通信电路原理课件北航13年

2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年1《通信电路原理》

北京航空航天大学电子信息工程通信与信息系统教研室杨昕欣Email：办公地点：新主楼F座514室Tel：82317211笫1章绪论1.1通信系统的基本概念

1.1.1通信系统的组成与分类

1.1.2通信系统的基本特性

1.1.3通信系统的信道

1.1.4通信系统中的信号

1.1.5通信系统中的发送与接收设备1.2信号传输的基本问题

1.2.1信号通过线性系统

1.2.2信号通过非线性系统

1.2.3

干扰1.3通信电路的基本形式课程教学计划（北航10年教学计划）课程教学计划（北航10年教学计划）

希望学生尽可能做到课前预习、课上认真听讲、课后及时复习、按时独立完成规定作业和CAD作业、遇到疑难问题应尽快通过答疑、讨论等环节来解决，积极参加课堂讨论，积极选做综合性研究课题，以便更好地学好本课程。

希望能做到：坚持基本要求，增加CAD分析，建立系统概念，激发学习兴趣。1.课程要求2.教学安排（1）学时：总学时48，讲课学时约42，课堂讨论4。（2）课表：单周三下午1~2小节，主南201教室；每周五下午1~2小节，主南201教室。2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年43.课外作业：分四个层次要求。

坚持基本要求：课堂上布置的为巩固讲课内容的习题，每人必须独立完成，每周交一次，交给课代表。（平时成绩20分）

增加CAD分析：每章均有若干Pspice和MATLAB的分析练习题，每人必须独立完成。要求每章交一次，交给课代表。交来的CAD作业除了有程序运行的输出外，还要有CAD分析的小结。（可以以电子邮件提交）（文件名统一为：班号_姓名_学号_CAD题号）（平时成绩10分）2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年53.课外作业：分四个层次要求。（续）

激发学习兴趣：提供若干综合性研究课题，以课代表和学习委员为召集人，各班组成若干课题研究小组（每组2~3人），按分工进行研究，写出研究报告。研究成果将安排时间进行交流或单独组织答辩。（另外适当加分）建立系统概念：计划安排两次课堂讨论，主要目的是建立系统概念和初步掌握数字通信的CAD分析方法。讨论方法是：有讨论提纲，各班有分工，课堂讨论时各班由一位同学发言。（发言者适当加分）课堂讨论发言和课题研究小组必须要有女同学参加

。2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年64.学好本课程的几点建议请仔细阅读：北航《通信电路原理》课程_09年教学计划（一）抓住一条主线（通信系统）；（二）学会两类分析方法，上好第二个台阶；

线性和非线性分析方法；

学习模式转变的第一个台阶；基础课到专业课的第二个台阶；理论联系实际和运用所学知识的第三个台阶。

（三）用好三种软件仿真手段（Pspice、MATLAB：M函数仿真和Similink仿真、AgilentADS）；（四）培养四个观点： 1、实践的观点；2、工程的观点；3、系统的观点；4、辩证的观点。2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年75.综合性研究课题参考目录（一）模拟滤波器的设计和噪声分析；（二）放大器与振荡器；（三）幅度调制与解调；（四）角度调制与解调；（五）数字调制与解调；（六）PLL的分析与仿真；（七）AgilentADS程序的使用。1.1.1通信系统的组成与分类局域网基台有线电视网广播网地面站电话局寻呼台同步卫星低轨卫星公用通信网电话机计算机电视机计算机电视机收音机寻呼机计算机卫星手机(765KM)(35860KM)手机(全球星系统）无线接入点AP笔记本计算机(WLAN)（模拟向数字转换）2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年9通信系统的分类按通信调制方式来分：数字通信与模拟通信；按信道中传输的信号来分：基带信号通信与载波信号通信；按传输信道来分：有线通信、无线通信、光通信；按信号传输的方向来分：单工、双工、半双工。具体的通信系统组成的方框图2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年11通信系统实例：无线连接的家庭信息网络3cupsflour1cupgratedchocola.电话通信便携电脑带无线接口的电脑无线头盔儿童监护台式电脑卫星天线PSTN/xDSL冰箱数据板手持式控制器电缆/电缆调制解调器声控玩具TalkingTeddy2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年12移动通信系统中（手机）包含的关键（电子）技术能量的有效利用；数字系统设计技术；模拟集成电路（RFIC）设计技术；半导体器件及工艺技术；智能天线；显示器件及其控制技术；数字信号处理；封装；电子材料。最重要的因素：成本。2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年13无线（通信）系统（接收部分）模拟与射频电路ADFSMphonebookRTOSARQKeypad,DisplayControlCodersFFTFiltersAccelerators(bitlevel)模拟数字DSP核心Logic专用逻辑电路通信算法协议处理RF-Front：本课程学习内容微处理器核心(ARM)2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年14无线技术为核心可以形成的产品2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年15以射频集成电路为核心可以形成的电子产品（低端产品）2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年16以射频集成电路为核心可以形成的电子产品（中间产品）2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年17以射频集成电路为核心可以形成的电子产品（高档产品）2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年181.1.2通信系统的基本特性一、传输距离传输距离是指信号从发送端传输到达接收端并能被可靠接收的最大距离。传输距离与什么因素有关？与通信体制有关（有无中继）。无中继的无线通信（从基站到移动台，从发射机到接收机）发送端的信号功率；信号通过信道的损耗；信号通过信道时混入各种形式的干扰和噪声；接收机的接收灵敏度。二、通信容量通信容量是指一个信道能够同时传送独立信号的路数。已调信号所占有的频带宽度：国际规定电话信号的频带是300～3400Hz；中波调幅广播（535KHz~1605KHz），广播电台每个已调信号占有的频带宽度是9KHz；调频广播（88MHz~108MHz），最小频带宽度是200KHz；我国采用的电视图象信号的频带是0～8MHz。

信道多址复用的方式：频分复用（FDMA）；时分复用（TDMA）；码分复用（CDMA）。2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年20三、信号失真度信号失真度指的是接收设备输出信号不同(失真）于发送端基带信号的程度。产生信号失真的原因：信道特性不理想；对信号进行处理的电路（发送与接收设备）特性不理想。2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年21四、抗干扰能力信号通过信道时，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。提高通信系统抗干扰能力的技术：提高通信系统的抗干扰能力；选用高质量的调制和解调电路。可做到：任何人在任何时候和任何地点都可以实现通信。2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年221.1.3通信系统的信道一、衰减特性：信道的衰减特性是指信号经信道传输时，信号能量被衰减的程度。二、工作频率范围：不同的信道具有不同的工作频率范围。（参考表1.1.1）。三、频率特性：信道的频率特性是指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。四、时变与时不变特性：在某些信道中，信道的传输特性是随时间变化的。例如：无线信道。五、干扰特性2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年23移动通信中信道的特殊问题选择性衰落（频域）和延时扩展（时域）：多径传播：到达接收点的信号，除直射波外还有多个反射波和散射波。产生选择性衰落和延时扩展。选择性衰落：使不同频率的信号产生不同的衰减特性，产生失真。延时扩展：延时扩展对高速数据传输影响很大，产生码间干扰（ISI）。多卜勒频移：在高速移动情况下接收，还要考虑多卜勒频率的影响。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。2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年241.1.4通信系统中的信号基带信号传输：信号频带：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。举例：对电话来说，它强调可懂度，而不要求音色等。国际规定电话信号的频带是300～3400Hz；我国采用的电视图象信号的频带是0～8MHz等。定义：称这种直接表示原始信息的电信号为基带信号。直接传送基带信号称为基带信号传输。电话电缆可传输电话基带信号。视频电缆可传输电视基带信号。2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年251.1.4通信系统中的信号（续1）载波信号传输：调制技术：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范围内；举例：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。这种传送基带信号的方法称为载波信号传输。2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年261.1.4通信系统中的信号（续2）举例（三种调幅信号）：写出调幅信号的表示式设调制信号是单频正弦信号：则得到标准调幅波

SAM。mA

是调幅度。把载波抑制掉，是抑制载波调幅波

SCAM：设调制信号是方波信号（-1v~1v），则是幅度键控调幅波ASK。1.1.4通信系统中的信号（续3）单频正弦调制信号调制高频载波信号产生SAM已调信号：2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年281.1.5通信系统中的发送与接收设备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调幅发射机方框原理图波形2波形1波形3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波形4波形6波形5波形7发送与接收设备小结超外差接收机原理：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，高增益高稳定的中频放大器容易实现。中波调幅广播中频是465KHz。电视图象信号的中频是38MHz。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。接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）。自动增益控制原理（AGC）：接收弱信号和强信号的时候，接收机能得到相差不多的信号。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。发送与接收设备小结（续1）零中频接收机原理：超外差接收机的优点：容易得到足够大而且比较稳定的放大量；具有较高的选择性和较好的频率特性；易于调整。缺点：电路比较复杂；除了有用信号外，还存在位于镜象频率处的无用信号的干扰。（有一次变频和二次变频方案）零中频接收机原理：将有用信号直接变换到基带，即选择中频频率为零（直接下变频方案）。采用正交解调技术。优点：没有镜象频率干扰；电路便于集成。缺点：有用信号和本机振荡信号之间的耦合（泄漏）。2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年321.2信号传输的基本问题1.2.1信号通过线性系统：在通信设备中，属于线性系统的电路有线性放大器、滤波器、均衡器、相加（减）器、微分（积分）电路以及工作于线性状态下的反馈控制电路等。理想线性系统的幅度频率特性：相位频率特性为线性函数，在本例中，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。2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年331.2.2信号通过非线性系统在通信电路中，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。信号通过非线性系统后，最主要的特点是将产生新的频率分量。例：设非线性输出输入特性和输入信号分别是：则输出信号有：直流分量；基波分量和谐波分量；组合频率分量。2023年4月24日《通信电路原理》--北航11年341.2.3干扰信号在传输过程中，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性能的主要因素。热噪声：自由电子的无规则热运动与晶格碰撞，产生热噪声。存在于所有的电子器件和