無線通信系統(tǒng)的基本工作原理

1、刖言：無線通信（Wirelesscommunication）是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式，近些年信息通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無線通信技術(shù)。在移動中實現(xiàn)的無線通信又通稱為移動通信，人們把二者合稱為無線移動通信無線通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信。微波是一種無線電波，它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬，通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個微波中繼站。衛(wèi)星通信是利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個或多個地球站之間或移動體之間建立微波通信聯(lián)系。按照無線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的不同特性，有以下一些類型：1、按照工作頻段或傳輸手段分類，有中波通

2、信、短波通信、超短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信等。所謂工作頻率，主要指發(fā)射與接收的射頻（RF）頻率。射頻實際上就是“高頻”的廣義語，它是指適合無線電發(fā)射和傳播的頻率。無線通信的一個發(fā)展方向就是開辟更高的頻段。2、按照通信方式來分類主要有（全）雙工、半雙工和單工方式。3、按照調(diào)制方式的不同來劃分，有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及混合調(diào)制等。4、按照傳送的消息的類型分類，有模擬通信和數(shù)字通信，也可以分為話音通信、圖像通信、數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。各種不同類型的通信系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成和設(shè)備的復(fù)雜程度都有很大不同。但是組成設(shè)備的基本電路及其原理都是相同的，遵從同樣的規(guī)律。本書將以模擬通信為重點來研究這些基本電路，認(rèn)

3、識其規(guī)律。這些電路和規(guī)律完全可以推廣應(yīng)用到其它類型的通信系統(tǒng)。無線通信系統(tǒng)組成框圖信變換器發(fā)&4-TJ機/UU接收機變換器受信人nnN傳轉(zhuǎn)媒質(zhì)發(fā)射設(shè)備接收設(shè)備圖1無線通信系統(tǒng)俎成框圖各部分作用：1信息源：提供需要傳送的信息2變換器：待傳送的信息（圖像、聲音等）與電信號之間的互相轉(zhuǎn)換3 發(fā)射機：把電信號轉(zhuǎn)換成高頻振蕩信號并由天線發(fā)射出去4 傳輸媒質(zhì)：信息的傳送通道（自由空間）5 接收機：把高頻振蕩信號轉(zhuǎn)換成原始電信號6 受信人：信息的最終接受者三、發(fā)送設(shè)備的基本原理和組成1. 無線通信存在的問題信號直接以電磁波形式從天線輻射出去，存在以下問題：1）無法制造合適尺寸的天線。天線尺寸與波長相

4、比擬時，信號才能被天線有效輻射。如音頻信號:20Hz-20KHz。計算知實際做不到。2）接收者無法選出要接收的信號。存在干擾：其它電臺發(fā)射信號，各種工業(yè)設(shè)備輻射電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾。所以對接收裝置的要求：能從眾多的電磁波中選出有用的微弱信號。2. 解決方案發(fā)射機和接收機借助線性和非線性電子線路對攜有信息的電信號進行變換和處理。除放大外，最主要有調(diào)制、解調(diào)。1）.調(diào)制：由攜有信息的電信號去控制高頻振蕩信號的某一參數(shù)，使該參數(shù)按照電信號的規(guī)律而變化。調(diào)制信號：攜有信息的電信號。載波信號：未調(diào)制的高頻振蕩信號。已調(diào)波：經(jīng)過調(diào)制后的高頻振蕩信號。調(diào)幅、調(diào)角（調(diào)頻、調(diào)相）。2）.解調(diào)：調(diào)制

5、的逆過程，將已調(diào)波轉(zhuǎn)換為載有信息的電信號。3調(diào)制的作用：1）顯著減小天線的尺寸；（聲音303000Hz,天線要幾百km）；如果天線高度為輻射信號波長的四分之一，更便于發(fā)揮天線的輻射能力。于是分配民用廣播的頻段為535-1605KHz（中頻段），對應(yīng)波長為187-560m,天線需要幾十米到上百米；而移動通信手機天線只不過10cm，它使用了900MHz頻段。這些廣播與移動通信都必須進行某種調(diào)制，而將話音或編碼基帶頻譜搬移到應(yīng)用頻段。2）將不同電臺發(fā)送的信息分配到不同頻率的載波信號上，使接收機可選擇特定電臺的信息而抑制其它電臺發(fā)送的信息和各種干擾。2）三種信號調(diào)制信號、載波信號和已調(diào)信號3）三種方式

6、調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）典型發(fā)送設(shè)備的組成框圖WWh出*nJ1圏2咄郴式無纜屯廣播發(fā)時機方樞圖（1）振蕩器：產(chǎn)生fosc的高頻振蕩信號，幾十kHz以上。（2）高頻放大器（倍頻器）：一或多級小信號諧振放大器，放大振蕩信號，使頻率倍增至fc，并提供足夠大的載波功率。（3）低頻放大器：多級放大器組成，前幾級為小信號放大器，用于放大微音器的電信號；后幾級為功放，提供功率足夠的調(diào)制信號。（4）高頻功放及調(diào)幅器：實現(xiàn)調(diào)幅功能，將輸入的載波信號和調(diào)制信號變換為所需的調(diào)幅波信號，并加到天線上。信號的“卸載”解調(diào)1什么是解調(diào)從高頻已調(diào)波信號中“取出”調(diào)制信號的過程。2解調(diào)的三種方式 對調(diào)幅波的解

7、調(diào)檢波 對調(diào)頻波的解調(diào)鑒頻 對調(diào)相波的解調(diào)鑒相典型接收設(shè)備的組成框圖：RI3顯外雄調(diào)鼎收音機方雜閤五、無線電波的基本特點無線電波是一種電磁波，其傳播速度與光速相同，且有入二c/f。無線電波具有直射、繞射、反射與折射等現(xiàn)象。無線電波的三種傳播途徑（如圖）：無線電波的波段劃分表:波段名稱渡長范圍頻段名稱頻率范圍主要用途長波LW103104m低頻(LF)30300kHz長距離點與點通信中feMWlOlOni中頻(MF)300-3000kHz廣播、船舶、飛疔通信短波問lOlOm高頻(HF)3-30kHz短彼廣播、軍事通信米波l10m甚高頻(VHF)30300MHz電視、調(diào)頻廣播、雷達分米波l10dm特

8、高®UHF)3003000MHz電視、雷達、移動通信厘米波1-lOcm超高頻(SHF)3YOGHz雷達、中繼、衛(wèi)星通信亳米波l-lOmm極高頻(EHF)30300GHz射電天文、衛(wèi)星、雷達2)該參數(shù)按照電信號的規(guī)律而變化。無線電廣播工作過程:)0-聲源H放大器選臺I解調(diào)；低頻放亠|(Demodulate)廠|大器;音頻放大器調(diào)制高頻放I曰頻放大器(modulate)大器;IJ高頻載波!振蕩器|I:發(fā)射過程接收過程其中的調(diào)制就是把音頻信號“裝載”到高頻載波信號上去的過程。載波信號(高頻振蕩信號)有三個要素：振幅Um角頻率3(s=2f)初相角9讓其中之一按音頻信號規(guī)律變化就形成了三種調(diào)制方式(1) .調(diào)幅方式：Um隨音頻信號而變AM(2) .調(diào)頻方式：3、f隨音頻信號而變FM(3) .調(diào)相方式：9隨音頻信號而變PM無線電廣播大多采用FM、AMrtII,*調(diào)幅波（AM）