通信电路原理概述

通信电路原理主讲教师：尤明厚办公室：综合404、502●什么是通信?绪论通信：即互通信息不失真地将信息(消息)从一方传送到另一方。电子学源于无线电通信电子学是通信工程师在改进无线电收发装置时，逐步产生和发展起来的。

1904年,马可尼公司的顾问弗莱明在改进检波器的工作中，发明真空二极管，从此进入无线电电子学时代。1907年,美国的福雷斯特发明电子三极管，这是电子技术发展的第一个里程碑。通信是电子学应用最广泛的领域之一●电子类专业为什么要学习通信?通信是现代信息社会的神经，无处不在图1.1现代通信网示意图局域网基站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）通信行业是电子类学生的就业大户通信是国家十二五规划信息技术发展重点中国十二五规划中指出新一代信息技术发展的重点有：新一代移动通信、物联网、下一代互联网等。这为电子通信类人才提供大量就业机会和新的机遇。

所以，通信对电子信息类学生非常重要。电磁场与电磁波理论（物理理论基础）无线通信技术的基石：电子学、计算机技术（器件、物质基础，软硬件基础）信息论、网络理论等相关学科（系统设计基础）无线电经历了从电子管到晶体管，再到集成电路，从短波到超短波，再到微波，从固定使用到移动使用等各个发展阶段，无线电技术已成为现代信息社会的重要标志。本课程的任务与性质●《通信电路原理》是《模拟电路》的后续课，是模拟电路的深入和扩展，是电子信息与通信工程专业的专业基础课。●介绍通信系统的前端电路：将基带信号变换到适于信道传输的射频(高频)信号及其反变换过程所需主要功能电路的工作原理、分析方法和典型电路。●又称通信电子电路、高频电路、非线性电路等。具有非线性和分析的近似性等特点。本课程的后续课程：●射频集成电路●射频、微波电路●通信系统原理(必修课，侧重数字通信，信号层面、系统层面)●移动通信(4G、3G)本课程学习指南《射频通信电路》，第二版，陈邦媛编，科学出版社，2006《高频电子线路》，第五版，张肃文等编，高等教育出版社，2009年《电子线路，非线性部分》，第四版，谢嘉奎等编，高等教育出版社，1998年《通信电路原理》，第二版，董在望等编，高等教育出版社，2002年《高频电子线路》，曾兴雯等编，高等教育出版社，2004年《无线电收音机及无线电路的设计与制作》，铃木宪次著，科学出版社，2006

《通信电路实验与系统设计》，陈雅琴等，清华大学出版社，20111．认真听课;2．及时复习;3．习题;4.多实践，不断积累经验；4.经常复习先修课程参考书：《高频电路设计与制作》，鲍景富等，电子科技大学出版社《高频电路设计与制作》，市川裕一，科学出版社《无线数字收发电路设计——电路原理与应用实例》，黄智伟，电子工业出版社，2004《现代无线通信电路设计与实现》，范博等，机械工业出版社，2009《射频通信电路设计》，刘长军等，科学出版社，2005TheDesignofCMOSRadio-FrequencyIntegratedCircuits,ThomasLee,CambridgeUniversityPress,1998.（2004,2ndEdition），有中译本Completewirelessdesign，CotterW.Sayre,第二版RFcircuitdesign:theoryandapplications,ReinholdLudwig《射频电路设计》，J.Carr,电子工业出版社，第三版，2001各章内容：第一章通信系统与信号 第二章高频电路的主要元件(自学)

第三章选频回路与阻抗变换 第四章高频小信号放大器 第五章放大电路的噪声（选学） 第六章非线性电路分析方法 第八章正弦波振荡器 第九章

振幅调制与解调 第十章角度调制与解调 第十二章反馈控制电路第十一章混频 第七章高频功率放大器

§1-1通信系统一、概念通信：即互通信息不失真地将信息(消息)从一方传送到另一方。第一章通信系统与信号通信系统：用电信号（或光信号）传输消息的系统。如：移动通信、电报﹑电话﹑广播﹑电视﹑卫星通信、互联网、WLAN、WiMax、遥控﹑遥测等信道：发送设备和接收设备中间的传输媒介，即信号传输的通道。分为有线信道与无线信道●按传输基带信号的特征分：模拟通信和数字通信。

♦模拟通信系统：通信系统中传输的信号是模拟信号。♦数字通信系统：通信系统中传输的信号是数字信号。

数字通信系统的优点：抗干扰能力强且噪声不积累、容量大、便于进行现代数字信号处理﹑易于超大规模集成﹑易于加密、易于多路复用等。●按信道分：有线通信系统和无线通信系统。二、通信系统的分类

●按照信号传递方向划分：单工（单向，如广播）、半双工（如对讲机）、双工本课程主要介绍模拟无线通信系统，数字通信将在《通信系统原理》课中学习，但数字无线通信的前端也采用振荡、放大、滤波、混频、反馈控制等电路。例：现代无线通信接收系统ASIC、FPGA、三、通信系统模型输入变换器发送设备信道接收设备输出变换器干扰与噪声源信源信宿信源—信息来源。它可以是声音、图像、电码、温度、压力、光强、湿度等。输入变换器—将信息变换成电信号。当信源为非电物理量时，它是不可缺少的。发送设备—对信号进行处理，把基带信号变换成适合于信道传输特性的信号。可包括振荡、放大、调制、混频、滤波等电路。接收设备—将信道传来的信号还原成发送端的基带信号。可包括滤波、放大、振荡、混频、解调等电路。输出变换器—将接收设备输出的电信号恢复成信源提供的原始信息（如声音、图像等）。它可以是扬声器、显示器和打印设备等。干扰与噪声源—工业干扰、天电干扰、元器件产生的噪声等一切干扰与噪声的集中形式。四、通信系统中的调制与解调

2．调制的作用（1）天线的有效发射与接收（辐射效率）（2）信号的多路传输（FDM）（3）扩展信号带宽，以提高可靠性，如调频、扩频调制等。1.调制：将低频基带信号变换成适合信道传输特性的高频信号.携带信息的信号控制高频振荡的某一参数，使之按照该信号的变化规律而变化。3．实现调制与解调

理论基础：傅氏变换中的频谱搬移特性

♦调幅：调制信号控制高频振荡的振幅。对普通调幅与双边带调幅，载波振幅随调制信号线性变化。♦调频：调制信号控制高频振荡的角频率。载波瞬时角频率随调制信号线性变化。♦调相：调制信号控制高频振荡的相位。载波瞬时相位随调制信号线性变化。通信系统原理课将介绍数字调制方式调制信号控制高频振荡的三个参量之一。五、通信系统发射与接收原理框图无线电发送系统原理框图（图1-2p5）

高频振荡调制及高频功放低频功放低频放大话筒高放（倍频）无线电接收机原理框图高频放大器选台或带通滤波解调器（检波器）低频放大器扬声器功率放大器超外差式无线电接收机原理框图（图1-3p5）混频器高频放大器选台或带通滤波中频放大器（多级）解调器（检波器）音频放大器扬声器本机振荡器AGC电路六、通信系统的主要性能指标

（1）通信容量（信道容量）、频谱利用率

（2）信号失真度、误码率等（3）传输距离（4）抗干扰、抗噪声能力等与信道、频段、所采用技术、发射功率、接收灵敏度、天线、电路等有关对流层地球0~10km电离层60~400km平流层七、电磁波传播

地波、天波、视线传播地波频率：3MHz以下绕射：发生在波长～障碍物尺寸可比时通信距离：可达数百～数千km地球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。天波电离层高度：60～300km单跳最大距离：4000km多跳可以环球频率：3～30MHz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，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。频率：>30MHz可穿透电离层视线传播hr地面ddD视线或直射传播（超短波和微波）－电波沿直线传播。无线电中继图无线电中继应用于中继通信、移动通信、调频和电视广播以及雷达、导航系统等。频率：>30MHz散射通信电离层散射频率:30~60MHz对流层散射频率:100~4000MHz流星余迹散射频率:30~100MHz图1.4.6对流层散射通信地球有效散射区域蜂窝网移动交换中心电话交换中心移动通信中信道的特殊问题多径效应－选择性衰落（频域）和延时扩展（时域）频率选择性衰落：在频带内不同频率分量的传输衰减不同。

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。

多普勒频移

在高速移动情况接收，收到的电波将发生频率变化，即多普勒频移。会造成时间选择性衰落。它与移动速度成正比，与波长成反比。

功率受限频谱稀缺、频带受限干扰问题等等

§1-2通信系统中的基本信号一、电信号1.概念

表示某种信息变化的电流(电压)信号，称为电信号(信号)。

基带信号(零频附近)

已调信号(高频、中频)

另外，干扰、噪声也是信号：无用信号。

举例：国际规定电话信号的频带是300～3400Hz。我国采用的电视图像信号的频带是0～6MHz等。2.信号分类(1)确定信号：(确定的时间函数）周期信号

非周期信号(2)随机信号：(非确定的时间函数） 例如噪声

§1-3调幅信号及其频谱调幅：载波的幅度随调制信号的变化规律而变化，而载波的频率和初相位均为常数

AM--普通调幅（标准调幅）

DSB--抑制载波双边带调幅SSB--单边带调幅 VSB--残留边带调幅一、普通调幅AM1．时域表达式（波形图1-10p14）

设载波信号为调制信号为已调信号为载波振幅（或包络）随调制信号变化而变化。（1）单音调制

载波信号为调制信号为调幅系数定义：为调幅系数调幅信号最大幅值：Vmax=Vcm（1+ma）最小幅值：Vmin=Vcm（1-ma）的情况下若(过调)1-1.EXE1-2.EXEVcm单音AM信号的频谱由表达式可见，普通调幅波的频谱包含载波频率上边频下边频思考：用傅氏变换如何求？（3）频带宽度B

BW=(fc+F)-(fc-F)=2F上边频下边频（4）调幅系数二、抑制载波双边带调幅DSB调制信号为DSB：只有两个边频(带)而没有载波分量的调幅波。载波信号为已调信号为单音：和频分量差频分量双边带调幅又称为平衡调幅,其波形如图所示振幅包络(envelope)：不再直接反映基带调制信号规律！倒相由图可见，就调制信号的半个周期来看调幅波的包迹与调制信号相同，但就整个调制信号的周期看则不同。在调制信号自正值或负值通过零值变化时，高频振荡的相位突变180度。

fc－F

fc

fc＋F频带宽度:(与AM相同）

BW=(fc+Fmax)-(fc-Fmax)=2Fmax单音：DSB频谱思考：如何电路实现调幅？三、单边带调幅SSB

（通信电台常用）

为节省频带，可只传送一个携带全部信息的边带（上边带或下边带）。但调制、解调电路较复杂。

单音：下边带或上边带抑制载频方式1.滤波法

滤出DSB的上边带：vUSB=Vmcos(ωc+Ω)t滤出DSB的下边带：vLSB=Vmcos(ωc-Ω)

t2.相移法（略）SSB调制实现方法0下边带传输0上边带传输四.残留边带调制VSB发送主体是一个边带，另一个边带逐渐截止（残留一小部分）VSB滤波器特性Hv(f)VSBffc实现基带信号的恢复，要求残留边带滤波器具有互补对称特性：

常数，占据频带宽