输过程中，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性能的主要因素。扰，这些干扰是限制通信系统性能的主要因素。热噪声：自由电子的无规则热运动与晶格碰撞热噪声：自由电子的无规则热运动与晶格碰撞，产生热噪产生热噪声。存在于所有的电子器件和传输信道中。声。存在于所有的电子器件和传输信道中。电路工作时产生的干扰：我们利用器件的非线性，产生需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。除不干净就会形成干扰。2022年6月18日通信电路原理2