通信系统简介.pptx
参考书：参考书：nAdvancedElectronicCircuitDesign,DavidComer,DonaldComer,JohnWiley&Sons.n张肃文等，高频电子线路（第三版）张肃文等，高频电子线路（第三版）n谢嘉奎等，电子线路（非线性部分）（第三版）谢嘉奎等，电子线路（非线性部分）（第三版）n曾兴雯等，高频电路原理与分析（第三版）曾兴雯等，高频电路原理与分析（第三版）n信号与系统，电路分析基础，低频模拟电路，数字电路信号与系统，电路分析基础，低频模拟电路，数字电路等等等等先行课程：先行课程：第1页/共40页About Electronic Circuit包含有源器件的网络统称为电子线路。包含有源器件的网络统称为电子线路。电子线路的分类：电子线路的分类：按照工作频率：按照工作频率：低频、低频、高频、高频、微波微波 按照流通的信号形式：按照流通的信号形式：模拟模拟、数字、数字 按照集成度的高低：按照集成度的高低：分立分立、集成、集成 按照电子线路中所包含的元件性质：按照电子线路中所包含的元件性质：线性和线性和非线性非线性、时变和时不变、时变和时不变第2页/共40页线性与非线性电路线性与非线性电路 线性电子线路线性电子线路由由线性元件线性元件组成的电路。（元件参数与通过元件的电流或施加于其上组成的电路。（元件参数与通过元件的电流或施加于其上的电压无关）的电压无关）具有线性特性，也就是它具有叠加性和齐次性，适用叠加定理。具有线性特性，也就是它具有叠加性和齐次性，适用叠加定理。非线性电子线路与线性电子线路有以下不同：非线性电子线路与线性电子线路有以下不同：必定还有一个或多个必定还有一个或多个非线性器件非线性器件。（参数与通过它的电流或电压有关）。（参数与通过它的电流或电压有关）非线性电路不适用叠加定理非线性电路不适用叠加定理,其数学描述是非线性方程其数学描述是非线性方程信号通过非线性电路以后可产生新的频率成分信号通过非线性电路以后可产生新的频率成分 工作在非线性状态的有源器件，其输出响应与器件工作点的选取和输工作在非线性状态的有源器件，其输出响应与器件工作点的选取和输入信号的大小有关。入信号的大小有关。第3页/共40页第4页/共40页通信的任务就是传递各种信息（包括语言、音乐、文本、图像和数据等），通信的任务就是传递各种信息（包括语言、音乐、文本、图像和数据等），传输信息的系统称为传输信息的系统称为“通信系统通信系统”。如：如：电话（无线或有线）电话（无线或有线）-双向通信系统双向通信系统 导航、雷达导航、雷达 -单向通信系统单向通信系统 广播（无线或有线）广播（无线或有线）-单向通信系统单向通信系统 电视（无线或有线）电视（无线或有线）-单向通信系统单向通信系统1.1 1.1 通信系统的概念通信系统的概念第5页/共40页 一个完整的通信系统应由那几部分组成呢一个完整的通信系统应由那几部分组成呢?第6页/共40页一个完整的通信系统应包括信息源、发送设一个完整的通信系统应包括信息源、发送设备、传输信道、接收设备和收信装置五部分。备、传输信道、接收设备和收信装置五部分。第7页/共40页信息源信息源是指要传送的原始信息，如文字、数据、语音、音乐、图像等，一般是非电量。是指要传送的原始信息，如文字、数据、语音、音乐、图像等，一般是非电量。对于非电量信号，经输入变送器变换为电信号（例如被传输的是声音信息就需先经声对于非电量信号，经输入变送器变换为电信号（例如被传输的是声音信息就需先经声电换能器电换能器话筒，变换为相应信号的电信号）。如果输入信息本身就是电信号（如话筒，变换为相应信号的电信号）。如果输入信息本身就是电信号（如计算机输出的二进制信号）时，可以直接送到发送设备。计算机输出的二进制信号）时，可以直接送到发送设备。发送设备发送设备是将电信号变换为适应于信道传输特性的信号的一种装置。是将电信号变换为适应于信道传输特性的信号的一种装置。一个完整的通信系统包括五部分一个完整的通信系统包括五部分第8页/共40页接收设备接收设备的功能和发送设备相反，它是将信道传输接收到的信号恢复成与发送设的功能和发送设备相反，它是将信道传输接收到的信号恢复成与发送设备输入信号相一致的一种装置。备输入信号相一致的一种装置。收信装置收信装置是将电信号还原成原来的信息。例如通过扬声器（喇叭）或耳机还原成是将电信号还原成原来的信息。例如通过扬声器（喇叭）或耳机还原成原来的声音信息（语言或音乐）。原来的声音信息（语言或音乐）。第9页/共40页信道信道即传输信息的通道，或传输信号的通道。概括起来有两种，即有线信道和即传输信息的通道，或传输信号的通道。概括起来有两种，即有线信道和无线信道。有线信道包括架空明线、电缆、光缆等，无线信道可以是传输无线无线信道。有线信道包括架空明线、电缆、光缆等，无线信道可以是传输无线电波的自由空间，如地球表面的大气层、水、地下及宇宙空间等电波的自由空间，如地球表面的大气层、水、地下及宇宙空间等噪声源噪声源是指信道中的噪声及分散在通信系统中其他各处噪声的集中表示。是指信道中的噪声及分散在通信系统中其他各处噪声的集中表示。第10页/共40页无线电通信发展简史无线电通信发展简史电学的发展肇始于电学的发展肇始于1818世纪晚期至世纪晚期至1919世纪早期世纪早期伏特、法拉第、斯坦因麦兹、爱迪生、西门子、特斯拉等伏特、法拉第、斯坦因麦兹、爱迪生、西门子、特斯拉等科学家的卓越工作电能传送信息科学家的卓越工作电能传送信息有线电通信：莫尔斯电报；贝尔电话有线电通信：莫尔斯电报；贝尔电话麦克斯韦方程麦克斯韦方程(1864)(1864)无线电发展的理论基础无线电发展的理论基础科学家努力研究利用电磁波传输信息无线电通信科学家努力研究利用电磁波传输信息无线电通信电子二极管电子二极管(1904)(1904)、三极管的发明、三极管的发明(1907)(1907)是电子技术发展是电子技术发展史第一个重要里程碑史第一个重要里程碑晶体三极管的发明晶体三极管的发明(1948)(1948)是电子技术发展史第二个重要的是电子技术发展史第二个重要的里程碑里程碑集成电路的发明集成电路的发明(1960)(1960)是电子技术发展史第三个重要里程是电子技术发展史第三个重要里程碑碑第11页/共40页 传播特性指的是无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等。传播特性指的是无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等。不同频段的不同频段的无线电信号，其传播特性不同。无线电信号，其传播特性不同。同一信道对不同频率的信号传播特性是不同的。同一信道对不同频率的信号传播特性是不同的。传播方式主要有直射传播、绕射（地波）传播、折射和反射（天波）传播及散传播方式主要有直射传播、绕射（地波）传播、折射和反射（天波）传播及散射传播等。射传播等。决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。1.2 1.2 无线电波的传播特性无线电波的传播特性第12页/共40页图图1-2 1-2 无线电波传播方式无线电波传播方式第13页/共40页为了有效的传输信号，不同波段的信号所采用的主要传播方式是不同的。为了有效的传输信号，不同波段的信号所采用的主要传播方式是不同的。长波信号以地波绕射为主。中波和短波信号可以以地波和天波两种方式传播，长波信号以地波绕射为主。中波和短波信号可以以地波和天波两种方式传播，不不过，前者以地波传播为主，后者以天波（反射和折射）传播为主。过，前者以地波传播为主，后者以天波（反射和折射）传播为主。超短波以上频超短波以上频段的信号大多以直射方式传播，也可以采用对流层散射的方式传播。段的信号大多以直射方式传播，也可以采用对流层散射的方式传播。第14页/共40页在各种无线电系统中，信息是依靠高频无线电波来传递的，在各种无线电系统中，信息是依靠高频无线电波来传递的，那么应该如何选择高那么应该如何选择高频载波的频率呢？频载波的频率呢？我们知道，频率从几十千赫至几万兆赫的电磁波都属于无线电波，所以它的频率我们知道，频率从几十千赫至几万兆赫的电磁波都属于无线电波，所以它的频率范围是很宽的，范围是很宽的，为了便于分析和应用，习惯上将无线电的频率范围划分为若干个为了便于分析和应用，习惯上将无线电的频率范围划分为若干个区域，即区域，即对频率或波长进行分段，称为频段或波段。对频率或波长进行分段，称为频段或波段。1.3 1.3 无线电波的频段划分无线电波的频段划分第15页/共40页 任何信号都具有一定的频率或波长。任何信号都具有一定的频率或波长。所谓频率特性就是所谓频率特性就是无线电信号的频率或波长。无线电信号的频率或波长。电磁波辐射的波谱很宽电磁波辐射的波谱很宽,如图所示。如图所示。无线电波只是一种波长比较长的电磁波无线电波只是一种波长比较长的电磁波,占据的频率范围很广。占据的频率范围很广。电磁波波谱信号的频率特性第16页/共40页 无线电波在空间传播的速度是无线电波在空间传播的速度是3030万公里万公里/秒。秒。电波在一个振荡周期电波在一个振荡周期 T 内的内的传播距离叫做波长，用符号传播距离叫做波长，用符号表示。表示。波长波长，频率，频率f f 和电磁波传播速度和电磁波传播速度C 的关系的关系为为 这是电磁波的基本关系式这是电磁波的基本关系式。因为不同频段信号的产生，放大和接收的方法不同，传送的方式也不同，因为不同频段信号的产生，放大和接收的方法不同，传送的方式也不同，因而它们的应用范围也不同。表因而它们的应用范围也不同。表1-11-1列出了无线电波的波（频）段划分。列出了无线电波的波（频）段划分。第17页/共40页无线信道的波段划分及其用途无线信道的波段划分及其用途 根据无线电波在传播过程所发生的现象根据无线电波在传播过程所发生的现象,电波的传播方式主要有直射电波的传播方式主要有直射（空间波）传播、（空间波）传播、绕射（地波）传播、绕射（地波）传播、折射和反射（天波）传播等折射和反射（天波）传播等,如图如图所示。所示。决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。第18页/共40页基带传输基带传输定义：将基带信号直接发送至信道，称为基带信号传输定义：将基带信号直接发送至信道，称为基带信号传输基带信号传输通常使用有线信道。基带信号传输通常使用有线信道。调制传输调制传输定义：将一个要传送的基带信号加载于一个高频信号之上（即调制），然后将这个携带有基带信号的定义：将一个要传送的基带信号加载于一个高频信号之上（即调制），然后将这个携带有基带信号的高频电磁波信号发送至信道高频电磁波信号发送至信道可以使用有线信道也可以使用无线信道可以使用有线信道也可以使用无线信道1.4 1.4 调制的通信系统调制的通信系统第19页/共40页 在传送信号的一方（发送端），用我们所在传送信号的一方（发送端），用我们所要传送的对象（例如话音信号）去控制载波的要传送的对象（例如话音信号）去控制载波的幅度（或频率或相位），使载波的幅度（或频幅度（或频率或相位），使载波的幅度（或频率或相位）随要传送的对象信号而变率或相位）随要传送的对象信号而变.这里对象信号本身称为这里对象信号本身称为“调制信号调制信号”，调，调制后形成的信号称为制后形成的信号称为“已调信号已调信号”。调制使幅调制使幅度变化的称度变化的称“调幅调幅”，使频率变化的称，使频率变化的称“调频调频”，使相位变化的称，使相位变化的称“调相调相”。实际上，在调实际上，在调制的通信系统中，制的通信系统中，载波只起一个装载和运送信载波只起一个装载和运送信号的作用，相当于号的作用，相当于“运载工具运载工具”，而调制信号而调制信号才是真正需要传送的对象。才是真正需要传送的对象。一、一、什么是调制什么是调制第20页/共40页调制通信系统的波形示意调制通信系统的波形示意第21页/共40页二、二、为什么要进行调制为什么要进行调制？第22页/共40页分析：若信号频率为分析：若信号频率为1kHz，其相应波长为其相应波长为300km，若采用若采用1/4 波长的天线，根据波长的天线，根据 就可以算出就可以算出天线长度需要天线长度需要75km，制造这样的天线是很困难的。制造这样的天线是很困难的。只有天线实际长度与电信号的波长相比拟时，这时电信号才能以电磁波形式有效只有天线实际长度与电信号的波长相比拟时，这时电信号才能以电磁波形式有效地辐射，这就要求原始电信号必须有足够高的频率。地辐射，这就要求原始电信号必须有足够高的频率。二、二、为什么要进行调制为什么要进行调制？第23页/共40页 在接收信号的一方（接收端）在接收信号的一方（接收端），从收到的已调信号中把调制信号恢复出来。从收到的已调信号中把调制信号恢复出来。调幅波的解调叫调幅波的解调叫“检波检波”，调频波的解调叫，调频波的解调叫“鉴频鉴频”，解调是其统称。，解调是其统称。三、三、什么是解什么是解调调第24页/共40页 现以大家熟知的无线电广播发送系现以大家熟知的无线电广播发送系统和超外差式接收机为例进行分析。统和超外差式接收机为例进行分析。第25页/共40页一、一、无线电广播发送系统无线电广播发送系统第26页/共40页高频部分有：高频部分有：主振级主振级由石英晶体振荡器产生频率稳定由石英晶体振荡器产生频率稳定 度高的载波；度高的载波；缓冲级缓冲级实质上是一种吸收功率小，工作实质上是一种吸收功率小，工作 稳定的放大级，其作用是减弱后稳定的放大级，其作用是减弱后 级对主振级的影响；级对主振级的影响；倍频器倍频器将载波频率提高到需要的频率值；将载波频率提高到需要的频率值；高频放大器高频放大器高频放大以提高输出功率；高频放大以提高输出功率；它由高频、低频和电源三大部分组成它由高频、低频和电源三大部分组成第27页/共40页 调制器调制器其功能是使高频载波信号幅度按低频信号大小变化的幅度调制，其功能是使高频载波信号幅度按低频信号大小变化的幅度调制，然后然后经发射天线以电磁波形式向远方辐射。经发射天线以电磁波形式向远方辐射。低频部分有：话筒（或录音带等）、低频电压放大器、低频功率放大器。低频部分有：话筒（或录音带等）、低频电压放大器、低频功率放大器。这样将使低频电信号通过逐级放大获得所需的功率电平，然后对高频（载波）这样将使低频电信号通过逐级放大获得所需的功率电平，然后对高频（载波）进行调幅。进行调幅。第28页/共40页二二 、超外差式接收机、超外差式接收机超外差超外差模块模块AGC第29页/共40页从接收天线收到微弱高频调幅信号经从接收天线收到微弱高频调幅信号经输入回路选频后输入回路选频后，通过，通过高频放大器放大高频放大器放大，送，送到混频器与本机振荡器所产生的等幅高频信号进行到混频器与本机振荡器所产生的等幅高频信号进行混频混频，在其输出端得到波形包，在其输出端得到波形包络形状与输入高频信号的波形相同，但频率由原来高频变化为络形状与输入高频信号的波形相同，但频率由原来高频变化为中频的调幅信号，中频的调幅信号，经中频放大后经中频放大后送到送到检波器检波器，检出原调制的低频信号，检出原调制的低频信号，然后再经过低频放大，最后然后再经过低频放大，最后从扬声器还原成原来的声音信息（语言或音乐）。从扬声器还原成原来的声音信息（语言或音乐）。第30页/共40页 为什么要用为什么要用超外差式超外差式接收机，而不接收机，而不能用能用直接放大式直接放大式接收机？接收机？Discussion第31页/共40页超外差的定义超外差的定义 外外 差差：输入信号和本机振荡信号产生差频的过：输入信号和本机振荡信号产生差频的过程。程。超外差超外差：输入信号和本机振荡信号产生一个固定：输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程。中频信号的过程。因为，它是比高频信号低，因为，它是比高频信号低，比低频信号又高的超音频信号，所以这种接收方比低频信号又高的超音频信号，所以这种接收方式叫超外差式。式叫超外差式。优优 点点：灵敏度高，选择性好，音质好（通频灵敏度高，选择性好，音质好（通频带宽），工作稳定（不容易自激）带宽），工作稳定（不容易自激）缺缺 点点：镜像干扰（比接收频率高两个中频的镜像干扰（比接收频率高两个中频的干扰信号），假响应（变频电路的非线性）干扰信号），假响应（变频电路的非线性）第32页/共40页超外差式收音机电路的主要特点超外差式收音机电路的主要特点 超外差式是与直放式相对而言的一种接收方式。超外差式是与直放式相对而言的一种接收方式。超外差式收音机能把接收到的频率不同的调幅超外差式收音机能把接收到的频率不同的调幅信号都变成固定的中频信号（信号都变成固定的中频信号（465kHz),465kHz),再由放再由放大器对这个固定的中频信号进行放大。大器对这个固定的中频信号进行放大。在选择回路（输入回路）或高频放大器与检波在选择回路（输入回路）或高频放大器与检波器之间插入一个变频器及中频放大器。器之间插入一个变频器及中频放大器。超外差式结构的优势在于滤波和放大通常发生超外差式结构的优势在于滤波和放大通常发生在某个固定的频率，而不需要可调谐的高在某个固定的频率，而不需要可调谐的高Q Q值带值带通滤波器，也不必进行稳定的宽带放大。通滤波器，也不必进行稳定的宽带放大。第33页/共40页 按照按照信道中传输的信道中传输的是模拟信号还是数字信号是模拟信号还是数字信号可把通信系统相应分成可把通信系统相应分成两类，即模拟通信系统和数字通信系统两类，即模拟通信系统和数字通信系统 。三、模拟通信系统和数字通信系三、模拟通信系统和数字通信系统统第34页/共40页模拟通信系统的基本组成方框图模拟通信系统的基本组成方框图第35页/共40页这里这里用调制器代替了发送设备、用解调器代替用调制器代替了发送设备、用解调器代替了接收设备。了接收设备。虽然发送设备和接收设备还包括虽然发送设备和接收设备还包括其他电路，但调制器和解调器对信号的变换起其他电路，但调制器和解调器对信号的变换起着决定性的作用，对通信质量起关键作用。着决定性的作用，对通信质量起关键作用。在数字通信系统中，传输的是数字信号。当用在数字通信系统中，传输的是数字信号。当用数字信号进行调制时，通常称为键控。数字信号进行调制时，通常称为键控。三种基本的键控方式三种基本的键控方式振幅键控振幅键控（ASK）频率键控频率键控（FSK）相位键控（相位键控（PSK）第36页/共40页 数字通信系统的基本组成方框图数字通信系统的基本组成方框图 第37页/共40页 由由上上面面的的例例子子可可以以总总结结出出无无线线通通信信系系统统的的基基本本组组成成及及原原理理,从从中中也也可可看看出出高高频频电电路路的的主主要要内内容容应应该该包包括括:（1 1）高频振荡器（信号源、载波信号或本地振荡信号）高频振荡器（信号源、载波信号或本地振荡信号）（2 2）选频电路（选择需要的信号）选频电路（选择需要的信号）（3 3）放大器（高频小信号放大器及高频功率放大器）放大器（高频小信号放大器及高频功率放大器）（4 4）调制与解调（高频信号变换或处理）调制与解调（高频信号变换或处理）（5 5）混频或变频（高频信号变换或处理）混频或变频（高频信号变换或处理）（6 6）反馈控制电路（自动增益控制、自动频率控制等）反馈控制电路（自动增益控制、自动频率控制等）（7 7）干扰和噪声抑制电路）干扰和噪声抑制电路 对对于于各各种种不不同同类类型型的的现现代代无无线线通通信信系系统统,其其系系统统组组成成和和设设备备的的复复杂杂程程度度都都可可能能有有很很大大不不同同，但但组组成成设设备备的的基基本本电电路路及及其其原原理理都都是是相相同同的的,遵遵从从同同样样的的规规律律，即即经经典典高高频频电电子子线线路路的的分分析析方方法法与与设设计计思思想想仍仍可可作作为为其其理理论论基基础础。因因此此，我我们们将将以以通通信信电电子子线线路路为为重重点点来研究这些基本电路来研究这些基本电路,认识其规律。认识其规律。“通信电子电路通信电子电路”课程主要内课程主要内容容第38页/共40页本章重点与难点本章重点与难点 （一）本章重点（一）本章重点 通信系统的概念；通信系统的概念；无线电波的传输特性；无线电波的传输特性；调制的通信系统；调制的通信系统；无线电广播调幅发射机和超外差无线电广播调幅发射机和超外差 接收机；接收机；（二）本章难点（二）本章难点 调制的通信系统调制的通信系统第39页/共40页感谢您的观看！第40页/共40页
