通信终端设备原理与维修 教学课件 ppt 作者 陈良 第1章 现代通信原理与通信设备 陈良

1、通信终端设备原理与维修(第二版),第1章 现代通信系统与通信设备,主编 陈良 重庆电子工程职业学院,第1章 现代通信系统与通信设备,本章要点 通信系统模型 无线电发射机、接收机基本组成 调制与解调基本原理 GMSK调制器电路组成 压控振荡器VCO 频率合成器 无绳电话系统组成 GSM系统组成 CDMA数字移动通信系统基本组成 传真机 GSM手机简要组成 手机的技术指标,本章内容 1.1 通信系统 1.2 无线电发射机与接收机结构 1.3 通信设备基本电路 1.4 无线通信网的组成 1.5 用户通信终端设备 1.6 实训认识用户通信终端设备结构 1.7 习题,1.1.1 通信方式 通信的方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。,单工通信 b）半双工通信 c）全双工通信,1.1 通信系统,1.1.2 通信系统一般模型,通信系统一般模型,构成一个通信系统的主要设备有发送设备、交换设备、接收设备、传输媒介、用户终端设备等。,1.1.3 数字通信系统模型,传送数字信号的通信系统数字通信系统。 一个数字通信系统主要由8部分组成：信源、编码器、调制器、信道、解调器、译码器、信宿和定时同步系统

2、。,数字通信系统模型,1.1.4 通信的分类,按信息的物理特征分类可分为电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统等各种通信系统。 按调制方式分类 ，可将系统划分为基带传输和调制传输。 3按传送信号的特征分类 分为模拟通信系统和数字通信系统。 按传送信号的复用方式分类 按传输媒介分类,1.1.5 通信的频段,（30300）HzELF极低频（104103）km海底通信、电报 （0.33）kHzAF音频（103102）km数据终端、电话（330）kHzALF甚低频（10210）km导航、载波电报和电话、频率标准 （30300）kHzLF低频（101）km导航、电力通信 （0.33）MHzMF中频（103102）m广播业务通信、移动通信 （330）MHzHF高频（10210）m广播、军事通信、国际通信（30300）MHzVHF甚高频（101）m电视、调频广播、移动通信（模拟） （0.33）GHzUHF超高频（103102）mm电视、雷达、移动通信（330）GHzSHF特高频（10210）mm卫星通信、微波通信 （30300）GHzEHF极高频（101）mm射电天文、科学研究,1.

3、2 无线电发射机与接收机结构,手机、无绳电话、小灵通等都是通信终端设备，它们既可以将需要传递的信号（声音、图文、数据等）转换为电信号并发射出去，也可以将空间的电磁波接收并转换为声音、图文、数据等，同时兼有无线电发射机与接收机的功能。掌握无线电发射机与接收机的基本结构是非常重要的。,1.2.1无线电发射机,能将声音、图像、计算机数据等信号变为已调制的电波并发射出去的装置叫做发射机。 无线电发射机的基本组成 发射机主要由载波发生器、调制器、必要的功率放大器和发射天线组成,无线电发射机组成框图,调制：首先将音频信号转换成以101.5MHz为中心频带的电压或电流。这个过程叫做调制，通过调制电路来完成。调制电路是发射机的重要组成部分。 无线电波发射：将以101.5MHz为中心频带的电压或电流转换成无线电波。这个过程需要高频功率放大器、馈线和天线等设备来完成。,无线电发射机的主要技术指标 （1）输出功率 （2）频率范围与频率间隔 （3）频率准确度与频率稳定度 （4）邻道功率 （5）寄生辐射 （6）调制特性,1.2.2 无线电接收机,无线电接收机是用于接收无线电信号的通信设备。接收过程与发射过程相对

4、应。它同样需完成两个转换：将电磁波转变为高频电信号，再将电信号转换为信息。接收机主要由接收天线、选频放大器和解调器等组成。,1直接放大式接收机 对天线接收到的高频信号，直接进行放大，然后检波，把音频信号从已调的高频信号中取出，再经低频放大，送到扬声器等其它终端设备。,直接放大式接收机组成方框图,2超外差式接收机,超外差式接收机式方框图,超外差式接收机在解调前加入了载波频率变换与中频放大，它的增益与选择性较高，在整个频段内增益比较平稳。,3二次变频超外差式接收机,经过两次变频，有两个不同频率的中频，第一个中频频率较高，第二个中频频率较低。二次变频超外差式接收机对镜象干扰与邻道干扰都有较大的抑制能力。但电路较复杂。,二次变频超外差接收机组成方框图,4新一代数字通信机,由于数字信号处理（DSP）技术、多成贴片（MCM）技术和专用集成电路（ASIC）等技术的高速发展，使新一代接收机发展成数字中频式接收机和直接数字变频式接收机。,直接数字变频通信机系统结构,软件无线电通信机是未来发展方向,软件无线电通信的典型系统结构,5接收机性能指标,（1）灵敏度 （2）选择性 （3）失真度 （4）波段覆盖 （

5、5）工作稳定性,1.3 通信设备基本电路,1.3.1 调制与解调 1调制方式分类 调制时必须具备调制信号和载波。调制信号可以分为模拟信号和数字信号。可供使用的载波有正弦波和方波。,载波具有振幅、频率、相位和宽度等要素。调制就是让载波的某一个要素随调制信号变化,载波的要素,2模拟调制与解调,模拟调制的载波是正弦波，正弦波具有振幅、频率以及相位等三大要素。 振幅调制（缩写为AM，调幅）是利用调制信号波形来改变载波振幅的调制方式。 频率调制 (缩写为FM，调频) 是利用调制信号波形来改变载波的瞬时频率。 相位调制是利用调制信号波形来改变载波所具有的相位，简称调相（PM）。,（a）调相信号波形 (b)调频信号波形,3.脉冲调制 脉冲调制的载波采用的是方波。脉冲调制是每隔一定的时间提取一次调制信号的幅度，让方波的振幅、周期、脉冲宽度或者与基准时间的时间偏差随调制信号的幅度变化。 4数字调制 数字调制和模拟调制的区别是基带调制信号的取值不同。如果用连续时间连续幅度的基带信号对载波进行调制，则称之为模拟调制。如果用离散时间和离散幅度的数字基带信号对载波进行调制，则称之为数字调制。,数字调制已调信号波

6、形,1）FSK频移键控,FSK基本原理框图,FSK解调基本框图,2）高斯最小频移键控GMSK,直接FSK调制方式占用的频带宽，影响了系统容量；在两个频率转换处相位不连续，产生较强的谐波分量，干扰大。 在MSK之前加入了高斯滤波器，因其滤波特性与高斯曲线相似，故以此相称。它的作用是对语音数据流进行滤波，以降低相位变化的速率，实际上也是一种相位补偿措施，只是为了消除因相位引起的谐波干扰。,图1-16 GMSK信号产生原理,图1-17 GMSK调制器电路框图,1.3.2 振荡电路 振荡器广泛用于电子设备中，它的主要技术指标是频率的准确度、稳定度和振幅的稳定度。 在通信设备中，一般用晶体振荡器来产生基准频率或时钟信号，它由集成电路与晶体组成。晶体振荡器频率稳定度高。在射频部分，如载波振荡、一本振等电路中，一般采用三点式振荡器。,1石英晶体,a）石英晶体电路符号 b）石英晶体外形 c）等效电路,2压控振荡器VCO,VCO是一个“电压频率”转换装置，它将电压信号的变化转换成频率的变化。这个转换过程中电压控制功能的完成是通过一个特殊器件变容二极管来实现的，控制电压实际上是加在变容二极管两端的。,VC

7、O电路图,VCO组件,1.3.3 频率合成器,手机中频率合成器的作用主要是为收信机提供一本振信号和为发信机提供载波信号，有些机型还要用频率合成器产生二本振和副载波。 手机对频率合成器的要求是：第一、能自动搜索信道，结合单片机技术可以实施信道扫描和自动选频，提高了手机在组网技术中的功能；第二，能锁定信道。,1频率合成器组成,手机中通常使用带锁相环的频率合成器, 它由基准频率、鉴相PD、环路滤波器LPF、压控振荡VCO、分频器等组成一个闭环的自动频率控制系统。 实际中，基准频率fA就是13MHz基准时钟振荡电路，由VCO组件或分立的晶体振荡电路产生，该13MHz信号一方面为手机逻辑电路提供了必要的条件，另一方面为频率合成器提供基准时钟。,接收电路的第一本机振荡（RXVCO、UHFVCO、RFVCO）信号是随信道的变化而变化的，该频率合成器中的分频器是一个程控分频器，其分频比受控于来自CPU的频率合成数据信号（SYNDAT、SYNCLK、SYNSTR）。中频VCO信号是固定的，该频率合成器中的分频比也是固定的。,频率合成器的基本模型,2锁相环基本原理,鉴相器是一种相位比较电路，其输入端加两个

8、信号：一个是基准信号fA；另一个本机信号fB/N，它是由压控振荡VCO输出的频率fB反馈回来，经过可变分频器得到的。 fA与fB/N两信号在鉴相器中比较相位，比较结果是：当fA=fB/N时，鉴相器输出的误差电压U近似为零，此电压加到压控振荡器VCO的变容二极管上，由于U近似为0，故VCO的输出频率fB不变，称为锁定状态。当fAfB/N时，环路失锁，鉴相器输出的U使变容管的结电容变化，用以纠正VCO的频率fB，直到fA=fB/N，达到新的锁定状态，U再度近似为0。这个过程是频率的自动锁定过程，因此锁相环又称为自动频率控制AFC系统。,1.3.4 混频电路,混频就是将两个不同的信号，即本机振荡信号与信息信号加到非线性器件上，进行频率组合后取其差频或和频，从而满足电路的需要，这个差频或和频是固定不变的。混频器后一般都接有带通滤波器。,变频电路框图 a）自激式 b）他激式,1.4 无线通信网的组成,1.4.1无绳电话系统 无绳电话机是有线电话网新颖的用户终端，它把传统电话机的机身与手柄分成座机与手持机两部分，座机又称为主机或母机，手持机称为副机或子机。 座机与手持机内部均装有发射电路与接收电路

9、，占用一对频率，形成双向通路。 根据国家无线电管理委员会的规定，主机的发射频段为48.00048.350MHz(15个信道)、1.6651.740MHz（5个信道）及最近新增的2个信道1.700MHz和46.000MHz。手持机的发射频段为74.000MHz74.350MHz（15个信道）、48.375MHz48.475MHz(5个信道)及新增的2个信道40.000MHz和74.375MHz。为了防止无绳电话机之间的相互干扰，我国规定主机发射功率应小于50mW，手持机发射功率应小于20mW，控制主机与手持机的通话半径在300m左右，即仅限于一个家庭或办公室范围内使用。,1.4.2 GSM与GPRS系统,蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移动台（MS）三大部分组成,蜂窝移动通信系统的组成,1GSM系统 它由交换网路子系统NSS、基站子系统BSS、手机MS和操作维护中心OMS组成。 （1）交换网路子系统（NSS）主要由移动交换中心、归属位置寄存器、访问位置寄存器、鉴权中心、移动设备识别寄存器组成。 ）移动交换中心 移动交换中心除了完成固定网中交换中心所要完成的呼叫控制等功能外，还要完成无线资源的管理、移动性管理等功能。,2）（归属位置寄存器）称本地用户位置寄存器，它是管理移动用户的主要数据库。 3）（访问位置寄存器）又称外来用户位置寄存器，它是一个客户数据库，用于存储当前位于该服务区域内所有移动台的动态信息。 4）（鉴权中心）也叫设备身份登记器，是存储有关移动台设备参数的数据库。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。每个移动台有一个惟一的国际移动设备识别码（），以防止被偷窃的、有故障的或未经许可的移动设备非法使用本系统。移动台的要在中登记。,（2）无线基站子系统 BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。

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