无线电通信 1 2 无线电信号传输原理课件

1.2无线电信号传输原理1.2.1传输信号的基本方法1.2.2通信系统简介1.2.3无线电信号的产生和发射1.2.4无线电信号的接收1.2.5信号及其频谱1.2无线电信号传输原理1.2.1传输信号的基本方法11.2.1传输信号的基本方法语言和文字最原始、最基本的传输手段光通信远距离通信，迅速准确电通信无线通信，有线通信Maxwell在理论上发现电磁场理论Hertz在实践上证明电磁场的存在Morse有线电报Bell有线电话无线电1.2.1传输信号的基本方法语言和文字21.2.2通信系统简介1通信系统原理框图2信号源3发送设备4传输信道5接收设备6收信装置（换能器）1.2.2通信系统简介1通信系统原理框图3信号源发送设备传输信道收信装置接收设备通信系统原理框图1.2.2通信系统简介信号源发送设备传输信道收信装置接收设备通信系统原理框图1.241信号源在实际的通信电子线路中传输的是各种电信号。为此，需要将各种形式的信息转变成电信号。常见的信号源有话筒摄像机各种传感器件1.2.2通信系统简介1信号源1.2.2通信系统简介51.2.2通信系统简介2发送设备作用将基带信号变换成适合信道的传输特性的信号。1.2.2通信系统简介2发送设备61.2.2通信系统简介2发送设备两大任务调制：将基带信号转换成适合信道传输特性的频带信号；放大：是指对调制信号和已调信号的电压和功率放大、滤波等处理过程，以保证送入信道足够大的已调信号功率。对基带信号进行变换的原因由于要传输的信息种类多样，其对应的基带信号特性各异，这些基带信号往往并不适合信道的直接传输。1.2.2通信系统简介2发送设备71.2.2通信系统简介3传输设备（传输媒质）信号从发送到接收中间所经过传输信道。电缆、光缆、无线电波等。不同的传输信道有不同的传输特性，根据传输媒质的不同，可以分为两大类：有线通信：双线对电缆、同轴电缆、光纤无线通信：自由空间、水1.2.2通信系统简介3传输设备（传输媒质）81.2.2通信系统简介（1）有线通信信道①双绞线适用于短距离（小于100m）、1Mb/s数据率的通信环境。②同轴电缆适用于距离在几百米、带宽小于10MHz、码流率小于20Mbps的通信环境。③光纤电缆衰减小（小于1db/km）、工作频率高、信息容量大。1.2.2通信系统简介（1）有线通信信道91.2.2通信系统简介（2）无线通信信道无线通信的传输媒质是自由空间和水。电磁波从发射天线辐射出去之后，经过自由空间到达接收天线。根据传播途径可分为两大类：地波天波1.2.2通信系统简介（2）无线通信信道101.2.2通信系统简介（2）无线通信信道①地波地面波：沿地面传播的无线电波。适用于长波和超长波。空间波：在发射天线与接收天线间直线传播的无线电波,发射天线和接收天线较高，接收点的电磁波由直接波和地面反射波合成。适用于超短波。②天波1.2.2通信系统简介（2）无线通信信道111.2.2通信系统简介（2）无线通信信道①地波②天波经过地面100km至500km的电离层反射传送到接收点的电磁波。适用于短波。电离层反射的特点频率越高，吸收能量越小，但频率过高电波会穿透电离层。故频率只限于中短波段300kHz-30MHz。什么是电离层？1.2.2通信系统简介（2）无线通信信道什么是电离层？121.2.2通信系统简介散射通信利用对流层对电波的散射进行通讯，它适用于超短波以及微波波段的通信，通信距离很远。1.2.2通信系统简介散射通信131.2.2通信系统简介传播方式的对比频率越高，趋肤效应越严重，损耗也越严重。沿着地表传输的波频率不太高，波长在200米以上的波主要沿着地表传输，波长在10米到200米的波主要靠电离层传输，波长在10米以下，主要是直线传播。靠电离层反射和折射的传播方式的传播距离最长；靠直线传播方式传播的距离最短；沿着地表传播方式传播的距离介于上面的两者之间。1.2.2通信系统简介传播方式的对比14波段名称波长范围频率范围频段名称超长波10,000—100,000m30—3kHz甚低频VLF长波1,000—10,000m300—30kHz低频LF中波200—1,000m1500—300kHz中频MF中短波50—200m6,000—1,500kHz中高频IF短波10—50m30—6MHz高频

HF米波1—10m300—30MHz甚高频VHF分米波10—100cm3,000—300MHz超高频UHF厘米波(微波)1—10cm30—3GHz特高频SHF毫米波1—10mm300—30GHz极高频EHF亚毫米波1mm以下300GHz以上超极高频1.2.2通信系统简介无线电波波段的划分波段名称波长范围151.2.2通信系统简介4接收设备作用接收传送过来的信号，并进行处理，以恢复发送端的基带信号。要求由于信号在传输和恢复的过程中存在着干扰和失真，接收设备要尽量减少这种失真。1.2.2通信系统简介4接收设备161.2.2通信系统简介5收信装置（换能器）指接收设备输出的电信号变换成原来形式的信号的装置。例如还原声音的喇叭恢复图象的显像管1.2.2通信系统简介5收信装置（换能器）171.2.3无线电信号的产生和发射天线和电磁波的研究表明如果天线的长度L可以和电信号的波长λ相比拟（L≈λ/4），则把电信号加到天线上，就可以电磁波的形式传输到很远的地方！基本语言的频率范围：300～3000Hz相应的波长为：

λ=c/f=3×108/f=106～105m1.2.3无线电信号的产生和发射天线和电磁波的研究表明1.2.3无线电信号的产生和发射基带信号无线通信系统中传输的信号可以是声音、图像、数据等，其波形复杂，有连续信号，也有离散信号，但都具有一定的频率范围，这种信号称为基带信号。基带信号不可能直接发射出去，只有利用高频信号作为“载波”才能有效地将有用信号用电磁波的形式发射出去。高频适合于通过天线传输；高频的频带范围宽，信息容量大。1.2.3无线电信号的产生和发射基带信号1.2.3无线电信号的产生和发射解决的办法产生高频信号由振荡电路输出一个高频信号，将其加到适当高度的天线上发射出去，这个高频信号称为载波，用来作为传输信息的运载工具。调制高频信号用需要传输的低频信号去控制高频的载波信号，这个过程称为调制。1.2.3无线电信号的产生和发射解决的办法1.2.3无线电信号的产生和发射无线通信系统中的信号调制信号（基带信号）携有信息的电信号。载波信号未调制的高频振荡信号。已调波信号经调制后的高频振荡信号。1.2.3无线电信号的产生和发射无线通信系统中的信号1.2.3无线电信号的产生和发射无线电发射机方框图1.2.3无线电信号的产生和发射无线电发射机方框图221.2.3无线电信号的产生和发射无线电发射机调制modulation用带有信息的信号控制高频信号的一个或几个参数，使该参数按照电信号的规律而变化的一种处理方式。将音频信号“装载”到高频振荡中的方法有好几种。调幅、调频、调相等。1.2.3无线电信号的产生和发射无线电发射机1.2.3无线电信号的产生和发射调制①振幅调制（调幅AM）使高频振荡信号的幅度随调制信号变化的调制方式。1.2.3无线电信号的产生和发射调制1.2.3无线电信号的产生和发射调制②频率调制（调频FM）使高频振荡信号的频率随调制信号变化的调制方式。1.2.3无线电信号的产生和发射调制1.2.3无线电信号的产生和发射调制③相位调制（调相PM）使高频振荡信号的相位随调制信号变化的调制方式。1.2.3无线电信号的产生和发射调制1.2.3无线电信号的产生和发射调制数字信号的调制：调制信号为数字信号时，称为键控，分为振幅键控ASK频率键控FSK相位键控PSK有正弦调制和脉冲调制方式。1.2.3无线电信号的产生和发射调制1.2.4无线电信号的接收最简单的接收机原理框图1.2.4无线电信号的接收最简单的接收机原理框图281.2.4无线电信号的接收超外差式接收机方框图变频器1.2.4无线电信号的接收超外差式接收机方框图变频器291.2.4无线电信号的接收解调从已调波中把原来的调制信号恢复出来的过程。根据调制方法不同，解调电路可分别有：检波器鉴频器鉴相器1.2.4无线电信号的接收解调30消息信号源放大器调制器高频振荡器谐振放大器或倍频器已调波放大器发射天线接收天线高频放大器本地振荡器混频器中频放大器解调器放大器视频显示器扬声器等等选择电路发射机接收机无线电发射机和接收机原理框图1.2.4无线电信号的接收消息放大器调制器高频谐振放大器已调波发射接收高频本地混频器中311.2.5信号及其频谱常用的信号表示方法1数学表达式法正弦波u=Asinωt阶跃函数u=Aε(t)2波形表示法3频域表示法1.2.5信号及其频谱常用的信号表示方法321.2.5信号及其频谱常用的信号表示方法1数学表达式法2波形表示法例如3频域表示法At1.2.5信号及其频谱常用的信号表示方法At331.2.5信号及其频谱常用的信号表示方法1数学表达式法2波形表示法3频域表示法根据傅里叶变换的基本原理，任何一个函数都可以用傅里叶级数展开。如果把信号看成一个函数，这就为我们研究信号提供了一种新的方法。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，如信号的变化规律，信号的能量分布等。1.2.5信号及其频谱常用的信号表示方法341.2.5信号及其频谱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，即频谱图。1.2.5信号及其频谱频谱351.2.5信号及其频谱频谱如：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，其主要能量集中在1000Hz左右。电压f/Hz30034001.2.5信号及其频谱频谱电压f/Hz3003400361.2.5信号及其频谱频谱一般数字信号的频谱图可见，数字信号的频谱是不连续的。

振幅f1.2.5信号及其频谱频谱振幅f371.2.5信号及其频谱频谱脉冲信号的分解1.2.5信号及其频谱频谱381.2.5信号及其频谱频谱脉冲信号的频谱f1表示脉冲信号的基波频率。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。1.2.5信号及其频谱频谱f1表示脉冲信号的基波频率。f3391.2无线电信号传输原理1.2.1传输信号的基本方法1.2.2通信系统简介1.2.3无线电信号的产生和发射1.2.4无线电信号的接收1.2.5信号及其频谱1.2无线电信号传输原理1.2.1传输信号的基本方法401.2.1传输信号的基本方法语言和文字最原始、最基本的传输手段光通信远距离通信，迅速准确电通信无线通信，有线通信Maxwell在理论上发现电磁场理论Hertz在实践上证明电磁场的存在Morse有线电报Bell有线电话无线电1.2.1传输信号的基本方法语言和文字411.2.2通信系统简介1通信系统原理框图2信号源3发送设备4传输信道5接收设备6收信装置（换能器）1.2.2通信系统简介1通信系统原理框图42信号源发送设备传输信道收信装置接收设备通信系统原理框图1.2.2通信系统简介信号源发送设备传输信道收信装置接收设备通信系统原理框图1.2431信号源在实际的通信电子线路中传输的是各种电信号。为此，需要将各种形式的信息转变成电信号。常见的信号源有话筒摄像机各种传感器件1.2.2通信系统简介1信号源1.2.2通信系统简介441.2.2通信系统简介2发送设备作用将基带信号变换成适合信道的传输特性的信号。1.2.2通信系统简介2发送设备451.2.2通信系统简介2发送设备两大任务调制：将基带信号转换成适合信道传输特性的频带信号；放大：是指对调制信号和已调信号的电压和功率放大、滤波等处理过程，以保证送入信道足够大的已调信号功率。对基带信号进行变换的原因由于要传输的信息种类多样，其对应的基带信号特性各异，这些基带信号往往并不适合信道的直接传输。1.2.2通信系统简介2发送设备461.2.2通信系统简介3传输设备（传输媒质）信号从发送到接收中间所经过传输信道。电缆、光缆、无线电波等。不同的传输信道有不同的传输特性，根据传输媒质的不同，可以分为两大类：有线通信：双线对电缆、同轴电缆、光纤无线通信：自由空间、水1.2.2通信系统简介3传输设备（传输媒质）471.2.2通信系统简介（1）有线通信信道①双绞线适用于短距离（小于100m）、1Mb/s数据率的通信环境。②同轴电缆适用于距离在几百米、带宽小于10MHz、码流率小于20Mbps的通信环境。③光纤电缆衰减小（小于1db/km）、工作频率高、信息容量大。1.2.2通信系统简介（1）有线通信信道481.2.2通信系统简介（2）无线通信信道无线通信的传输媒质是自由空间和水。电磁波从发射天线辐射出去之后，经过自由空间到达接收天线。根据传播途径可分为两大类：地波天波1.2.2通信系统简介（2）无线通信信道491.2.2通信系统简介（2）无线通信信道①地波地面波：沿地面传播的无线电波。适用于长波和超长波。空间波：在发射天线与接收天线间直线传播的无线电波,发射天线和接收天线较高，接收点的电磁波由直接波和地面反射波合成。适用于超短波。②天波1.2.2通信系统简介（2）无线通信信道501.2.2通信系统简介（2）无线通信信道①地波②天波经过地面100km至500km的电离层反射传送到接收点的电磁波。适用于短波。电离层反射的特点频率越高，吸收能量越小，但频率过高电波会穿透电离层。故频率只限于中短波段300kHz-30MHz。什么是电离层？1.2.2通信系统简介（2）无线通信信道什么是电离层？511.2.2通信系统简介散射通信利用对流层对电波的散射进行通讯，它适用于超短波以及微波波段的通信，通信距离很远。1.2.2通信系统简介散射通信521.2.2通信系统简介传播方式的对比频率越高，趋肤效应越严重，损耗也越严重。沿着地表传输的波频率不太高，波长在200米以上的波主要沿着地表传输，波长在10米到200米的波主要靠电离层传输，波长在10米以下，主要是直线传播。靠电离层反射和折射的传播方式的传播距离最长；靠直线传播方式传播的距离最短；沿着地表传播方式传播的距离介于上面的两者之间。1.2.2通信系统简介传播方式的对比53波段名称波长范围频率范围频段名称超长波10,000—100,000m30—3kHz甚低频VLF长波1,000—10,000m300—30kHz低频LF中波200—1,000m1500—300kHz中频MF中短波50—200m6,000—1,500kHz中高频IF短波10—50m30—6MHz高频

HF米波1—10m300—30MHz甚高频VHF分米波10—100cm3,000—300MHz超高频UHF厘米波(微波)1—10cm30—3GHz特高频SHF毫米波1—10mm300—30GHz极高频EHF亚毫米波1mm以下300GHz以上超极高频1.2.2通信系统简介无线电波波段的划分波段名称波长范围541.2.2通信系统简介4接收设备作用接收传送过来的信号，并进行处理，以恢复发送端的基带信号。要求由于信号在传输和恢复的过程中存在着干扰和失真，接收设备要尽量减少这种失真。1.2.2通信系统简介4接收设备551.2.2通信系统简介5收信装置（换能器）指接收设备输出的电信号变换成原来形式的信号的装置。例如还原声音的喇叭恢复图象的显像管1.2.2通信系统简介5收信装置（换能器）561.2.3无线电信号的产生和发射天线和电磁波的研究表明如果天线的长度L可以和电信号的波长λ相比拟（L≈λ/4），则把电信号加到天线上，就可以电磁波的形式传输到很远的地方！基本语言的频率范围：300～3000Hz相应的波长为：

λ=c/f=3×108/f=106～105m1.2.3无线电信号的产生和发射天线和电磁波的研究表明1.2.3无线电信号的产生和发射基带信号无线通信系统中传输的信号可以是声音、图像、数据等，其波形复杂，有连续信号，也有离散信号，但都具有一定的频率范围，这种信号称为基带信号。基带信号不可能直接发射出去，只有利用高频信号作为“载波”才能有效地将有用信号用电磁波的形式发射出去。高频适合于通过天线传输；高频的频带范围宽，信息容量大。1.2.3无线电信号的产生和发射基带信号1.2.3无线电信号的产生和发射解决的办法产生高频信号由振荡电路输出一个高频信号，将其加到适当高度的天线上发射出去，这个高频信号称为载波，用来作为传输信息的运载工具。调制高频信号用需要传输的低频信号去控制高频的载波信号，这个过程称为调制。1.2.3无线电信号的产生和发射解决的办法1.2.3无线电信号的产生和发射无线通信系统中的信号调制信号（基带信号）携有信息的电信号。载波信号未调制的高频振荡信号。已调波信号经调制后的高频振荡信号。1.2.3无线电信号的产生和发射无线通信系统中的信号1.2.3无线电信号的产生和发射无线电发射机方框图1.2.3无线电信号的产生和发射无线电发射机方框图611.2.3无线电信号的产生和发射无线电发射机调制modulation用带有信息的信号控制高频信号的一个或几个参数，使该参数按照电信号的规律而变化的一种处理方式。将音频信号“装载”到高频振荡中的方法有好几种。调幅、调频、调相等。1.2.3无线电信号的产生和发射无线电发射机1.2.3无线电信号的产生和发射调制①振幅调制（调幅AM）使高频振荡信号的幅度随调制信号变化的调制方式。1.2.3无线电信号的产生和发射调制1.2.3无线电信号的产生和发射调制②频率调制（调频FM）使高频振荡信号的频率随调制信号变化的调制方式。1.2.3无线电信号的产生和发射调制1.2.3无线电信号的产生和发射调制③相位调制（调相PM）使高频振荡信号的相位随调制信号变化的调制方式。1.2.3无线电信号的产生和发射调制1.2.3无线电信号的产生和发射调制数字信号的调制：调制信号为数字信号时，称为键控，分为振幅键控ASK频率键控FSK相位键控PSK有正弦调制和脉冲调制方式。1.2.3无线电信号的产生和发射调制1.2.4无线电信号的接收最简单的接收机原理框图1.2.4无线电信号的接收最简单的接收机原理框图671.2.4无线电信号的接收超外差式接收机方框图变频器1.2.4无线电信号的接收超外差式接收机方框图变频器681.2.4无线电信号的接收解调从已调波中把原来的调制信号恢复出来的过程。根据调制方法不同，解调电路可分别有：检波器鉴频器鉴相器1.2.4无线电信号的接收解调69消息信号源放大器调制器高频振荡器谐振放大器或倍频器已调波放大器发射天线接收天线高频