通信電路原理PPT

1、通信電路原理通信電路原理第第1章章 緒緒 論論1.1 通信系統(tǒng)的基本概念基本概念 1.1.1 通信系統(tǒng)的組成組成 1.1.2 通信系統(tǒng)的基本特性基本特性 1.1.3 通信系統(tǒng)的信道信道 1.1.4 通信系統(tǒng)中的信號信號 1.1.5 通信系統(tǒng)中的發(fā)送與接收設(shè)備發(fā)送與接收設(shè)備1.2 信號傳輸?shù)幕締栴}基本問題 1.2.1 信號通過線性系統(tǒng)線性系統(tǒng) 1.2.2 信號通過非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng) 1.2.3 干擾干擾1.3 通信電路的基本形式基本形式31.1.1 通信系統(tǒng)組成的示意圖通信系統(tǒng)組成的示意圖局域網(wǎng)局域網(wǎng)基臺基臺有線有線電視網(wǎng)電視網(wǎng)廣播網(wǎng)廣播網(wǎng)地面站地面站電話局電話局尋呼臺尋呼臺同步同步衛(wèi)星衛(wèi)星

2、低軌低軌衛(wèi)星衛(wèi)星公用公用電信網(wǎng)電信網(wǎng)電話機電話機計算機計算機電視機電視機計算機計算機電視機電視機收音機收音機尋呼機尋呼機計算機計算機衛(wèi)星手機衛(wèi)星手機(765KM)(35860KM)手機手機(全球星系統(tǒng)全球星系統(tǒng))4當(dāng)前移動，無線通信的發(fā)展當(dāng)前移動，無線通信的發(fā)展WLANWPANHOME-RFHigh PerformanceHigh CostLow PerformanceLow CostWLAN: Wireless Local Area Nets（手機無線上網(wǎng)）。手機無線上網(wǎng)）。WPAN: Wireless Personal Area Nets (個人無線局域網(wǎng)個人無線局域網(wǎng))。 又叫又叫 Bl

3、uetooth （藍(lán)牙藍(lán)牙），工作范圍：），工作范圍：10100m。 工作頻率范圍：工作頻率范圍：2.4002.4835GHz。速率：速率：1Mbit/s。 全世界現(xiàn)已有全世界現(xiàn)已有1880家廠商支持家廠商支持V1.0B技術(shù)規(guī)范版本。技術(shù)規(guī)范版本。HOME-RF:Home-Radio Frequency (家庭無線局域網(wǎng)家庭無線局域網(wǎng))。RFID：Radio Frequency Identification（非接觸識別系統(tǒng)）。非接觸識別系統(tǒng)）。RFID51.1.2 通信系統(tǒng)的基本特性通信系統(tǒng)的基本特性一、傳輸距離一、傳輸距離 傳輸距離是指信號從發(fā)送端到達(dá)接收端并能被可靠接收的最大距離。n 發(fā)送

4、端的信號功率。n 信號通過信道的損耗。n 信號通過信道混入各種形式的干擾和噪聲。n 接收機的接收靈敏度。6二、通信容量二、通信容量 通信容量是指一個信道能夠同時傳送獨立信號的路數(shù)。n 已調(diào)信號所占有的頻帶寬度。t 國際規(guī)定電話信號的頻帶是3003400Hz。 t 中波調(diào)幅廣播（535KHz1605KHz），廣播電臺每個已調(diào)信號占有的頻帶寬度是 9KHz。t 我國采用的電視圖象信號的頻帶是08MHz。n 信道多址復(fù)用的方式。t 頻分復(fù)用（ FDMA ）。t 時分復(fù)用（ TDMA ）。t 碼分復(fù)用（ CDMA ）。7三、信號失真度三、信號失真度 信號失真度指的是接收設(shè)備輸出信號不同(失真）于發(fā)送端

5、基帶信號的程度。n 信道特性不理想。n 對信號進(jìn)行處理的電路（發(fā)送與接收設(shè)備）特性不理想。四、抗干擾能力四、抗干擾能力 信號通過信道時，總要混入各種形式的干擾和噪聲，使接收機輸出信號的質(zhì)量下降。n 提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。n 選用高質(zhì)量的調(diào)制和解調(diào)電路。 可做到：可做到：任何人在任何時候和任何地點都可以實任何人在任何時候和任何地點都可以實現(xiàn)通信現(xiàn)通信。81.1.3 通信系統(tǒng)的信道通信系統(tǒng)的信道一、衰減特性一、衰減特性 信道的衰減特性是指信號經(jīng)信道傳輸時，信號能量被衰減的程度。二、工作頻率范圍二、工作頻率范圍 不同的信道具有不同的工作頻率范圍。三、頻率特性三、頻率特性 信道的頻率特性是指在信道

6、的工作頻率范圍內(nèi)，當(dāng)不同頻率的信號通過時，由信道引起的幅度衰減和附加相移是不同的。四、時變與時不變特性四、時變與時不變特性 在某些信道中，信道的傳輸特性是隨時間變化的。例如：無線信道。五、干擾特性五、干擾特性9移動通信中信道的特殊問題移動通信中信道的特殊問題n 選擇性衰落（頻域）和延時擴展（時域）選擇性衰落（頻域）和延時擴展（時域） 在城市環(huán)境中，樹林和建筑物等會對電磁波產(chǎn)生反射和散射，從而使到達(dá)接收點的信號，除直射波外還有多個反射波和散射波。除直射波外還有多個反射波和散射波。使接收信號產(chǎn)生選擇性衰落和延時擴展使接收信號產(chǎn)生選擇性衰落和延時擴展。n 多卜勒頻移多卜勒頻移 在高速移動情況下接收，

7、還要考慮多卜勒頻率的影響。 在城市環(huán)境中，移動情況下的無線傳輸信道在城市環(huán)境中，移動情況下的無線傳輸信道的傳輸特性是十分惡劣的。的傳輸特性是十分惡劣的。選擇性衰落使不同的頻率不同的衰減特性，產(chǎn)生失真。延時擴展對高速數(shù)據(jù)傳輸影響很大。101.1.4 通信系統(tǒng)中的信號通信系統(tǒng)中的信號n 基帶信號傳輸基帶信號傳輸t 信號頻帶：信號頻帶：在通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男盘?，一般情況下都不是單一頻率的信號，而是含有一定頻率范圍內(nèi)的各頻率分量。而它所占有頻率范圍的大小，則稱為這個信號所占有的頻帶寬度。t 舉例：舉例：對電話來說，它強調(diào)可懂度，而不要求音色等。 國際規(guī)定電話信號的頻帶是國際規(guī)定電話信號的頻帶是3003

8、400Hz。在通信系統(tǒng)中，規(guī)定一路電話信號所占的帶寬為在通信系統(tǒng)中，規(guī)定一路電話信號所占的帶寬為4kHz。又如，我國采用的電視圖象信號的頻帶是我國采用的電視圖象信號的頻帶是08MHz等。等。t 定義：稱這種直接表示原始信息的電信號為基帶信號。定義：稱這種直接表示原始信息的電信號為基帶信號。 直接傳送基帶信號稱為基帶信號傳輸直接傳送基帶信號稱為基帶信號傳輸。t 電話電纜可傳輸電話基帶信號。視頻電纜可傳輸電視基電話電纜可傳輸電話基帶信號。視頻電纜可傳輸電視基帶信號。帶信號。11n 載波信號傳輸載波信號傳輸 當(dāng)所使用信道的頻率特性不適于基帶信號傳輸時，可以利用調(diào)制技術(shù)將基帶信號的頻譜搬移到信道的工作

9、頻率范圍內(nèi)。例如，為了實現(xiàn)中波廣播可以利用調(diào)幅技術(shù)將聲音基帶信號搬移到中波波段的某一頻率附近。這種傳送基帶信號的方法稱為載波信號傳輸。這種傳送基帶信號的方法稱為載波信號傳輸。舉例：三種舉例：三種調(diào)幅調(diào)幅信號。信號。ttfAtfAM00cos)()(t 設(shè)調(diào)制信號是單頻正弦信號：設(shè)調(diào)制信號是單頻正弦信號：tVtfmcos)(ttmAttVAtfAmAM0000cos)cos1 (coscos)(這是標(biāo)準(zhǔn)這是標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅調(diào)幅波波 SAM。 是是調(diào)幅度調(diào)幅度。Am12n 信道復(fù)用信道復(fù)用 由于一個實際信道可用的通頻帶往往比一路基帶信號所占有的頻帶寬得多，為了充分利用信道，需要需要將多路基帶信號合成群路信

10、號在信道中傳輸。在接收將多路基帶信號合成群路信號在信道中傳輸。在接收端再將群路信號分解為各基帶信號。端再將群路信號分解為各基帶信號。根據(jù)復(fù)用方式不同，可分為頻分復(fù)用、時分復(fù)用和碼分復(fù)用等可分為頻分復(fù)用、時分復(fù)用和碼分復(fù)用等。(FDMA, TDMA, CDMA)t 把載波抑制掉，是抑制載波把載波抑制掉，是抑制載波調(diào)幅調(diào)幅波波 SCAM。tVtAtfmSCAMcoscos)(00t 設(shè)調(diào)制信號是方波信號（設(shè)調(diào)制信號是方波信號（01v），），則是則是幅度鍵幅度鍵控調(diào)幅控調(diào)幅波波 ASK。CAD1-01131.1.5 通信系統(tǒng)中的發(fā)送與接收設(shè)備通信系統(tǒng)中的發(fā)送與接收設(shè)備緩沖級緩沖級倍頻器倍頻器放大放大

11、級級調(diào)制器調(diào)制器功率功率放大器放大器振蕩器振蕩器低頻低頻功放功放低頻低頻放大放大調(diào)幅調(diào)幅發(fā)射機方框發(fā)射機方框原理原理圖圖波形波形2波形波形1波形波形314超外差接收機方框超外差接收機方框原理原理圖圖高頻高頻放大放大混頻器混頻器中頻中頻放大放大解調(diào)器解調(diào)器低頻低頻放大放大輸入輸入回路回路自動自動增益增益控制控制本地本地振蕩器振蕩器波形波形4波形波形6波形波形5波形波形715發(fā)送與接收設(shè)備小結(jié)發(fā)送與接收設(shè)備小結(jié)：n 發(fā)送與接收設(shè)備中，產(chǎn)生頻率變換的電路有諧振功率發(fā)送與接收設(shè)備中，產(chǎn)生頻率變換的電路有諧振功率放大器、倍頻器、振蕩器、及各種調(diào)制、解調(diào)器等。放大器、倍頻器、振蕩器、及各種調(diào)制、解調(diào)器等。

12、n 接收機要有足夠高的靈敏度（接收弱信號的能力）接收機要有足夠高的靈敏度（接收弱信號的能力）和足夠高的選擇性（區(qū)分不同已調(diào)信號的能力）。和足夠高的選擇性（區(qū)分不同已調(diào)信號的能力）。n 超外差接收超外差接收原理：原理：接收到的不同載頻的微弱高頻已接收到的不同載頻的微弱高頻已調(diào)信號變成統(tǒng)一的中頻已調(diào)信號，再進(jìn)行中頻放大，調(diào)信號變成統(tǒng)一的中頻已調(diào)信號，再進(jìn)行中頻放大，高增益高穩(wěn)定的中頻放大器容易實現(xiàn)。中波調(diào)幅廣播高增益高穩(wěn)定的中頻放大器容易實現(xiàn)。中波調(diào)幅廣播中頻是中頻是 465KHz。電視圖象信號的中頻是電視圖象信號的中頻是 38MHz。n 自動增益控制自動增益控制原理（原理（AGCAGC）：）：接

13、收弱信號和強信號的接收弱信號和強信號的時候，接收機能得到相差不多的信號。時候，接收機能得到相差不多的信號。n 由于是采用無線調(diào)制傳輸，所以在發(fā)由于是采用無線調(diào)制傳輸，所以在發(fā)射射機端有調(diào)制機端有調(diào)制過程，在接收機端有解調(diào)制過程。過程，在接收機端有解調(diào)制過程。161.2 信號傳輸?shù)幕締栴}信號傳輸?shù)幕締栴} 1.2.1 信號通過線性系統(tǒng)信號通過線性系統(tǒng)n 在通信設(shè)備中，屬于線性系統(tǒng)的電路有線性放在通信設(shè)備中，屬于線性系統(tǒng)的電路有線性放大器、濾波器、均衡器、相加（減）器、微分大器、濾波器、均衡器、相加（減）器、微分（積分）電路以及工作于線性狀態(tài)下的反饋控制（積分）電路以及工作于線性狀態(tài)下的反饋控制

14、電路等。電路等。n 理想線性系統(tǒng)的幅度頻率特性，理想線性系統(tǒng)的幅度頻率特性，相位頻率特性為線性函數(shù)即在本例中，相位頻率特性為線性函數(shù)即在本例中， K=AHjH)()(4n 若線性系統(tǒng)的特性不是理想的，則會產(chǎn)生信號的若線性系統(tǒng)的特性不是理想的，則會產(chǎn)生信號的波形失真，但不會產(chǎn)生新的頻率分量，這種失真波形失真，但不會產(chǎn)生新的頻率分量，這種失真稱為線性失真。稱為線性失真。171.2.2 信號通過非線性系統(tǒng)信號通過非線性系統(tǒng)n 在通信電路中，屬于非線性系統(tǒng)的電路有諧振功率在通信電路中，屬于非線性系統(tǒng)的電路有諧振功率放大器、倍頻器、振蕩器、及各種調(diào)制、解調(diào)器等。放大器、倍頻器、振蕩器、及各種調(diào)制、解調(diào)器

15、等。電路種類與形式很多，應(yīng)用很廣泛。因此，研究信號電路種類與形式很多，應(yīng)用很廣泛。因此，研究信號通過非線性系統(tǒng)的問題在通信電路原理分析中是很重通過非線性系統(tǒng)的問題在通信電路原理分析中是很重要的。要的。n 信號通過非線性系統(tǒng)后，信號通過非線性系統(tǒng)后，最主要的特點是將產(chǎn)生新最主要的特點是將產(chǎn)生新的頻率分量。的頻率分量。 例：設(shè)非線性輸出輸入特性是例：設(shè)非線性輸出輸入特性是設(shè)：設(shè)：)()()(2210tvatvaatviiotVtVtvmmi2211coscos)(則則 中有：中有：)(tvo 直流分量；直流分量； 基波分量和諧波分量：基波分量和諧波分量：21,212 ,2,組合頻率分量：組合頻率分

16、量：2118n 信號在傳輸過程中，不可避免地會受到各種無用信號信號在傳輸過程中，不可避免地會受到各種無用信號的干擾，這些干擾是限制通信系統(tǒng)性能的主要因素。的干擾，這些干擾是限制通信系統(tǒng)性能的主要因素。n 熱噪聲：自由電子的無規(guī)則熱運動與晶格碰撞熱噪聲：自由電子的無規(guī)則熱運動與晶格碰撞，產(chǎn)生產(chǎn)生熱噪聲。存在于所有的電子器件和傳輸信道中。熱噪聲。存在于所有的電子器件和傳輸信道中。n 互調(diào)干擾：我們利用器件的非線性，產(chǎn)生需要的頻互調(diào)干擾：我們利用器件的非線性，產(chǎn)生需要的頻率分量，但是同時也會產(chǎn)生不需要的頻率分量，若濾率分量，但是同時也會產(chǎn)生不需要的頻率分量，若濾除不干凈就會形成干擾。除不干凈就會形成

17、干擾。1.2.3 干擾干擾191.3 通信電路的基本形式通信電路的基本形式及及它們之間的聯(lián)系它們之間的聯(lián)系抽樣數(shù)據(jù)電路抽樣數(shù)據(jù)電路模擬電路模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路抽樣電路抽樣電路編碼器編碼器濾波器濾波器解碼器解碼器模擬信號輸入模擬信號輸入模擬信號輸出模擬信號輸出抽樣信號抽樣信號數(shù)字信號數(shù)字信號20n 模擬電路：模擬電路：t 輸入輸出皆是模擬信號，處理的也是模擬信號。輸入輸出皆是模擬信號，處理的也是模擬信號。t 電路特性可用代數(shù)方程或微分方程表示，求解用拉電路特性可用代數(shù)方程或微分方程表示，求解用拉氏變換。氏變換。n 抽樣數(shù)據(jù)電路：抽樣數(shù)據(jù)電路：t 輸入輸出皆是離散的時間序列信號。輸入輸出皆是離

18、散的時間序列信號。t 電路特性可用差分方程表示，求解用電路特性可用差分方程表示，求解用 Z 變換。變換。n 數(shù)字電路：數(shù)字電路：t 數(shù)字電路處理的是數(shù)字信號。數(shù)字電路處理的是數(shù)字信號。t 模擬信號經(jīng)時鐘信號抽樣，得抽樣信號。模擬信號經(jīng)時鐘信號抽樣，得抽樣信號。t 抽樣信號經(jīng)量化，編碼就得數(shù)字信號。抽樣信號經(jīng)量化，編碼就得數(shù)字信號。21通信電路原理課程教學(xué)要求通信電路原理課程教學(xué)要求n 希望能做到：堅持基本要求，建立系統(tǒng)概念，增加機輔分堅持基本要求，建立系統(tǒng)概念，增加機輔分析，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。析，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。n 堅持基本要求：堅持基本要求：課堂上布置的為鞏固講課內(nèi)容的習(xí)題，每每人必須獨立完成人必

19、須獨立完成，每周交一次，統(tǒng)一交到主南308（電子工程系學(xué)生工作辦公室)。（平時成績平時成績20分分）n 增加機輔分析：每章均布置若干機輔練習(xí)題（增加機輔分析：每章均布置若干機輔練習(xí)題（Pspice和和Matlab的使用）。要求以宿舍為單位，在課外完成，的使用）。要求以宿舍為單位，在課外完成，每個宿每個宿舍交一份。舍交一份。 （請注明寫程序同學(xué)姓名，平時成績（請注明寫程序同學(xué)姓名，平時成績10分）。分）。n 建立系統(tǒng)概念：建立系統(tǒng)概念：安排幾次課外的課堂討論，主要目的是建立系統(tǒng)概念和機輔分析總結(jié)。討論方法是：有討論提綱，按宿討論方法是：有討論提綱，按宿舍準(zhǔn)備舍準(zhǔn)備，課堂上各班有重點發(fā)言。課堂上各

20、班有重點發(fā)言。（重點發(fā)言同學(xué)另加分）（重點發(fā)言同學(xué)另加分）n 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣：激發(fā)學(xué)習(xí)興趣：通過完成這些綜合性的課外設(shè)計練習(xí)題和課堂討論，激發(fā)同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)同學(xué)之間相互協(xié)作的團(tuán)隊精神。22習(xí)題一：習(xí)題一：1-4，1-5，1-6，1-7，1-9CAD1-01：用非線性VCVC實現(xiàn)一個幅度調(diào)制電路，如題圖 CAD1_01所示。輸入信號為兩個不同頻率的信號和， 輸出實現(xiàn)兩信號相乘，即 。 設(shè) 是50kHz的正弦信號， 是1kHz的調(diào)制信號。 要求得到 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波SAM（調(diào)幅度 =0.3和1.0） 抑制載波調(diào)幅波SCAM 幅度鍵控調(diào)幅波ASK 并分析上述三種調(diào)幅波的特點。21* vvEMOD1v2vAm題圖CAD1_01 幅度調(diào)制電路1v2v2R1RLRMODEovG1G1M1CAD1-0123附錄附錄1.1.1:1.1.1:調(diào)幅調(diào)幅發(fā)射機各處波形示意圖發(fā)射機各處波形示意圖返回返回24附錄附錄1.1.2:1.1.2:超外差接收機各處波形示意圖超外差接收機各處波形示意圖返回返回25附錄附錄1.1.3:1.1.3:CAD1_01CAD1_01的的參考網(wǎng)單文件參考網(wǎng)單文件12返回返回1v2v2R1RLRMODEovG1G1M1326*CAD1_01:AN AMPLITUDE-MO