通信电路原理PPT
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1.1.4 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。 在通信系统中，规定一路电话信号所占的带宽为4kHz。 又如，我国采用的电视图象信号的频带是0～8MHz等。
18
1.3 通信电路的基本形式及它们之间的联系
模拟信号输入
模拟电路
模拟信号输出
抽样电路
抽样信号
抽样数据电路
滤波器
编码器
数字信号
数字电路
解码器
19
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。
抽样数据电路： 输入输出皆是离散的时间序列信号。
举例：三种调幅信号。
f AM (t ) [ A0 f (t )]cos0t
设调制信号是单频正弦信号：
f (t ) Vm cos t
f AM (t ) [ A0 Vm cos t ] cos0t A0 (1 mA cos t ) cos0t
这是标准调幅波 SAM。 m A 是调幅度 。
12
1.1.5 通信系统中的发送与接收设备
调幅发射机方框原理图
波形2 波形3
振荡器
缓冲级
倍频器
放大级
调制器
功率 放大器 波形1
低频 放大
低频 功放
13
超外差接收机方框原理图
波形4
波形6
波形7
输入 回路 波形5
高频 放大
混频器
中频 放大
解调器
低频 放大
本地 振荡器
自动 增益 控制
14
发送与接收设备小结：
1 M
L
R vo
25
****************************************** CAD1_01:AN AMPLITUDE-MODULATED CIRCUIT *XAM1: SAM WHEN MA=0.3 * V(2) IS THE INPUT SIGNAL * V(3) IS THE OUTPUT SIGNAL *XAM2: SAM WHEN MA=1.0 * V(5) IS THE INPUT SIGNAL * V(6) IS THE OUTPUT SIGNAL *XAM3: SCAM * V(8) IS THE INPUT SIGNAL * V(9) IS THE OUTPUT SIGNAL *XAM4: ASK * V(11) IS THE INPUT SIGNAL * V(12) IS THE OUTPUT SIGNAL ******************************************
电路特性可用差分方程表示，求解用 Z 变换。
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。
20
数字电路：
《通信电路原理》课程教学要求
希望能做到：坚持基本要求，建立系统概念，增加机辅分 析，激发学习兴趣。 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，统一交到主南308（电子工 程系学生工作办公室)。（平时成绩20分） 增加机辅分析：每章均布置若干机辅练习题（Pspice和 Matlab的使用）。要求以宿舍为单位，在课外完成，每个宿 舍交一份。 （请注明写程序同学姓名，平时成绩10分）。 建立系统概念：安排几次课外的课堂讨论，主要目的是建立 系统概念和机辅分析总结。讨论方法是：有讨论提纲，按宿 舍准备，课堂上各班有重点发言。（重点发言同学另加分）
4
1.1.2 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到达接收端并能被可靠 接收的最大距离。
发送端的信号功率。 信号通过信道的损耗。
信号通过信道混入各种形式的干扰和噪声。 接收机的接收灵敏度。
5
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。 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 ）。
16
1.2.2 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。 则 vo (t ) 中有： 直流分量； 例：设非线性输出输入特性是 基波分量和谐波分量： 2 vo (t ) a0 a1vi (t ) a2vi (t ) 1,2, 21,22 组合频率分量： 设：vi (t ) V1m cos1t V2m cos2t 1 2
11பைடு நூலகம்
把载波抑制掉，是抑制载波调幅波 SCAM。
f SCAM (t ) A0 cos0t Vm cos t
设调制信号是方波信号（0~1v），则是幅度键 控调幅波 ASK。 CAD1-01
信道复用
由于一个实际信道可用的通频带往往比一路基带 信号所占有的频带宽得多，为了充分利用信道，需要 将多路基带信号合成群路信号在信道中传输。在接收 端再将群路信号分解为各基带信号。根据复用方式不 同，可分为频分复用、时分复用和码分复用等。 (FDMA, TDMA, CDMA)
7
1.1.3 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。 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
激发学习兴趣：通过完成这些综合性的课外设计练习题和 课堂讨论，激发同学的学习兴趣，培养同学之间相互协作的 团队精神。
21
习题一：1-4，1-5，1-6，1-7，1-9
CAD1-01
CAD1-01：用非线性VCVC实现一个幅度调制电路，如题图 CAD1_01所示。输入信号为两个不同频率的信号和， 输出实现两信号相乘，即 EMOD v1 * v2 。 设 v1是50kHz的正弦信号， v 2 是1kHz的调制信号。 要求得到 标准调幅波SAM（调幅度 mA =0.3和1.0） 抑制载波调幅波SCAM 幅度键控调幅波ASK 并分析上述三种调幅波的特点。
又叫 Bluetooth （‘蓝牙’），工作范围：10~100m。 工作频率范围：2.400~2.4835GHz。速率：1Mbit/s。 全世界现已有1880家厂商支持V1.0B技术规范版本。
HOME-RF:Home--Radio Frequency (家庭无线局域网)。 RFID：Radio Frequency Identification（非接触识别系统）。
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）。
超外差接收原理：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。 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。
1.3 通信电路的基本形式
1.1.1 通信系统组成的示意图
(全球星系统) (765KM) 低轨 卫星 手机 局域网 卫星手机 基台 地面站 计算机 同步 卫星 (35860KM)
电视机 计算机
有线 电视网
公用 电信网
广播网
电话局
电话机 计算机
寻呼机
寻呼台
电视机 收音机
3
当前移动，无线通信的发展
RFID
8
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） 在城市环境中，树林和建筑物等会对电磁波 产生反射和散射，从而使到达接收点的信号， 除直射波外还有多个反射波和散射波。 使接收信号产生选择性衰落和延时扩展。
选择性衰落使不同的频率不同的衰减特性，产生失真。
延时扩展对高速数据传输影响很大。 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。
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。
10
载波信号传输
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。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。这种传送基带信号的方法称为载波信号传输。
通信电路原理
第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 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
Low Performance Low Cost
WPAN HOME-RF
WLAN
High Performance High Cost
WLAN: Wireless Local Area Nets（手机无线上网）。 WPAN: Wireless Personal Area Nets (个人无线局域网)。
15
1.2 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， H ( j) H () A 相位频率特性为线性函数即在本例中， K= 4 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。
6
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。 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。 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。
v1
v2
1 G 1 G
2
R
1
R
EMOD
1 M
L
R vo
题图CAD1_01 幅度调制电路
22
附录1.1.1:调幅发射机各处波形示意图
返回
23
附录1.1.2:超外差接收机各处波形示意图
返回
24
附录1.1.3:CAD1_01的参考网单文件
1 2 3
返回
v1
v2
1 G 1 G
2
R
1
R
EMOD
26
****************************************** *CONNECTIONS:V1 * | V2 * | | VO * | | | .SUBCKT AM 1 2 3 R1 1 0 1E9 R2 2 0 1E9 RL 3 0 1E6 EMOD 3 0 POLY(2) (1 0) (2 0) 0 0 0 0 1 .ENDS AM ***************************************** XAM1 1 2 3 AM V11 1 0 SIN(0 1 50K) V21 2 0 SIN(3.33 1 1K) *****************************************
17
1.2.3 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传输信道中。
互调干扰：我们利用器件的非线性，产生需要的频 率分量，但是同时也会产生不需要的频率分量，若滤 除不干净就会形成干扰。
1.1.4 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。 在通信系统中，规定一路电话信号所占的带宽为4kHz。 又如，我国采用的电视图象信号的频带是0～8MHz等。
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1.3 通信电路的基本形式及它们之间的联系
模拟信号输入
模拟电路
模拟信号输出
抽样电路
抽样信号
抽样数据电路
滤波器
编码器
数字信号
数字电路
解码器
19
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。
抽样数据电路： 输入输出皆是离散的时间序列信号。
举例：三种调幅信号。
f AM (t ) [ A0 f (t )]cos0t
设调制信号是单频正弦信号：
f (t ) Vm cos t
f AM (t ) [ A0 Vm cos t ] cos0t A0 (1 mA cos t ) cos0t
这是标准调幅波 SAM。 m A 是调幅度 。
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1.1.5 通信系统中的发送与接收设备
调幅发射机方框原理图
波形2 波形3
振荡器
缓冲级
倍频器
放大级
调制器
功率 放大器 波形1
低频 放大
低频 功放
13
超外差接收机方框原理图
波形4
波形6
波形7
输入 回路 波形5
高频 放大
混频器
中频 放大
解调器
低频 放大
本地 振荡器
自动 增益 控制
14
发送与接收设备小结：
1 M
L
R vo
25
****************************************** CAD1_01:AN AMPLITUDE-MODULATED CIRCUIT *XAM1: SAM WHEN MA=0.3 * V(2) IS THE INPUT SIGNAL * V(3) IS THE OUTPUT SIGNAL *XAM2: SAM WHEN MA=1.0 * V(5) IS THE INPUT SIGNAL * V(6) IS THE OUTPUT SIGNAL *XAM3: SCAM * V(8) IS THE INPUT SIGNAL * V(9) IS THE OUTPUT SIGNAL *XAM4: ASK * V(11) IS THE INPUT SIGNAL * V(12) IS THE OUTPUT SIGNAL ******************************************
电路特性可用差分方程表示，求解用 Z 变换。
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。
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数字电路：
《通信电路原理》课程教学要求
希望能做到：坚持基本要求，建立系统概念，增加机辅分 析，激发学习兴趣。 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，统一交到主南308（电子工 程系学生工作办公室)。（平时成绩20分） 增加机辅分析：每章均布置若干机辅练习题（Pspice和 Matlab的使用）。要求以宿舍为单位，在课外完成，每个宿 舍交一份。 （请注明写程序同学姓名，平时成绩10分）。 建立系统概念：安排几次课外的课堂讨论，主要目的是建立 系统概念和机辅分析总结。讨论方法是：有讨论提纲，按宿 舍准备，课堂上各班有重点发言。（重点发言同学另加分）
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1.1.2 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到达接收端并能被可靠 接收的最大距离。
发送端的信号功率。 信号通过信道的损耗。
信号通过信道混入各种形式的干扰和噪声。 接收机的接收灵敏度。
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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。 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 ）。
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1.2.2 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。 则 vo (t ) 中有： 直流分量； 例：设非线性输出输入特性是 基波分量和谐波分量： 2 vo (t ) a0 a1vi (t ) a2vi (t ) 1,2, 21,22 组合频率分量： 设：vi (t ) V1m cos1t V2m cos2t 1 2
11பைடு நூலகம்
把载波抑制掉，是抑制载波调幅波 SCAM。
f SCAM (t ) A0 cos0t Vm cos t
设调制信号是方波信号（0~1v），则是幅度键 控调幅波 ASK。 CAD1-01
信道复用
由于一个实际信道可用的通频带往往比一路基带 信号所占有的频带宽得多，为了充分利用信道，需要 将多路基带信号合成群路信号在信道中传输。在接收 端再将群路信号分解为各基带信号。根据复用方式不 同，可分为频分复用、时分复用和码分复用等。 (FDMA, TDMA, CDMA)
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1.1.3 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。 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
激发学习兴趣：通过完成这些综合性的课外设计练习题和 课堂讨论，激发同学的学习兴趣，培养同学之间相互协作的 团队精神。
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习题一：1-4，1-5，1-6，1-7，1-9
CAD1-01
CAD1-01：用非线性VCVC实现一个幅度调制电路，如题图 CAD1_01所示。输入信号为两个不同频率的信号和， 输出实现两信号相乘，即 EMOD v1 * v2 。 设 v1是50kHz的正弦信号， v 2 是1kHz的调制信号。 要求得到 标准调幅波SAM（调幅度 mA =0.3和1.0） 抑制载波调幅波SCAM 幅度键控调幅波ASK 并分析上述三种调幅波的特点。
又叫 Bluetooth （‘蓝牙’），工作范围：10~100m。 工作频率范围：2.400~2.4835GHz。速率：1Mbit/s。 全世界现已有1880家厂商支持V1.0B技术规范版本。
HOME-RF:Home--Radio Frequency (家庭无线局域网)。 RFID：Radio Frequency Identification（非接触识别系统）。
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）。
超外差接收原理：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。 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。
1.3 通信电路的基本形式
1.1.1 通信系统组成的示意图
(全球星系统) (765KM) 低轨 卫星 手机 局域网 卫星手机 基台 地面站 计算机 同步 卫星 (35860KM)
电视机 计算机
有线 电视网
公用 电信网
广播网
电话局
电话机 计算机
寻呼机
寻呼台
电视机 收音机
3
当前移动，无线通信的发展
RFID
8
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） 在城市环境中，树林和建筑物等会对电磁波 产生反射和散射，从而使到达接收点的信号， 除直射波外还有多个反射波和散射波。 使接收信号产生选择性衰落和延时扩展。
选择性衰落使不同的频率不同的衰减特性，产生失真。
延时扩展对高速数据传输影响很大。 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。
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。
10
载波信号传输
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。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。这种传送基带信号的方法称为载波信号传输。
通信电路原理
第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 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
Low Performance Low Cost
WPAN HOME-RF
WLAN
High Performance High Cost
WLAN: Wireless Local Area Nets（手机无线上网）。 WPAN: Wireless Personal Area Nets (个人无线局域网)。
15
1.2 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， H ( j) H () A 相位频率特性为线性函数即在本例中， K= 4 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。
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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。 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。 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。
v1
v2
1 G 1 G
2
R
1
R
EMOD
1 M
L
R vo
题图CAD1_01 幅度调制电路
22
附录1.1.1:调幅发射机各处波形示意图
返回
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附录1.1.2:超外差接收机各处波形示意图
返回
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附录1.1.3:CAD1_01的参考网单文件
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v1
v2
1 G 1 G
2
R
1
R
EMOD
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****************************************** *CONNECTIONS:V1 * | V2 * | | VO * | | | .SUBCKT AM 1 2 3 R1 1 0 1E9 R2 2 0 1E9 RL 3 0 1E6 EMOD 3 0 POLY(2) (1 0) (2 0) 0 0 0 0 1 .ENDS AM ***************************************** XAM1 1 2 3 AM V11 1 0 SIN(0 1 50K) V21 2 0 SIN(3.33 1 1K) *****************************************
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1.2.3 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传输信道中。
互调干扰：我们利用器件的非线性，产生需要的频 率分量，但是同时也会产生不需要的频率分量，若滤 除不干净就会形成干扰。