通信電路原理概述

通信電路原理主講教師：尤明厚辦公室：綜合404、502●什么是通信?緒論通信：即互通信息不失真地將信息(消息)從一方傳送到另一方。電子學(xué)源于無線電通信電子學(xué)是通信工程師在改進(jìn)無線電收發(fā)裝置時(shí)，逐步產(chǎn)生和發(fā)展起來的。

1904年,馬可尼公司的顧問弗萊明在改進(jìn)檢波器的工作中，發(fā)明真空二極管，從此進(jìn)入無線電電子學(xué)時(shí)代。1907年,美國(guó)的福雷斯特發(fā)明電子三極管，這是電子技術(shù)發(fā)展的第一個(gè)里程碑。通信是電子學(xué)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一●電子類專業(yè)為什么要學(xué)習(xí)通信?通信是現(xiàn)代信息社會(huì)的神經(jīng)，無處不在圖1.1現(xiàn)代通信網(wǎng)示意圖局域網(wǎng)基站有線電視網(wǎng)廣播網(wǎng)地面站電話局尋呼臺(tái)同步衛(wèi)星低軌衛(wèi)星公用通信網(wǎng)電話機(jī)計(jì)算機(jī)電視機(jī)計(jì)算機(jī)電視機(jī)收音機(jī)尋呼機(jī)計(jì)算機(jī)衛(wèi)星手機(jī)(765KM)(35860KM)手機(jī)(全球星系統(tǒng)）通信行業(yè)是電子類學(xué)生的就業(yè)大戶通信是國(guó)家十二五規(guī)劃信息技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)中國(guó)十二五規(guī)劃中指出新一代信息技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)有：新一代移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)等。這為電子通信類人才提供大量就業(yè)機(jī)會(huì)和新的機(jī)遇。

所以，通信對(duì)電子信息類學(xué)生非常重要。電磁場(chǎng)與電磁波理論（物理理論基礎(chǔ)）無線通信技術(shù)的基石：電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)（器件、物質(zhì)基礎(chǔ)，軟硬件基礎(chǔ)）信息論、網(wǎng)絡(luò)理論等相關(guān)學(xué)科（系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）無線電經(jīng)歷了從電子管到晶體管，再到集成電路，從短波到超短波，再到微波，從固定使用到移動(dòng)使用等各個(gè)發(fā)展階段，無線電技術(shù)已成為現(xiàn)代信息社會(huì)的重要標(biāo)志。本課程的任務(wù)與性質(zhì)●《通信電路原理》是《模擬電路》的后續(xù)課，是模擬電路的深入和擴(kuò)展，是電子信息與通信工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。●介紹通信系統(tǒng)的前端電路：將基帶信號(hào)變換到適于信道傳輸?shù)纳漕l(高頻)信號(hào)及其反變換過程所需主要功能電路的工作原理、分析方法和典型電路。●又稱通信電子電路、高頻電路、非線性電路等。具有非線性和分析的近似性等特點(diǎn)。本課程的后續(xù)課程：●射頻集成電路●射頻、微波電路●通信系統(tǒng)原理(必修課，側(cè)重?cái)?shù)字通信，信號(hào)層面、系統(tǒng)層面)●移動(dòng)通信(4G、3G)本課程學(xué)習(xí)指南《射頻通信電路》，第二版，陳邦媛編，科學(xué)出版社，2006《高頻電子線路》，第五版，張肅文等編，高等教育出版社，2009年《電子線路，非線性部分》，第四版，謝嘉奎等編，高等教育出版社，1998年《通信電路原理》，第二版，董在望等編，高等教育出版社，2002年《高頻電子線路》，曾興雯等編，高等教育出版社，2004年《無線電收音機(jī)及無線電路的設(shè)計(jì)與制作》，鈴木憲次著，科學(xué)出版社，2006

《通信電路實(shí)驗(yàn)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，陳雅琴等，清華大學(xué)出版社，20111．認(rèn)真聽課;2．及時(shí)復(fù)習(xí);3．習(xí)題;4.多實(shí)踐，不斷積累經(jīng)驗(yàn)；4.經(jīng)常復(fù)習(xí)先修課程參考書：《高頻電路設(shè)計(jì)與制作》，鮑景富等，電子科技大學(xué)出版社《高頻電路設(shè)計(jì)與制作》，市川裕一，科學(xué)出版社《無線數(shù)字收發(fā)電路設(shè)計(jì)——電路原理與應(yīng)用實(shí)例》，黃智偉，電子工業(yè)出版社，2004《現(xiàn)代無線通信電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》，范博等，機(jī)械工業(yè)出版社，2009《射頻通信電路設(shè)計(jì)》，劉長(zhǎng)軍等，科學(xué)出版社，2005TheDesignofCMOSRadio-FrequencyIntegratedCircuits,ThomasLee,CambridgeUniversityPress,1998.（2004,2ndEdition），有中譯本Completewirelessdesign，CotterW.Sayre,第二版RFcircuitdesign:theoryandapplications,ReinholdLudwig《射頻電路設(shè)計(jì)》，J.Carr,電子工業(yè)出版社，第三版，2001各章內(nèi)容：第一章通信系統(tǒng)與信號(hào) 第二章高頻電路的主要元件(自學(xué))

第三章選頻回路與阻抗變換 第四章高頻小信號(hào)放大器 第五章放大電路的噪聲（選學(xué)） 第六章非線性電路分析方法 第八章正弦波振蕩器 第九章

振幅調(diào)制與解調(diào) 第十章角度調(diào)制與解調(diào) 第十二章反饋控制電路第十一章混頻 第七章高頻功率放大器

§1-1通信系統(tǒng)一、概念通信：即互通信息不失真地將信息(消息)從一方傳送到另一方。第一章通信系統(tǒng)與信號(hào)通信系統(tǒng)：用電信號(hào)（或光信號(hào)）傳輸消息的系統(tǒng)。如：移動(dòng)通信、電報(bào)﹑電話﹑廣播﹑電視﹑衛(wèi)星通信、互聯(lián)網(wǎng)、WLAN、WiMax、遙控﹑遙測(cè)等信道：發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備中間的傳輸媒介，即信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ馈７譃橛芯€信道與無線信道●按傳輸基帶信號(hào)的特征分：模擬通信和數(shù)字通信。

?模擬通信系統(tǒng)：通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)是模擬信號(hào)。?數(shù)字通信系統(tǒng)：通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)是數(shù)字信號(hào)。

數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)且噪聲不積累、容量大、便于進(jìn)行現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理﹑易于超大規(guī)模集成﹑易于加密、易于多路復(fù)用等?！癜葱诺婪郑河芯€通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)。二、通信系統(tǒng)的分類

●按照信號(hào)傳遞方向劃分：?jiǎn)喂ぃ▎蜗?，如廣播）、半雙工（如對(duì)講機(jī)）、雙工本課程主要介紹模擬無線通信系統(tǒng)，數(shù)字通信將在《通信系統(tǒng)原理》課中學(xué)習(xí)，但數(shù)字無線通信的前端也采用振蕩、放大、濾波、混頻、反饋控制等電路。例：現(xiàn)代無線通信接收系統(tǒng)ASIC、FPGA、三、通信系統(tǒng)模型輸入變換器發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備輸出變換器干擾與噪聲源信源信宿信源—信息來源。它可以是聲音、圖像、電碼、溫度、壓力、光強(qiáng)、濕度等。輸入變換器—將信息變換成電信號(hào)。當(dāng)信源為非電物理量時(shí)，它是不可缺少的。發(fā)送設(shè)備—對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，把基帶信號(hào)變換成適合于信道傳輸特性的信號(hào)?？砂ㄕ袷?、放大、調(diào)制、混頻、濾波等電路。接收設(shè)備—將信道傳來的信號(hào)還原成發(fā)送端的基帶信號(hào)。可包括濾波、放大、振蕩、混頻、解調(diào)等電路。輸出變換器—將接收設(shè)備輸出的電信號(hào)恢復(fù)成信源提供的原始信息（如聲音、圖像等）。它可以是揚(yáng)聲器、顯示器和打印設(shè)備等。干擾與噪聲源—工業(yè)干擾、天電干擾、元器件產(chǎn)生的噪聲等一切干擾與噪聲的集中形式。四、通信系統(tǒng)中的調(diào)制與解調(diào)

2．調(diào)制的作用（1）天線的有效發(fā)射與接收（輻射效率）（2）信號(hào)的多路傳輸（FDM）（3）擴(kuò)展信號(hào)帶寬，以提高可靠性，如調(diào)頻、擴(kuò)頻調(diào)制等。1.調(diào)制：將低頻基帶信號(hào)變換成適合信道傳輸特性的高頻信號(hào).攜帶信息的信號(hào)控制高頻振蕩的某一參數(shù)，使之按照該信號(hào)的變化規(guī)律而變化。3．實(shí)現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)

理論基礎(chǔ)：傅氏變換中的頻譜搬移特性

?調(diào)幅：調(diào)制信號(hào)控制高頻振蕩的振幅。對(duì)普通調(diào)幅與雙邊帶調(diào)幅，載波振幅隨調(diào)制信號(hào)線性變化。?調(diào)頻：調(diào)制信號(hào)控制高頻振蕩的角頻率。載波瞬時(shí)角頻率隨調(diào)制信號(hào)線性變化。?調(diào)相：調(diào)制信號(hào)控制高頻振蕩的相位。載波瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)線性變化。通信系統(tǒng)原理課將介紹數(shù)字調(diào)制方式調(diào)制信號(hào)控制高頻振蕩的三個(gè)參量之一。五、通信系統(tǒng)發(fā)射與接收原理框圖無線電發(fā)送系統(tǒng)原理框圖（圖1-2p5）

高頻振蕩調(diào)制及高頻功放低頻功放低頻放大話筒高放（倍頻）無線電接收機(jī)原理框圖高頻放大器選臺(tái)或帶通濾波解調(diào)器（檢波器）低頻放大器揚(yáng)聲器功率放大器超外差式無線電接收機(jī)原理框圖（圖1-3p5）混頻器高頻放大器選臺(tái)或帶通濾波中頻放大器（多級(jí)）解調(diào)器（檢波器）音頻放大器揚(yáng)聲器本機(jī)振蕩器AGC電路六、通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

（1）通信容量（信道容量）、頻譜利用率

（2）信號(hào)失真度、誤碼率等（3）傳輸距離（4）抗干擾、抗噪聲能力等與信道、頻段、所采用技術(shù)、發(fā)射功率、接收靈敏度、天線、電路等有關(guān)對(duì)流層地球0~10km電離層60~400km平流層七、電磁波傳播

地波、天波、視線傳播地波頻率：3MHz以下繞射：發(fā)生在波長(zhǎng)～障礙物尺寸可比時(shí)通信距離：可達(dá)數(shù)百～數(shù)千km地球電波沿著地球的彎曲表面?zhèn)鞑?。中波波段主要用于中、短距離的無線電廣播。長(zhǎng)波通信系統(tǒng)多用于導(dǎo)航和播送標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)。天波電離層高度：60～300km單跳最大距離：4000km多跳可以環(huán)球頻率：3～30MHz利用電離層的折射和反射（短波）－實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸如短波通信。常用于國(guó)際無線電廣播，遠(yuǎn)距離無線電話與電報(bào)通信以及中、近距離小型移動(dòng)電臺(tái)等。頻率：>30MHz可穿透電離層視線傳播hr地面ddD視線或直射傳播（超短波和微波）－電波沿直線傳播。無線電中繼圖無線電中繼應(yīng)用于中繼通信、移動(dòng)通信、調(diào)頻和電視廣播以及雷達(dá)、導(dǎo)航系統(tǒng)等。頻率：>30MHz散射通信電離層散射頻率:30~60MHz對(duì)流層散射頻率:100~4000MHz流星余跡散射頻率:30~100MHz圖1.4.6對(duì)流層散射通信地球有效散射區(qū)域蜂窩網(wǎng)移動(dòng)交換中心電話交換中心移動(dòng)通信中信道的特殊問題多徑效應(yīng)－選擇性衰落（頻域）和延時(shí)擴(kuò)展（時(shí)域）頻率選擇性衰落：在頻帶內(nèi)不同頻率分量的傳輸衰減不同。

延時(shí)擴(kuò)展:反射波使接收點(diǎn)信號(hào)有多個(gè)延時(shí)不同的信號(hào),接收信號(hào)在直射波信號(hào)后還要延時(shí)一段。

多普勒頻移

在高速移動(dòng)情況接收，收到的電波將發(fā)生頻率變化，即多普勒頻移。會(huì)造成時(shí)間選擇性衰落。它與移動(dòng)速度成正比，與波長(zhǎng)成反比。

功率受限頻譜稀缺、頻帶受限干擾問題等等

§1-2通信系統(tǒng)中的基本信號(hào)一、電信號(hào)1.概念

表示某種信息變化的電流(電壓)信號(hào)，稱為電信號(hào)(信號(hào))。

基帶信號(hào)(零頻附近)

已調(diào)信號(hào)(高頻、中頻)

另外，干擾、噪聲也是信號(hào)：無用信號(hào)。

舉例：國(guó)際規(guī)定電話信號(hào)的頻帶是300～3400Hz。我國(guó)采用的電視圖像信號(hào)的頻帶是0～6MHz等。2.信號(hào)分類(1)確定信號(hào)：(確定的時(shí)間函數(shù)）周期信號(hào)

非周期信號(hào)(2)隨機(jī)信號(hào)：(非確定的時(shí)間函數(shù)） 例如噪聲

§1-3調(diào)幅信號(hào)及其頻譜調(diào)幅：載波的幅度隨調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而變化，而載波的頻率和初相位均為常數(shù)

AM--普通調(diào)幅（標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅）

DSB--抑制載波雙邊帶調(diào)幅SSB--單邊帶調(diào)幅 VSB--殘留邊帶調(diào)幅一、普通調(diào)幅AM1．時(shí)域表達(dá)式（波形圖1-10p14）

設(shè)載波信號(hào)為調(diào)制信號(hào)為已調(diào)信號(hào)為載波振幅（或包絡(luò)）隨調(diào)制信號(hào)變化而變化。（1）單音調(diào)制

載波信號(hào)為調(diào)制信號(hào)為調(diào)幅系數(shù)定義：為調(diào)幅系數(shù)調(diào)幅信號(hào)最大幅值：Vmax=Vcm（1+ma）最小幅值：Vmin=Vcm（1-ma）的情況下若(過調(diào))1-1.EXE1-2.EXEVcm單音AM信號(hào)的頻譜由表達(dá)式可見，普通調(diào)幅波的頻譜包含載波頻率上邊頻下邊頻思考：用傅氏變換如何求？（3）頻帶寬度B

BW=(fc+F)-(fc-F)=2F上邊頻下邊頻（4）調(diào)幅系數(shù)二、抑制載波雙邊帶調(diào)幅DSB調(diào)制信號(hào)為DSB：只有兩個(gè)邊頻(帶)而沒有載波分量的調(diào)幅波。載波信號(hào)為已調(diào)信號(hào)為單音：和頻分量差頻分量雙邊帶調(diào)幅又稱為平衡調(diào)幅,其波形如圖所示振幅包絡(luò)(envelope)：不再直接反映基帶調(diào)制信號(hào)規(guī)律！倒相由圖可見，就調(diào)制信號(hào)的半個(gè)周期來看調(diào)幅波的包跡與調(diào)制信號(hào)相同，但就整個(gè)調(diào)制信號(hào)的周期看則不同。在調(diào)制信號(hào)自正值或負(fù)值通過零值變化時(shí)，高頻振蕩的相位突變180度。

fc－F

fc

fc＋F頻帶寬度:(與AM相同）

BW=(fc+Fmax)-(fc-Fmax)=2Fmax單音：DSB頻譜思考：如何電路實(shí)現(xiàn)調(diào)幅？三、單邊帶調(diào)幅SSB

（通信電臺(tái)常用）

為節(jié)省頻帶，可只傳送一個(gè)攜帶全部信息的邊帶（上邊帶或下邊帶）。但調(diào)制、解調(diào)電路較復(fù)雜。

單音：下邊帶或上邊帶抑制載頻方式1.濾波法

濾出DSB的上邊帶：vUSB=Vmcos(ωc+Ω)t濾出DSB的下邊帶：vLSB=Vmcos(ωc-Ω)

t2.相移法（略）SSB調(diào)制實(shí)現(xiàn)方法0下邊帶傳輸0上邊帶傳輸四.殘留邊帶調(diào)制VSB發(fā)送主體是一個(gè)邊帶，另一個(gè)邊帶逐漸截止（殘留一小部分）VSB濾波器特性Hv(f)VSBffc實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)的恢復(fù)，要求殘留邊帶濾波器具有互補(bǔ)對(duì)稱特性：

常數(shù)，占據(jù)頻帶寬