無線通信技術課件

1、無線通信技術無線通信技術 無線通信技術廣泛應用于通信系統和各種設無線通信技術廣泛應用于通信系統和各種設備中。無線電通信、廣播、雷達、導航等都是利備中。無線電通信、廣播、雷達、導航等都是利用高頻無線電波來傳遞信息。盡管它們在傳遞信用高頻無線電波來傳遞信息。盡管它們在傳遞信息形式、工作方式及設備體制等方面有很大不同，息形式、工作方式及設備體制等方面有很大不同，但設備中產生和接收、檢測高頻信號的基本電路但設備中產生和接收、檢測高頻信號的基本電路大致相同。大致相同。 所謂所謂“高頻高頻”，廣義上講就是，廣義上講就是適于無線電傳適于無線電傳播的無線電頻率，播的無線電頻率，通常通常又稱又稱“射頻射頻”。為

2、什么無。為什么無線電傳播要用高頻？線電傳播要用高頻？1.1 1.1 線性電路與非線性電路線性電路與非線性電路 1.2 1.2 無線電通信系統無線電通信系統 1.3 1.3 收音機電路收音機電路 本講導航教學內容教學內容教學目的教學目的1.1 線性電路與非線性電路1了解線性電路與非線性電路的基本概念1.2 無線電通信系統（一）2了解通信系統的分類3掌握無線通信系統的組成及調制、解調的基本概念教學重點無線通信系統的組成及調制、解調的基本概念 電子器件嚴格上均為非線性的，故所構成的電子電子器件嚴格上均為非線性的，故所構成的電子線路均為非線性電子線路。但是，依據器件的使用條線路均為非線性電子線路。但是

3、，依據器件的使用條件不同，所表現的非線性程度不同。件不同，所表現的非線性程度不同。 線性電路：對信號進行處理時，盡量使用器件特線性電路：對信號進行處理時，盡量使用器件特性的線性部分。電路基本是線性的，但存在不希望有性的線性部分。電路基本是線性的，但存在不希望有的失真。的失真。 非線性電路：對信號進行處理時，使用了器件特非線性電路：對信號進行處理時，使用了器件特性的非線性部分，利用器件的非線性完成振蕩、頻率性的非線性部分，利用器件的非線性完成振蕩、頻率變換等功能。變換等功能。 1.1 線性電路與非線性電路（一）線性電路與非線性電路（一） 小信號條件下，由于輸入信號足夠小，電路可小信號條件下，由于

4、輸入信號足夠小，電路可以用線性等效電路表示，如線性電子線路部分討論以用線性等效電路表示，如線性電子線路部分討論過的各種小信號放大器。器件的特性，歸屬線性電過的各種小信號放大器。器件的特性，歸屬線性電子線路。子線路。 大信號條件下，由于輸入信號較大，必然涉及大信號條件下，由于輸入信號較大，必然涉及到器件的非線性部分，例如功率放大器，這樣就不到器件的非線性部分，例如功率放大器，這樣就不能用線性等效電路表示電子器件的特征，而必須用能用線性等效電路表示電子器件的特征，而必須用非線性電路的分析方法。所以功放歸在非線性電子非線性電路的分析方法。所以功放歸在非線性電子線路的范疇。線路的范疇。 1.1 線性電

5、路與非線性電路（二）線性電路與非線性電路（二）1. 通信（通信（communication） 一切將一切將信息信息從發(fā)送者傳送到接收者的過程。其主要任務是傳遞信息。從發(fā)送者傳送到接收者的過程。其主要任務是傳遞信息。1.2 1.2 無線電通信系統無線電通信系統一一. 通信系統的分類（一）通信系統的分類（一） 自古以來，信息就如同物質和能量一樣，是人類賴以生存和發(fā)展的自古以來，信息就如同物質和能量一樣，是人類賴以生存和發(fā)展的基礎資源之一。人類通信的歷史可以追溯到遠古時代，文字、信標、烽基礎資源之一。人類通信的歷史可以追溯到遠古時代，文字、信標、烽火及驛站等作為主要的通信方式，曾經延續(xù)了幾千年。火及

6、驛站等作為主要的通信方式，曾經延續(xù)了幾千年。 電通信的發(fā)展歷史從電通信的發(fā)展歷史從1837年美國人莫爾斯發(fā)明人工電報裝置開始，年美國人莫爾斯發(fā)明人工電報裝置開始，至今不過至今不過170年。翻開厚厚的電信史冊，沿著歷史的腳步一路走來，在技年。翻開厚厚的電信史冊，沿著歷史的腳步一路走來，在技術和市場需求的雙重驅動下，僅有一百多年歷史的電通信發(fā)生了翻天覆地術和市場需求的雙重驅動下，僅有一百多年歷史的電通信發(fā)生了翻天覆地的巨變，取得了令人驚嘆的輝煌成就。的巨變，取得了令人驚嘆的輝煌成就。單元一單元一 緒論緒論一一. 通信系統的分類通信系統的分類( (二二) )消息消息 （NEWS，MESSAGE）：）

7、： 關于人或事物情況的報道。關于人或事物情況的報道。 通信過程中傳輸的具體對象：文字，語音，圖象，數據等。通信過程中傳輸的具體對象：文字，語音，圖象，數據等。信息信息 （INFORMATION）：）： 有用的消息有用的消息信號信號 （SIGNAL）：）： 信息的具體存載體。信息的具體存載體。2. 通信系統通信系統實現信息傳送過程的系統。實現信息傳送過程的系統。一一. 通信系統的分類（三）通信系統的分類（三）3. 分類分類（1）按傳輸的信息的物理特征分。）按傳輸的信息的物理特征分。（2）按信道傳輸的信號傳送類型分。）按信道傳輸的信號傳送類型分。（3）按傳輸媒介（信道）的物理特征分。）按傳輸媒介（

8、信道）的物理特征分?？梢苑譃殡娫?、電報、傳真通可以分為電話、電報、傳真通信系統，廣播電視通信系統，信系統，廣播電視通信系統，數據通信系統等；數據通信系統等； 可以分為模擬和數字可以分為模擬和數字通信系統；通信系統；可分為：有線通信系統可分為：有線通信系統利用導線傳送信息；利用導線傳送信息； 無線通信系統無線通信系統利用電磁波傳送信息；利用電磁波傳送信息； 光纖通信系統光纖通信系統利用光導纖維傳送信息。利用光導纖維傳送信息。在無線模擬通信系統中，信道便是指自由空間。在無線模擬通信系統中，信道便是指自由空間。組成：發(fā)送設備組成：發(fā)送設備+接收設備接收設備+傳輸媒體傳輸媒體 無線通信系統 二無線通信

9、系統二無線通信系統（1）換能器：將被發(fā)送的信息變換為電信號。例）換能器：將被發(fā)送的信息變換為電信號。例如話筒將聲音變?yōu)殡娦盘?。如話筒將聲音變?yōu)殡娦盘?。?）發(fā)射機：將換能器輸出的電信號變?yōu)閺姸茸悖┌l(fā)射機：將換能器輸出的電信號變?yōu)閺姸茸銐虻母哳l電振蕩。夠的高頻電振蕩。（3）天線：將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸媒質）天線：將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸媒質輻射。輻射。1. 發(fā)送設備發(fā)送設備2. 傳輸媒體傳輸媒體電磁波電磁波電磁波波譜在自由空間中, 波長與頻率存在以下關系: c = f 式中: c為光速, f 和分別為無線電波的頻率和波長, 因此, 無線電波也可以認為是一種頻率相對較低的電磁波。 對頻率

10、或波長進行分段, 分別稱為頻段或波段。 不同頻段信號的產生、放大和接收的方法不同, 傳播的能力和方式也不同, 因而它們的分析方法和應用范圍也不同。無線電波只是一種波長比較長的電磁波, 占據的頻率范圍很廣。 決定傳播方式和傳播特點的關鍵因素是無線電信號的頻率。電波的傳播方式電波的傳播方式（a） 地面波; （b） 天波; （c） 空間波沿大地與空氣的分界面?zhèn)鞑サ碾姴ń械乇砻娌?，沿大地與空氣的分界面?zhèn)鞑サ碾姴ń械乇砻娌?，簡稱地波。繞射傳播。傳播途徑主要取決于地簡稱地波。繞射傳播。傳播途徑主要取決于地面的電特性。地波在傳播過程中，由于能量逐面的電特性。地波在傳播過程中，由于能量逐漸被大地吸收，很快減弱

11、（波長越短，減弱越漸被大地吸收，很快減弱（波長越短，減弱越快），因而傳播距離不遠。但地波不受氣候影快），因而傳播距離不遠。但地波不受氣候影響，可靠性高。超長波、長波、中波無線電信響，可靠性高。超長波、長波、中波無線電信號，都是利用地波傳播的。短波近距離通信也號，都是利用地波傳播的。短波近距離通信也利用地波傳播。利用地波傳播。天波：利用天空的電離層折射和反射而傳播的天波：利用天空的電離層折射和反射而傳播的電波，也叫天空波。電離層只對短波波段的電電波，也叫天空波。電離層只對短波波段的電磁波產生反射作用，因此天波傳播主要用于短磁波產生反射作用，因此天波傳播主要用于短波遠距離通信。兩個突出特點：一是傳

12、播距離波遠距離通信。兩個突出特點：一是傳播距離遠，同時產生中間靜區(qū)地帶，二是傳播不穩(wěn)定，遠，同時產生中間靜區(qū)地帶，二是傳播不穩(wěn)定，隨晝夜和季節(jié)的變化而變化。因此，短波通信隨晝夜和季節(jié)的變化而變化。因此，短波通信要經常更換波段，以保證質量。要經常更換波段，以保證質量?？臻g波又稱為直射波，是由發(fā)射點從空間直線傳播到接收點的無線電波。直射波空間波又稱為直射波，是由發(fā)射點從空間直線傳播到接收點的無線電波。直射波傳播距離一般限于視距范圍。在傳播過程中，它的強度衰減較慢，超短波和微波傳播距離一般限于視距范圍。在傳播過程中，它的強度衰減較慢，超短波和微波通信就是利用直射波傳播的。在地面進行直射波通信，其接收

13、點的場強由兩路組通信就是利用直射波傳播的。在地面進行直射波通信，其接收點的場強由兩路組成：一路由發(fā)射天線直達接收天線，另一路由地面反射后到達接收天線，如果天成：一路由發(fā)射天線直達接收天線，另一路由地面反射后到達接收天線，如果天線高度和方向架設不當，容易造成相互干擾（例如電視的重影）。限制直射波通線高度和方向架設不當，容易造成相互干擾（例如電視的重影）。限制直射波通信距離的因素主要是地球表面弧度和山地、樓房等障礙物，因此超短波和微波天信距離的因素主要是地球表面弧度和山地、樓房等障礙物，因此超短波和微波天線要求盡量高架。線要求盡量高架。無線電波的波段劃分表無線電波的波段劃分表接收是發(fā)射的逆過程接收

14、是發(fā)射的逆過程（1）接收天線：將空間傳播到其上的電磁波）接收天線：將空間傳播到其上的電磁波高頻電振蕩高頻電振蕩還原（2）接收機：高頻電振蕩）接收機：高頻電振蕩電信號電信號（3）換能器：將電信號）換能器：將電信號所傳送信息所傳送信息3. 接收設備接收設備還原1. 無法制造合適尺寸的天線。無法制造合適尺寸的天線。 天線尺寸與波長相比擬時，信號才能被天線有效輻射。如音天線尺寸與波長相比擬時，信號才能被天線有效輻射。如音頻信號：頻信號：20Hz-20KHz。計算知實際做不到。計算知實際做不到。三無線通信存在的問題三無線通信存在的問題2. 接收者無法選出要接收的信號。接收者無法選出要接收的信號。 存在干

15、擾：其它電臺發(fā)射信號，各種工業(yè)設備輻射電磁波，大氣存在干擾：其它電臺發(fā)射信號，各種工業(yè)設備輻射電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾。層、宇宙固有的電磁干擾。 要求：能從眾多的電磁波中選出有用的微弱信號。要求：能從眾多的電磁波中選出有用的微弱信號。（信號直接以電磁波形式從天線輻射出去）（信號直接以電磁波形式從天線輻射出去）1. 調制：調制：由攜有信息的電信號去控制高頻振蕩信號的某一由攜有信息的電信號去控制高頻振蕩信號的某一參數，使該參數按照電信號的規(guī)律而變化。參數，使該參數按照電信號的規(guī)律而變化。 調制信號：調制信號：攜有信息的電信號。攜有信息的電信號。 載波信號：載波信號：未調制的高頻振蕩信號。

16、未調制的高頻振蕩信號。 已調波：已調波：經過調制后的高頻振蕩信號。經過調制后的高頻振蕩信號。 調幅、調角（調頻、調相）。調幅、調角（調頻、調相）。2. 解調：解調：調制的逆過程，將已調波轉換為載有信息的電信號。調制的逆過程，將已調波轉換為載有信息的電信號。四解決方案（一）四解決方案（一）3. 調制的作用：調制的作用：（1）顯著減小天線的尺寸。）顯著減小天線的尺寸。 (聲聲音音 30 3000 Hz，天線要，天線要幾百幾百 km)；如果天線高度為輻射信號波長的四分之一，更；如果天線高度為輻射信號波長的四分之一，更便于發(fā)揮天線的輻射能力。于是分配民用廣播的頻段為便于發(fā)揮天線的輻射能力。于是分配民用

17、廣播的頻段為5351605 KHz（中頻段），對應波長為（中頻段），對應波長為187560 m，天線，天線需要幾十米到上百米；而移動通信手機天線只不過需要幾十米到上百米；而移動通信手機天線只不過10cm，它使用了它使用了900 MHz頻段。這些廣播與移動通信都必須進行頻段。這些廣播與移動通信都必須進行某種調制，而將話音或編碼基帶頻譜搬移到應用頻段。某種調制，而將話音或編碼基帶頻譜搬移到應用頻段。（2）將不同電臺發(fā)送的信息分配到不同頻率的載波信號）將不同電臺發(fā)送的信息分配到不同頻率的載波信號上，使接收機可選擇特定電臺的信息而抑制其它電臺發(fā)送上，使接收機可選擇特定電臺的信息而抑制其它電臺發(fā)送的信息

18、和各種干擾。的信息和各種干擾。四解決方案（二）四解決方案（二）采用調幅方式的中波廣播發(fā)射機組成方框圖采用調幅方式的中波廣播發(fā)射機組成方框圖五五. 發(fā)射機組成發(fā)射機組成（一）一）1. 振蕩器：振蕩器： 產生產生 fosc 的高頻振蕩信號，幾十的高頻振蕩信號，幾十 kHz 以上。以上。 2. 高頻放大器：一或多級小信號諧振放大器，放大振高頻放大器：一或多級小信號諧振放大器，放大振蕩信號，使頻率倍增至蕩信號，使頻率倍增至fc，并提供足夠大的載波功率。，并提供足夠大的載波功率。五五. 發(fā)射機組成發(fā)射機組成（二）二） 3. 調制信號放大器：多級放大器組成，前幾級為小信號調制信號放大器：多級放大器組成，前

19、幾級為小信號放大器，用于放大微音器的電信號；后幾級為功放，提供放大器，用于放大微音器的電信號；后幾級為功放，提供功率足夠的調制信號。功率足夠的調制信號。 4.4.振幅調制器：實現調幅功能，將輸入的載波信號和振幅調制器：實現調幅功能，將輸入的載波信號和調制信號變換為所需的調幅波信號，并加到天線上。調制信號變換為所需的調幅波信號，并加到天線上。 本講小結 3.發(fā)送設備由換能器、發(fā)射機、天線組成。 1.小信號條件下，器件的特性歸屬線性電子線路。大信號條件下，電子器件的特征歸在非線性電子線路的范疇。 2.無線通信系統由發(fā)送設備、接收設備、傳輸媒體組成。 5. 發(fā)射機和接收機要對電信號進行變換和處理。除

20、放大外，最主要的功能是調制、解調。6.發(fā)射機由振蕩器、高頻放大器、調制信號放大器組成。 4.電波的傳播方式主要有繞射、直射、反射、折射和散射。本講作業(yè) 1.無線通信系統由哪幾部分組成？ 2.無線電通信為什么要進行調制？本講導航教學內容教學內容教學目的教學目的1.2 無線電通信系統（二）1了解接收機的組成及其他通信系統1.3 收音機電路2了解收音機的典型電路3了解非線性單元電路的任務功能、分析方法及其課程特點 1.4 非線性單元電路的任務功能、分析方法及其課程特點教學重點接收設備的功能、原理和組成采用調幅方式的無線廣播接收機組成方框圖采用調幅方式的無線廣播接收機組成方框圖 六六. 接收機組成（一

21、）接收機組成（一）中頻中頻fI =465kHz。 3.本機振蕩：產生本機振蕩：產生fL，是可調的，并能跟蹤是可調的，并能跟蹤fc。 4.中頻放大器：由多級固定調諧的小信號放大器組成，中頻放大器：由多級固定調諧的小信號放大器組成，放大中頻信號。放大中頻信號。 5.檢波器：實現解調功能，將中頻調輻波變換為反映檢波器：實現解調功能，將中頻調輻波變換為反映傳送信息的調制信號。傳送信息的調制信號。 2. 混頻器：兩個輸入信號。混頻器：兩個輸入信號。fc：高頻已調信號，：高頻已調信號，fL：本振信號。將本振信號。將fc不失真的變換為不失真的變換為fI，。我國。我國六六. 接收機組成（二）接收機組成（二）L

22、cIfff 1. 高頻放大器：由小信號諧振放大器組成，放大有用信高頻放大器：由小信號諧振放大器組成，放大有用信號；并抑制干擾信號。是可調諧的。號；并抑制干擾信號。是可調諧的。 6.低頻放大器：由小信號放大器和功率放大器組成，低頻放大器：由小信號放大器和功率放大器組成，放大調制信號，向揚聲器提供所需的推動功率。放大調制信號，向揚聲器提供所需的推動功率。 超外差接收機：包括混頻器，本機振蕩，中頻放大器超外差接收機：包括混頻器，本機振蕩，中頻放大器等組成。等組成。 六六. 接收機組成（二）接收機組成（二） 為了加強大家對無線電信號接收原理的理解，下面為了加強大家對無線電信號接收原理的理解，下面用動畫

23、對電視機接收情況作簡單介紹。用動畫對電視機接收情況作簡單介紹。 無論采用何種調制方式，發(fā)射機和接收機都包括上述無論采用何種調制方式，發(fā)射機和接收機都包括上述各模塊，區(qū)別主要在于調制器和解調器上。各模塊，區(qū)別主要在于調制器和解調器上。 數字通信系統，其調制信號為數字信號，相應的調制數字通信系統，其調制信號為數字信號，相應的調制為數字調制。為數字調制。 軟件無線電，用軟件的方法實現通信系統中一部分電軟件無線電，用軟件的方法實現通信系統中一部分電路的功能，改變程序便可變更調制方式。路的功能，改變程序便可變更調制方式。 七其它通信系統七其它通信系統 電路由兩片集成電路芯片與一些外圍輔助電路組成。電路由

24、兩片集成電路芯片與一些外圍輔助電路組成。TEA5711/T將接收到的信號，經過高頻信號接收、放大、將接收到的信號，經過高頻信號接收、放大、變換，然后經功放芯片變換，然后經功放芯片CXAl622M，輸出聲音信號。，輸出聲音信號。 1.3 1.3 收音機電路收音機電路 收音機電路圖收音機電路圖 TEA5711/T芯片的電路原理圖芯片的電路原理圖 該芯片分成上下兩個放大通道。上方的通道該芯片分成上下兩個放大通道。上方的通道是調頻信號接收、放大、轉換通道。從引腳是調頻信號接收、放大、轉換通道。從引腳16，接收高頻調頻信號，經過高頻放大，再經過調頻接收高頻調頻信號，經過高頻放大，再經過調頻信號的混頻，輸

25、出信號的混頻，輸出10.7MHz的中頻信號，經過兩的中頻信號，經過兩級中放和級中放和FM檢波，產生檢波，產生455KHz中頻調頻信號，中頻調頻信號，又經過鎖相環(huán)電路鑒頻，恢復音頻信號，再經立又經過鎖相環(huán)電路鑒頻，恢復音頻信號，再經立體聲功率放大器，放出聲音來。體聲功率放大器，放出聲音來。 下方的通道是調幅信號接收、放大、轉換通下方的通道是調幅信號接收、放大、轉換通道。從引腳道。從引腳18，接收高頻調幅信號，經過高頻放，接收高頻調幅信號，經過高頻放大、混頻，輸出大、混頻，輸出455kHz的中頻調幅信號，經過的中頻調幅信號，經過AM檢波，直接送功率放大器放大、輸出。該電檢波，直接送功率放大器放大、

26、輸出。該電路包括自動增益控制和自動頻率控制電路。路包括自動增益控制和自動頻率控制電路。 TEA5711/T芯片的電路分析芯片的電路分析 1.任務：研究非線性電子線路的基本電路、基本特點、基任務：研究非線性電子線路的基本電路、基本特點、基本分析方法和基本估算方法。本分析方法和基本估算方法。 2. 功能：有兩方面功能：有兩方面（1）完成能量轉換，如功率放大器、正弦振蕩器。）完成能量轉換，如功率放大器、正弦振蕩器。（2）頻率變換（或頻譜搬移）頻率變換（或頻譜搬移）.完成線性頻譜搬移。（調幅、混頻、檢波）完成線性頻譜搬移。（調幅、混頻、檢波）.完成頻譜非線性搬移。（調頻、鑒頻、調相、鑒相等）完成頻譜非線性搬移。（調頻、鑒頻、調相、鑒相等） 本課程將順序討論這兩類電路。本課程將順序討論這兩類