1、劉偉信息工程學院 電子教研室教1樓417email： 本章內容本章內容1.1 1.1 通信系統的概念通信系統的概念1.2 1.2 無線電波的傳播特性無線電波的傳播特性1.3 1.3 無線電波的頻段劃分無線電波的頻段劃分1.4 1.4 調制的通信系統調制的通信系統 返回總目錄返回總目錄1.5 1.5 數字通信系統數字通信系統1.6 1.6 現代通信系統現代通信系統本章重點與難點本章重點與難點 （一）本章重點（一）本章重點 通信系統的概念；通信系統的概念； 無線電波的傳輸特性；無線電波的傳輸特性； 調制的通信系統；調制的通信系統； 無線電廣播調幅發射機和超外差無線電廣播調幅發射機和超外差 接收機；

2、接收機； （二）本章難點（二）本章難點 調制的通信系統調制的通信系統n通信的任務就是傳遞各種信息（包括語通信的任務就是傳遞各種信息（包括語言、音樂、文本、圖像和數據等），言、音樂、文本、圖像和數據等）， 傳輸信息的系統稱為傳輸信息的系統稱為“通信系統通信系統”。n一個完整的通信系統應包括那幾部分組一個完整的通信系統應包括那幾部分組成呢成呢? ? 現以大家熟知的無線電廣播發送系統和現以大家熟知的無線電廣播發送系統和超外差式接收機為例進行分析。超外差式接收機為例進行分析。1.1 1.1 通信系統的概念通信系統的概念一、一、 無線電廣播發送系統無線電廣播發送系統高頻部分有：高頻部分有： 主振級主振級

3、由石英晶體振蕩器產生頻率穩定由石英晶體振蕩器產生頻率穩定 度高的載波；度高的載波； 緩沖級緩沖級實質上是一種吸收功率小，工作實質上是一種吸收功率小，工作 穩定的放大級，其作用是減弱后穩定的放大級，其作用是減弱后 級對主振級的影響；級對主振級的影響； 倍頻器倍頻器將載波頻率提高到需要的頻率值；將載波頻率提高到需要的頻率值； 高頻放大器高頻放大器高頻放大以提高輸出功率；高頻放大以提高輸出功率； 它由高頻、低頻和電源三大部分組成它由高頻、低頻和電源三大部分組成 調制器調制器其功能是使高頻載波信號幅度其功能是使高頻載波信號幅度按低頻信號大小變化的幅度調制，按低頻信號大小變化的幅度調制，然后經然后經發射

4、天線以電磁波形式向遠方輻射。發射天線以電磁波形式向遠方輻射。 低頻部分有：話筒（或錄音帶等）、低頻低頻部分有：話筒（或錄音帶等）、低頻電壓放大器、低頻功率放大器。電壓放大器、低頻功率放大器。 這樣將使低頻電信號通過逐級放大獲得這樣將使低頻電信號通過逐級放大獲得所需的功率電平，然后對高頻（載波）進所需的功率電平，然后對高頻（載波）進行調幅。行調幅。 二二 、超外差式接收機、超外差式接收機n從接收天線收到微弱高頻調幅信號經從接收天線收到微弱高頻調幅信號經輸入輸入回路選頻后回路選頻后，通過，通過高頻放大器放大高頻放大器放大，送到，送到混頻器與本機振蕩器所產生的等幅高頻信混頻器與本機振蕩器所產生的等幅

5、高頻信號進行號進行混頻混頻，在其輸出端得到波形包絡形，在其輸出端得到波形包絡形狀與輸入高頻信號的波形相同，但頻率由狀與輸入高頻信號的波形相同，但頻率由原來高頻變化為原來高頻變化為中頻的調幅信號，經中頻中頻的調幅信號，經中頻放大后放大后送到送到檢波器檢波器，檢出原調制的低頻信檢出原調制的低頻信號，號，然后再經過低頻放大，最后從揚聲器然后再經過低頻放大，最后從揚聲器還原成原來的聲音信息（語言或音樂）。還原成原來的聲音信息（語言或音樂）。 一個完整的通信系統應包括信息源、發送設一個完整的通信系統應包括信息源、發送設備、傳輸信道、接收設備和收信裝置五部分。備、傳輸信道、接收設備和收信裝置五部分。n信息

6、源信息源是指要傳送的原始信息，如文字、數據、是指要傳送的原始信息，如文字、數據、語音、音樂、圖像等，一般是非電量。對于非語音、音樂、圖像等，一般是非電量。對于非電量信號，經輸入變送器變換為電信號（例如電量信號，經輸入變送器變換為電信號（例如被傳輸的是聲音信息就需先經聲被傳輸的是聲音信息就需先經聲電換能器電換能器話筒，變換為相應信號的電信號）。如果輸入話筒，變換為相應信號的電信號）。如果輸入信息本身就是電信號（如計算機輸出的二進制信息本身就是電信號（如計算機輸出的二進制信號）時，可以直接送到發送設備。信號）時，可以直接送到發送設備。n發送設備發送設備是將電信號變換為適應于信道傳輸特是將電信號變換

7、為適應于信道傳輸特性的信號的一種裝置。性的信號的一種裝置。一個完整的通信系統包括五部分一個完整的通信系統包括五部分n接收設備接收設備的功能和發送設備相反，它是將的功能和發送設備相反，它是將信道傳輸接收到的信號恢復成與發送設備信道傳輸接收到的信號恢復成與發送設備輸入信號相一致的一種裝置。輸入信號相一致的一種裝置。n收信裝置收信裝置是將電信號還原成原來的信息。是將電信號還原成原來的信息。例如通過揚聲器（喇叭）或耳機還原成原例如通過揚聲器（喇叭）或耳機還原成原來的聲音信息（語言或音樂）。來的聲音信息（語言或音樂）。n信道信道即傳輸信息的通道，或傳輸信號的通即傳輸信息的通道，或傳輸信號的通道。概括起來

8、有兩種，即有線信道和無線道。概括起來有兩種，即有線信道和無線信道。有線信道包括架空明線、電纜、光信道。有線信道包括架空明線、電纜、光纜等，無線信道可以是傳輸無線電波的自纜等，無線信道可以是傳輸無線電波的自由空間，如地球表面的大氣層、水、地下由空間，如地球表面的大氣層、水、地下及宇宙空間等。及宇宙空間等。n噪聲源噪聲源是指信道中的噪聲及分散在通信系是指信道中的噪聲及分散在通信系統中其他各處噪聲的集中表示。統中其他各處噪聲的集中表示。 傳播特性指的是無線電信號的傳播方式、傳播特性指的是無線電信號的傳播方式、傳播距離、傳播特點等。傳播距離、傳播特點等。不同頻段的無線電不同頻段的無線電信號，其傳播特性

9、不同。信號，其傳播特性不同。同一信道對不同頻同一信道對不同頻率的信號傳播特性是不同的。率的信號傳播特性是不同的。 傳播方式主要有直射傳播、繞射（地波）傳播方式主要有直射傳播、繞射（地波）傳播、折射和反射（天波）傳播及散射傳播傳播、折射和反射（天波）傳播及散射傳播等。等。決定傳播方式和傳播特點的關鍵因素是決定傳播方式和傳播特點的關鍵因素是無線電信號的頻率。無線電信號的頻率。1.2 1.2 無線電波的傳播特性無線電波的傳播特性n為了有效的傳輸信號，不同波段的信號所為了有效的傳輸信號，不同波段的信號所采用的主要傳播方式是不同的。采用的主要傳播方式是不同的。n長波信號以地波繞射為主。中波和短波信長波信

10、號以地波繞射為主。中波和短波信號可以以地波和天波兩種方式傳播，號可以以地波和天波兩種方式傳播，不過，不過，前者以地波傳播為主，后者以天波（反射前者以地波傳播為主，后者以天波（反射和折射）傳播為主。和折射）傳播為主。超短波以上頻段的信超短波以上頻段的信號大多以直射方式傳播，也可以采用對流號大多以直射方式傳播，也可以采用對流層散射的方式傳播。層散射的方式傳播。圖圖1-2 1-2 無線電波傳播方式無線電波傳播方式n在各種無線電系統中，信息是依靠高頻無在各種無線電系統中，信息是依靠高頻無線電波來傳遞的，線電波來傳遞的，那么應該如何選擇高頻那么應該如何選擇高頻載波的頻率呢？載波的頻率呢？n我們知道，頻率

11、從幾十千赫至幾萬兆赫的我們知道，頻率從幾十千赫至幾萬兆赫的電磁波都屬于無線電波，所以它的頻率范電磁波都屬于無線電波，所以它的頻率范圍是很寬的，圍是很寬的，為了便于分析和應用，習慣為了便于分析和應用，習慣上將無線電的頻率范圍劃分為若干個區域，上將無線電的頻率范圍劃分為若干個區域，即即對頻率或波長進行分段，稱為頻段或波對頻率或波長進行分段，稱為頻段或波段。段。 1.3 1.3 無線電波的頻段劃分無線電波的頻段劃分 無線電波在空間傳播的速度是無線電波在空間傳播的速度是3030萬公萬公里里/ /秒。秒。電波在一個電波在一個桭桭蕩周期蕩周期 T 內的傳播距內的傳播距離叫做波長，用符號離叫做波長，用符號表

12、示。表示。波長波長，頻，頻率和電磁波傳播速度率和電磁波傳播速度C 的關系為的關系為 這是電磁波的基本關系式這是電磁波的基本關系式 。 因為不同頻段信號的產生，放大和接因為不同頻段信號的產生，放大和接收的方法不同，傳送的方式也不同，因而收的方法不同，傳送的方式也不同，因而它們的應用范圍也不同。表它們的應用范圍也不同。表1-11-1列出了無線列出了無線電波的波（頻）段劃分。電波的波（頻）段劃分。fCCT表表1.1.1 1.4 1.4 調制的通信系統調制的通信系統 在傳送信號的一方（發送端），用我們所要在傳送信號的一方（發送端），用我們所要傳送的對象（例如話音信號）去控制載波的幅度傳送的對象（例如話

13、音信號）去控制載波的幅度（或頻率或相位），使載波的幅度（或頻率或相（或頻率或相位），使載波的幅度（或頻率或相位）隨要傳送的對象信號而變位）隨要傳送的對象信號而變. 這里對象信號本身稱為這里對象信號本身稱為“調制信號調制信號”，調制，調制后形成的信號稱為后形成的信號稱為“已調信號已調信號”。調制使幅度變調制使幅度變化的稱化的稱“調幅調幅”，使頻率變化的稱，使頻率變化的稱“調頻調頻”，使，使相位變化的稱相位變化的稱“調相調相”。實際上，在調制的通信實際上，在調制的通信系統中，系統中，載波只起一個裝載和運送信號的作用，載波只起一個裝載和運送信號的作用，相當于相當于“運載工具運載工具”，而調制信號才是

14、真正需要而調制信號才是真正需要傳送的對象。傳送的對象。一、一、 什么是調制什么是調制n分析：若信號頻率為分析：若信號頻率為1kHz，其相應波長為其相應波長為300km，若采用若采用1/4 波長的天線，根據波長的天線，根據 就可以算出就可以算出天線長度需要天線長度需要75km，制造這樣制造這樣的天線是很困難的。的天線是很困難的。 n只有天線實際長度與電信號的波長相比擬只有天線實際長度與電信號的波長相比擬時，這時電信號才能以電磁波形式有效地時，這時電信號才能以電磁波形式有效地輻射，這就要求原始電信號必須有足夠高輻射，這就要求原始電信號必須有足夠高的頻率。的頻率。 fc83 10300km1000c

15、f二、二、 為什么要進行調制？為什么要進行調制？ 在接收信號的一方（接收端）在接收信號的一方（接收端） ，從收到的已調信號中把調制信號恢復從收到的已調信號中把調制信號恢復出來。出來。調幅波的解調叫調幅波的解調叫“檢波檢波”，調，調頻波的解調叫頻波的解調叫“鑒頻鑒頻”，解調是其統，解調是其統稱。稱。三、三、什么是解調什么是解調 按照按照信道中傳輸的信道中傳輸的是模擬信號還是是模擬信號還是數字信號數字信號可把通信系統相應分成兩類，可把通信系統相應分成兩類，即模擬通信系統和數字通信系統即模擬通信系統和數字通信系統 。 四、模擬通信系統和數字通信系統四、模擬通信系統和數字通信系統 “通信電子電路通信電

16、子電路”課程主要內容有：諧振回路、課程主要內容有：諧振回路、小信號調諧放大器、高頻調諧功率放大器、倍頻小信號調諧放大器、高頻調諧功率放大器、倍頻器、正弦波振蕩器、變頻器、振幅調制及檢波電器、正弦波振蕩器、變頻器、振幅調制及檢波電路、角度調制及解調電路、鎖相環路等。著重討路、角度調制及解調電路、鎖相環路等。著重討論論發送設備和接收設備各單元的工作原理和組成，發送設備和接收設備各單元的工作原理和組成，以及構成發送、接收設備的各種單元電路的工作以及構成發送、接收設備的各種單元電路的工作原理、典型電路和分析方法原理、典型電路和分析方法。“通信電子電路通信電子電路”課程主要內容課程主要內容n傳輸數字信號

17、的通信系統稱為數字通信系統，傳輸數字信號的通信系統稱為數字通信系統，其原理框圖如下圖所示：其原理框圖如下圖所示： 信源編碼信道編碼信道接收機輸入模擬信號發射機信道解碼信源解碼輸出模擬信號數字1.5 1.5 數字通信系統數字通信系統l模擬信號經信源編碼和信道編碼變成數模擬信號經信源編碼和信道編碼變成數 字基帶信號，發射機將基帶信號調制到字基帶信號，發射機將基帶信號調制到 高頻載波上經信道傳輸到接收端，接收高頻載波上經信道傳輸到接收端，接收 機還原出數字基帶信號，經信道解碼和機還原出數字基帶信號，經信道解碼和 信源解碼還原出模擬基帶信號。用數字信源解碼還原出模擬基帶信號。用數字 基帶信號對高頻正弦

18、載波進行的調制稱基帶信號對高頻正弦載波進行的調制稱 數字調制。根據基帶信號控制載波的參數字調制。根據基帶信號控制載波的參 數不同，數字調制通常分為與振幅鍵控數不同，數字調制通常分為與振幅鍵控 調制，頻率鍵控和相位鍵控三種基本方調制，頻率鍵控和相位鍵控三種基本方 式。式。l振幅鍵控振幅鍵控（Amplitude-shift keying） (ASK) 載波振幅受基帶控制載波振幅受基帶控制l相位鍵控相位鍵控（phase-shift keying） (PSK) 載波相位受基帶信號控制，當基帶載波相位受基帶信號控制，當基帶信號信號p p( (t t) = 1) = 1時，載波起始相位為時，載波起始相位為

19、0 0，當當p p( (t t) = 0) = 0時載波起始相位為時載波起始相位為 數字通信系統數字通信系統n 頻 率 鍵 控 ：頻 率 鍵 控 ：（Frequency-shift keying） (FSK) n載波頻率受基帶載波頻率受基帶信號控制，當信號控制，當p p( (t t) ) = 1= 1時，載波頻率時，載波頻率為為f f1 1；當；當p p( (t t) = 1) = 1時，載波頻率為時，載波頻率為f f2 2，其波形如右圖所其波形如右圖所示：示： t (a) 載波 t (c) ASK t (b) 基帶 1 0 1 1 0 0 0 1 t (d) PSK t (e) FSK f1

20、 f2 f1 f2 n數字通信的主要優點：數字通信的主要優點： (1) (1) 有較強的抗干擾能力，通過再生有較強的抗干擾能力，通過再生中繼技術可以消除噪聲的積累，并能對中繼技術可以消除噪聲的積累，并能對信號傳輸中因干擾而產生的差錯及時發信號傳輸中因干擾而產生的差錯及時發現和糾正，從而提高了信息傳輸的可靠現和糾正，從而提高了信息傳輸的可靠性。性。 (2) (2) 數字信號便于保密處理，易于實數字信號便于保密處理，易于實現保密通信。現保密通信。 (3) (3) 數字信號便于計算機進行處理，數字信號便于計算機進行處理，使通信系統更加通用和靈活。使通信系統更加通用和靈活。 (4) (4) 數字電路易

21、于大規模集成，便于數字電路易于大規模集成，便于設備的微型化設備的微型化 數字通信的缺點：數字通信的缺點： 數字信號占據頻帶較寬，頻帶利用率數字信號占據頻帶較寬，頻帶利用率低，但目前采用了一些新的數字調制技低，但目前采用了一些新的數字調制技術，不斷增大通信容量，提高頻率利用術，不斷增大通信容量，提高頻率利用率，所以數字通信的發展前景廣闊。率，所以數字通信的發展前景廣闊。1.6 1.6 現代通信系統現代通信系統 n7070年代以前，通信系統主要是模擬體制，接收機年代以前，通信系統主要是模擬體制，接收機如前介紹的超外差接收機，如前介紹的超外差接收機，70807080年代無線電通年代無線電通信實現了模

22、擬信實現了模擬數字的大轉變，從系統控制（選數字的大轉變，從系統控制（選臺調諧、音量控制，均衡控制等）到信源編碼、臺調諧、音量控制，均衡控制等）到信源編碼、信道編碼，以及硬件實現技術都無一例外地實現信道編碼，以及硬件實現技術都無一例外地實現了數字化。現代超外差接收機可用下圖來表示，了數字化。現代超外差接收機可用下圖來表示，它是一個模擬與數字的混合系統。它是一個模擬與數字的混合系統。 IF 放大 解調 DSP DAC ADC 混頻 本振（數字頻率合成可控振蕩源） 寬帶 RF放大器 無線（通信）系統（接收部分）無線（通信）系統（接收部分）模擬與射頻電路模擬與射頻電路ADFSMphonebookRTO

23、SARQKeypad,DisplayControlCodersFFTFiltersAccelerators(bit level)模擬模擬數字數字DSP 核心核心Logic專用邏輯電路專用邏輯電路通信算法通信算法協議處理協議處理RF-Front： 本課程學習內容本課程學習內容微處理器核心微處理器核心(ARM)軟件無線電軟件無線電 進入進入9090年代后，通信界開始了一場新的無線電革命，年代后，通信界開始了一場新的無線電革命，即從數字化走向了軟件化，軟件無線電技術即從數字化走向了軟件化，軟件無線電技術（software Radio）應運而生。支持這場革命的是多種技術的綜合，包應運而生。支持這場革命

24、的是多種技術的綜合，包括多頻段天線和括多頻段天線和 RFRF變換寬帶變換寬帶A/D/AA/D/A轉換，完成轉換，完成IFIF、基帶、比、基帶、比特流處理功能的通用可編程處理器等。軟件無線電最初目的特流處理功能的通用可編程處理器等。軟件無線電最初目的是滿足軍用通信中不同頻段，不同信道調制方式和數據方式是滿足軍用通信中不同頻段，不同信道調制方式和數據方式的各類電臺之間的聯網需要，因為它可以很容易地解決各種的各類電臺之間的聯網需要，因為它可以很容易地解決各種接口標準之間的兼容問題，使得它的優越性很快得到商用通接口標準之間的兼容問題，使得它的優越性很快得到商用通信的青睞，并且在個人移動通信領域發展迅速

25、。軟件無線電信的青睞，并且在個人移動通信領域發展迅速。軟件無線電是特指具有用軟件實現各種功能特點的無線電臺（如移動通是特指具有用軟件實現各種功能特點的無線電臺（如移動通信中的移動電話機、基站電臺、軍用電臺等），它主要由低信中的移動電話機、基站電臺、軍用電臺等），它主要由低成本、高性能的成本、高性能的DSPDSP芯片組成。規范的軟件無線電典型結構芯片組成。規范的軟件無線電典型結構如下圖所示。如下圖所示。n 軟件無線電的標志：軟件無線電的標志： 1. 1. 無線通信功能是由軟件定義并完成的，這無線通信功能是由軟件定義并完成的，這種完全的可編程能力包括可編程的射頻波段、種完全的可編程能力包括可編程的

26、射頻波段、信道接入方式、信道調制方式與糾錯算法等，信道接入方式、信道調制方式與糾錯算法等，軟件無線電區別于軟件控制的數字無線電。軟件無線電區別于軟件控制的數字無線電。 2. 2. 在盡可能靠近天線的地方使用在盡可能靠近天線的地方使用A/D/AA/D/A轉換轉換器，因為信號的數字化是實現軟件無線電的首器，因為信號的數字化是實現軟件無線電的首要條件。理想軟件無線電系統中的要條件。理想軟件無線電系統中的A/D/AA/D/A轉換器轉換器已相當靠近天線，從而可對高頻信號進行數字已相當靠近天線，從而可對高頻信號進行數字化處理，這也是它與常用的數字通信系統的根化處理，這也是它與常用的數字通信系統的根本區別所在。本區別所在。 n 軟件無線電的特點：軟件無線電的特點： 1. 1. 具有完全的可編程性具有完全的可編程性 通過安裝不同的軟件來實現不同的電路通過安裝不同的軟件來實現不同的電路功能，包括工作模式，系統功能，擴展業功能，包括工作模式，系統功能，擴展業務等。務等。 2. 2. 軟件無線電基于軟件無線電基于DSPDSP技術技術 系統所需要的信號處理工作有變頻、濾系統所需要的信號處理工作有變頻、濾波、調制解調，信道編譯碼，