第一章無(wú)線電系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

軟件無(wú)線電基礎(chǔ)任課老師：杜青松信息科學(xué)與工程學(xué)院1通信系統(tǒng)的一般組成信息源（簡(jiǎn)稱信源）：把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，如麥克風(fēng)。信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。發(fā)送設(shè)備：產(chǎn)生適合于在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。信道：將來(lái)自發(fā)送設(shè)備的信號(hào)傳送到接收端的物理媒質(zhì)。分為有線信道和無(wú)線信道兩大類。2通信系統(tǒng)的一般組成噪聲源：集中表示分布于通信系統(tǒng)中各處的噪聲。接收設(shè)備：從受到減損的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出原始電信號(hào)。受信者（信宿）：把原始電信號(hào)還原成相應(yīng)的消息，如揚(yáng)聲器等。3數(shù)字通信系統(tǒng)的組成4第一章無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)5本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容無(wú)線電技術(shù)起源與發(fā)展1無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2無(wú)線電系統(tǒng)的實(shí)用技術(shù)

3無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)4數(shù)字無(wú)線電技術(shù)56無(wú)線電技術(shù)起源1.1無(wú)線電技術(shù)起源與發(fā)展通信是伴隨人類進(jìn)步的推動(dòng)力

烽火臺(tái)旗語(yǔ)200多年以前現(xiàn)代文明還未啟動(dòng)，人類已經(jīng)進(jìn)行了大量遠(yuǎn)距離通信的探索。7電的發(fā)明推動(dòng)現(xiàn)代通信誕生電的發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)代通信BenjaminFranklin(1706-1790)MichaelFaraday(1791-1867）SamuelMorse(1791-1872)AlexanderGrahamBell(1847-1922）“上帝創(chuàng)造了何等的奇跡！”

電話之父

8電磁場(chǎng)電磁波理論推動(dòng)無(wú)線通信的發(fā)展無(wú)線通信發(fā)展JamesClerkMaxwell(1831-1879)HeinrichHertz(1857-1894)

1887年，赫茲通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，證明了麥克斯韋理論的正確性。1873年，麥克斯韋發(fā)表了電磁輻射理論，成為無(wú)線電領(lǐng)域中最為重要的理論基礎(chǔ)。9電磁場(chǎng)電磁波理論推動(dòng)無(wú)線通信的發(fā)展

1895年意大利發(fā)明家馬可尼（Marconi）試驗(yàn)無(wú)線電通信成功。

1901年,他成功地用莫爾斯電碼跨越大西洋傳輸無(wú)線電信號(hào)，開創(chuàng)了人類對(duì)無(wú)線電技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。他被稱為“無(wú)線電之父”。10無(wú)線通信的應(yīng)用迅速發(fā)展1.1無(wú)線電技術(shù)起源與發(fā)展軍事上：電臺(tái)，雷達(dá)等民用上：廣播/電視/無(wú)限通信/衛(wèi)星通信等11無(wú)線通信的應(yīng)用迅速發(fā)展1.1無(wú)線電技術(shù)起源與發(fā)展早期的雷達(dá)（英國(guó)）12無(wú)線通信的應(yīng)用迅速發(fā)展1.1無(wú)線電技術(shù)起源與發(fā)展13無(wú)線通信的應(yīng)用迅速發(fā)展1.1無(wú)線電技術(shù)起源與發(fā)展14無(wú)線通信的應(yīng)用迅速發(fā)展1.1無(wú)線電技術(shù)起源與發(fā)展15無(wú)線通信的應(yīng)用迅速發(fā)展1.1無(wú)線電技術(shù)起源與發(fā)展16無(wú)線電系統(tǒng)1.1無(wú)線電技術(shù)起源與發(fā)展從無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展過程可以看到，無(wú)線電系統(tǒng)包括無(wú)線電通信、導(dǎo)航、定位、測(cè)向、雷達(dá)、遙控、遙測(cè)、廣播、電視等各種無(wú)線電設(shè)備。概括而言，利用電磁波的傳播進(jìn)行信息傳輸或信息獲取的電子系統(tǒng)都是無(wú)線電系統(tǒng)。17無(wú)線電系統(tǒng)的最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)直放式無(wú)線電系統(tǒng)是最為簡(jiǎn)單的無(wú)線電系統(tǒng)。例：一個(gè)基于語(yǔ)音傳輸?shù)闹狈攀綗o(wú)線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：18無(wú)線電系統(tǒng)的最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)存在兩個(gè)問題：1、天線輻射效率低：當(dāng)天線的有效長(zhǎng)度接近半波長(zhǎng)的正整數(shù)倍時(shí)，可以獲得較高的輻射效率。2、不能多路傳輸：由于采用語(yǔ)音通話頻帶，不能同時(shí)傳輸多路語(yǔ)音信號(hào)。解決辦法：采用調(diào)制/解調(diào)技術(shù)。19無(wú)線電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)20無(wú)線電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在發(fā)射端增加調(diào)制環(huán)節(jié)，在接收端增加解調(diào)環(huán)節(jié)。選用不同的載波頻率可以在同一空間里同時(shí)傳輸多路語(yǔ)音信號(hào)—頻分復(fù)用技術(shù)。發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)頻譜必須嚴(yán)格限制在所分配的頻道范圍內(nèi)，否則將影響到相鄰頻道的其他無(wú)線電設(shè)備的正常使用。21無(wú)線電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)接收機(jī)則相反，它只能接收自己所在頻道的無(wú)線電信號(hào)，否則將受到相鄰頻道的影響。因此在無(wú)線電系統(tǒng)中，必須有信號(hào)頻譜的選擇單元。信號(hào)頻譜的選擇在實(shí)際系統(tǒng)中是由濾波器來(lái)完成的。發(fā)射機(jī)有發(fā)射濾波器，接收機(jī)則有選頻濾波器。22無(wú)線電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對(duì)于無(wú)線電接收機(jī)，其天線接收到的是所需頻點(diǎn)相鄰的一定范圍內(nèi)的所有無(wú)線電信號(hào)，因此從天線進(jìn)入接收機(jī)的信號(hào)首先要根據(jù)自己分配的頻道進(jìn)行選頻濾波處理，以保留所需頻道的信號(hào)，濾除相鄰頻道的信號(hào)，避免鄰道干擾。此功能由選頻濾波器完成。23無(wú)線電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對(duì)于無(wú)線電發(fā)射機(jī)，其信號(hào)的調(diào)制是利用器件的非線性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。信號(hào)經(jīng)過非線性系統(tǒng)后，除了所需的信號(hào)成分外，還會(huì)包括許多不需要的頻率成分，這些成分稱為諧波失真或雜散失真。在信號(hào)發(fā)射前，必須采用濾波器將這些不需要的成分濾除，否則就會(huì)對(duì)相鄰的頻道造成干擾。24無(wú)線電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)濾波器是無(wú)線電系統(tǒng)中的核心器件之一，濾波器的選頻特性要受到實(shí)際器件水平的限制。衡量濾波器選頻能力的指標(biāo)是品質(zhì)因數(shù)。濾波器的品質(zhì)因數(shù)：又稱為濾波器Q值，用濾波器的中心頻率與3dB帶寬的比值來(lái)表示。濾波器Q值描述了濾波器分離信號(hào)中相鄰頻率成分的能力。25無(wú)線電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)濾波器Q值越大，表明濾波器的頻譜分離能力越強(qiáng)。由于受到實(shí)際器件工藝水平的限制，高Q值的濾波器在生產(chǎn)時(shí)存在著很大的困難。因此，高Q值的濾波器在實(shí)際工程中是很難實(shí)現(xiàn)的。因此基本結(jié)構(gòu)的無(wú)線電系統(tǒng)存在著實(shí)際濾波器Q值限制的缺點(diǎn)，工程實(shí)現(xiàn)很困難。26無(wú)線電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)[例1]

在基本結(jié)構(gòu)的無(wú)線電系統(tǒng)中，假定所接收的的頻道2相鄰有頻道1和頻道3，如下圖所示。其中頻道2的中心頻率為95.6MHz，頻道帶寬為0.15MHz，頻道間隔為0.05MHz。試計(jì)算接收機(jī)輸入選頻濾波器的Q值。1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)27無(wú)線電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)[例2]

在基本結(jié)構(gòu)的無(wú)線電系統(tǒng)中，假定調(diào)制信號(hào)為單頻正弦信號(hào)，其頻率為3kHz，載波頻率為30MHz。調(diào)制方式為振幅調(diào)制。（振幅調(diào)制一般采用二極管的非線性來(lái)實(shí)現(xiàn)）試計(jì)算發(fā)射機(jī)輸出濾波器的Q值。1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)28無(wú)線電系統(tǒng)的實(shí)用結(jié)構(gòu)1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)解決實(shí)際濾波器Q值限制的工程方法有兩種：一種是增加相鄰頻道的頻率間隔；另一種是降低濾波器輸入信號(hào)的中心頻率。前一種方法可以有效地降低發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)難度，在無(wú)線電技術(shù)發(fā)展的早期非常適用，其缺點(diǎn)是大大降低了電磁頻譜的利用率，對(duì)頻譜資源造成很大的浪費(fèi)。29無(wú)線電系統(tǒng)的實(shí)用結(jié)構(gòu)1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)后一種方法則需要采用混頻器將信號(hào)頻譜搬移到較低的頻率上進(jìn)行再次濾波。這種方法是目前無(wú)線電系統(tǒng)最為常用的方法。由于混頻器也屬于非線性電路，因此混頻器的輸出也會(huì)產(chǎn)生很多不需要的諧波分量，需要采用濾波器進(jìn)行濾除。實(shí)用的無(wú)線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。30無(wú)線電系統(tǒng)的實(shí)用結(jié)構(gòu)1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)31無(wú)線電系統(tǒng)的實(shí)用結(jié)構(gòu)1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在發(fā)射端，語(yǔ)音信號(hào)先經(jīng)過一個(gè)頻率較低的載波調(diào)制、調(diào)制后，再向上混頻到發(fā)射頻率。接收機(jī)接收到的信號(hào)先經(jīng)過下混頻到較低頻率后，再解調(diào)輸出。未調(diào)制的原始信號(hào)為音頻、視頻或基帶信號(hào)。調(diào)制后或解調(diào)前的已調(diào)信號(hào)稱為中頻信號(hào)。最終經(jīng)天線發(fā)射或接收的信號(hào)稱射頻信號(hào)。32無(wú)線電系統(tǒng)的實(shí)用結(jié)構(gòu)[例3]

在實(shí)用結(jié)構(gòu)的無(wú)線電系統(tǒng)中，假定所接收的的頻道2相鄰有頻道1和頻道3，其中頻道2的中心頻率為95.6MHz，頻道帶寬為0.15MHz，頻道間隔為0.05MHz。頻道2接收信號(hào)經(jīng)混頻得到的中頻信號(hào)的中心頻率為10.7MHz。試計(jì)算接收機(jī)輸入選頻濾波器的Q值。1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)33無(wú)線電系統(tǒng)的實(shí)用結(jié)構(gòu)1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為了進(jìn)一步降低對(duì)濾波器實(shí)際選頻特性的要求，當(dāng)射頻頻率太高時(shí)，已調(diào)的中頻信號(hào)與射頻信號(hào)間的頻譜搬移往往需要采用多級(jí)混頻結(jié)構(gòu)才能完成，這時(shí)中頻信號(hào)就根據(jù)其頻率的高低順序依次稱為第一中頻、第二中頻等。采用多級(jí)混頻的方式可以大大降低系統(tǒng)對(duì)濾波器選頻特性的要求，有利于工程實(shí)現(xiàn)。34無(wú)線電系統(tǒng)的實(shí)用結(jié)構(gòu)[例4]

在實(shí)用結(jié)構(gòu)的無(wú)線電系統(tǒng)中，采用兩級(jí)混頻結(jié)構(gòu)，假定調(diào)制信號(hào)頻率和射頻頻率與例2相同。取載波頻率為60kHz，第一級(jí)混頻器輸出頻率為1.5MHz，第二級(jí)混頻器輸出頻率為30MHz。試計(jì)算系統(tǒng)中各級(jí)濾波器的Q值。1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)35無(wú)線電系統(tǒng)的實(shí)用結(jié)構(gòu)[例4]頻譜變化示意圖1.2無(wú)線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)36無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)低噪聲放大技術(shù)自動(dòng)增益控制（AGC）技術(shù)超外差接收技術(shù)收/發(fā)雙工技術(shù)37低噪聲放大技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)在無(wú)線電系統(tǒng)中，接收靈敏度是接收機(jī)最為重要的性能指標(biāo)。接收靈敏度是指在保證所要求的輸出信噪比的條件下，接收機(jī)所需的最小輸入功率。為使接收機(jī)能夠接收更為微弱的信號(hào)，需要提高無(wú)線電接收機(jī)的靈敏度，最直接的手段是在接收機(jī)前端增加一個(gè)射頻放大器。38低噪聲放大技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)由于通過天線進(jìn)入無(wú)線電接收機(jī)的信號(hào)都非常微弱，因此位于接收機(jī)最前端的放大器的噪聲系數(shù)對(duì)整個(gè)接收機(jī)的噪聲系數(shù)具有至關(guān)重要的影響。為保證整個(gè)接收機(jī)的噪聲系數(shù)滿足使用要求，應(yīng)使所增加的射頻放大器的噪聲系數(shù)應(yīng)盡量小，因此必須采用低噪聲放大器（LNA）。39自動(dòng)增益控制技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)在無(wú)線電接收機(jī)中，其輸入的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)隨著與發(fā)射機(jī)之間距離的遠(yuǎn)近、信號(hào)傳播信道的環(huán)境等因素的變化而變化。如果接收機(jī)的增益是固定的，則其輸出信號(hào)的強(qiáng)度就會(huì)隨著輸入信號(hào)而變化，過強(qiáng)的輸出信號(hào)會(huì)使接收機(jī)飽和，從而影響到用戶的使用。40自動(dòng)增益控制技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)在無(wú)線電接收機(jī)中，為了使其輸出信號(hào)的強(qiáng)度保持相對(duì)穩(wěn)定，接收機(jī)的增益應(yīng)該隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)度大小自動(dòng)調(diào)整。這一技術(shù)稱為自動(dòng)增益控制（AutomaticGainControl,AGC）。自動(dòng)增益控制系統(tǒng)的工作原理如下圖所示。41自動(dòng)增益控制技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)42自動(dòng)增益控制技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)自動(dòng)增益控制的工作原理是：可控增益放大器的輸出先經(jīng)過均值/峰值檢測(cè)器檢測(cè)出其均值或峰值，低通濾波后經(jīng)直流放大器進(jìn)入電壓比較器，與設(shè)定門限比較后，由控制信號(hào)發(fā)生器按負(fù)反饋的原則產(chǎn)生控制電壓，從而控制可控增益放大器的增益，以保持其輸出信號(hào)電平基本不變。43超外差接收技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)在基本結(jié)構(gòu)及實(shí)用結(jié)構(gòu)的無(wú)線電系統(tǒng)中，無(wú)線電接收機(jī)接收不同的信道時(shí)，其選頻濾波器的中心頻率就要跟隨信道而變化。這時(shí)，如果混頻器的本振頻率不變，則其輸出的中頻頻率也會(huì)相應(yīng)改變，其后的濾波器的中心頻率也需要相應(yīng)調(diào)整，從而使得接收機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。解決方案：超外差接收技術(shù)。44超外差接收技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)超外差無(wú)線電接收機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：45超外差接收技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)在超外差接收機(jī)中，其中頻頻率是固定不變的，因此就要求其本振頻率和選頻濾波器的中心頻率能夠同步改變，以接收不同頻率的信號(hào)。這種接收技術(shù)稱為外差技術(shù)。當(dāng)取中頻頻率低于射頻頻率且高于信號(hào)帶寬時(shí)，就稱為超外差技術(shù)。超外差技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、選擇性好、工作穩(wěn)定、中頻部分可標(biāo)準(zhǔn)化等。46收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)無(wú)線通信的工作方式：?jiǎn)喂ねㄐ胖竿ㄐ烹p方電臺(tái)交替地進(jìn)行收信和發(fā)信，根據(jù)收、發(fā)頻率的異同，又可分為同頻單工和異頻單工。同頻(單頻)單工：雙方收發(fā)使用同一工作頻率異頻(雙頻)單工：雙方收發(fā)使用兩個(gè)頻率47單工通信

通信雙方電臺(tái)交替地進(jìn)行收信和發(fā)信。單工方式

同頻單工雙頻單工Play48收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)無(wú)線通信的工作方式：半雙工通信指通信的雙方有一方在通信的過程中既能發(fā)射信號(hào)也能接收信號(hào)（同時(shí)進(jìn)行），而另一方只能是單工工作。49半雙工通信通信雙方中，一方使用雙工方式，即收發(fā)信機(jī)同時(shí)工作；另一方使用雙頻單工方式，即收發(fā)信機(jī)交替工作。Play50收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)無(wú)線通信的工作方式：雙工通信指通信雙方，收發(fā)信機(jī)均同時(shí)工作，即任一方在發(fā)話的同時(shí)也能收聽到對(duì)方講話，不需采用PTT(“按-講”)的方式。51雙工通信通信雙方均同時(shí)進(jìn)行收發(fā)工作。即任一方講話時(shí)，可以聽到對(duì)方的話音。play52收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)的收發(fā)雙工技術(shù)指的是天線共用的技術(shù)。因?yàn)榇蟛糠值臒o(wú)線電系統(tǒng)都是既有發(fā)射機(jī)，又有接收機(jī)，具有發(fā)射和接收兩種工作模式。為了降低系統(tǒng)的成本和體積，一臺(tái)無(wú)線電系統(tǒng)一般只有一套天線，發(fā)射和接收時(shí)都共用同一套天線。53收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)共用同一套天線的技術(shù)稱為收發(fā)雙工技術(shù)，天線共用的設(shè)備稱為雙工器（或稱為天線共用器）。收發(fā)雙工器的作用是將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)隔離開來(lái)，以防止發(fā)射機(jī)工作時(shí)其信號(hào)進(jìn)入到接收機(jī)，從而影響接收機(jī)的正常工作甚至燒毀。54收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)收發(fā)雙工器最主要的技術(shù)指標(biāo)是收發(fā)隔離度，用于表征發(fā)射機(jī)功率泄漏到接收機(jī)的大小。常見的收發(fā)雙工技術(shù)有三種：時(shí)分雙工頻分雙工環(huán)行器雙工55收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)時(shí)分雙工：從時(shí)間上將系統(tǒng)的發(fā)射與接收分隔開來(lái)。時(shí)分雙工示意圖如下所示：56收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)時(shí)分雙工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：收發(fā)可以采用相同的頻率，可以節(jié)省頻率資源；收/發(fā)隔離度可以做得很高，可以用于超遠(yuǎn)程雷達(dá)等特大功率發(fā)射機(jī)的場(chǎng)合；只需要收/發(fā)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)成本低，因此廣泛用于對(duì)講機(jī)等通信設(shè)備中。57收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)頻分雙工：從頻率上將系統(tǒng)的發(fā)射與接收分隔開來(lái)，如下圖所示：58收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)頻分雙工中收、發(fā)的隔離是由濾波器完成的，收發(fā)濾波器的頻率響應(yīng)如下圖所示：59收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)接收機(jī)的濾波器2對(duì)發(fā)射頻率fT有很強(qiáng)的陷波作用，以盡量減小發(fā)射信號(hào)對(duì)接收機(jī)的影響。發(fā)射機(jī)的濾波器1在接收頻率fR上有很強(qiáng)的陷波作用，以盡量抑制發(fā)射信號(hào)中與接收頻率相同的雜散分量，以提高接收機(jī)的靈敏度。60收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)頻分雙工技術(shù)的特點(diǎn)：最大的優(yōu)點(diǎn)是收、發(fā)可以同時(shí)工作，因此廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、微波中繼通信等系統(tǒng)中；缺點(diǎn)是收、發(fā)必須占用不同的頻率，如果要做到較高的收發(fā)隔離度，則要求收發(fā)之間的頻率間隔較大，占用較多的頻譜資源。61收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)環(huán)行器雙工技術(shù)：利用環(huán)行器本身特有的單向傳輸高頻信號(hào)能量的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)收/發(fā)隔離。環(huán)行器是一個(gè)多端口器件，其中電磁波的傳輸只能沿單方向環(huán)行，例如在下圖中，信號(hào)只能沿①→②→③→④→①方向傳輸，反方向是隔離的。62收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)環(huán)行器單向傳輸?shù)臋C(jī)理是由于采用了鐵氧體旋磁材料。這種材料在外加高頻波場(chǎng)和恒定直流磁場(chǎng)共同作用下，產(chǎn)生旋磁特性。這種旋磁特性使在鐵氧體中傳播的電磁波發(fā)生極化的旋轉(zhuǎn)（法拉第效應(yīng)）以及電磁波能量強(qiáng)烈吸收（鐵磁共振），從而實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)能量的單向傳輸。63收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)環(huán)行器雙工技術(shù)原理如下圖所示：64收發(fā)雙工技術(shù)1.3無(wú)線電系統(tǒng)的常用技術(shù)由于環(huán)行器具有單向傳輸高頻信號(hào)的特點(diǎn)，因此上圖中發(fā)射機(jī)輸出的信號(hào)功率只能沿箭頭方向傳輸?shù)教炀€，而從天線接收來(lái)的信號(hào)也只能沿箭頭方向傳輸?shù)浇邮諜C(jī)中。環(huán)行器雙工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠連續(xù)實(shí)現(xiàn)收/發(fā)之間的同頻隔離，其缺點(diǎn)是收發(fā)隔離度不高，一般在30dB左右。65無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.4無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)是指利用無(wú)線電傳輸數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)。無(wú)線電系統(tǒng)最早傳輸?shù)木褪菙?shù)字信號(hào)——莫爾斯電碼。無(wú)線電的應(yīng)用就是從無(wú)線電報(bào)開始的。無(wú)線數(shù)字傳輸系統(tǒng)采用了數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其結(jié)構(gòu)見下圖：6667無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)的特點(diǎn)1.4無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)噪聲容限大，抗干擾能力強(qiáng)。遠(yuǎn)距離中繼時(shí)容易再生和復(fù)制。采用接入、復(fù)用等技術(shù)，可以充分利用信道帶寬。采用擴(kuò)頻、差錯(cuò)控制技術(shù)，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)抗干擾能力。68無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)的特點(diǎn)1.4無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)利用低成本的VLSI技術(shù)，系統(tǒng)容易集成，一致性好。所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)容易存儲(chǔ)、顯示和處理。采用加密技術(shù)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。需要復(fù)雜的同步技術(shù)來(lái)保證系統(tǒng)的正常工作。69數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)傳統(tǒng)的模擬無(wú)線電系統(tǒng)采用模擬信道技術(shù)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集成度低，調(diào)整困難，體積大功耗大，運(yùn)用不靈活。因此隨著數(shù)字電路技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)線信息傳輸系統(tǒng)的信道技術(shù)也逐漸數(shù)字化。在傳統(tǒng)的模擬無(wú)線電技術(shù)中，信號(hào)的處理大多采用實(shí)信號(hào)處理技術(shù)；而數(shù)字無(wú)線電則多采用復(fù)信號(hào)處理技術(shù)，即正交雙通道技術(shù)。70數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)1、實(shí)信號(hào)的復(fù)解析表示（正交分解）實(shí)信號(hào)的正交分解是數(shù)字無(wú)線技術(shù)的重要基礎(chǔ)。利用希爾伯特變換，一個(gè)實(shí)信號(hào)可用復(fù)解析表達(dá)式描述如下：71數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)1、實(shí)信號(hào)的復(fù)解析表示（正交分解）易知：其中均為實(shí)信號(hào)，分別稱為相應(yīng)復(fù)信號(hào)的同相分量和正交分量。72數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)1、實(shí)信號(hào)的復(fù)解析表示（正交分解）由復(fù)解析表達(dá)式很容易求出信號(hào)的3個(gè)主要特征參數(shù)：瞬時(shí)包絡(luò)、瞬時(shí)相位和瞬時(shí)角頻率。73數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)1、實(shí)信號(hào)的復(fù)解析表示（正交分解）實(shí)信號(hào)的復(fù)解析表示及瞬時(shí)包絡(luò)、瞬時(shí)相位和瞬時(shí)角頻率表達(dá)式是數(shù)字無(wú)線電和軟件無(wú)線電技術(shù)中信號(hào)分析、解調(diào)、識(shí)別和測(cè)量的理論基礎(chǔ)。74數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)2、正交調(diào)制和解調(diào)一個(gè)已調(diào)信號(hào)是實(shí)窄帶信號(hào)，可表示為：其相應(yīng)的復(fù)解析表達(dá)式為：75數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)2、正交調(diào)制和解調(diào)其基帶調(diào)制信號(hào)為：其實(shí)部和虛部分別稱為I信號(hào)和Q信號(hào)。由已調(diào)信號(hào)獲得基帶信號(hào)的過程稱為正交解調(diào)，其相反的過程稱為正交調(diào)制。76數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)2、正交調(diào)制和解調(diào)77數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)2、正交調(diào)制和解調(diào)正交調(diào)制和解調(diào)的系統(tǒng)模型如上圖所示。正交調(diào)制與解調(diào)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為正交雙通道結(jié)構(gòu)，分別稱為I通道和Q通道。實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵：一是需要產(chǎn)生兩個(gè)正交的載頻；二是需要嚴(yán)格保證兩通道幅度、相位平衡（幅相一致性）。78數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)2、正交調(diào)制和解調(diào)正交調(diào)制和解調(diào)有模擬和數(shù)字兩種實(shí)現(xiàn)方式。模擬實(shí)現(xiàn)時(shí)，正交本振、混頻器和濾波器均采用模擬電路實(shí)現(xiàn)。由于受模擬器件的離散性、溫度效應(yīng)等的影響，正交雙通道的一致性很難保證。79數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)2、正交調(diào)制和解調(diào)數(shù)字實(shí)現(xiàn)時(shí)，正交本振、混頻器和濾波器均采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。由于數(shù)字電路具有一致性好的特點(diǎn)，因此可以獲得很好的通道一致性，本振相位的正交性采用數(shù)控振蕩器技術(shù)也能得到很好的保證。80數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)3、數(shù)控振蕩器數(shù)字無(wú)線電系統(tǒng)中，如何獲得良好的正交本振是數(shù)字正交調(diào)制和解調(diào)的關(guān)鍵。保證雙通道本振輸出信號(hào)正交性的關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)控振蕩器

(NumericControlOscillator,NCO)技術(shù)。NCO的原理框圖如下圖所示。81數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)3、數(shù)控振蕩器82數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)3、數(shù)控振蕩器NCO的正弦波表是按照一定的相位精度和幅度精度將正弦函數(shù)值量化后事先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中。設(shè)正弦波表的相位量化位數(shù)為，則其相位分辨率為83數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)3、數(shù)控振蕩器對(duì)于給定的時(shí)鐘頻率fCLK，其本振頻率為其頻率分辨率為84數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)3、數(shù)控振蕩器NCO的相位分辨率和頻率分辨率均取決于相位量化位數(shù)，越大，NCO的相位分辨率和頻率分辨率就越高，也就越容易保證兩路本振的正交性。85數(shù)字無(wú)線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)數(shù)字無(wú)線電和模擬無(wú)線電系統(tǒng)的區(qū)別在信道結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為正交雙通道結(jié)構(gòu)，在基帶信號(hào)處理上表現(xiàn)為復(fù)解析信號(hào)的數(shù)字處理。根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換在數(shù)字無(wú)線電系統(tǒng)中所處的位置不同，可將數(shù)字無(wú)線電系統(tǒng)分為零中頻數(shù)字基帶、超外差式數(shù)字基帶和超外差式數(shù)字中頻三種常見結(jié)構(gòu)。86數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)1、零中頻數(shù)字基帶接收機(jī)87數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)1、零中頻數(shù)字基帶接收機(jī)射頻信號(hào)首先經(jīng)帶通濾波器選頻、低噪聲放大器放大后，分兩路進(jìn)行正交混頻。混頻器輸出的兩路信號(hào)經(jīng)低通濾波器、放大后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字基帶I、Q信號(hào)，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理，得到所需的調(diào)制信息。88數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)1、零中頻數(shù)字基帶接收機(jī)由于在這種結(jié)構(gòu)中，正交混頻所需的本振頻率與射頻頻率基本相同，混頻器輸出的中頻頻率約等于零，所以稱這種結(jié)構(gòu)為零中頻接收機(jī)。零中頻數(shù)字基帶接收機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低，廣泛應(yīng)用于無(wú)線尋呼機(jī)等小型無(wú)線接收設(shè)備中。89數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)2、超外差式數(shù)字基帶收發(fā)機(jī)零中頻數(shù)字基帶接收機(jī)在工程中的一些固有的缺點(diǎn)使其不適用于收/發(fā)雙工的結(jié)構(gòu)。在收/發(fā)雙工的數(shù)字無(wú)線電系統(tǒng)中，一般采用超外差式數(shù)字收/發(fā)結(jié)構(gòu)。超外差式數(shù)字基帶收發(fā)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。9091數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)線電技術(shù)2、超外差式數(shù)字基帶收發(fā)機(jī)輸入接收機(jī)的射頻信號(hào)先經(jīng)雙工器、低噪聲放大、下混頻后得到固定的中頻，然后再經(jīng)過正交混頻、濾波、放大、A/D變換后得到數(shù)字基帶I、Q信號(hào)，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理得到調(diào)制信息。92數(shù)字無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.5數(shù)字無(wú)