第1章 通信系统导论

1、通信电子线路通信电子线路马马 小小 玲玲E-mail: maxl_第第1章章 通信系统导论通信系统导论n现代通信的主要任务就是迅速而准确地传输现代通信的主要任务就是迅速而准确地传输信息。信息。n传输信息的系统，统称为传输信息的系统，统称为通信系统通信系统。n随着通信技术的日益发展，组成通信系统的随着通信技术的日益发展，组成通信系统的电子线路不断更新，其应用十分广泛。电子线路不断更新，其应用十分广泛。n实现通信的方式和手段很多，本课程讨论的实现通信的方式和手段很多，本课程讨论的通信电子线路主要用于利用电磁波传递信息通信电子线路主要用于利用电磁波传递信息的的。声音是如何传到远方的？n人耳能听到的声

2、音（f=20Hz-20KHz），声波在空气中传播的速度340米秒，且衰减很快。n 把声音传到远方采用的方法是：n 将声音变为电信号，将反映声音变化规律的电信号借助非线性电子器件进行变换和处理，由发射机将该信号变为足够强的，由天线变为电信号向媒体辐射。该过程称为发送。n 传送到远方由接收机接收后，经过与发射相反的变换过程及放大后，再经电声，变换为原声音。该过程称为接收。为什么要调制？通信系统框图通信系统框图信息的来源，可能是人（发出语音）也可能是设备（如传真机、计算机）将来自信源的信号转变成电信号（如麦克风、摄像机）将来原始电信号（基带信号）变换成适于信道传输的波形和功率并发送出去传输信号的物理

3、载体（如电话线、光纤、自由空间）基本功能与发射机相反，同时完成滤除噪声和放大作用又称“信宿”可以是人也可以是接收设备（如传真机、计算机等）功能与输入变换器相反（如扬声器、显示屏）信息源信息源发射机发射机噪声和干扰源噪声和干扰源接收机接收机信道信道输入变换器输入变换器收信者收信者输出变换器输出变换器第第1章学习说明：章学习说明：n在系统的基础上明确高频电路的基本内容。从概念上理解信号通过各功能模块后的变化。（参考作业题的要求与说明）。n清楚信号幅度变化与频率变化所采取的措施与信号的变化特点。n复习信号与系统的有关内容，弄清信号的频谱特性。n这部分PowerPoint内容较多，其他的了解就可以。n

4、教材所有的内容至少通读一遍。内容n课程说明n学习中需注意的几点n要点n问题n传输信号的基本方法n无线电通信发展简史n通信系统的分类n无线通信系统n无线技术为核心可以形成的产品n教学安排n教材与教材与参参考书n本章作业课程说明n高频电子线路用于各种无线电技术设备和系统中；n无线电技术已广泛应用于无线电通信、广播、电视、雷达、导航等诸多方面； 其共同特点：利用高频（射频）无线电波来传递信息。因此，设备中产生和接收、检测高频信号的基本功能电路大都是相同的。n本课程主要结合无线电通信这一工作方式讨论设备和系统中高频电路的线路组成、工作原理及工程设计计算。 课程说明（续）n高频电子线路所涉及的单元电路都

5、是从传输与处理信息这一基本点来进行研究的。n虽然无线电电子学技术领域在迅速扩大，但信息的传输与处理仍然是它的主要内容。n未来电子技术发展的特点可以概括为 集成化 数字化 系统化 智能化等四个方面本课程涉及的知识体系本课程涉及的知识体系本课程内容高频高频小信号放大小信号放大选频网络选频网络电路基础电路基础 模拟电路模拟电路信号与系统信号与系统调制解调调制解调频率变换频率变换高频高频功率放大功率放大 振荡电路振荡电路各类无线通信系统各类无线通信系统远程控制系统远程控制系统高速计算机系统高速计算机系统基础课程线线性性线线性性非线非线性性非线非线性性非线非线性性非线非线性性与其他课程的关系与其他课程的

6、关系n与低频电子课程的关系（量变与低频电子课程的关系（量变-质变）质变）高频在传输线上产生驻波、辐射、反射等现象高频在传输线上产生驻波、辐射、反射等现象器件在高频区表现出器件在高频区表现出非理论特性非理论特性n例如，电阻和电容在高频区表现出引线电感特性例如，电阻和电容在高频区表现出引线电感特性n并行的传输线在高频区表现出电容特性并行的传输线在高频区表现出电容特性n三极管在高频区放大倍数下降、波形畸变等等三极管在高频区放大倍数下降、波形畸变等等低频常以低频常以电压传递电压传递为目的，通常为目的，通常ZLZS；高频常以；高频常以功率传递功率传递为目的，通常为目的，通常ZL=ZS（即功率匹配）（即功

7、率匹配）n与与通信原理通信原理的关系的关系二者都介绍了调制与解调，所不同的是二者都介绍了调制与解调，所不同的是通信原理通信原理侧重于侧重于原理分析；本课侧重于具体电路。原理分析；本课侧重于具体电路。通信原理通信原理侧重介绍数字调制解调；本课程侧重介绍模拟侧重介绍数字调制解调；本课程侧重介绍模拟调制解调。调制解调。n本课程的特点本课程的特点：高频和非线性高频和非线性n本课程的学习方法本课程的学习方法： 在掌握典型非线性电子线路原理的基础上，学会非线性电子线路在掌握典型非线性电子线路原理的基础上，学会非线性电子线路的分析方法。的分析方法。不要不要过分追求过分追求数学分析的严格性。数学分析的严格性。

8、不要不要局限于局限于某具体电路及其原理，要寻找电路间的共性某具体电路及其原理，要寻找电路间的共性要要分清分立与集成分清分立与集成的关系，分立为基础，集成为重点，分立为集成服务。的关系，分立为基础，集成为重点，分立为集成服务。要要分清单元电路与系统设计分清单元电路与系统设计的关系。对单元电路进行分析、设计时要有的关系。对单元电路进行分析、设计时要有系统观，要从整个系统的角度来考虑要求和指标，各单元电路之间的关系统观，要从整个系统的角度来考虑要求和指标，各单元电路之间的关联性要通过系统来实现。联性要通过系统来实现。尽量做到尽量做到“理论与实践理论与实践”结合，至少做一些软件仿真，争取做一些硬件结合

9、，至少做一些软件仿真，争取做一些硬件实物。实物。养成先画图再做题的好习惯养成先画图再做题的好习惯n交流通道图、矢量图、交流通道图、矢量图、IC-Vb关系图、关系图、IC-VC关系图、频谱图、波形图关系图、频谱图、波形图本课程的特点与学习方法本课程的特点与学习方法课程说明（续）课程说明（续） 指的是短波频段。参见无线电波的频（波）段划分表。 指的是射频（RF），是指适合无线电发射和接收的频率。广义的解释狭义的解释“高频高频”：本课程涉及的波段可从中波到微波波段。本课程涉及的波段可从中波到微波波段。 定义了电路处理信号的频率范围，定义了电路处理信号的频率范围，因此也决定了系统应具有的频率特性。因此

10、也决定了系统应具有的频率特性。课程说明（续）n工作在高频率（几十兆赫以上）的电路目前主要还是模拟电路。另外，通过模拟电路说明功能电路的工作原理比较简单和直观，所以即使对已经可以用数字电路实现功能的电路，也仍然可以从其模拟电路实现入手。 分析模拟电路n先修课程： 电路原理、电子线路基础、信号与系统学习中需注意的几点1.学习、研究的两大对象：信号 系统 注意信号的特性，系统（电子线路）的基本组成、原理、分析方法等，信号与系统的关系，如信号与系统的匹配等。2.独立完成作业、独立完成实验、独立完成考试。3.平时多下功夫。第一章 绪论（要点）n通信系统的基本概念n通信系统的组成()n通信系统的基本特性n

11、通信系统的信道n通信系统中的信号(无线电信号的特性)n通信系统中的发送与接收设备()n信号传输的基本问题n信号通过线性系统n信号通过非线性系统n干扰n通信电路的基本形式通信系统的基本概念n无线通信系统的组成 由信源、发射机、传输信道、接收机和受信者组成n无线电信号的特性 时间（域）特性、频率特性、频谱特性、调制特性、传播特性n通信系统的基本特性（*） 传输距离、通信容量、信号失真度、抗干扰能力。n通信系统的信道特性（*） 衰减特性、工作频率范围、频率特性、时变与时不变特性、干扰特性。问题问题1.无线电通信采用高频的原因？无线电通信采用高频的原因？ 射频频率越高，可利用的频带宽度就越宽，从射频频

12、率越高，可利用的频带宽度就越宽，从而可以容纳更多的信号；高频适于天线辐射和无而可以容纳更多的信号；高频适于天线辐射和无线传播。线传播。2.在高频电路中，要处理的无线电信号主要在高频电路中，要处理的无线电信号主要有哪三种？说明其频率范畴。有哪三种？说明其频率范畴。3.传播方式主要有那些？各频段信号适合何传播方式主要有那些？各频段信号适合何种传播方式？种传播方式？4.为什么要调制？为什么要调制？ 从切实可行的天线出发；从切实可行的天线出发； 区别不同的音频信号；区别不同的音频信号；可实现的回路带宽。可实现的回路带宽。n无线电如何将声音传送到远方无线电如何将声音传送到远方n无线电发射机无线电发射机n

13、最简单的接收机最简单的接收机n无线电超外差式接收机无线电超外差式接收机n信号及其频谱信号及其频谱传输信号的基本方法传输信号的基本方法1、语言与文字语言与文字（最基本的传输手段）（最基本的传输手段）2、光通信光通信（远距离通信，迅速准确）（远距离通信，迅速准确）3、电通信电通信（有线通信、无线通信）（有线通信、无线通信）信息传输是人类社会生活的重要内容： 古代的烽火 近代的旗语 19世纪，电磁能量传递信息n1837年年 Morse 发明了电报，创造了莫尔斯电码。开创了通信的新纪发明了电报，创造了莫尔斯电码。开创了通信的新纪元；元；n1876年年 Bell 发明了电话；发明了电话； 沿导线传递信号

14、沿导线传递信号n1864年年 Maxwell（英国物理学家）英国物理学家） 发表了发表了“电磁场的动力理论电磁场的动力理论”这一这一著名论文，奠定了无线电通信的理论基础；著名论文，奠定了无线电通信的理论基础；n1887年年 Hertz （德国物理学家）德国物理学家） 实验证明了电磁场理论；实验证明了电磁场理论；n1901年年 马可尼完成横渡大西洋的通信，从此，进入了实用阶段；马可尼完成横渡大西洋的通信，从此，进入了实用阶段；n1904年年 弗来明发明电子二极管，进入无线电电子学时代；弗来明发明电子二极管，进入无线电电子学时代；n1907年年 李李.德德.福雷斯特发明电子三极管，为现代千变万化的

15、电子线路福雷斯特发明电子三极管，为现代千变万化的电子线路（放大、振荡、变频、调制（放大、振荡、变频、调制）提供了）提供了“心脏心脏”器件；电子管的出现，器件；电子管的出现，是电子技术发展史上第一个重要的里程碑是电子技术发展史上第一个重要的里程碑n1948年年 W.Shochley等人发明了晶体管（节约电能，缩小体积与重量，等人发明了晶体管（节约电能，缩小体积与重量，延长寿命），取代了电子管；第二个里程碑延长寿命），取代了电子管；第二个里程碑n60年代出现将年代出现将“管管”、“路路”结合的集成电路；第三个里程碑结合的集成电路；第三个里程碑无线电通信发展简史无线电通信发展简史21l通信（通信（C

16、ommunication)Communication)作为电信（作为电信（Telecommunication) Telecommunication) 是从是从1919世纪世纪3030年度开始的。年度开始的。 物理发现物理发现 通信技术发展通信技术发展 18311831年法拉第电磁感应年法拉第电磁感应 1837 1837年莫尔斯发明电报年莫尔斯发明电报 1873 1873年马克斯韦尔的电年马克斯韦尔的电 1876 1876年贝尔发明电话年贝尔发明电话磁场理论磁场理论 1895 1895年马可尼发明无线电年马可尼发明无线电l开辟了电信（开辟了电信（Telecommunication)Telecom

17、munication)的新纪元的新纪元22历史（历史（2 2）电话的发明者贝尔）电话的发明者贝尔l 贝尔（18xx1922）英国人 1868年 在伦敦工作 1871年 去波士顿工作 1873年 任波士顿大学教授 1875年 发明多路电报 1876年 发明电话l 一生曾获许多专利。l 妻子是一位聋人。23无线电的发明者马可尼无线电的发明者马可尼l 马可尼（18741937）意大利人 1894年 在父亲的庄园试验 1896年 去伦敦 1897年 建立无线电报公司 1899年 首次实现英法无线通信 1916年 实现短波无线电通信 1929年 建立世界性无线通信网l 曾获诺贝尔奖金l 曾参加法西斯党2

18、4l 1906年发明电子管 模拟通信得到发展 开辟了模拟通信的新纪元l 1928年奈奎斯特准则和取样定理 1948年山农定理在理论上为数字通信准备了条件 25历史（历史（5 5）通信发展历史的回顾）通信发展历史的回顾l 物理发现通信技术发展 20世纪50年代数字通信得到发展 发明半导体 20世纪60年代 发明集成电路 l 开辟了数字通信的新纪元26历史（历史（6 6）通信发展历史的回顾）通信发展历史的回顾l 物理发现物理发现通信技术发展通信技术发展 2020世纪世纪5050年代年代2020世纪世纪4040年代提出静止卫年代提出静止卫航天技术航天技术星概念，但无法实现星概念，但无法实现19631

19、963年第一次实现同步卫年第一次实现同步卫星通信星通信l 开辟了空间通信的新纪元开辟了空间通信的新纪元27历史（历史（7 7）通信发展历史的回顾）通信发展历史的回顾l物理发现物理发现通信技术发展通信技术发展 2020世纪世纪6060年代年代企图用于通信，未成功企图用于通信，未成功发明激光发明激光 20 20世纪世纪7070年代年代光纤通信得到发展光纤通信得到发展发明光导纤维发明光导纤维 l 开辟了光纤通信的新纪元开辟了光纤通信的新纪元一、通信系统的基本概念一、通信系统的基本概念无线电信号的特性无线电信号的特性1.时间特性时间特性指信号随时间变化快慢的特性，通常用指信号随时间变化快慢的特性，通常

20、用时域波形或数学表达式（电压或电流）来表示。时域波形或数学表达式（电压或电流）来表示。要求传输信号电路的时间特性（如时间常数）必要求传输信号电路的时间特性（如时间常数）必须与该信号的时间特性相适应。须与该信号的时间特性相适应。2.频谱特性频谱特性 任何形式的信号都可以分解为许多不任何形式的信号都可以分解为许多不同频率、不同幅度的正弦信号之和。谐波次数越同频率、不同幅度的正弦信号之和。谐波次数越高，幅度越小，影响越小。频谱特性有幅频特性高，幅度越小，影响越小。频谱特性有幅频特性和相频特性两部分，分别反映信号中各个频率分和相频特性两部分，分别反映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。任何信号都

21、会占据量的振幅和相位的分布情况。任何信号都会占据一定的带宽。从频谱特性上看，一定的带宽。从频谱特性上看，带宽带宽就是信号能就是信号能量主要部分（一般为量主要部分（一般为90以上）所占据的频带。以上）所占据的频带。无线电信号的特性（续）无线电信号的特性（续）3. 频率特性频率特性指无线电信号的频率或波长。对频率或指无线电信号的频率或波长。对频率或波长进行分段，称为频段或波段。不同频段信号波长进行分段，称为频段或波段。不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同，传播的方式也的产生、放大和接收的方法不同，传播的方式也不同，因而它们的应用范围也不同。不同，因而它们的应用范围也不同。 本书涉及的频段是从中

22、频（本书涉及的频段是从中频（MF）到超高频到超高频（UHF）的频率范围。的频率范围。4. 传播特性传播特性指无线电信号的传播方式、传播距离、指无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等。不同频段的无线电信号，其传播特传播特点等。不同频段的无线电信号，其传播特性不同。决定传播方式和传播特点的关键因素是性不同。决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。无线电信号的频率。无线电信号的特性（续）无线电信号的特性（续）5. 调制特性调制特性 要通过载波传送消息，就必须使载波信要通过载波传送消息，就必须使载波信号的某一个或几个参数（振幅、频率或相位）随消号的某一个或几个参数（振幅、频率或相位）随

23、消息信号改变，这一过程就称为调制。息信号改变，这一过程就称为调制。 三种基本调制方式是振幅调制（调幅三种基本调制方式是振幅调制（调幅AM）、）、频率调制频率调制（调频（调频FM）和相位调制（调相和相位调制（调相PM），），还可以有还可以有组合调制组合调制方式。当用数字消息信号进行调制时，通常称为键控。三方式。当用数字消息信号进行调制时，通常称为键控。三种基本的键控方式是振幅键控（种基本的键控方式是振幅键控（ASK）、）、频率键控（频率键控（FSK）和相位键控（和相位键控（PSK）。）。 一般情况下，高频载波为单一频率一般情况下，高频载波为单一频率的正弦波，对应的调制为的正弦波，对应的调制为正弦

24、调制正弦调制。若载波为一脉冲信号，。若载波为一脉冲信号，则称这种调制为则称这种调制为脉冲调制脉冲调制。 “高频电子线路高频电子线路”课程主要讨论模拟消息（调制）课程主要讨论模拟消息（调制）信号和正弦载波的信号和正弦载波的模拟调制模拟调制。但这些原理甚至电路。但这些原理甚至电路完全可以推广到完全可以推广到数字调制数字调制中去，这就是举一反三。中去，这就是举一反三。通信系统的构成通信系统的构成通信系统的构成（续）通信系统的构成（续）n信源信源n采集（产生）需要传递的信息采集（产生）需要传递的信息n电话（语音）电话（语音）n计算机（数据）计算机（数据）n放象机（图象及语音）放象机（图象及语音）n信号

25、处理（发）信号处理（发）n将信息变换为适宜于信道传递的形式将信息变换为适宜于信道传递的形式n射频（无线传递）射频（无线传递）n光信号（光纤光缆传递）光信号（光纤光缆传递）n声波（声纳系统）声波（声纳系统）通信系统的构成（续）通信系统的构成（续）n信道信道n信号传输的媒介信号传输的媒介n自由空间（无线传输，可能存在中继）自由空间（无线传输，可能存在中继）n电缆（可能存在交换等设备）电缆（可能存在交换等设备）n信号处理（收）信号处理（收）n发送端的逆过程发送端的逆过程n信宿信宿n将接收到的信息变换为适宜为人类获取的形式将接收到的信息变换为适宜为人类获取的形式n声、光、电声、光、电通信系统的种类通信

26、系统的种类n问题：举出熟悉的通信系统的种类？问题：举出熟悉的通信系统的种类？通信系统的分类通信系统的分类n数字通信与模拟通信数字通信与模拟通信n按照基带信号划分按照基带信号划分n基带信号的定义将在后续章节中给出基带信号的定义将在后续章节中给出n有线通信、无线通信、光通信有线通信、无线通信、光通信n按照传输媒介划分按照传输媒介划分n单工、双工、半双工单工、双工、半双工n按照信号传递方向划分按照信号传递方向划分无线通信系统无线通信系统n个人移动通信技术已经成为通信产业发展的个人移动通信技术已经成为通信产业发展的象征，在一个小小的塑料盒子内部，集成了象征，在一个小小的塑料盒子内部，集成了多项技术多项

27、技术n人们希望做到：任何人在任何时候和任何地人们希望做到：任何人在任何时候和任何地点都可以实现通信。点都可以实现通信。n问题：根据你的知识，列出手机（个人移动问题：根据你的知识，列出手机（个人移动通信系统中的移动台）中所包含的关键技术通信系统中的移动台）中所包含的关键技术手机手机.jpg手机包含的关键（电子）技术手机包含的关键（电子）技术n能量的有效利用能量的有效利用n数字系统设计技术数字系统设计技术n模拟集成电路设计技术模拟集成电路设计技术n半导体器件及工艺技术半导体器件及工艺技术n智能天线智能天线n显示器件及其控制技术显示器件及其控制技术n数字信号处理数字信号处理n封装封装n电子材料电子材

28、料最重要的因素：成本无线（通信）系统无线（通信）系统模拟与射频电路模拟与射频电路ADFSMphonebookRTOSARQKeypad,DisplayControlCodersFFTFiltersAccelerators(bit level)模拟模拟数字数字DSP 核心核心微处理器核心微处理器核心(ARM)Logic专用逻辑电路专用逻辑电路通信算法通信算法协议处理协议处理本课程学习内容本课程学习内容n无线通信中的（模拟）电路技术无线通信中的（模拟）电路技术发送端增加功率放大器无线应用举例：无线连接的家庭信息网络无线应用举例：无线连接的家庭信息网络3 cups flour1 cup grated

29、 chocola.电话通信电话通信便携电脑便携电脑带无线接口的电脑带无线接口的电脑无线头盔无线头盔儿童监护儿童监护台式电脑台式电脑卫星天线卫星天线PSTN/xDSL冰箱数据板冰箱数据板手持式控制器手持式控制器电缆电缆/电缆电缆调制解调器调制解调器声控玩具声控玩具Talking Teddy与有线连接的互联的系统结构与有线连接的互联的系统结构打印机打印机照相机照相机游戏板游戏板USB照明照明烟雾检测烟雾检测自动温度调整自动温度调整保安系统保安系统电力线电力线78音响音响摄象机摄象机录放机录放机电视电视1394电话线电话线电视电缆电视电缆Grandma抯 Brownies3 cups flour1

30、cup grated chocolate1 cup sugar1 stick butter无线控制中心无线控制中心无线技术为核心可以形成的产品无线技术为核心可以形成的产品射射频频标标签签(RFID)无无线线个个人人局局域域网网(WPAN)各各种种无无线线广广域域网网(WLANs)低低性性能能低低成成本本高高性性能能高高成成本本 以射频集成电路为核心可以形成的电子产品（低以射频集成电路为核心可以形成的电子产品（低端产品）端产品） 低频 100-500 kHz 近距离及中等距离读写 价格相对便宜 读取速度慢 门禁系统、动物识别 库存控制、停车管理 中间频率 10-15 MHz 近距离及中等距离读写

31、 价格可以做到便宜 读取速度适中 门禁系统 各种智能卡 低 性 能 、 低 成 本 的 产 品 射 频 标 签 高频 850-950 MHz 2.4-5.8 GHz 远距离读写 读取速度高 直线传播 价格相对贵 道路及铁路状况检测 高速收费系统 以射频集成电路为核心可以形成的电子产品（中以射频集成电路为核心可以形成的电子产品（中间产品）间产品） 电子设备的无线互联 2.4GHz 工作频率 小于 10 米的工作距离 小于 20dBm 的发射功率 可选择数据加密措施 移动电话、固定电话 个人电脑、便携电脑 个人数字助理(PDA) 调制解调器、打印机 数字相机 外设共享 中 性 能 中 成 本 产

32、品 个 人 无 线 局 域 网 络 采用无线方式共享资源 有线互联链路的共享 以射频集成电路为核心可以形成的电子产品（高以射频集成电路为核心可以形成的电子产品（高档产品）档产品） 无线网：WLAN 覆盖办公室或者庭院的静态高速网络， 支持高速计算机网络的无线接入 无线个人通信 支持any-time, any-where的个人语音和低速数据通信 可移动式计算 支持many-time, many-where的高速信息获取 无线数据广播 数字视频、 高质量音频的无线传递 高 性 能 高 价 格 产 品 可移 动式 计算 移动 通信 军用 战场的无线网络覆盖 军事通信、数字化单兵装备 通信系统的基本特

33、性（通信系统的基本特性（1）n传输距离传输距离n信号从发送端到达接收端并能被可靠接收的最大信号从发送端到达接收端并能被可靠接收的最大距离。距离。n问题：传输距离与什么因素有关问题：传输距离与什么因素有关 在设计通信系统时，要注意选择合适的在设计通信系统时，要注意选择合适的信道、合理的通信体制，并要考虑发送端能信道、合理的通信体制，并要考虑发送端能提供足够的信号功率和接收端有较高的接收提供足够的信号功率和接收端有较高的接收灵敏度。灵敏度。影响传输距离的因素影响传输距离的因素n通信体制通信体制n无中继的无线通信（从基站到移动台，从发无中继的无线通信（从基站到移动台，从发射机到接收机）射机到接收机）

34、n发送端的信号功率发送端的信号功率n 信号通过信道的损耗。信号通过信道的损耗。n 信号通过信道混入各种形式的干扰和噪声。信号通过信道混入各种形式的干扰和噪声。n 接收机的接收灵敏度。接收机的接收灵敏度。通信系统的基本特性（通信系统的基本特性（2）n通信容量（信道容量）通信容量（信道容量）n通信容量是指一个信道能够同时传送独立信号的路通信容量是指一个信道能够同时传送独立信号的路数。数。n问题：影响信道容量的因素？问题：影响信道容量的因素？ 通常，建立一个信道，需要较多的投资和通常，建立一个信道，需要较多的投资和较长的时间。所以，总是希望所建立的信道能较长的时间。所以，总是希望所建立的信道能同时传

35、送尽可能多的信源信息数量，以提高通同时传送尽可能多的信源信息数量，以提高通信系统的经济效益，减少信道的拥挤状况。信系统的经济效益，减少信道的拥挤状况。影响信道容量的因素影响信道容量的因素n已调信号所占有的频带宽度已调信号所占有的频带宽度n 国际规定电话信号的频带是国际规定电话信号的频带是3003400Hz。 n 中波调幅广播（中波调幅广播（535KHz1605KHz）中每个已调中每个已调信号占有的频带宽度是信号占有的频带宽度是 9KHz。n 我国采用的电视图象信号的频带是我国采用的电视图象信号的频带是08MHz。n信道多址复用的方式。信道多址复用的方式。n 频分复用（频分复用（ FDMA ）f

36、dm.swfn 时分复用（时分复用（ TDMA ）n 码分复用（码分复用（ CDMA ）通信系统的基本特性（通信系统的基本特性（3）n信号失真度信号失真度n信号失真度指的是接收设备输出信号不同信号失真度指的是接收设备输出信号不同(失真）失真）于发送端基带信号的程度。于发送端基带信号的程度。n产生信号失真的原因产生信号失真的原因n 信道特性不理想信道特性不理想n 对信号进行处理的电路（发送与接收设备）特性不理对信号进行处理的电路（发送与接收设备）特性不理想。想。 为了减少失真，需要注意信道的状况并选为了减少失真，需要注意信道的状况并选择合理的电路形式及工作状态。择合理的电路形式及工作状态。通信系

37、统的基本特性（通信系统的基本特性（4）n 抗干扰能力抗干扰能力n信号通过信道时，总要混入各种形式的干扰和噪信号通过信道时，总要混入各种形式的干扰和噪声，使接收机输出信号的质量下降。声，使接收机输出信号的质量下降。n提高通信系统抗干扰能力的技术提高通信系统抗干扰能力的技术n 系统设计中提高的抗干扰能力系统设计中提高的抗干扰能力n 选用高质量的调制和解调电路选用高质量的调制和解调电路通信系统的信道特性（通信系统的信道特性（1234）n衰减特性衰减特性n信号经信道传输时，信号能量被衰减的程度信号经信道传输时，信号能量被衰减的程度n不同信道的衰减特性不同不同信道的衰减特性不同n工作频率范围工作频率范围

38、n不同的信道具有不同的工作频率范围不同的信道具有不同的工作频率范围n频率特性频率特性n在信道的工作频率范围内，当不同频率的信号通过在信道的工作频率范围内，当不同频率的信号通过时，由信道引起的幅度衰减和附加相移是不同的。时，由信道引起的幅度衰减和附加相移是不同的。n时变与时不变特性时变与时不变特性n在某些信道中，信道的传输特性是随时间（空间）在某些信道中，信道的传输特性是随时间（空间）变化的。例如：无线信道变化的。例如：无线信道通信系统的信道特性（通信系统的信道特性（5）n干扰特性干扰特性n电波传播问题电波传播问题n多径效应多径效应只考虑直射和一次只考虑直射和一次反射信号的二维多反射信号的二维多

39、径传播物理模型径传播物理模型位于以发射机和接位于以发射机和接收机为焦点全部椭收机为焦点全部椭圆上的建筑物反射圆上的建筑物反射信号与发射信号都信号与发射信号都会达到接收机会达到接收机城市环境下多径效应尤为突出城市环境下多径效应尤为突出电磁波的传输电磁波的传输.swf空间波空间波.swf天波天波.swf地波地波.swf通信系统的信道特性（通信系统的信道特性（5续）续）n干扰特性干扰特性n选择性衰减选择性衰减n由于多径效应的存在，从发射机到达接收机的信由于多径效应的存在，从发射机到达接收机的信号经过了不同的路径。不同频率的信号沿不同路号经过了不同的路径。不同频率的信号沿不同路径到达接收机产生的相位移

40、动不同。有的频率点径到达接收机产生的相位移动不同。有的频率点信号增强，有的频率点信号相互抵消。在整个频信号增强，有的频率点信号相互抵消。在整个频域来看，对不同频率的信号，信号衰减不同。域来看，对不同频率的信号，信号衰减不同。选择性衰减选择性衰减通信系统的信道特性（通信系统的信道特性（5续）续）n干扰特性干扰特性n延时扩展延时扩展n由于多径效应的存在，从发射机到达接收机的由于多径效应的存在，从发射机到达接收机的信号经过了不同的路径。不同频率的信号沿不信号经过了不同的路径。不同频率的信号沿不同路径到达接收机所花费的时间不同，信号在同路径到达接收机所花费的时间不同，信号在接收点产生叠加，使时域波形扩

41、展。接收点产生叠加，使时域波形扩展。延时延时扩展扩展通信系统的信道特性（通信系统的信道特性（5续）续）n移动接收下的多普勒效应移动接收下的多普勒效应n对于窄带信号，直射波与反射波在接收机附近形对于窄带信号，直射波与反射波在接收机附近形成干涉场，接收机快速移动划过电波驻波的波峰成干涉场，接收机快速移动划过电波驻波的波峰与波谷，使得接收场强在振幅和相位上随位置急与波谷，使得接收场强在振幅和相位上随位置急剧变化剧变化n结论：在城市环境中，移动情况下的无线传结论：在城市环境中，移动情况下的无线传输信道的传输特性是十分恶劣的。输信道的传输特性是十分恶劣的。通信系统中的信号通信系统中的信号n基带信号基带信

42、号与与基带信号传输基带信号传输n信号频带信号频带：在通信系统中被传输的信号，一般情况：在通信系统中被传输的信号，一般情况下都不是单一频率的信号，而是含有一定频率范围下都不是单一频率的信号，而是含有一定频率范围内的各频率分量。而它所占有频率范围的大小，则内的各频率分量。而它所占有频率范围的大小，则称为这个信号所占有的频带宽度。称为这个信号所占有的频带宽度。n举例：对电话来说，它强调可懂度，而不要求音色举例：对电话来说，它强调可懂度，而不要求音色等。等。 国际规定电话信号的频带是国际规定电话信号的频带是3003400Hz。在通信系统中，规定一路电话信号所占的带宽为在通信系统中，规定一路电话信号所占

43、的带宽为4kHz。又如，我国采用的电视图象信号的频带是又如，我国采用的电视图象信号的频带是08MHz等。等。n 定义：称这种直接表示原始信息的电信号为定义：称这种直接表示原始信息的电信号为基带信基带信号号。 直接传送基带信号称为直接传送基带信号称为基带信号传输基带信号传输。通信系统中的信号（续）通信系统中的信号（续）n 载波信号与传输载波信号与传输n当所使用信道的频率特性不适于基带信号传输时，可以当所使用信道的频率特性不适于基带信号传输时，可以利用调制技术将基带信号的频谱搬移到信道的工作频率利用调制技术将基带信号的频谱搬移到信道的工作频率范围内。例如：为了实现中波广播可以利用调幅技术将范围内。

44、例如：为了实现中波广播可以利用调幅技术将声音基带信号搬移到中波波段的某一频率附近。这种传声音基带信号搬移到中波波段的某一频率附近。这种传送基带信号的方法称为送基带信号的方法称为载波信号传输载波信号传输。n高频载波信号主要指用于调制的高频振荡（载波）信号高频载波信号主要指用于调制的高频振荡（载波）信号和用于解调的本地振荡信号（或称恢复载波），一般为和用于解调的本地振荡信号（或称恢复载波），一般为单一频率的正弦（或余弦）信号或脉冲信号。而已调信单一频率的正弦（或余弦）信号或脉冲信号。而已调信号就是调制信号对载波信号进行调制以后的信号。前者号就是调制信号对载波信号进行调制以后的信号。前者通常为低频信

45、号，后两者通常属于高频的范畴。通常为低频信号，后两者通常属于高频的范畴。通信系统中的信号（续）通信系统中的信号（续）n标准调幅波标准调幅波 (SAM)信号信号设调制信号是单频正弦信号：tVtfmcos)(ttfAtfAM00cos)()(ttmAttVAtfAmAM0000cos)cos1 (coscos)(是调幅度AmtAtfC0cos)(载波信号为：标准调幅信号波形示意图标准调幅信号波形示意图标准调幅信号频谱示意图标准调幅信号频谱示意图通信系统中的信号（续）通信系统中的信号（续）n抑制载波调幅波抑制载波调幅波(SCAM)n把载波抑制掉把载波抑制掉tVtAtfmSCAMcoscos)(00通

46、信系统中的发送设备通信系统中的发送设备n调幅发射机方框原理图调幅发射机方框原理图缓冲级倍频器放大级调制器高频功放振荡器低频功放低频放大通信系统中的接收设备通信系统中的接收设备n超外差接收机方框原理图超外差接收机方框原理图高频放大混频器中频放大解调器低频放大输入回路自动增益控制本地振荡器超外差接收机各处波形示意图发送与接收设备中的电路单元发送与接收设备中的电路单元n发送与接收设备中，产生频率变换的电路有谐振功率发送与接收设备中，产生频率变换的电路有谐振功率放大器、倍频器、振荡器、及各种调制、解调器等。放大器、倍频器、振荡器、及各种调制、解调器等。n接收机要有足够高的灵敏度（接收弱信号的能力）和接

47、收机要有足够高的灵敏度（接收弱信号的能力）和足够高的选择性（区分不同已调信号的能力）。足够高的选择性（区分不同已调信号的能力）。n超外差接收原理超外差接收原理：接收到的不同载频的微弱高频已调：接收到的不同载频的微弱高频已调信号变成统一的中频已调信号，再进行中频放大，高信号变成统一的中频已调信号，再进行中频放大，高增益高稳定的中频放大器容易实现。中波调幅广播中增益高稳定的中频放大器容易实现。中波调幅广播中频是频是 465KHz。电视图象信号的中频是电视图象信号的中频是 38MHz。n自动增益控制原理（自动增益控制原理（AGC）：）：接收弱信号和强信号的接收弱信号和强信号的时候，接收机能得到相差不

48、多的信号。时候，接收机能得到相差不多的信号。n由于是采用无线调制传输，所以在发射机端有调制过由于是采用无线调制传输，所以在发射机端有调制过程，在接收机端有解调制过程。程，在接收机端有解调制过程。二、信号传输的基本问题二、信号传输的基本问题n信号通过线性系统信号通过线性系统n在通信设备中，属于线性系在通信设备中，属于线性系统的电路有线性放大器、滤统的电路有线性放大器、滤波器、均衡器、相加（减）波器、均衡器、相加（减）器、微分（积分）电路以及器、微分（积分）电路以及工作于线性状态下的反馈控工作于线性状态下的反馈控制电路等。制电路等。)()(1)(1tytxth)()(2)(2tytxth)()()

49、()(2211)(2211tyatyatxatxath线性系统满足叠加定理假定dtetxXtj)()(21h(t)vi(t)vo(t)H(w)Vi(jw)Vo(jw)H(s)Vi(s)Vo(s)deXtxtj)()(21信号通过线性系统信号通过线性系统tatatx2coscos)(21理想线性系统，幅度为常数，相位为线性)exp()(kAH输出信号输入信号)()(2cos)(cos)22cos()cos()(2121ktAxktaktaAktaktaAty输出信号是输入信号的延时、放大。无失真条件若线性系统的特性不是理想的，则会产生信号的波形失真，但不会产生新的频率分量，这种失真称为线性失真。

50、信号通过非线性系统信号通过非线性系统n非线性系统不满足叠加定理非线性系统不满足叠加定理n在通信电路中，属于非线性系统的电路有谐振功率放大在通信电路中，属于非线性系统的电路有谐振功率放大器、倍频器、振荡器、及各种调制、解调器等。电路种器、倍频器、振荡器、及各种调制、解调器等。电路种类与形式很多，应用很广泛。因此，研究信号通过非线类与形式很多，应用很广泛。因此，研究信号通过非线性系统的问题在通信电路原理分析中是很重要的性系统的问题在通信电路原理分析中是很重要的n信号通过非线性系统后，信号通过非线性系统后，最主要的特点是将产生新的频最主要的特点是将产生新的频率分量率分量。例：设非线性输出输入特性是)

51、()()(2210tvatvaatviio假定输入信号为：tVtVtvmmi2211coscos)(则输出信号为：tVVatVVatttVatVaVVatvmmmmVaVammmmaomm)cos()cos(2cos2coscoscos)()(212122121222122211112221202222122产生了新的频率分量干扰干扰n 信号在传输过程中，不可避免地会受到各种信号在传输过程中，不可避免地会受到各种无用信号的干扰，这些干扰是限制通信系统无用信号的干扰，这些干扰是限制通信系统性能的主要因素。性能的主要因素。n 热噪声：自由电子的无规则热运动与晶格碰热噪声：自由电子的无规则热运动与晶

52、格碰撞，产生热噪声。存在于所有的电子器件和撞，产生热噪声。存在于所有的电子器件和传输信道中。传输信道中。n 电路工作时产生的干扰：我们利用器件的非电路工作时产生的干扰：我们利用器件的非线性，产生需要的频率分量，但是同时也会线性，产生需要的频率分量，但是同时也会产生不需要的频率分量，若滤除不干净就会产生不需要的频率分量，若滤除不干净就会形成干扰。形成干扰。三、通信电路基本形式及联系三、通信电路基本形式及联系抽样数据模拟信号对每一线段高度编码为一定长度的数字串(01010101)数字信号模拟电路：输入输出皆是模拟信号，处理的也是模拟信号。电路特性可用代数方程或微分方程表示，求解用拉氏变换。抽样数据

53、电路：输入输出皆是离散的时间序列信号。电路特性可用差分方程表示，求解用Z变换。数字电路：数字电路处理的是数字信号。模拟信号经时钟信号抽样，得抽样信号。 抽样信号经量化，编码就得数字信号。模拟电路抽样数据电路数字电路模拟信号抽样电路抽样信号编码器数字信号抽样信号数字信号滤波电路解码器模拟信号无线电波段的划分无线电波段的划分 波段名称 波长范围 频率范围 频段名称n超长波超长波 10,000-100,000m 303kHz 甚低频甚低频 VLFn长长 波波 1,00010,000m 30030kHz 低频低频 LFn中中 波波 2001,000m 1500300kHz 中频中频 MFn中短波中短波

54、 50200m 6,0001,500kHz 中高频中高频 IFn短短 波波 1050m 306MHz 高频高频 HFn米米 波波 110cm 30030MHz 甚高频甚高频 VHFn分米波分米波 10100cm 3,00300MHz 特高频特高频 UHFn厘米波厘米波(微波微波)110cm 303GHz 超高频超高频 SHFn毫米波毫米波 110mm 30030GHz 极高频极高频 EHFn亚毫米波亚毫米波1mm以下以下 300GHz以上以上 超极高频超极高频返回无线电如何将声音传送到远方？n将首先把声音变成电信号，然后把这种低频电信号装载到高频电振荡上(即调制)，通过与高频电振荡波长相当的天

55、线把信号有效的辐射出去。n为什么要调制？n从切实可行的天线出发n区别不同的音频信号n可实现的回路带宽无线电发射机无线电发射机音频放大高频振荡倍频高频放大调制缓冲传输线话筒声音无线电发射机无线电发射机n将音频信号“装载”到高频振荡中的方法有好几种，如调频、调幅、调相等。电视中图象是调幅，伴音是调频。广播电台中常用的方法是调幅与调频。 载波信号 (a) v0 t v 音频信号 (b) vc t 已调幅信号 (c) （发射设备框图发射设备框图.swf）最简单的接收机最简单的接收机检波选择性电路1MHz870kHz640kHz无线电超外差式接收机无线电超外差式接收机接收设备框图接收设备框图.swf78

56、常用的信号表示方法常用的信号表示方法1、数学表达式法、数学表达式法如：如：tsinAu阶越函数阶越函数)(tAu正弦波正弦波信号及其频谱A2、波形表达方式、波形表达方式例如例如：信号及其频谱tsinAut3、频域表示法、频域表示法 根据傅立叶变化的基本原理，任何一个函根据傅立叶变化的基本原理，任何一个函数都可以用傅立叶级数展开。如果把信号看数都可以用傅立叶级数展开。如果把信号看成一个函数，这就为我们研究信号提供了一成一个函数，这就为我们研究信号提供了一新的方法。通过研究信号的频谱我们可以突新的方法。通过研究信号的频谱我们可以突出在信号传输中存在的主要问题，如信号的出在信号传输中存在的主要问题，

57、如信号的变化规律，信号的能量分布变化规律，信号的能量分布信号及其频谱信号及其频谱信号及其频谱 由于任何复杂的信号，都可分解为许多不同频率的正弦信号之和，因此，所谓“频谱”即是指组成信号的各正弦分量按频率分布的情况。为了更直观地了解信号的频率组成和特点，我们通常采用作图的方法来表示频谱。用频率f作横座标，用信号的各正弦分量的相对振幅作纵座标，通常称之为频谱图。信号及其频谱如：下面所示的一般语音信号的频谱示意图如：下面所示的一般语音信号的频谱示意图可以看到语音信号的频谱是连续的，其主要可以看到语音信号的频谱是连续的，其主要能量集中在能量集中在1000Hz左右。左右。电压f/Hz3003400信号及

58、其频谱一般数字信号的频谱图如下：一般数字信号的频谱图如下： 可见，数字信号的频谱是不连续的。可见，数字信号的频谱是不连续的。 振幅f脉冲信号的分解脉冲信号的分解 i t 一 次 谐 波 i1 I0 (a) i t 三 次 谐 波 i1 (b) i t 七 次 谐 波 i7 i t 五 次 谐 波 i1 (c) (d) 脉冲信号的频谱脉冲信号的频谱nf1表示脉冲重复频率，也就是基波频率。f3、 f5 、f7分别表示三、五、七次谐波，在f轴的0点，表示直流分量，这条谱线的长度表示脉冲直流分量（即平衡值）的大小。高次谐波的谱线可以分布到很高的频率，但其幅度已相当小。 i f f9 0 f7 f5 f

59、3 f1 教学安排教学安排n学时学时54+18n理论：理论：54学时（单周学时（单周4，双周，双周2）n实验：实验：18学时（学时（3学时学时*6）教材与参考书教材与参考书v严国萍等严国萍等 编著，编著，通信电子线路通信电子线路，科学出版社，科学出版社v张肃文主编，高频电子线路（第五版）学习指导书，高等教育出版社，张肃文主编，高频电子线路（第五版）学习指导书，高等教育出版社，2009年年12月第一版，月第一版，2012年年3月第月第3次印刷次印刷v董在望主编，通信电路原理，高等教育出版社，董在望主编，通信电路原理，高等教育出版社，2002v曾兴雯、刘乃安、陈健，高频电子线路辅导，西安电子科技大

60、学出版社曾兴雯、刘乃安、陈健，高频电子线路辅导，西安电子科技大学出版社, 2000v李棠之、杜国新，通信电子线路，电子工业出版社，李棠之、杜国新，通信电子线路，电子工业出版社，2001年年2月第一版月第一版v沈伟慈、高频电路，西安电子科技大学出版社沈伟慈、高频电路，西安电子科技大学出版社, 2000v廖惜春，高频电子线路，华南理工大学出版社廖惜春，高频电子线路，华南理工大学出版社, 2001.9v谈文心、邓建国、张相臣，高频电子线路，西安交通大学出版社谈文心、邓建国、张相臣，高频电子线路，西安交通大学出版社, 1996v张义芳张义芳,、冯健华，高频电子线路，哈尔滨工业大学出版社、冯健华，高频电