《通信電路》緒玩(沈偉慈)第1講

1、通信電路教材：沈偉慈通信電路西安電子科技大學出版社課程內容及要求課程內容及要求介紹信息無線傳輸和處理的基本電路，基本原理和基本分析方法。要求掌握無線電（通常為高頻）發(fā)射機、接收機的組成，工作原理和電路設計。 諧振回路、高頻小信號放大器、高頻功率放大器、正弦波振蕩器、混頻器以及調制、解調等。亦指適于無線電亦指適于無線電傳播的頻率傳播的頻率0.1 0.1 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)人類通訊手段的發(fā)展： 原始通信手段 有線通信 無線通信通信系統(tǒng)作用：發(fā)信者的信息準確地傳送給受信者。通信系統(tǒng)組成框圖受 信 者輸 入 變 換 器發(fā) 送 設 備信 道接 收 設 備輸 出 變 換 器噪 聲 源信 息 源信息源信息源信

2、息源是指需要傳送的原始信息一般是非電物理量 語言、 音樂、 圖像、 文字等受 信 者輸 入 變 換 器發(fā) 送 設 備信 道接 收 設 備輸 出 變 換 器噪 聲 源信 息 源輸入變換器輸入變換器 在實際的通信電子線路中傳輸的是各種電信號，為此，就需要將各種形式的信息轉變成電信號。 常見的輸入變換器有： 話筒、攝像機、各種傳感器件受 信 者輸 入 變 換 器發(fā) 送 設 備信 道接 收 設 備輸 出 變 換 器噪 聲 源信 息 源發(fā)送設備發(fā)送設備 發(fā)送設備的作用： 將變換成適合信道的傳輸特性的信號，然后送入信道傳輸。 基帶信號(Baseband Signal)是信源發(fā)出的原始電信號。 受 信 者輸

3、 入 變 換 器發(fā) 送 設 備信 道接 收 設 備輸 出 變 換 器噪 聲 源信 息 源信道信道 信號從發(fā)送到接收中間要經過傳輸信道，又稱傳輸媒質。不同的傳輸信道有不同的傳輸特性。 如電纜、光纜、無線電波等。 根據傳輸媒質的不同，可以分為兩大類： 有線通信：雙絞線電纜、同軸電纜、光纜 無線通信：自由空間受 信 者輸 入 變 換 器發(fā) 送 設 備信 道接 收 設 備輸 出 變 換 器噪 聲 源信 息 源有線通信信道有線通信信道 雙絞線 適用于短距離（小于100m）、1Mb/s數據率的通信環(huán)境。 同軸電纜 適用于距離在幾百米、帶寬小于10Mhz、碼流率小于20M的通信環(huán)境。 光纖電纜 特點：衰減小

4、（小于1db/km）、工作頻率高、信息容量大無線通信信道無線通信信道無線通信的傳輸媒質是自由空間。電磁波從發(fā)射天線天線輻射出去。電磁波經過自由空間到達接收天線的傳播途徑可分為三大類、。 天波天波 自發(fā)射天線發(fā)出的電磁波，在高空被電離層反射回來到達接收點的傳播方式稱為天波傳播。主要用于中、短波遠距離廣播、通信，船岸間航海移動通信，飛機地面間航空移動通信等業(yè)務。電離層反射的特點： 頻率越高，吸收能量越小，但頻率過高電波會穿透電離層。故頻率只限于中短波段300Khz30Mhz 。地波地波無線電波沿著地球表面的傳播稱為地波傳播。主要用于低頻及甚低頻遠距離無線電導航、標準頻率和時間信號的廣播等業(yè)務。授時

5、授時中國河南商丘授時臺我國首個低頻時碼授時臺在商丘建成并成功試播我國首個低頻時碼授時臺在商丘建成并成功試播 科學時報 2008-11-18 作者：楊永田 中科院方向性項目“新一代低頻時碼授時系統(tǒng)研究”日前在陜西臨潼國家授時中心通過了由中科院基礎局組織的項目驗收。與研究并行開展的成果應用也捷足先登，提前實現建成我國第一個低頻時碼授時臺并發(fā)播的愿望.視距傳播視距傳播電波依靠發(fā)射天線與接收天線之間的直視的傳播方式稱為視距傳播。主要用于微波中繼通信、甚高頻和超高頻廣播、電視、雷達等業(yè)務。噪聲源噪聲源外部噪聲源和內部噪聲源外部噪聲包括自然界存在的各種電磁波源(閃電、 宇宙星體、 大氣熱輻射等)發(fā)出的噪聲

6、， 工業(yè)上強力電機與電焊機等工作時造成的工業(yè)噪聲和其它通信設備發(fā)射的信號等等。內部噪聲則是指系統(tǒng)設備本身產生的各種噪聲。受 信 者輸 入 變 換 器發(fā) 送 設 備信 道接 收 設 備輸 出 變 換 器噪 聲 源信 息 源接收設備接收設備 接收設備的作用： 從信道中把有用信號從眾多信號和噪聲中選取出來。接收設備的要求： 由于信號在傳輸和恢復的過程中存在著干擾和失真，接收設備要盡量減少這種失真受 信 者輸 入 變 換 器發(fā) 送 設 備信 道接 收 設 備輸 出 變 換 器噪 聲 源信 息 源輸出變換器輸出變換器作用：恢復原始信息。 例如：電信號生成聲音信號是輸入變換器的逆過程。受 信 者輸 入 變

7、 換 器發(fā) 送 設 備信 道接 收 設 備輸 出 變 換 器噪 聲 源信 息 源無線電是指在自由空間（包括空氣和真空）傳播的電磁波，是一個，上限頻率在300GHz左右，下限頻率較不統(tǒng)一，在各種射頻規(guī)范中常見的有： 3KHz - 300GHz（ITU 國際電信聯盟規(guī)定） 9KHz - 300GHz 10 KHz - 300GHz0.2 0.2 無線電通信無線電通信無線電波段的劃分無線電波段的劃分 無線電通信技術是通過無線電波傳播信號的技術。無線電通信技術的在于導體中電流強弱的改變會產生無線電波。利用這一現象，可將信息加載于無線電波之上。當電波通過空間傳播到達收信端，電波引起的電磁場變化又會在導體

8、中產生電流。 將信息從電流變化中提取出來，就達到了信息傳遞的目的。麥克斯韋最早在他遞交給英國皇家學會的論文電磁場的動力理論中闡明了電磁波傳播的理論基礎。1861-1865。海因里希魯道夫赫茲在1886年至1888年間首先通過試驗驗證了麥克斯韋爾的理論。他證明了無線電輻射具有波的所有特性，并發(fā)現電磁場方程可以用偏微分方程表達，通常稱為波動方程。1906年圣誕前夜，雷吉納德菲森登在美國麻薩諸塞州采用外差法實現了歷史上首次無線電廣播。菲森登廣播了他自己用小提琴演奏“平安夜”和朗誦圣經片段。位于英格蘭切爾姆斯福德的馬可尼研究中心在1922年開播世界上第一個定期播出的無線電廣播娛樂節(jié)目無線電電子學的發(fā)展

9、: 三個里程碑 電子管 1904 Fleming發(fā)明電子管 1948 W. S 發(fā)明晶體三極管 60年代 集成電路出現0.3 0.3 無線電的用途無線電的用途無線電的最早應用于航海中，使用摩爾斯電報在船與陸地間傳遞信息?，F在，無線電有著多種應用形式，包括無線數據網，各種移動通信以及無線電廣播等。用途1 聲音廣播聲音廣播的最早形式是航海無線電報。調幅廣播可以傳播音樂和聲音。調頻廣播可以比調幅廣播更高的保真度傳播音樂和聲音。航海和航空中使用的話音電臺應用VHF調幅技術。這使得飛機和船舶上可以使用輕型天線。政府、消防、警察和商業(yè)使用的電臺通常在專用頻段上應用窄帶調頻技術。用途2 電話蜂窩電話（移動電

10、話）是當前最普遍應用的無線通信方式。蜂窩電話覆蓋區(qū)通常分為多個小區(qū)。每個小區(qū)由一個基站發(fā)射機覆蓋。理論上，小區(qū)的形狀為蜂窩狀六邊形，這也是蜂窩電話名稱的來源。當前廣泛使用的移動電話系統(tǒng)標準包括：GSM，CDMA和TDMA。運營商已經開始提供下一代的3G移動通信服務，其主導標準為UMTS和CDMA2000。用途3 電視通常的模擬電視信號采用將圖像調幅，伴音調頻并合成在同一信號中傳播。數字電視采用MPEG-2圖像壓縮技術，由此大約僅需模擬電視信號一半的帶寬。用途4 衛(wèi)星數據傳輸衛(wèi)星數據傳輸通常采用（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）。 QAM調制方式同時利用信

11、號的幅度和相位加載信息，可以在同樣的帶寬上傳遞更大的數據量。用途5 紅外紅外是一種無線通訊方式，可以進行無線數據的傳輸。自1974年發(fā)明以來，得到很普遍的應用，如紅外線鼠標，紅外線打印機，紅外線鍵盤等等。 紅外載波的頻率從 30KHz到60KHz. 有兩種調制方式:PWM(脈沖寬度調制)和PPM(脈沖位置調制). 用途6 藍牙所謂藍牙(Bluetooth) 實際上是一種短距離無線電技術，利用“藍牙”技術，能夠有效地簡化掌上電腦、筆記本電腦、移動電話手機等移動通信終端以及因特網設備之間的通信。藍牙技術采用2.4GHz的ISM (即工業(yè)、科學、醫(yī)學)頻段，以省去申請專用許可證的麻煩；采用FM調制方

12、式，使設備變得更為簡單可靠，傳輸速率最高為每秒1Mb/s，通信距離為10米左右。 其他用途利用主動及被動無線電裝置可以辨識以及表明物體身份。（射頻識別）無線電定向：使用可移動的環(huán)形天線來尋找電臺的方向。雷達通過測量反射無線電波的延遲來推算目標的距離。并通過反射波的極化和頻率感應目標的表面類型。通過射電天文望遠鏡接收到的宇宙天體發(fā)射的無線電波信號可以研究天體的物理、化學性質。（射電天文學）其他Frequency（生死頻率）“HAM” （火腿）0.4 思考一個問題思考一個問題無線電是如何將聲音(圖像)傳送到遠方的 ?注意：語音的頻率范圍：20Hz20KHz天線理論:天線尺寸必須和電信號的波長為同一

13、數量級。無線電信號的產生與發(fā)射 無線電發(fā)射機方框圖無線電發(fā)射機方框圖 天線天線2km以上以上無線電發(fā)射機 將音頻信號“裝載”到高頻振蕩中的方法有好幾種，如調頻、調幅、調相等。電視中圖象是調幅，伴音是調頻。廣播電臺中常用的方法是調幅與調頻。 無線電信號的接收 最簡單的接收機原理框圖 超外差式接收機方框圖 超外差式接收機的主要特點 超外差接收機的主要特點就是由來完成對接收信號的選擇和放大。 當信號頻率改變時, 只要相應地改變本地振蕩信號頻率即可。0.5 0.5 現代通信系統(tǒng)現代通信系統(tǒng) 模擬與數字的混合系統(tǒng) 70年代以前，無線通信系統(tǒng)主要是模擬體制，接收機如前介紹的超外差接收機；7080年代無線電

14、通信實現了模擬數字的大轉變，從系統(tǒng)控制（選臺調諧、音量控制，均衡控制等）到信源編碼、信道編碼，以及硬件實現技術都無一例外地實現了數字化?，F代超外差接收機可用下圖來表示，它是一個模擬與數字的混合系統(tǒng) 軟件無線電 進入90年代后，通信界開始了一場新的無線電革命，即從數字化走向了軟件化，軟件無線電技術（software Radio）應運而生。 軟件無線電是特指具有用軟件實現各種功能特點的無線電臺（如移動通信中的移動電話機、基站電臺、軍用電臺等），它主要由低成本、高性能的DSP芯片組成。軟件無線電的標志無線通信功能是由軟件定義并完成的。 這種完全的可編程能力包括可編程的射頻波段、信道接入方式、信道調制

15、方式與糾錯算法等，軟件無線電區(qū)別于軟件控制的數字無線電。 在盡可能靠近天線的地方使用A/D/A轉換器。 信號的數字化是實現軟件無線電的首要條件。理想軟件無線電系統(tǒng)中的A/D/A轉換器已相當靠近天線，從而可對高頻信號進行數字化處理，這也是它與常用的數字通信系統(tǒng)的根本區(qū)別所在。 軟件無線電的特點具有完全的可編程性 通過安裝不同的軟件來實現不同的電路功能，包括工作模式，系統(tǒng)功能，擴展業(yè)務等。 軟件無線電基于DSP技術 系統(tǒng)所需要的信號處理工作有變頻、濾波、調制解調，信道編譯碼，接口協議與信令處理，加解密、抗干擾處理，以及網絡監(jiān)控管理。具有很強的靈活性及可擴充性 可以任意轉換信道接入方式，改變調制方式

16、或接收不同系統(tǒng)的信號 。 具有集中性 由于軟件無線電結構具有相對集中和統(tǒng)一的硬件平臺，所以多個信道可以享有共同的射頻前端與寬帶A/D/A轉換器，從而可以獲取每一信道的相對廉價的信號處理性能。小結小結數字無線電和軟件無線電收發(fā)信機，其內部的基本功能、基本原理以及工作流程與傳統(tǒng)的超外式無線電收發(fā)機并無太大差異。目前受DSP芯片水平、DSP解決方案和算法的限制，軟件無線電技術在通信系統(tǒng)尚未得到較好發(fā)揮。經典高頻電子線路的分析方法與設計思想仍可作為現代無線電新技術的理論基礎。0.60.6本課程的特點及學習方法本課程的特點及學習方法“通信電路”以“模擬電路基礎”為其主要先修課程，理應掌握“模擬電路基礎”

17、中的基本概念、原理、電路組成和分析方法。 另外，“信號與系統(tǒng)”課程中的傅里葉頻譜分析方法、線性系統(tǒng)的拉氏變換法等有關內容也是“通信電路”的理論分析基礎。除了高頻小信號放大電路和滿足一定條件下的反饋控制電路可以看成是線性電路，采用線性電路的分析方法進行處理外，通信系統(tǒng)中的絕大多數功能電路則屬于非線性電路。 對非線性電路進行嚴格的數學分析需要建立和求解非線性微分方程，因而是非常困難的， 有時甚至是不可能的。本書采用了一些工程上的近似分析和求解的方法，如折線法、 冪級數法等。(3) 采用計算機輔助設計（CAD）的方法可以對各種功能電路進行近似仿真分析和設計。這方面的軟件較多，如matlabPSpice等，諸位可以參考有關資料。(4) 本課程是一門實踐性很強的課程。各種功能電路的理論學習必須和相應的實驗結合起來，才能真正領會和掌握，同時也不會感到抽象和枯燥。由于通信電路的工作頻率較高，受元器件和通信電路的工作頻率較高，受元器件和引線分布參數及各種高頻干擾影響較大引線分布參數及各種高頻干擾影響較大，因此制作和調試電路時比較困難。(5) 在一個通信系統(tǒng)中，各種功能電路相互之間是有一定影響的，所以在分析單個電路的工作原理和性能時，不僅要考慮該電路