电工学概论（第三版）课件 第10章-广播、电视、声像系统；第11章-信息通信系统

电工学概论（第三版）

电子教案第十章广播、电视、声像系统第十章广播、电视、声像系统10.1无线广播10.2电视系统10.3声像系统2/3010.1无线广播10.1.1无线广播

无线广播是由广播电台向收听者单向发送信息的系统，整个系统包括：发射部分—广播电台、发射机，接收部分——收音机。

无线广播根据波长分为中波，短波及超短波三种。其调制方式分为调幅、调频两种。调幅方式的无线电广播发射机原理3/30

工作原理：由振荡器产生高频信号，放大器和倍频器对高频信号进行放大和倍频，得到载波信号，同时将语音或音乐节目信号进行放大，然后将载波信号和调制信号一起送入振幅调制器进行调制，再由高频功放进行功率放大，最后由天线向空中发射。普通调幅收音机原理

工作原理：对收音机来说，过程正好与发射相反,其功能是将空中传播的无线信号通过解调恢复语音或音乐信号。4/3010.1.2调制与解调

由于音频信号频率低，不能直接以无线方式发射,而需将其频率改变成一定数值的高频信号才能实现无线传送。将要传送的低频信号(调制信号)变成能由传送媒介传送的高频信号的处理过程，称为调制。1.调制方式：调幅、调频、调相(常用于数字通信)(1)幅度调制（调幅）载波频率不变,幅值随调制信号变化5/30

调幅广播具有接收方便、接收机电路简单、价格便宜等优点，但由于噪声信号以及空间的电磁干扰很容易叠加在被调制波上，造成波形失真，影响收听效果，加上传送频带范围有限，所以需采用其他方式提高信号传送质量。

调幅广播在中波广播的频率范围（531～1602kHz)内，每隔9kHz为一个电台频道，共有120个频道。6/30(2)频率调制（调频）

载波幅值不变,频率随调制信号变化占用频带宽度=2(最大频率偏移+调制信号)最高频率=2(75+20)kHz=190kHz每个频道的占用带宽为

200kHz7/30

调频广播具有抗干扰性好以及音乐信号保真度高等优点，对于叠加在已调制波上的噪声与干扰信号可以用限幅方法去除，而不影响信号频率，另外已调制波有足够宽的占用带宽，因此保真度高。

由于调频广播占用频带宽，所以不能在中频广播段使用，而在超短波广播段(88～108MHz)使用。8/302.解调方式

解调就是对接收机所接收的高频信号进行处理，把语音或音乐信号从中“提炼”出来。调幅波解调9/30脉冲平均值解调调频波解调10/3010.1.3调频立体声广播

为了获得有空间立体声的声音效果，在广播系统中引入双声道立体声技术。在双声道立体声接收系统中，采用两组扬声器系统，每组扬声器系统的声音都会到达人的左、右耳，从而获得立体的效果。

立体声广播的制式是将声源的全部信号由拾音器话筒分成两路进行调制，再在收音机中进行解调重放的过程。

立体声广播有几个原则，一是有兼容性，即没有立体声功能的收音机也能收听到节目;

二是播放机及接收机的造价低廉。11/30立体声信号的形成12/30立体声信号的频谱从频谱图可见，立体声信号的频带宽度为53kHz。接收机对调频信号解调处理后得到立体声信号。

用于立体声信号的最高频率为53kHz，远远超过非立体声最高频率15kHz，所以调频立体声广播占用带宽为2(75+53)kHz=256kHz，考虑一定余量，每个频道的占用带宽取300kHz。13/3010.2电视系统10.2.1电视原理图像变成电信号的过程：由光学系统将场景摄入摄像机中的光电传感器如CCD(电荷耦合器件)，CCD根据光的强弱输出对应的电信号，从而将场景变成一连串电信号，并加入同步信号，以保证同步显示图像。14/30

为了摄下一个场景，通常采用扫描的方法从CCD获取图像信号，如上图所示，将整个场景划分为若干行扫描线，扫描一次可得到一行中像素的明暗信号。图像扫描原理15/3010.2.2电视广播信号电视广播信号图像信号：视频范围为50Hz～6MHz，采用调幅方式。伴音信号：频带宽度0.5MHz,采用调频方式。同步信号：使接收机的扫描与摄像机的扫描同步。全电视信号的频带

我国电视台每个频道所占用的频带宽度为8MHz。16/3010.2.3电视接收机黑白电视接收机框图17/3010.2.4彩色电视机

彩色电视系统中，彩色摄像机通过光学系统把场景分解成红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色的单色图像，然后用三个摄像头分别把单色图像转换成三种图像信号输出。18/30

彩色接收机接收电视信号后，分解出红、绿、蓝三色的色度信号，然后分别控制彩色显像管内的三支电子枪所发出电子束的强弱。

电子束各自射到荧光屏上与它们颜色相对应的三种荧光粉小点上，三种颜色的小点发光后合成一个彩色点，在图像扫描后显示出彩色图像。

显像管中在荧光屏前安装了开有30～50万小孔的荫罩板，使每种电子束只射到与它对应的荧光点上，挡住电子束的散射，使不对应的荧光点不发光。19/30三枪三束彩色显像管20/3010.2.5高清晰度数字电视(HDTV)

高清晰度电视是一种新的电视制式，其图像宽高比由目前的4:3提高为16:9，增大了视角，图像的扫描行数也由目前的625行增加到1000行以上，这样使图像的像素由30万增加到200万以上。

由彩色摄像机中得到的信号转换为数字信号进行处理和传送，增加其抗干扰能力和减小失真。21/3010.2.6有线电视（CATV）

有线电视即采用同轴电缆及光纤电缆传输电视信号。这样可克服无线传送信号时带来的信号被吸收和反射的问题，同时可避免无线电传送中各种干扰信号,使图像质量大为改善。

另外，由于无线电波频率资源的限制，用于传输电视信号的频道是有限的。因为有些频道是由电信、寻呼与军事部门使用，不能用于电视。但在有线电视中可以利用这些频率播发电视信号，形成增补频道。22/30

在城市和乡镇中建立区域性有线电视网络后，可以综合应用该网络实现宽带综合业务网、信息高速公路、其业务可扩展为双向有线电视、会议电视、视频点播、远程教育、医疗及图像监控等。由于网络传输媒体采用光纤，其传输容量大，传输损耗小，使得传输质量、上网速度更优于电话线。23/3010.3.1磁带录音10.3声像系统

磁带录音是一种音频信号的磁记录过程，该过程将音频信号变为磁带上的磁场强弱的信号，是一种声能—电能—磁能的转换过程。而磁带放音是其逆过程。录放音原理心24/30录音原理：录音时，由话筒或音源的声音信号输入到录音磁头，其实质是一个线圈，根据声音的强弱，改变线圈中的电流，从而磁化磁带。放音原理：放音时，也由线圈组成的磁头靠近磁道,由磁道上的剩磁变化产生线圈电流的变化，通过放大等处理，送到扬声器。25/3010.3.2摄像机

电视摄像机是在光电变换膜上生成光的图像，并将相应的成像电荷通过电信号取出装置取出。电信号的取出方法有两种，一种是将光电荷密封在电子管中,在扫描时取出，称为摄像管，用于专业摄像设备中；另一种是将图像成像在CCD器件或CMOS图像传感器上，称为CCD或CMOS固体摄像机，目前家用摄像机大部分是CCD固体摄像机或CMOS摄像机。

固体成像器件CCD是(ChargeCoupleDevice)即电荷耦合的简称。26/30CCD器件通常有两种，一种是面阵，通常用作摄像机的图像传感器；另一种是线阵，通常是由许多CCD组成线性阵列，可用于传真机等图像检测装置。CCD器件不受磁场、电场的影响，使用寿命长，随着集成电路技术的发展，其分辨率也越来越高，CCD器件也被用作其他的图像传感器。27/3010.3.3CD唱机CD(CompactDisk)即激光唱盘。CD唱机是靠激光束进行非接触式光学拾音,CD唱片是存储的是数字信号，音源信号本身是模拟信号,将模拟信号进行数字化处理后，靠激光技术刻录。28/3010.3.4VCDVCD(VideoCompactDisc)即图像光盘。与CD唱片一样采用激光技术将处理后的图像以数字化的序列采用激光技术刻录在光盘上。模拟电视信号数字化压缩编码数据流刻盘VCDVCD光盘刻录过程VCD放像机电放像过程与录制过程相反。29/3010.3.5DVDDVD(DigitalVideoDisc)即数字图像光盘。

除了光盘的工艺上改进外，在压缩技术上也有很大提高，在保证图像质量的前提下，大大压缩了数据量，可以得到高清晰度的图像。

为了提高存储量，DVD采用以下几项措施：减小凹凸坑的长度，由原来的0.83μm减为0.4μm，将光道之间的距离由原来的1.6μm减到0.74μm，另外采用更短波长的激光光源和更精密的机械伺服系统。30/30电工学概论（第三版）

电子教案第十一章信息通信系统第十一章信息通信系统11.3光纤通信11.5移动通信11.4无线通信11.1概述11.2有线通信2/3811.1概述1.信息系统的基本组成信息：是指语音、文字、图像等。信息变换：是指将信息通过电的处理变成可以传输的信号的过程。3/38发送：是指将变换好的信号通过发送设备如天线等换能装置，由传输媒介如空气、电缆等传输到另一个地方的过程。接收/信息恢复：由接收换能器如天线等将接受到的信号转换成电信号,再由逆变换转变成原有信息的过程。2.通信系统分类语音通信图像通信数据通信按通信功能可以分为有线通信无线通信光纤通信移动通信按传输方式的不同4/38①

语音通信:是以听觉为服务对象的通信方式。最具代表性的是电话，它具有高效实时等特点。②

图像通信:是以视觉进行信息交换的通信方式。从早期的以文字为主的电报，到后来的传真，以及电视电话、电视会议、电视现场直播等。③

数据通信:所传送的信号是指经过计算机处理后的数据符号。在数据通信系统中就要求具备差错检出和纠错功能，保证数据的正确性，使系统更复杂。

5/383.通信系统所需的带宽

对于信息通信系统，所需要的传送带宽是指由所处理的信息量和处理这些信息所对应的时间来决定的。对于系统带宽选择的原则是在保证信息能正确传递的情况下，带宽越窄越好。

通信系统带宽通常由两种单位表示，对于模拟系统

(例如电话、电视系统)常以Hz、kHz、MHz来表示，对于数据通信系统常以传输速率来表示，如bit/s、kbit/s、Mbit/s、Gbit/s甚至Tbit/s。6/38

通信系统必须达到的要求首先是保证通信质量，其次是可靠性高，第三是使用方便，第四是收费低廉。4.对通信系统的主要技术要求(1)对于通信质量和可靠性的要求

电话的通话质量表现为能否听懂对方说话的含义，对于图像通信的质量高低表现为能否获取清晰的图像，是否存在失真。

保密和抗干扰也是通信系统的一个重要要求，特别是在军事等领域。7/38

人们对于信息通信系统提出了5W要求，能够用手持电话实现任何个人(Whoever)在任何时间(Whenever)任何地点(Wherever)都能与世界上其他任何人(Whomever)进行任何方式(Whatever)的通信，这就是所谓全球个人通信标志(5W)，第五个W是指可以支持话音、数据和图像等多种业务通信。(2)对于通信便利的要求

目前移动电话、电子邮件系统基本可以满足上述要求。8/3811.2有线通信

11.2.1电话通信线路及交换机

电话通信线路中的电话机(终端用户)，由电话线连接到本地交换机，即用户交换机，可以实现本地电话交换，再由本地交换机通过中继交换机与其他用户交换机相连，实现异地通信，从而实现大范围的联网。9/38控制：交换机的控制部件是交换机的核心，完成交换接续、日常维护、话务统计、测量计费、设备管理以及系统输入输出等所有控制。交换机在电话网络中功能为:连接：实现主叫用户和被叫用户的通话连接。信令：在用户和交换机、交换机和交换机之间传递的用于呼叫建立、释放、控制的非话音信息。信令具有监视、选择、管理等功能。

交换机主要的构成装置包括信号变换、复用变换、中继装置等。10/38

调制解调器是将所要发送的信号通过调制变成可以传输的信号,同时由于线路中信号的传输是双向的,也要将远方发来的信号解调还原成基带信号。比如我们上网用的调制解调器，俗称“猫”，它实现了将计算机的数字信号通过调制变成模拟信号由电话线传到Internet，同时将网络中的数据通过电话线返回到计算机。在电话回路中实际传送的频率为300～3400Hz，但我们计算机上网速率可以达到56kbit/s，就是通过调制解调技术实现的。1.信号变换装置(1)调制解调器(MODEM)11/38(2)编码器、解码器2.复用变换装置

复用变换装置是提高线路的传输效率、降低设备成本的装置，它将多个信号进行复用处理后送往传送线路。在模拟线路中采用频分复用方式，在数字线路中采用时分复用方式。编码器：将模拟信号转换成数字信号的装置。解码器：将数字信号变换成模拟信号的装置。12/38

频分复用方式是将不同的输入信号通过不同的载波调制后再混合叠加，使得信号从频谱的角度看各路信号不互相重叠，然后在信道中传输。(1)频分复用图示为3路电话通过频分复用构成一个基群频分复用可以是多级的13/38

对于数字信号通常采用时分复用的方法，在不同的时间通过切换实现时分复用。(2)时分复用

中继装置是为了克服传送线路所造成的信号损耗和干扰，在线路中加装的补偿装置。3.中继装置14/38传真：是发送方把文字、图表、照片等图像变成电信号通过电话线传送，在接收方把接收到的电信号通过恢复处理，得到与原来画面一样的图像的通信方式。11.2.2传真接收方的记录方式有热敏记录、静电记录两种。热敏记录：方式方便、价廉，为一般传真机普遍使用，但是由于像素较粗，所显示的清晰度不够高，图像不能长久保持。

静电记录：方式类似于复印机的原理，所记录的图像比较清晰，能够长期保存。15/38传真原理16/3811.2.3ISDNISDN：(IntegratedServicesDigitalNetwork)即综合业务数字网。

用户安装了ISDN接口设备后，在一条电话线上可以同时进行电话通信、传真、计算机上网或数据通信而互不影响，提高了网络的利用率。ISDN是由电话综合数字网(IDN:IntegratedDigitalNetwork)即采用数字传输和交换综合而成的通信网络转变而来的，能提供端到端的数字连接，以支持一系列广泛的业务(包括语音和非语音业务)，它为用户提供一组有限的标准多用途的用户网络接口。17/3811.2.4ADSLADSL：是一种从服务端到用户端(下行方向)和从用户端到服务端(上行方向)具有不同传输速率的非对称数字用户线，下行方向的速率通常是上行方向速率的10倍。ADSL系统除了具有ISDN的功能外，在宽带高速条件下，能够传送电视信号、动画及超高速数据等，ADSL可以支持Internet宽带接入，局域网(LAN)互连及VOD（Videoondemand）点播等应用。18/3811.3光纤通信光纤通信：是利用光缆作为通信媒介的通信方式。由于光缆具有传输损耗小、频带宽、容量大、无电磁干扰、无信息泄漏、无串音、重量轻等优点，越来越成为通信系统的主流。11.3.1光纤及光的传输

光纤是直径为124μm像毛发一样粗细的石英玻璃纤维，其透明度极高。

1.光纤

它由两部分组成，中间部分称为纤芯部分，由折射率高的材料组成，纤芯的周围部分称为包层，其折射率相对较低。19/38

利用光的全反射原理，可以使光信号在光纤中传输而没有泄漏，如果对传输的光信号进行调制的话，就可以实现利用光来进行通信。光信号在光纤中传输的原理20/38

由于材料决定其非常脆弱，容易折断，所以在使用时必须对光纤进行保护，做成电缆，从而使其能承受较强的拉力和折弯。2.光缆

光纤传送的损耗是由于材料和结构引起的吸收、散射所造成的损失和连接成系统时产生的损失。3.光纤传送的损耗21/3811.3.2光纤通信系统的构成

光纤通信是在光发射器和光接收器之间用光纤进行连接，并实现通信的通信方式。它具有容量大、通信距离长的特点。

光纤通信系统的构成22/38光纤通信基本原理图光纤通信的基本原理：发送端将电信号调制后送到半导体激光器，通过光纤传送。在接收端用光电二极管构成的光检测器接收光信号并转换成电信号，再通过解调得到所传送的原信号，送到终端设备。23/3811.4无线通信

现代通信利用电磁波或光波作为传输信息的媒介,从某种意义上讲光波也是电磁波的一种。

电磁波在空间的传输不受任何限制，可以向任意三维方向辐射，如卫星通信信号;也可以在二维的空间传输，如广播信号是沿着地球表面传输的。11.4.1短波通信

短波通信是指利用波长为100～10m(频率为3～30MHz)的电磁波进行的无线电通信。超短波通信是指以波长为10～1m(频率为30～300MHz)的电磁波进行的无线电通信。

短波通信主要运用在政府、军事、外交、气象、通信与导航等部门。24/3811.4.2微波通信

微波一般是指波长为1m～1mm(频率为300MHz～300GHz)范围内的电磁波。微波通信有以下几个特点：①通信频带宽。占用的频带约300GHz，而全部长波中波、短波所使用的频段总和不足300MHz,所以不仅可以作为电视、图像通信方式，还可以作为电话网中局与局之间的通信。②受外界干扰影响小。工业干扰、太阳黑子的活动对微波通信的影响较小。③通信灵活性大，建设方便，还可以根据需要建立临时的车载微波通信站。25/38④天线增益高，方向性强，相互干扰小，可减小发射功率。

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投资小，建设速度快。能够替代远距离的长途有线通信线路。特别是在边远地区，架设线路不易的山区、海岛，各城市及偏远乡镇的电信局都装有微波通信站，实现了有线通信无线化，大大节省通信线路投资。26/3811.4.3卫星通信

卫星通信：是指利用人造卫星转发信号实现的无线通信。27/38

卫星通信中所用的频率范围为1～10GHz的微波波段，也有高达20～30GHz的。在10GHz以下的频段内所受到电离层及雨雪天的影响较小，另外宇宙射线引起的噪声也小。

在通信系统中，通常采用静止卫星，位于距地球约36000m高度的地方，覆盖地面面积约为地球表面的40%，有3颗这样的卫星就可以覆盖全球除极地外的地球面积。28/38

由地面站向空间站发送微波为上行线路，一般采用6GHz;由空间站向地面发送微波为下行线路，一般采用4GHz。卫星通信的构成29/38

卫星通信可做到通信距离远、覆盖面大、通信灵活、频带宽、容量大、稳定可靠，还能现场实时传送电视图像信号。但由于卫星技术复杂，制作及发射成本高，且有一定寿命，所以通信费用很贵。另外由于传输距离长，加上转发器的信号处理需要时间，所以卫星通信时会有一定的延时。30/3811.5移动通信

移动电话、业余无线电、寻呼机、无绳电话，这些都是我们使用的移动通信系统。移动通信系统实际上就是一个无线通信系统，常用的移动通信有GSM蜂窝电话、CDMA电话、寻呼机、无线对讲机等。11.5.1蜂窝移动电话

蜂窝电话系统(GSM)为在无线覆盖范围内的任何地点的用户提供市话交换网的无线接入。

蜂窝移动电话系统由移动电话交换局、移动通信控制台、本地存储台及小区基站构成。31/38

当市话用户拨打手机用户时，通过市话网进入移动电话交换局，由交换局通过若干本地存储台查找对方手机的位置信息，然后选择离该手机最近的控制台，由该控制台下属的所有基站发出呼叫信号，被呼叫手机应答时发出应答信号，由基台通过控制台向交换局发送，同时控制台又向手机发出指定通话频道指令，手机自动切换到指定的通话频道上即可通话。32/3811.5.2CDMACDMA（CodeDivisionMultipleAccess）意思是码分多址，它是基于扩频通信技术的一种移动通信系统。

扩频通信是利用在信息频带不变的情况下，用扩频信号扩大传送信号的频带，以对抗或者抑制干扰的有害影响，或者用低功率发送隐蔽信号，使窃听者难以检测，实现保密通信。

多址就是在同一时刻、同一频段多个终端互相通信而互不干扰，并可以灵活选择通信用户。33/3811.5.33G移动通信

3G（ThirdGeneration）表示第三代移动通信技术，即面向高速