严国萍通信电子线路第一章通信系统导论

§1.5.2 软件无线电
软件无线电的特点：
1. 具有完全的可编程性
通过安装不同的软件来实现不同的电路功能， 包括工作模式，系统功能，扩展业务等。 2. 软件无线电基于DSP技术 系统所需要的信号处理工作有变频、滤波、调 制解调，新到编译码，借口协议与信令处理， 加解密、抗干扰处理，以及网络监控管理。
§1.4 数字通信系统
1. 振幅键控（Amplitude-shift keying）(ASK) 载波振幅受基带控制 2. 相位键控（Phase-shift keying）(PSK) 载波相位受基带信号控制，当基带信号p(t)=1时， 载波起始相位为0，当p(t)=0时，载波起始相位 为π 3. 频率键控： （Frequency-shift keying）（FSK） 载波频率受基带信号控制，当基带信号p(t)=1时， 载波频率为f1，当p(t)=0时，载波频率为f2。
§1.5.2 软件无线电
进入90年代后，通信界开始了一场新的无线电革命，即从 数字化走向了软件化，软件无线电技术（Software Radio） 应运而生。支持者称革命的是多种技术的综合，包括多频 段天线和RF变换宽带A/D/A转换，完成IF、基带、比特流处 理功能的通用可编程处理器等。软件无线电最初目的是满 足军用通信中不同频段，不同信道调制方式和数据方式的 各类电台之间的联网需要，因为它可以很容易的解决各种 接口标准之间的兼容问题，使得它的优越性很快得到商用 通信的青睐，并且在个人移动通信领域发展迅速。软件无 线电是特指具有用软件实现各种功能特点的无线电台（如 移动通信中的移动电话机、基站电台、军用电台等），它 主要由低成本、高性能的DSP芯片组成。规范的软件无线电 典型结构如下图所示。
2、波形表达方式
3、频域表示法
把信号看成一个函数，这就为研究信号提 供了一种新的方法。通过研究信号的频谱， 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。
任何复杂的信号都可以分解为许多不同频率 的正弦信号之和，因此，所谓“频谱”是指 组成信号的各正弦分量按频率分布的情况。
谱线---每条线段的位置代表某一正弦波的频率，
线段的长度代表该正弦波的强弱。
频谱宽度---信号最高频率与最低频率之差，又称带宽。
• 矩形脉冲信号的分解
(傅里叶级数展开)
根据傅立叶变换的基本原理，任何一个函数都 可以用傅立叶级数展开。
脉冲信号的傅里叶级数展开：
, (其中n为奇数)
脉冲信号的频谱
数字
输入 模拟 信号
信源编码
信道编码
发射机
信道
输出 模拟 信号
接收机
拟信号经信源编码和信道编码变成数字基带信 号，发射机将基带信号调制到高频载波上经信道 传输到接收端，接收机还原出数字基带信号，经 信道解码和信源解码还原出模拟基带信号。
>
用数字基带信号对高频正弦载波进行的调制称数 字调制。根据基带信号控制载波的参数不同，数 字调制通常分为振幅键控调制，频率键控和相位 键控三种基本方式。
通信电子线路
课程简介 通信电子线路是电子、信息、通 信类等专业重要的技术基础课，它的 任务是研究通信电子线路单元电路的 工作原理与分析方法。主要内容包括 ：选频网络；高频小信号放大器；噪 声与干扰；正弦波振荡器；非线性电 路与时变电路，高频功率放大器；模 拟调制和解调；反馈控制系统；频率 合成技术等。
总学时：64（52+12） 学分：4
考核方式:考试，闭卷。 综合成绩＝平时成绩×20％+实验成绩×20％+卷面 成绩×60％
教材及教学辅助参考书
教材: 《高频电子线路》第二版 严国萍主编 科学出版社出版 教学辅助参考书：
• 《高频电子线路》第五版 张肃文 主编
高等教育出版社出版
• 《高频电子线路》 曾兴雯 陈健 刘乃安 编
4、对流层散射传播
在离地面大约10~12km范 围内的大气层称为对流层 ，空气密度高，风雨雷电 都发生在这一层。 散射具有很强的方向性和 随机性（受外界影响大）
散射传播一跳的传播距离约为100~500km， 适合的频率在400~6000MHz之间
§1.4 数字通信系统
传输数字信号的通信系统称为数字通信系统， 其原理框图如下图所示：
1.1.2 无线电发送设备的工作过程和基本原理
1、无线电如何将声音和图像传送到远方？ ---通过压电效应把声音变成电信号，在对电信号 进行处理后播送。（有线广播/无线广播）
根据天线理论，为了有效传送电磁波，要求 天线的高度必须满足d≥λ/10
f = c = 3? 10 m / s
8
例：声音信号的频率为20Hz~20KHz，则波长为
§1.5.2 软件无线电
§1.5.2 软件无线电
软件无线电的标志：
1. 无线通信功能是由软件定义并完成的，这种完 全的可编程能力包括可编程的射频波段、信道 接入方式、信道调制方式与纠错算法等，软件 无线电区别于软件控制的数字无线电通信。
2. 在尽可能靠近天线的地方使用A/D/A转换器，因 为信号的数字化是实现软件无线电的首要条件。 理想软件无线电系统中的A/D/A转换器相当靠近 天线，从而可对高频信号进行数字化处理，这 也是它与常用的数字通信系统的根本区别所在。
发送设备
> 发送设备的作用：
–将基带信号变成适合信道的传输特性的信 号。
> 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。
传输信道
> 传送信息的通道，又称传输媒介； > 不同的信道有不同的传输特性。 有线通信：用有导向性的传输介质
f1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。
1.3 无线通信系统中的信道
无线电波：频率从几十千赫至几万兆赫的电 磁波。
§1.3 数字通信系统
§1.4 现代通信系统
1.1 通信系统的组成
1.1.1 通信系统组成框图
输入变换装置
发送设备
传输信道
输出变换装置
接收设备
输入变换装置(信源)
> 在实际的通信电子线路中传输的是各种电 信号，为此，就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
15创 10 m 15 10 m
3
6
天线太长
信号交叠，无法分离
解决办法：频分复用
20~20kHz “装载”到 91.8+/-0.1MHz
20~20kHz
93.8+/-0.1MHz
2、 广播发射机的组成
广播发射机方框图
调制：使高频载波信号的一个或几个参数（振 幅、频率或相位）按照基带调制信号的规律而 变化
§1.4 数字通信系统
数字通信的主要优点
（1）有较强的抗干扰能力，通过再生中继技术可 以消除噪声的积累，并能对信号传输中因干扰而产 生的差错及时发现和纠正，从而提高了信息传输的 可靠性。 （2）数字信号便于保密处理，易于实现保密通信。 （3）数字信号便于计算机进行处理，使通信系统 更加通用和灵活。 （4）数字电路易于大规模集成，便于设备的微型 化。
由于大规模集成电路的数字无线电和软件无线电收 发信机，其内部的基本功能、基本原理，工作流程和电 路结构与传统的超外差式无线电收发信机并无太大差异， 经典高频电子线路的分析方法与设计思想仍可作为现代 无线电信技术的理论基础。 目前器件水平的限制，软件无线电技术还基本只能 在通信系统的基带处理部分得到较好发挥，还必须采用 与传统电路结合的方式进行系统研制。要超越器件水平 的限制，进行深入的理论研究，提出新的解决方案和好 的算法，也需要借助于一些经典的通信电路理论。数字 通信中的很多电路功能也基本上用模拟电路实现。因此， 本门课程中仍以基本模拟通信电子电路为主要内容进行 分析。
1.3.1 无线电波段的划分
1.3.2 无线电波传播方式
1、直射传播
频率较高的超短波及其更高频率的无线电波， 主要沿空间直线传播。由于地球曲率的原因， 直线传播的距离有限，通常只能为视距，因此 也称为视距传播
2、绕射传播
地球表面可以看成是一个巨大的导体，电磁波 可以绕着它传输 只要电波波长大于物体体积很容易出现绕射， 中间有障碍物时也可以绕射出去
根据载波受调参数的不同，调制分为三种基本 方式： 振幅调制（调幅）AM 频率调制（调频）FM 相位调制（调相）PM
1.1.3 无线电接收设备的工作过程和基本原理 最简单的接收机原理框图 ---直接检波式接收机
高频放大 (高放式接收机)
超外差式接收机方框图
1.2 通信系统中信号的频谱表示法
常用的信号表示方法 1、数学表达式法 如：正弦波 u=Asinωt
西安电子科技大学出版社出版
• 《高频电子线路学习指导与题解》
华中科技大学出版社 严国萍 编著
通信：指人与人或人与自然之间通过某种行 为或媒介进行的信息交流与传递
电通信：以电介质，电磁波来通信
第一章 通信系统导论
§1.1 通信系统的组成
§1.2 通信系统中信号的频谱表示法
§1.3 无线通信系统中的信道
为了更直观的了解信号的频率组成成分和特 点，我们通常采用下图的方法来表示频谱。 用频率f作横坐标，用信号的各正弦分量的 相对振幅作纵坐标，通常称为频谱图。
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。
一般数字信号的频谱图
• 数字信号的频谱是不连续的。
课程教学目标 通过该课程学习，使学生掌握各类 放大电路、振荡器、调制解调电路的组 成、工作原理、性能特点、基本分析方 法和工程估算方法。能够对主要功能电 路进行分析和设计，并具备根据创新实 践要求、用这些单元电路构成通信电子 电路系统的能力，为后续专业课程打下 较坚实的技术理论基础。