第0章绪论2009幻灯片资料.ppt

通信电子线路徐 娟 同济大学电子信息学院 2009年9月同济大学 徐娟2课程名称高频电子线路（工作频段，并非绝对）非线性电子线路（器件的工作状态）通信电子线路（电路的主要应用领域）同济大学 徐娟3相关课程基础课程：模拟电子技术（半导体器件和基本放大电路）信号与线性系统（信号频谱的概念）电路理论（电路基础知识和基本分析方法）后续课程：通信系统原理（侧重于系统级和数字通信）特别是电容、电感、互感和变压器等的伏安特性方程，及其向量分析法同济大学 徐娟5（1）通过学习掌握实际单元电路的分析方法,包括放大、振荡、调谐、调制、变频电路2）整机电路的分析和计算3）根据给出的指标完成部分电路的设计课程要求同济大学 徐娟6讲课方式理论分析为主，包括: 数学模型的建立工程化简数学推导特点: 定性多，定量少，突出物理意义；对电路设计仅具方向性的指导作用同济大学 徐娟7讲课方式具体来讲，讲课内容分为以下三个层次:n1实现各种功能的基本原理及由此导出的基本电路；n2进行合理的近似，引出对电路进行近似的工程分析；n3根据分析结果，提出电路的设计原则及改进电路性能的基本途径同济大学 徐娟8学习目标1. 知其然： 看到电路，知道功能； （途径：死记/分析）2.知其所以然： 知道如何实现功能; (定性定量分析) 3.举一反三：在不同应用场合，实现电路的设计；4.由此及彼：受该电路设计思想的启发，创造新的功能；或创造同一功能新的电路形式。

同济大学 徐娟9教学参考书沈伟慈. 通信电路. 西安电子科技大学出版社，2007黄智伟. 通信电子线路. 机械工业出版社，2007刘宝玲. 通信电子电路. 高等教育出版社，2008王卫东. 高频电子电路. 电子工业出版社，2005第0章 绪论同济大学 徐娟110.1 通信电子线路概述0.2 传输信号的基本方法0.3 通信系统简介0.4 无线通信系统简介0.5 信号及其频谱0.6 现代通信系统0.7 无线通信系统实例CDMA0 绪论 主要内容：同济大学 徐娟12课程内容及要求:1、介绍信息传输和处理的基本电路,基本原理和基本分析方法2、要求掌握高频发射机、接收机的组成，工作原理和电路设计3、介绍和分析回路、高频小信号放大器、高频功率放大器、正弦波振荡器、调制、解调、干扰与噪声等0.1 通信电子线路概述同济大学 徐娟131、语言与文字（最基本的传输手段）2、光通信（远距离通信，迅速准确）3、电通信（无线通信、有线通信）uMaxwell 发现电磁场基本理论uHertz 实验证明了电磁场理论uMorse 有线电报uBell 有线0.2 传输信号的基本方法uMarconi(马可尼) 无线电报同济大学 徐娟14u 通信系统原理框图l 信号源l 输入（出）变换器l 发送设备l 信道l 接收设备l 噪声u 通信的分类0.3 通信系统简介同济大学 徐娟15信号源接收设备发送设备信道受信者n任何一个通信系统，都是从一个称为信息源的时空点向另一个称为受信者（信宿）的目的点（用户)传送信息。

n通信系统是指实现这一通信过程的全部技术设备和信道总和0.3 通信系统-通信系统原理框图输入变换器输出变换器噪声源同济大学 徐娟16信号源是指需要传送的原始信息，一般是非电物理量常见的信号源有：语音、音乐图像文字、数字等0.3 通信系统-信号源同济大学 徐娟170.3 通信系统输入（出）变换器在实际的通信电子线路中传输的是各种电信号,为此就需要将各种形式的信息转变成电信号话筒摄象机各种传感器件常见的输入变换器输入变换器：将原始信息转换成电信号输出变换器：将电信号恢复出原始信息常见的输出变换器扬声器(喇叭)显示器同济大学 徐娟18发送设备的作用： 将基带信号变换成适合信道传输特性的信号对基带信号进行变换的原因： 由于要传输的信息种类多样，其对应的基带信号特性各异，这些基带信号往往并不适合信道的直接传输0.3 通信系统-发送设备同济大学 徐娟19传输信道又称传输媒质，是传输信道的媒质不同的传输信道有不同的传输特性如：电缆、光缆、无线电波传输信道分类：有线通信信道无线通信信道0.3 通信系统-信道（1）同济大学 徐娟201、双绞线 适用于短距离（小于100m）、1Mb/s数据率的通信环境2、同轴电缆 适用于距离在几百米、带宽小于10Mhz、码流率小于20Mbps的通信环境。

u有线通信信道0.3 通信系统-信道（2）3、光纤电缆 特点：衰减小（小于1dB/km）、工作频率高、信息容量大同济大学 徐娟21无线通信以自由空间为传输媒质：地波与天波地波分类地面波(是沿地面传播的无线电波)空间波（是在发射天线与接收天线间直线传播的无线电波, 发射天线和接收天线较高，接收点的电磁波由直接波和地面反射波合成0.3 通信系统-信道（3）u无线通信信道同济大学 徐娟22天波 u经过地面100km至500km的电离层反射传送到接收点的电磁波电离层反射的特点：频率越高，吸收能量越小，但频率过高电波会穿透电离层故频率只限于中短波段300kHz30MHz 0.3 通信系统-信道（4）u无线通信信道同济大学 徐娟23l长波（低频） 30300 kHz 10-1kml中波（中频） 0.3-3 MHz 1000-100ml短波 （高频） 3-30 MHz 100-10ml超短波: 米波 (甚高频VHF) 30-300 MHz 10-1ml微波： 分米波(特高频UHF) 0.33 GHz 100-10cm 厘米波(超高频SHF) 3-30 GHz 10-1cm 毫米波(极高频EHF) 30-300 GHz 10-1mm 亚毫米波 300-3000 GHz 1-0.1mml光波： 红外光 3103-3105 GHz 100-1m 可见光 3105-3106 GHz 1-0.1m0.3 通信系统-信道（5）u无线电波段的划分同济大学 徐娟240.3 通信系统-信道（6）一些通信系统应用的频段同济大学 徐娟25接收设备的作用： 接收传送过来的信号，并进行处理，以恢复发送端的基带信号。

对接收设备的要求： 由于信号在传输和恢复的过程中存在着干扰和失真，接收设备要尽量减少这种失真0.3 通信系统-接收设备同济大学 徐娟260.3 通信系统噪声噪声按其来源可分为n外部噪声n内部噪声外部噪声n自然界存在的各种电磁波源（闪电、宇宙星体、大气热辐射）发出的噪声n工业上强力电机与电焊机工作时的工业噪声n其它通信设备发射的信号等内部噪声：系统设备本身产生的各种噪声同济大学 徐娟270.3 通信的分类同济大学 徐娟280.4 无线通信系统简介无线通信系统可分为n模拟无线通信系统（传送模拟电信号）n数字无线通信系统（传送数字电信号）在模拟无线通信系统中，若采用正弦波信号作为高频震荡信号，由于其主要参数是振幅、频率和相位因而出现了n振幅调制n频率调制n相位调制角度调制同济大学 徐娟290.4 无线通信系统简介在数字通信系统中，若采用正弦波信号作为载波，同样有振幅调制、频率调制和相位调制数字频带传输在数字通信系统中，数字信号也可以不经过调制而直接送入信道进行传输数字基带传输（如IR-UWB)同济大学 徐娟30什么是调制？将首先把声音变成电信号，然后把这种低频电信号装载到高频电振荡上(即调制)，通过与高频电振荡波长相当的天线把信号有效的辐射出去。

为什么要调制？n从切实可行的天线出发n频分复用，即同一信道可同时传输多路信号而不混叠调制器和解调器是无线通信必不可少的部分同济大学 徐娟31什么是调制？调制：用原始电信号去控制高频振荡信号的某一参数，使之随原始电信号的变化规律而变化未经调制的高频振荡信号称为载波信号低频信号称为调制信号（基带信号）经过调制并携带有低频信息的高频振荡信号称为已调信号（频带信号）已调信号是携带信息而且适合在信道中传输的电信号同济大学 徐娟32什么是调制？将基带信号“装载”在高频（射频）载波上，以利于最终由发射天线发射和传播出去载波信号原始信号/调制信号以模拟无线通信发射机为例已调波信号同济大学 徐娟33模拟无线通信系统的发送、接收框图同济大学 徐娟34模拟无线电发射机同济大学 徐娟35模拟无线电发射机原理（1）高频振荡器的作用是产生高频电振荡信号，这种高频电波是用来运载声音信号的，称之载波（运载信息）它的频率称为载频倍频器的作用是提高高频振荡频率，高频振荡器所产生的振荡的频率不一定恰好等于所需要的载波频率，一般低于载波频率若干分之一，这主要是为了保证振荡器的频率稳定度，所以需要用倍频器把频率提高到所需要的数值。

同济大学 徐娟36模拟无线电发射机原理（2）高频放大器的作用即把振荡器产生的高频振荡放大到一定的强度 调制的作用：把图像或声音信息装载到载波上的过程同济大学 徐娟37模拟无线电接收机原理（1）接收机的工作过程是发射机的逆过程，它的基本任务是将空中传来的带有信息的电磁波接收下来，并把它复原为原来的信号超外差式接收机同济大学 徐娟38模拟无线电接收机原理（2）混频器作用：频率变换w输入是各种不同载频f s的高频已调波信号和本地振荡信号w输出是一种载波频率较低而且固定（习惯上称此载频为中频f i ）的高频已调波信号（习惯上称此信号为中频信号）经变频后得到的中频信号经中频放大器放大由于变频后的“载波”频率是固定的，所以中频放大器的谐振回路不需要随时调整，不管信号频率怎么变，中频总是不变的，选择性容易做好同济大学 徐娟39数字无线通信系统的发送框图信源编码电路（实现A/D转换）信道编码电路（差错控制）同济大学 徐娟40数字无线通信系统的接收框图信源译码电路（实现D/A转换）信道译码电路（差错控制）同济大学 徐娟41传输数字信息的数字通信系统方框图数字通信中，有时往往所要获取的仅仅是数字信息，因而其终端（信宿）也由数字终端计算机等取代。

信息源也常常是数字终端计算机同济大学 徐娟42数字无线通信的优缺点数字无线通信的主要优点： (1) 有较强的抗干扰能力，通过再生中继技术可以消除噪声的积累，并能对信号传输中因干扰而产生的差错及时发现和纠正，从而提高了信息传输的可靠性2) 数字信号便于保密处理，易于实现保密通信3) 数字信号便于计算机进行处理，使通信系统更加通用和灵活4) 数字电路易于大规模集成，便于设备的微型化同济大学 徐娟43数字无线通信的优缺点数字通信的缺点：n数字信号占据频带较宽，频带利用率低，但目前采用了一些新的数字调制技术，不断增大通信容量，提高频率利用率，所以数字通信的发展前景广阔n要求有严格的同步系统同济大学 徐娟44常用的信号表示方法1、数学表达式法如：正弦波0.5 信号及其频谱2、波形表达方式例如：At同济大学 徐娟453、频域表示法根据傅立叶变换的基本原理，任何一个函数都可以用傅立叶级数展开通过研究信号的频谱，可以突出在信号传输中存在的主要问题，如信号的变化规律，信号的能量分布0.5 信号及其频谱同济大学 徐娟460.5 信号及其频谱由于任何复杂的信号，都可分解为许多不同频率的正弦信号之和，因此，所谓“频谱”即是指组成信号的各正弦分量按频率分布的情况。

为了更直观地了解信号的频率组成和特点，通常采用作图的方法来表示频谱n用频率f作横座标，用信号的各正弦分量的相对振幅作纵座标，通常称之为频谱图如：下面所示的一般语音信号的频谱示意图电压f/Hz3003400可以看到语音信号的频谱是连续的，其主要能量集中在1000Hz左右同济大学 徐娟47一般数字信号的频谱图如下： 可见，数字信号的频谱是不连续的 振幅f0.5 信号及其频谱同济大学 徐娟480.5 信号及其频谱f1表示脉冲重复频率，也就是基波频率f3、 f5 、f7分别表示三、五、七次谐波，在f轴的0点，表示直流分量，这条谱线的长度表示脉冲直流分量的大小高次谐波的谱线可以分布到很高的频率，但其幅度已相当小脉冲信号的频谱同济大学 徐娟490.6 现现代通信系统统 70年代以前，通信系统主要是模拟体制，采用超外差接收70-80年代无线电通信实现。