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文档简介
Unit1Electronics:AnalogandDigitalAswithseriesresonance,thegreatertheresistanceinthecircuitthelowertheQand,accordingly,theflatterandbroadertheresonancecurveofeitherlinecurrentorcircuitimpedance.对于串联谐振,电路中的电阻愈大 Q值就愈低,相应地线路电流或电路阻抗的谐振曲线也就愈平、愈宽。Awirecarryingacurrentlooksexactlythesameandweighsexactlythesameasitdoeswhenitisnotcarryingacurrent.一根带电的导线其外表与重量都与不带电导线完全一样。Clickmouseonthewaveformanddragittochangethepulserepetitionrate,ordirectlyenteranewvalueoftheperiodintheprovideddialoguebox,whilekeepingthepulsewidthunchanged.在波形上点击鼠标并拖动来改变脉冲重复频率,或者在提供的对话框中直接输入新的周期值, 而保持脉冲宽度不变。Electronicsisthescienceandthetechnologyofthepassageofchargedparticlesinagas,inavacuum,orinasemiconductor.Pleasenotethatparticlemotionconfinedwithinametalonlyisnotconsideredelectronics.电子学是一门有关带电粒子在气体、真空或半导体中运动的科学技术。注意,在本书中粒子运动仅限于金属的情况不属于电子学。Hardwaretechnologieshaveplayedvitalrolesinourabilitytouseelectronicpropertiestoprocessinformation,butsoftwareanddataprocessingaspectshavenotdevelopedatthesamespeed.硬件技术在我们使用电子特性来处理信息的能力中一直起着重要作用,而软件及数字处理方面却没能与硬件同步发展。However,inaproperlydesignedDCamplifiertheeffectoftransistorparametervariation,otherthanIco,maybepracticallyeliminatediftheoperationpointofeachstageisadjustedsothatitremainsinthelinearoperationrangeofthetransistorastemperaturevaries.然而在设计得当的直流放大器中,若调节每一级的工作点使之在温度变化时保持在晶体管线性区,就能在实际上消除Ico以外的晶体管参数变化所造成的影响。Unit2IntegratedCircuitsIfanalogsignalsaretobetransmitteddigitally,theyfirsthavetobesampledataspecifiedrateandfurtherconvertedtodiscreteamplitudesamplesbyquantization.如果要以数字方式传输模拟信号, 首先必须以一定的频率对信号进行采样, 然后通过量化进一步将它们转换为离散的幅度样本。Linearfiltersamplifyorattenuateselectedspatialfrequencies,canachievesucheffectsassmoothingandsharpening,andusuallyformthebasisofre-samplingandboundarydetectionalgorithms.线性滤波器放大或衰减选择的空间频率, 能够实现像平滑和锐化这些效果,通常是重采样和边缘检测算法的基础。Stabilityandrepeatabilityarefundamentalattributesofdigitalcircuits,however,andthenecessaryaccuracycanbeobtainedinadigitalversionofthemodulatorbyanappropriatechoiceofwordlengthtorepresentthesignals.稳定性和可重复性是数字电路的基本性质, 不过在数字式调制器中必要的精度可通过适当地选择代表信号的字长而获得。Thefirstobservationismadeonthefundamentalrelationshipbetweenthenatureofsystemandtheperiodicityofitsfrequencyresponse:acontinuoussystemhasanaperiodicfrequencyresponse,whileadiscretesystemhasaperiodicfrequencyresponse.从系统性质和它频率响应的周期性之间的基本关系中首先可以看到: 连续系统有非周期性的频率响应, 而离散系统有周期性的频率响应。Themainfunctionofthereceiveristoextracttheinputmessagesignalfromthedegradedversionofthetransmittedsignalcomingfromthechannel.接收器的主要功能是从由信道传输来的退化了的信号中提取出输入消息。Unit3EMFields,AntennaandMicrowavesAverycommonlyusedmethodofmicrowavemeasurementsisbasedonthestudyofastandingwavepatternformedalongthelinebecauseoftheinterferenceofincidentandreflectedwaves.一个很常用的微波测量方法是基于对驻波图形的研究,这种驻波是由入射波和反射波之间的干涉而沿着传输线形成
的。Computationsshowareductionof6dBintheEMfieldintensitywiththedistancedoubled,andanincreaseof3dBintheintensitywiththetransmittedpowerdoubled.Thisresultprovidesverificationtothealgorithmused.计算表明,当距离增大一倍时,电磁场强度减小 6分贝;而发射功率增大一倍时,场强则增加 3分贝。这一结果验证了所用算法的正确性。Liketransferofheatbyconduction,convectionandradiation,microwaveheatingcanbeconsideredasanothermodeofheattransfer,inwhichheatisproduceddirectlyatthelocationofthedielectriclosses.就像通过传导、对流、辐射来传递热量一样,微波加热可以看作热传递的另一种方式,即热量直接产生于发生介电4.损耗的地方。4.Operationoftheradarisbasedonthemeasurementofthetimeittakesforapulsetransmittedfromanantennatogetreflectedbytheobjecttobedetectedandtoreturnattheantennaandthereceiver.雷达的工作是基于对天线发出的脉冲被所要探测的目标反射,(然后)回到天线和接收机所需时间的测量。OthermotivationsforusingCADincircuitdesignincludesthewishtoacquireconfidenceinadesignthatwasaccomplishedbyothermeans,and,notleastinimportance,asenseofcuriosityorperhapsadesiretodiscovertheunexpected.在电路设计中使用 CAD的其它动机包括: 想要验证用别的方法设计出来的电路;满足好奇心或者可能是想发现预想不到的现象。后一个动机并非是最不重要的。 (取得信心,并非最不重要,意料之外的事)Thespacingbetweentherepeatingamplifiersisafunctionofthecableattenuationandthesystembandwidthsothatthegainprovidedbytheseamplifierscompensatesforthelossintroducedbythecable.中继放大器之间的间距是电缆衰减和系统带宽的函数,以便这些放大器提供的增益补偿电缆引起的损耗。Whenthecut-offfrequencyisnolessthanthemaximalfrequencyoftheoriginalsignal,norisitgreaterthanthedifferencebetweenthesamplingfrequencyandthemaximalfrequency,theoriginalsignalmaybecompletelyrebuilt.当截止频率不小于原始信号的最高频率,也不大于采样频率和最高频率之差,原始信号可以完整地重建。WhilethepoliticsofthelastonehundredyearscenteredaroundIndustrialAgetechnology,thepoliticsofthefuturewillbebasedonInformationAgeconcernsorientedtowardsthestorage,protectionandexchangeofinformation.尽管近百年来的政治活动是以工业时代的技术为中心的, 未来的政治活动将基于信息时代的事物, 面向信息的存储、 保护和交换。Unit4CommunicationandInformationTheoryCommunicationmaybebroadlydefinedasthetransferofinformationfromonepointtoanother.Whentheinformationistobeconveyedoveranydistanceacommunicationsystemisusuallyrequired.Withinacommunicationsystemtheinformationtransferisfrequentlyachievedbysuperimposingormodulatingtheinformationontoanelectromagneticwavewhichactsasacarrierfortheinformationsignal.Thismodulatedcarrieristhentransmittedtotherequireddestinationwhereitisreceivedandtheoriginalinformationsignalisobtainedbydemodulation.Sophisticatedtechniqueshavebeendevelopedforthisprocessbyusingelectromagneticcarrierwavesoperatingatradiofrequenciesaswellasmicrowaveandmillimeterwavefrequencies.However,communicationmayalsobeachievedbyusinganelectromagneticcarrierthatisselectedfromtheopticalrangeoffrequencies.通信可以广义地定义为从一处到另一处的信息传递。 当要将信息传输到任何距离以外时就需要有一个通信系统。 在通信系统内部, 信息的传输经常通过将信息叠加或调制到作为信号载体的电磁波上来实现。 经调制的载波然后被传送到要求的目的地,在那里被接收,原始信号通过解调被恢复出来。为了实现这一过程, 已经利用工作在射频、 微波以及毫米波频率上的电磁载波开发了复杂的技术。 不过通信也可以用光波频段上的电磁载波来实现。Electroniccommunicationsisthetransferandmovementofdatabetweenlocationsthroughtheuseofcomputers.Anelectroniccommunicationsystemincludestheequipmentneededtosupportthemovementofinformation,thecommunicationlinesandmediatocarrytheinformation,thecomputersoftwareandprogramstocontroltheflowofinformation,thepersonneltoplan,implement,andoperatecommunications,andthemanagementofalltheseresources.Electroniccommunicationsestablisheslinksbetweenpeopleaswellascomputers.电子通信就是通过使用计算机在不同的地点之间传输数据。一个电子通信系统包括: 支持信息流动所需要的设备, 承载信息的通信线路和媒介,控制信息流的计算机软件和程序,计划、实施、操作通信系统的人员, 以及对所有这些资源的管理。电子通信建立起人和人、 计算机和计算机之间的联系。Firstgenerationcommunicationssystemscanbecharacterizedbytheuseofanalogtransmissiontechniques,andtheuseofsimplemultiplexaccesstechniquessuchasfrequencydivisionmultipleaccess(FDMA).Theysufferedfromalowusercapacity,andsecurityproblemsduetothesimpleradiointerfaceused.Secondgenerationsystemswereintroducedintheearly1990 ’s,andallusedigitaltechnology.Thisprodvideanincreaseintheusercapacityofaroundthreetimes,achievedbycompressingthevoicewaveformsbeforetransmission.Thirdgenerationsystemsareanextensiononthecomplexityofsecond-generationsystemsandaretobeintroducedaftertheyear2000.Thesystemcapacitywillbeincreasedtoovertentimesoriginalfirstgenerationsystems,achievedbyusingcomplexmultiplexaccesstechniquessuchascodedivisionmultiplexaccess(CDMA),oranextensionofTDMA,andbyimprovingflexibilityofservicesavailable.第一代通信系统以模拟传输技术和简单复用技术如频分复用为特征。 这些系统用户容量低, 而且因为使用简单的无线电接口而存在安全问题。 第二代通信系统于 20世纪90年代初开始引入, 全部使用数字技术。 通过在传输前将话音波形
压缩使得用户容量提高了三倍。 第三代通信系统是对第二代系统在复杂性方面的扩展,预计于 2000年以后启用。通过使用复杂的复用技术如 CDMA或TDMA的扩展,并提高服务的灵活性使得系统容量比原来的第一代系统提高 10倍。Foreachcombinationofcommunication(modulation/detection)type,channelfadingmodel,anddiversitytype,theaveragebiterrorrate(BER)and/orsymbolerrorrate(SER)ofthesystemisobtainedandrepresentedbyanexpressioninaformthatcanreadilybeevaluated.Allcasesconsideredcorrespondtorealpracticalchannels,andinmanyinstancestheBERandSERexpressionsobtainedcanbeevaluatednumericallyonahand-heldcalculator.对于通信(调制 /检测)类型、信道衰落模型、分集类型的每一种组合, 得到系统的平均误码率 (BER)和符号错误率(SER),并以容易求值的形式表示。所有考虑的相应于实际信道的情况, 以及许多情况下得到的 BER和SER表达式均可用手持计算器来计算。Modulationisthesystematicvariationofsomeattributeofacarrierwaveformsuchastheamplitude,phase,orfrequencyinaccordancewithafunctionofthemessagesignal.Itisusedincommunicationsystemsformatchingsignalcharacteristicstochannelcharacteristics,forreducingnoiseandinterference,forsimultaneouslytransmittingseveralsignalsoverasinglechannel,andforovercomingsomeequipmentlimitations.Aconsiderableportionofthisbookisdevotedtothestudyofhowmodulationschemesaredeignedtoachievetheabovetasks.Thesuccessofacommunicationsystemdependstoalargeextentonthemodulation.调制是载波波形的某些属性,消息信号的函数有规则的变化。调制是载波波形的某些属性,消息信号的函数有规则的变化。它用于通信系统以使信号特性匹配信道特性, 减少噪声和干扰, 在单个信道上同时传输多个信号, 并克服某些设备的限制。 本书相当大部分内容是研究如何设计调制方案以实现上述任务。 一个通信系统的成功很大程度上依赖于调制。Unit6MobileCommunicationsCommunicationisthetransmissionofinformationfromonepointtoanother.Thistransmissionrequirestheabilitytovarysignalswithtimeinamannerwhichisunpredictabletothereceiver.通信就是信息从一点传送到另一点。 这种传送要求信号随时间发生的变化不能在接收端预测。Itistrueofanycommunicationsystemthattheshapeandamplitudeofthetransmittedsignalwillbecontinuouslydegradedbytheintroductionofnoise,andtheattenuationalongthetransmissionpath.传输的信号会不断地被噪声的引入和线路上的衰减所损伤,对任何通信系统都是如此。Sincetheverybeginning,communicationssystemshaveconsistedofthreemajorparts,namely,theequipment,themedium,andtheprotocol.Itisstillthecasetoday.However,thecloselinkoftelecommunicationswiththecomputertechnologyhasbroughtabouttremendouschangesincommunications,fromtheconcepts,tothecontentsandthemethods.从一开始通信系统就由设备、 媒介和协议三个要素组成。 至今依然如此。 然而电信与计算机技术的紧密联系使得通信从概念到内容和手段都发生了重大的变化。Theavailabilityofsuchalargecollectionofsystemperformancecurvesinasinglecompilationallowstheresearcherorsystemdesignertoperformtrade-offstudiesamongthevariouscommunicationtype/fadingchannel/diversitycombinationssoastodeterminetheoptimumchoiceinthefaceofhisorheravailableconstraints.在一本书中提供如此大量的系统性能曲线, 使研究者或系统设计者能在各种通信类型、 衰落信道、 分集组合之间进行比较研究,从而在他或她所面临的限制之下做出最佳的选择。Thechannelprovidestheelectricalconnectionbetweentheinformationsourceandtheuser.Thechannelcanhavemanydifferentformssuchasamicrowaveradiolinkoverfreespace,apairofwires,oranopticalfiber.信道提供信息源和用户之间的电路联接。 信道可以有许多不同的形式,比如自由空间里的微波联接,一对电线,或者一根光纤。Thedegradationofthetransmittedsignalisaresultofsignaldistortionduetoimperfectresponseofthechannelandduetoundesirableelectricalsignals(noise)andinterference.Noiseandsignaldistortionaretwobasicproblemsofelectricalcommunication.传输信号的退化是信号失真的结果, 而这种失真又是由信道的非理想响应及不想要的电信号(噪声)和干扰引起的。噪声和信号畸变是电子通信的两个基本问题。Unit8OpticalCommunicationsEarlyinthetwentiethcentury,itwasfoundthatlightcouldcauseatomstoemitelectronsandthat,whenlightreleasedanelectronfromanatom,theenergypossessedbytheelectronverygreatlyexceededthatwhichtheatomcould,accordingtotheelectromagneticwavetheory,havereceived.在二十世纪早期, 人们发现光能够使原子放出电子, 而且当光从原子中释放一个电子时,电子所包含的能量大大超过由电磁波理论得到的原子所接收的能量。Pulsebroadeningdeterminestheminimumseparationbetweenadjacentpulses,whichinturndeterminesthemaximuminformation-carryingcapacityoftheopticalfiber.脉冲的展宽决定了相邻脉冲之间的最小间隔, 这一间隔进而又决定了光纤的最大信息容量。Ifoneweretotransmitsuchinformationwithoutimpressingitonanopticalcarrierbutinsteadonaradiofrequency(RF)carrierabithigherthanthemaximumrate,thetransmissionwavelengthoftheRFcarrierwouldbecentimetersorlarger.如果传输这样的信息不是将它加载到光纤上, 而是加载在略高于最大速率的射频载波上,则此射频载波就会是厘米波或是波长更长一些的波。Thesmallnessoftheopticalwavelength,therefore,allowsfortheminiaturizationoftransmitandreceivemodules,whichshouldallowconsiderablereductioninsize,weight,andcostofopticalcommunicationsystemswithrespecttomicrowave/radiowavecounterparts.光波波长之小使发射和接收模块得以小型化, 这就使光通信系统的尺寸、 重量以至价格与相应的微波、无线电波通信系统相比都大为降低。Althoughalltheadvantagesofcoherentopticalcommunicationsystemshaveyettobebroughttofruition,anotherpropertyofopticalradiationhasmadetoday’ospticalcommunicationsystemsnotdesirableforapplications.虽然相干光通信系统的所有优点还有待于落实在具体成果中, 光辐射的另一性质却使目前的光通信系统不利于应用。Whencoupledwithlight’shsortwavelengthwhichallowsforminiaturesourcesanddetectorsandmicron-sizedwaveguides,directdetectionschemeshaveallowedforsmall,lightweight,highbandwidthsystemswhicharecompetitiveinmanyareas,mostnotablytothepresenttelecommunicationstransmission,althoughamyriadofotherapplicationsarecontinuallyopeningup.光的波长很小, 可以使用小型的光源和检测器以及微米级的波导, 于是用直接检测方案可实现在许多领域具有竞争力的小巧的宽带系统, 这些领域中特别引人注目的是当前电信传输中的应用,尽管无数其他应用也在不断涌现出来。Asmentionedpreviously,theseapplicationshavetendedtoopenupmoreslowlythanoriginallypredicted,ascostwasreallynotmuchofaconsiderationintelecommunications,whereequipmentcostsareswampedbyotherconsiderations.如前所述, (线路)成本并非电信系统中真正重要的考虑因素,通信设备的成本主要受到其他因素的制约,因此这些应用比预料的出现得慢。Aswavelengthsdecreasetoapproachthesizeofcircuitcomponents,circuitelementsarenolongerlumpedassuch,andleadscanactasreflectivecomponentsand/orantennasandlumpedelementsaselectromagneticresonators.随着波长减小到接近于电路元件的尺寸, 电路单元就不再是集总的, 导线可起到反射元件以及(或)天线的作用,集总单元则成为电磁谐振器。Unit17ComputersandNetworksForthefirsttimeeverthelandscapeischanging,ashighvolumepersonalcomputermultimediaapplicationsproliferate.Firstaffectedweremonitors,whichforsometimehaveofferedhigher-than-broadcastspeedandresolution.Onecanexpectcamerastofollow,withhigh-speed,high-resolutiondevicesdrivenbyconsumerdigitalstillcameratechnologyandlower-resolution,ultralowcostunitsdrivenbyentertainment,internetconferencing,andperceptualuserinterfaceapplications.随着大量个人计算机多媒体应用的急剧增加, 情况首次发生了变化。最早受到影响的是显示器, 相当长时间以来它已经能够提供比广播级更高的速度和分辨率。 人们可期待照相机/摄像机也随之跟上,包括由民用数字照相机所推动的高速度、高分辨率器件, 娱乐业、互联网远程会议和用户视觉
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