通信电路原理

1、通信电路原理,第1章 绪 论,1.1 通信系统的基本概念 1.1.1 通信系统的组成 1.1.2 通信系统的基本特性 1.1.3 通信系统的信道 1.1.4 通信系统中的信号 1.1.5 通信系统中的发送与接收设备,1.2 信号传输的基本问题 1.2.1 信号通过线性系统 1.2.2 信号通过非线性系统 1.2.3 干扰,1.3 通信电路的基本形式,.,3,1.1.1 通信系统组成的示意图,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 电信网,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)

2、,手机,(全球星系统),.,4,当前移动，无线通信的发展,WLAN,WPAN,HOME-RF,High Performance High Cost,Low Performance Low Cost,WLAN: Wireless Local Area Nets（手机无线上网）。 WPAN: Wireless Personal Area Nets (个人无线局域网)。 又叫 Bluetooth （蓝牙），工作范围：10100m。 工作频率范围：2.4002.4835GHz。速率：1Mbit/s。 全世界现已有1880家厂商支持V1.0B技术规范版本。 HOME-RF:Home-Radio Freq

3、uency (家庭无线局域网)。 RFID：Radio Frequency Identification（非接触识别系统）。,RFID,.,5,1.1.2 通信系统的基本特性,一、传输距离 传输距离是指信号从发送端到达接收端并能被可靠 接收的最大距离。,发送端的信号功率。,信号通过信道的损耗。,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。,.,6,二、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。,已调信号所占有的频带宽度。,国际规定电话信号的频带是3003400Hz。,中波调幅广播（535KHz1605KHz），广播电台每个已调信号占有的频带宽度是 9KHz。,

4、我国采用的电视图象信号的频带是08MHz。,信道多址复用的方式。,频分复用（ FDMA ）。,时分复用（ TDMA ）。,码分复用（ CDMA ）。,.,7,三、信号失真度 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。,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。,四、抗干扰能力 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。,提高通信系统的抗干扰能力。,选用高质量的调制和解调电路。,可做到：任何人在任何时候和任何地点都可以实现通信。,.,8,1.1.3 通信系统的信道,一、衰减特性 信道的衰减特性是指信号经信道传

5、输时，信号 能量被衰减的程度。,二、工作频率范围 不同的信道具有不同的工作频率范围。,三、频率特性 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，由信道引起的幅度衰减 和附加相移是不同的。,四、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。,五、干扰特性,.,9,移动通信中信道的特殊问题,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。 使接收信号产生选择性衰落和延时扩展。,多卜勒频移 在高速移动情况下接收，还要考虑多卜勒 频率的影响

6、。,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。,选择性衰落使不同的频率不同的衰减特性，产生失真。,延时扩展对高速数据传输影响很大。,.,10,1.1.4 通信系统中的信号 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。 在通信系统中，规定一路电话信号所占的带宽为4kHz。 又如，我国采用的电视图象信号的频带是08MHz等。,定义：称这种直接表示原始信

7、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。,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。,.,11,载波信号传输,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。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。,举例：三种调幅信号。,设调制信号是单频正弦信号：,这是标准调幅波 SAM。 是调幅度。,.,12,信道复用,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

8、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。 (FDMA, TDMA, CDMA),把载波抑制掉，是抑制载波调幅波 SCAM。,设调制信号是方波信号（01v），则是幅度键控调幅波 ASK。,CAD1-01,.,13,1.1.5 通信系统中的发送与接收设备,缓冲级,倍频器,放大级,调制器,功率 放大器,振荡器,低频 功放,低频 放大,调幅发射机方框原理图,波形2,波形1,波形3,.,14,超外差接收机方框原理图,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

9、形5,波形7,.,15,发送与接收设备小结：,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、解调器等。,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）。,超外差接收原理：接收到的不同载频的微弱高频已调信号变成统一的中频已调信号，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 465KHz。电视图象信号的中频是 38MHz。,自动增益控制原理（AGC）：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。,由于是采用无线调制传输，所以在发射机端有调制过程，在接收机端有解调制过程。,.,16,1.2

10、 信号传输的基本问题 1.2.1 信号通过线性系统,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。,理想线性系统的幅度频率特性，,相位频率特性为线性函数即在本例中， K=,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。,.,17,1.2.2 信号通过非线性系统,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。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。

11、,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是,设：,则 中有：,直流分量；,基波分量和谐波分量：,组合频率分量：,.,18,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。,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。,互调干扰：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。,1.2.3 干扰,.,19,1.3 通信电路的基本形式及它们之间的联系,抽样数据电路,模拟电路,数字电路,抽样电路,编码器,滤波器,解

12、码器,模拟信号输入,模拟信号输出,抽样信号,数字信号,.,20,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，求解用拉氏变换。,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。,.,21,通信电路原理课程教学要求,希望能做到：坚持基本要求，建立系统概念，增加机辅分析，激发学习兴趣。,坚持基本要求：课堂上布置的为巩固讲课内容的习题，每人必须独立完成，每周交一次，统一交到主南308（电子工程系学

13、生工作办公室)。（平时成绩20分）,增加机辅分析：每章均布置若干机辅练习题（Pspice和Matlab的使用）。要求以宿舍为单位，在课外完成，每个宿舍交一份。 （请注明写程序同学姓名，平时成绩10分）。,建立系统概念：安排几次课外的课堂讨论，主要目的是建立系统概念和机辅分析总结。讨论方法是：有讨论提纲，按宿舍准备，课堂上各班有重点发言。（重点发言同学另加分）,激发学习兴趣：通过完成这些综合性的课外设计练习题和课堂讨论，激发同学的学习兴趣，培养同学之间相互协作的团队精神。,.,22,习题一：1-4，1-5，1-6，1-7，1-9,CAD1-01：用非线性VCVC实现一个幅度调制电路，如题图 CA

14、D1_01所示。输入信号为两个不同频率的信号和， 输出实现两信号相乘，即 。 设 是50kHz的正弦信号， 是1kHz的调制信号。 要求得到 标准调幅波SAM（调幅度 =0.3和1.0） 抑制载波调幅波SCAM 幅度键控调幅波ASK 并分析上述三种调幅波的特点。,题图CAD1_01 幅度调制电路,CAD1-01,.,23,附录1.1.1:调幅发射机各处波形示意图,返回,.,24,附录1.1.2:超外差接收机各处波形示意图,返回,.,25,附录1.1.3:CAD1_01的参考网单文件,1,2,返回,3,.,26,* CAD1_01:AN AMPLITUDE-MODULATED CIRCUIT *

15、XAM1: SAM WHEN MA=0.3 * V(2) IS THE INPUT SIGNAL * V(3) IS THE OUTPUT SIGNAL *XAM2: SAM WHEN MA=1.0 * V(5) IS THE INPUT SIGNAL * V(6) IS THE OUTPUT SIGNAL *XAM3: SCAM * V(8) IS THE INPUT SIGNAL * V(9) IS THE OUTPUT SIGNAL *XAM4: ASK * V(11) IS THE INPUT SIGNAL * V(12) IS THE OUTPUT SIGNAL *,.,27,* *CONNECTIONS:V1 * | V2 * | | VO * | | | .SUBCKT AM 1 2 3 R1 1 0 1E9 R2 2 0 1E9 RL 3 0 1E6 EMOD 3 0 POLY(2) (1 0) (2 0) 0 0 0 0 1 .ENDS AM * XAM1 1 2 3 AM V11 1 0 SIN(0 1 50K) V21 2