通信电路原理概述

1、主讲教师：尤明厚主讲教师：尤明厚办公室：综合办公室：综合404、502什么是什么是通信通信? 绪绪 论论u电子学源于无线电通信电子学源于无线电通信电子学是通信工程师在改进无线电收发装置时，逐步产生和发展起电子学是通信工程师在改进无线电收发装置时，逐步产生和发展起来的。来的。 1904年年,马可尼公司的顾问弗莱明在改进检波器的工作中，发马可尼公司的顾问弗莱明在改进检波器的工作中，发明真空二极管，从此进入无线电电子学时代。明真空二极管，从此进入无线电电子学时代。 1907年年,美国的福雷斯美国的福雷斯特发明电子三极管，这是电子技术发展的第一个里程碑。特发明电子三极管，这是电子技术发展的第一个里程碑

2、。u通信是电子学应用最广泛的领域之一通信是电子学应用最广泛的领域之一电子类专业为什么要学习电子类专业为什么要学习通信通信?u通信是现代信息社会的神经，无处不在通信是现代信息社会的神经，无处不在n图图1.1现代通信网示意图现代通信网示意图局域网局域网基站基站有线有线电视网电视网广播广播网网地面站地面站电话局电话局寻呼台寻呼台同步同步卫星卫星低轨低轨卫星卫星公用公用通信网通信网电话机电话机计算机计算机电视机电视机计算机计算机电视机电视机收音机收音机寻呼机寻呼机计算机计算机卫星手机卫星手机(765KM)(35860KM)手手机机(全球星全球星系统）系统）u通信行业是电子类学生的就业大户通信行业是电子

3、类学生的就业大户u通信是国家十二五规划信息技术发展重点通信是国家十二五规划信息技术发展重点中国十二五规划中指出新一代信息技术发展的重点有：中国十二五规划中指出新一代信息技术发展的重点有：新一代移动通信、物联网、下一代互联网等。新一代移动通信、物联网、下一代互联网等。这为电子通信类人才提供大量就业机会和新的机遇这为电子通信类人才提供大量就业机会和新的机遇。 所以，通信对电子信息类学生非常重要。所以，通信对电子信息类学生非常重要。电磁场与电磁波理论（物理理论基础）电磁场与电磁波理论（物理理论基础）无线通信技术的基石：无线通信技术的基石：电子学、计算机技术（器件、物质基电子学、计算机技术（器件、物质

4、基础，软硬件基础）础，软硬件基础）信息论、网络理论等相关学科（系统设计信息论、网络理论等相关学科（系统设计基础）基础）无线电经历了从电子管到晶体管，再到集成电路，从短波无线电经历了从电子管到晶体管，再到集成电路，从短波到超短波，再到微波，从固定使用到移动使用等各个发展到超短波，再到微波，从固定使用到移动使用等各个发展阶段，无线电技术已成为现代信息社会的重要标志阶段，无线电技术已成为现代信息社会的重要标志 。本课程的任务与性质本课程的任务与性质：本课程的后续课程：本课程的后续课程：射频集成电路射频集成电路射频、微波电路射频、微波电路通信系统原理通信系统原理(必修课，侧重数必修课，侧重数字通信，信

5、号层面、系统层面字通信，信号层面、系统层面)移动通信移动通信(4G、3G) 多实践，不多实践，不断积累经验断积累经验；高频电路设计与制作高频电路设计与制作，鲍景富等，电子科技大学出版社，鲍景富等，电子科技大学出版社高频电路设计与制作高频电路设计与制作，市川裕一，科学出版社，市川裕一，科学出版社无线数字收发电路设计无线数字收发电路设计电路原理与应用实例电路原理与应用实例，黄智伟，黄智伟，电子工业出版社，电子工业出版社，2004现代无线通信电路设计与实现现代无线通信电路设计与实现，范博，范博 等，机械工业出版等，机械工业出版社，社，2009射频通信电路设计射频通信电路设计，刘长军，刘长军 等，科学

6、出版社，等，科学出版社，2005The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits, Thomas Lee, Cambridge University Press, 1998. （2004, 2nd Edition），有中译本），有中译本分为有线信道与无线信道分为有线信道与无线信道 按传输基带信号的特征分：模拟通信和数字通信。按传输基带信号的特征分：模拟通信和数字通信。 模拟通信系统：通信系统中传输的信号是模拟信号。模拟通信系统：通信系统中传输的信号是模拟信号。 数字通信系统：通信系统中传输的信号是数字信号。数字通信系统：通信系统中传输

7、的信号是数字信号。 数字通信系统的优点：数字通信系统的优点： 抗干扰能力强且噪声不积累、容量大、便于进行现抗干扰能力强且噪声不积累、容量大、便于进行现代数字信号处理易于超大规模集成易于加密、易代数字信号处理易于超大规模集成易于加密、易于多路复用等。于多路复用等。 按信道分：有线通信系统和无线通信系统。按信道分：有线通信系统和无线通信系统。 按照信号传递方向划分：按照信号传递方向划分：单工（单向，如广播）、单工（单向，如广播）、半双工（如对讲机）、双工半双工（如对讲机）、双工本课程主要介绍模拟无线通信系统，数字通信将在本课程主要介绍模拟无线通信系统，数字通信将在通信系统原理通信系统原理课中学习，

8、但数字无线通信的前端课中学习，但数字无线通信的前端也采用振荡、放大、滤波、混频、反馈控制等电路。也采用振荡、放大、滤波、混频、反馈控制等电路。例：现代无线通信接收系统例：现代无线通信接收系统ASIC、FPGA、输入输入变换器变换器发送发送设备设备信信道道接收接收设备设备输出输出变换器变换器干扰干扰与噪与噪声源声源信信源源信信宿宿 （2）1.调制：将低频基带信号变换成适合信道传输调制：将低频基带信号变换成适合信道传输特性的高频信号特性的高频信号. 携带信息的信号控制高频振荡的某一参数，携带信息的信号控制高频振荡的某一参数，使之按照该信号的变化规律而变化。使之按照该信号的变化规律而变化。 调幅：调

9、制信号控制高频振荡的振幅。对普通调调幅：调制信号控制高频振荡的振幅。对普通调幅与双边带调幅，载波振幅随调制信号幅与双边带调幅，载波振幅随调制信号变化。变化。 调频：调制信号控制高频振荡的角频率。载波瞬调频：调制信号控制高频振荡的角频率。载波瞬时角频率随调制信号时角频率随调制信号变化。变化。 调相：调制信号控制高频振荡的相位。载波瞬时调相：调制信号控制高频振荡的相位。载波瞬时相位随调制信号相位随调制信号变化。变化。通信系统原理课将介绍数字调制方式通信系统原理课将介绍数字调制方式调制信号控制高频振荡的三个参量之一。调制信号控制高频振荡的三个参量之一。0( )cos()mcv tVt 高频高频振荡振

10、荡调制及调制及高频功放高频功放低频功放低频功放低频放大低频放大话筒话筒高放高放（倍频）（倍频）高高频频放放大大器器选选台台或或带带通通滤滤波波解调器解调器（检波器（检波器）低低频频放放大大器器扬扬声声器器功功率率放放大大器器混混频频器器高高频频放放大大器器选选台台或或带带通通滤滤波波中频中频放大器放大器（多级）多级）解调器解调器（检波器（检波器）音音频频放放大大器器扬扬声声器器本机本机振荡器振荡器AGCAGC电路电路与信道、频段、所采用技术、发射功率、接收灵与信道、频段、所采用技术、发射功率、接收灵敏度、天线、电路等有关敏度、天线、电路等有关对流层对流层地球地球010 km电离层电离层6040

11、0 km平流层平流层 七、电磁波传播地波、天波、视线传播地 波频率：频率：3MHz 以下以下绕射：发生在波长障碍物尺寸可比时绕射：发生在波长障碍物尺寸可比时通信距离：可达数百数千通信距离：可达数百数千 km地球地球电波沿着地球的弯曲表面传播电波沿着地球的弯曲表面传播 。中波波段主要用于中、短。中波波段主要用于中、短距离的无线电广播。距离的无线电广播。 长波通信系统多用于导航和播送标准长波通信系统多用于导航和播送标准时间信号时间信号 。天天 波波 电离层高度：电离层高度：60 300 km单跳最大距离：单跳最大距离：4000 km多跳可以环球多跳可以环球频率：频率：3 30 MHzn利用电离层的

12、折射和反射利用电离层的折射和反射 （短波（短波 ）实现信号的远距离传输实现信号的远距离传输 如短波通信。如短波通信。 常用于国际无线电常用于国际无线电广播，远距离无线电话与电报通信以及中、近距离小型移广播，远距离无线电话与电报通信以及中、近距离小型移动电台等。动电台等。频率：频率： 30 MHz可穿透电离层可穿透电离层视线传播hr地面ddDn视线或视线或直射传播直射传播（超短波和微波）电波沿直线传播。（超短波和微波）电波沿直线传播。无线电中继图 无线电中继n 应用于中继通信、移动通信、调频和电视广播以及雷应用于中继通信、移动通信、调频和电视广播以及雷达、导航系统等达、导航系统等 。 频率：频率

13、： 30 MHz散射通信 电离层散射电离层散射 频率频率: 30 60 MHz 对流层散射对流层散射 频率频率: 100 4000 MHz 流星余迹散射流星余迹散射 频率频率: 30 100 MHz图1.4.6 对流层散射通信地球有效散射区域蜂窝网移动交换中心电话交换中心移动通信中信道的特殊问题移动通信中信道的特殊问题n多径效应多径效应选择性衰落（频域）和延时扩展（时域）选择性衰落（频域）和延时扩展（时域） 频率选择性衰落：频率选择性衰落：在频带内不同频率分量的传输衰减不同。在频带内不同频率分量的传输衰减不同。 延时扩展延时扩展:反射波使接收点信号有多个延时不同的信号反射波使接收点信号有多个延

14、时不同的信号,接接 收信号在直射波信号后还要延时一段收信号在直射波信号后还要延时一段。n 多普勒频移多普勒频移 在高速移动情况接收，收到的电波将发生频率变化，在高速移动情况接收，收到的电波将发生频率变化，即多普勒频移。会造成时间选择性衰落。它与移动速度成即多普勒频移。会造成时间选择性衰落。它与移动速度成正比，与波长成反比。正比，与波长成反比。n 功率受限功率受限n 频谱稀缺、频带受限频谱稀缺、频带受限n干扰问题等等干扰问题等等 一、电信号一、电信号1.概念概念 举例：举例：国际规定电话信号的频带是国际规定电话信号的频带是3003003400Hz3400Hz。 我国采用的电视图像信号的频带是我国

15、采用的电视图像信号的频带是0 06MHz6MHz等。等。载波的幅度随调制信号的变化规律载波的幅度随调制信号的变化规律而载波的频率和初相位均为常数而载波的频率和初相位均为常数一、普通调幅一、普通调幅 AM tVtvccmccos)(设载波信号为设载波信号为)(tv调制信号为调制信号为( )( ) coscmcv tVkv tt已调信号为已调信号为载波振幅（或包络）随调制信号变化而变化。载波振幅（或包络）随调制信号变化而变化。 （1）单音调制 ( )(cos)cos(1cos)cos(1cos)coscmmcmcmccmcmacv tVkVttkVVttVVmtttVtvccmccos)(载波信号

16、为载波信号为( )cosmvtVt调制信号为调制信号为()c amcmmkVVmax( )acmkvtmV调幅系数定义：调幅系数定义：为调幅系数为调幅系数maxminmaxmin aVVmVV调幅信号最大幅值：调幅信号最大幅值：Vmax=Vcm（1+ma）最小幅值：最小幅值：Vmin=Vcm（1-ma） 的情况下的情况下1am0若若 ( (过调过调) )1am1-1.EXE1-2.EXEVcm 单音AM信号的频谱( )(1cos)cos1 coscos()21 cos()2cmaccmcacmcacmcv tVmttVtm Vtm Vt由表达式可见，普通调幅波的频谱包含由表达式可见，普通调幅波

17、的频谱包含 载波频率载波频率 上边频上边频 下边频下边频ccc思考：用傅氏变换如何求？思考：用傅氏变换如何求？cmaVm2cmaVm2cmVccc上边频下边频（4）调幅系数）调幅系数maxminmaxminaVVmVV( )( )coscmcv tkVtVt( )Vt调制信号为调制信号为DSB：只有两个边频：只有两个边频(带带)而没有载波分量的调幅而没有载波分量的调幅波。波。tVtvccmccos)(载波信号为载波信号为已调信号为已调信号为( )coscos1cos21cos2mcmcmcmcmcmcv tkVt VtkV VtkV Vt 单音：单音：和频分量和频分量差频分量差频分量双边带调幅

18、又称为双边带调幅又称为平衡调幅平衡调幅,其波形如图所示其波形如图所示 振幅包络振幅包络(envelope)：不再直接反映基带调制信号规律！倒相倒相 由图可见，就调制信号的半个周期来看调幅波由图可见，就调制信号的半个周期来看调幅波的包迹与调制信号相同，但就整个调制信号的周期的包迹与调制信号相同，但就整个调制信号的周期看则不同。看则不同。l在调制信号自正值或负值通过零值变化时，高频振荡在调制信号自正值或负值通过零值变化时，高频振荡的相位突变的相位突变180度。度。 fcF fc fcFAM2BF12mcmkV V12mcmkV V单音：单音：DSB频谱频谱思考：如何电路实现调幅？思考：如何电路实现调幅？） 单音：单音：SSBBW2mKctKvcmSSB)cos(2下边带下边带tKvcmSSB)cos(2或上边带或上边带c2mK抑制载频方式抑制载频方式2.相移法（略）相移法（略）SSB调制实现方法调制实现方法0下边带传输0上边带传输cN1cc1ccNcN1c1ccNc四四. 残留边带调制残留边带调制VSBn发送主体是一个边带，另一个边带逐渐截发送主体是一个边带，另一个边带逐渐截止（残留一小部分）止（残留一小部分）VSB滤波器特性Hv( f )VSBffc实现基带信号的恢复，要求残留边带滤波器具有互实现基带信号的恢复，要求残留边带滤波器具有互补对称特性：补