清華大學(xué)通信電路課件

通信電路主講：陳雅琴電子工程系電路與系統(tǒng)教研室Tel：62771708Email：chenyq@（無3年級(jí)2005.9~12）2021/10/10星期日1

通信電路課助教余成偉博士：負(fù)責(zé)無31－33，38，310班交作業(yè)地點(diǎn)：FIT－1－303電子郵件地址:yucw@

左渝博士：負(fù)責(zé)無34、35、36、37、39、311班及重修交作業(yè)地點(diǎn)：紫荊14－306B電子郵件地址:zuoyu00@2021/10/10星期日2參考書1.《電子線路》非線性部分（第四版）謝嘉奎等編高教出版社2.《射頻通信電路》陳邦媛編著科學(xué)出版社3.《高頻電子線路》第三版張肅文、陸兆熊編高教出版社4.ModernCommunicationCircuits,JackSmith5.TheDesignofCMOSRadio-FrequencyIntegratedCircuits,ThomasLee6.《射頻電路設(shè)計(jì)--理論與應(yīng)用》[美]ReinholdLudwigPavelBretchko著王子宇張肇儀等譯電子工業(yè)出版社7.*DigitalRadioSystemsonAChip

ASystemsApproachCharlesChienRockwellScienceCenter2021/10/10星期日3本課程內(nèi)容、特點(diǎn)及要求

一、內(nèi)容：討論通信系統(tǒng)中關(guān)于信號(hào)傳輸?shù)募夹g(shù)與電路。主要包括以下幾方面：1、信號(hào)的放大。指頻帶信號(hào)的電壓放大（小信號(hào)），與功率放大（大信號(hào)）、噪聲。2、信號(hào)的濾波。（各種濾波器）3、非線性分析方法4、信號(hào)的頻率變換。（混頻、倍頻、調(diào)制與解調(diào)等）。5、正弦信號(hào)的產(chǎn)生。主要是指如何產(chǎn)生預(yù)定頻率的正弦信號(hào)。包括正弦波振蕩器,頻率合成器等.6、反饋控制電路:AGC、AFC、PLL2021/10/10星期日4本課程內(nèi)容、特點(diǎn)及要求（續(xù)）學(xué)習(xí)本課程需要的基礎(chǔ)知識(shí):

模擬電路;數(shù)字電路;信號(hào)與系統(tǒng);電路分析;CAD工具(Pspice,Matlab)

二、本課程特點(diǎn)：概念多，內(nèi)容廣；原理性、工程性（合理近似）、實(shí)踐性強(qiáng)。建議：抓住基本工作原理，基本分析方法和基本電路結(jié)構(gòu)；多實(shí)踐，不斷積累經(jīng)驗(yàn)。2021/10/10星期日5本課程內(nèi)容、特點(diǎn)及要求（續(xù)）三、課程要求掌握基本要求（每部分電路的基本工作原理，基本分析方法和基本電路結(jié)構(gòu)）；學(xué)會(huì)運(yùn)用CAD工具；逐步建立系統(tǒng)概念；激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。把好三個(gè)關(guān)：

課前預(yù)習(xí)；課上認(rèn)真聽講，盡可能記筆記；課后及時(shí)復(fù)習(xí)、按時(shí)獨(dú)立完成規(guī)定作業(yè).（平時(shí)成績(jī)20分）作業(yè)1次/周，CAD1次/月（程序、運(yùn)行結(jié)果、分析總結(jié)）每周二晚上由課代表送給助教，取作業(yè)到中央主樓917室。積極選做綜合性研究課題（幾人一起做）；積極參加課堂討論（優(yōu)秀者，適當(dāng)加分）。2021/10/10星期日6本課程教學(xué)安排四、教學(xué)安排（1）學(xué)時(shí)：3/周，總學(xué)時(shí)48，講課約44，本學(xué)期無實(shí)驗(yàn).（2）1－2次課外的綜合性研究課題交流或習(xí)題課（3）答疑：每周四下午3：00－5：30。地點(diǎn)：中央主樓917室附錄:綜合性研究課題參考目錄1）用PSpice、MATLAB或其他CAD工具設(shè)計(jì)模擬濾波器2）用PSpice或其他CAD進(jìn)行C類諧振功放大器電路分析。3）幅度調(diào)制與解調(diào)的PSpice分析與仿真設(shè)計(jì)。2021/10/10星期日7綜合性研究課題參考目錄4）模擬乘法器的性能研究與應(yīng)用5）調(diào)頻振蕩器的分析；角度調(diào)制與解調(diào)的仿真設(shè)計(jì)。6）使用MATLAB進(jìn)行數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的仿真研究。7）PLL的分析與仿真：一階PLL、二階PLL的線性與非線性特性的分析與仿真；8)調(diào)頻立體聲廣播的框圖及原理仿真；9）GSM數(shù)字移動(dòng)電話機(jī)介紹（構(gòu)成、電路功能方框原理圖，各部分的作用以及信號(hào)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。）10）GSM數(shù)字移動(dòng)電話機(jī)中射頻（RF）前端電路的分析與研究。2021/10/10星期日8笫1章緒論

本章要點(diǎn)：一、通信系統(tǒng)的基本概念通信系統(tǒng)的組成；基本特性；信道；信號(hào)；發(fā)送與接收設(shè)備二、信號(hào)傳輸?shù)幕締栴}信號(hào)通過線性系統(tǒng)信號(hào)通過非線性系統(tǒng)干擾三、通信電路的基本形式2021/10/10星期日9

通信系統(tǒng)概述定義：通信(廣義)－信息從發(fā)送者傳送到接收者的過程。實(shí)現(xiàn)這種信息傳送過程的系統(tǒng)稱為通信系統(tǒng)。

--這里僅討論用電子電路傳輸接收信息的系統(tǒng).一、通信系統(tǒng)的基本概念電子通信系統(tǒng)發(fā)展:有線無線，固定移動(dòng)，點(diǎn)網(wǎng)1837年摩爾斯有線電報(bào)1876年貝爾和華特生電話1894年馬可尼發(fā)射了第一個(gè)無線電信號(hào)1948年發(fā)明晶體管.香農(nóng)提出信息論58年第一顆通信衛(wèi)星60-70年彩電;阿波羅飛船登月;出現(xiàn)高速數(shù)字電子計(jì)算機(jī)70-80年大規(guī)模集成電路,程控?cái)?shù)字交換機(jī),光纖通信,微處理機(jī)等迅速發(fā)展80年后移動(dòng)通信大發(fā)展，實(shí)現(xiàn)三“W”當(dāng)前通信的發(fā)展趨勢(shì)：寬帶、綜合、智能、個(gè)人（化）例如：LMDS、WLAN、WPAN、RFID通信電路的發(fā)展趨勢(shì)：集成化、數(shù)字化2021/10/10星期日10圖1.1現(xiàn)代通信網(wǎng)示意圖局域網(wǎng)基臺(tái)有線電視網(wǎng)廣播網(wǎng)地面站電話局尋呼臺(tái)同步衛(wèi)星低軌衛(wèi)星公用通信網(wǎng)電話機(jī)計(jì)算機(jī)電視機(jī)計(jì)算機(jī)電視機(jī)收音機(jī)尋呼機(jī)計(jì)算機(jī)衛(wèi)星手機(jī)(765KM)(35860KM)手機(jī)(全球星系統(tǒng)）2021/10/10星期日112021/10/10星期日12信源基帶信號(hào)發(fā)射機(jī)信道接收機(jī)信宿圖1.1.2通信系統(tǒng)框圖傳輸媒質(zhì)(電纜,光纜,自由空間)信號(hào)變換(調(diào)制)逆變換(解調(diào))(模擬,數(shù)字)信號(hào)變換為聲,圖像等通信系統(tǒng)的基本組成信息

組成框圖調(diào)制就是按信息信號(hào)的比例改變載波的一個(gè)或多個(gè)屬性的過程。目的是將基帶信號(hào)變換為適合信道傳輸?shù)男盘?hào)。常用的調(diào)制方式如AM、FM、PM、ASK、FSK、PSK、QAM（正交幅度調(diào)制）。2021/10/10星期日13通信系統(tǒng)的基本特性

傳輸距離是指信號(hào)從發(fā)送端到達(dá)接收端并能被可靠接收的最大距離。取決于以下因素：

信號(hào)通過信道混入各種形式的干擾和噪聲。

接收機(jī)的接收靈敏度。

信號(hào)通過信道的損耗。

發(fā)送端的信號(hào)功率。（自由空間，傳輸距離與發(fā)射機(jī)功率平方成正比）（一）、傳輸距離2021/10/10星期日14（二）、通信容量通信容量是指一個(gè)信道能夠同時(shí)傳送獨(dú)立信號(hào)的路數(shù)。影響通信容量的主要因素為:

傳輸信號(hào)所占有的頻帶寬度一路電話信號(hào)所占的帶寬為4kHz。

中波調(diào)幅廣播每個(gè)臺(tái)已調(diào)信號(hào)占有的頻帶寬度9KHz。一路電視信號(hào)占有的的頻帶是8MHz。

是否采用信道復(fù)用方式

頻分復(fù)用（FDM）－信道可用頻帶被分割若干互不交迭的頻段，每路信號(hào)占據(jù)其中一個(gè)頻段。

時(shí)分復(fù)用（TDM）－各路基帶信號(hào)周期性地輪流使用信道。

碼分復(fù)用（CDM）－用一組正交的脈沖序列攜帶不同信號(hào)。通信系統(tǒng)的基本特性（續(xù))2021/10/10星期日15（三）、信號(hào)失真度信號(hào)失真度指的是接收設(shè)備輸出信號(hào)不同(失真）于發(fā)送端基帶信號(hào)的程度。失真主要原因：

信道特性不理想。

（四）、抗干擾能力

信號(hào)通過信道時(shí)，總要混入各種形式的干擾和噪聲，使接收機(jī)輸出信號(hào)的質(zhì)量下降。提高抗干擾能力措施：選擇合適的通信體制（例如FM優(yōu)于AM）

選用高質(zhì)量的調(diào)制和解調(diào)電路。

對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的電路（發(fā)送與接收設(shè)備）特性不理想。通信系統(tǒng)的基本特性（續(xù))2021/10/10星期日16通信系統(tǒng)信道（有線、無線）特性

1、衰減特性

信道的衰減特性是指信號(hào)經(jīng)信道傳輸時(shí)，信號(hào)能量被衰減的程度。2、工作頻率范圍

不同的信道具有不同的工作頻率范圍。3、頻率特性

指在信道的工作頻率范圍內(nèi)，當(dāng)不同頻率的信號(hào)通過時(shí)，由信道引起的幅度衰減和附加相移是不同的。4、時(shí)變與時(shí)不變特性

在某些信道中，信道的傳輸特性是隨時(shí)間變化的。例如：無線信道。5、干擾特性

信道特性與信號(hào)傳播方式有關(guān)2021/10/10星期日17返回2021/10/10星期日18

電信號(hào)在無線信道中的傳播方式

第一種直射傳播（超短波和微波）－－電波沿直線傳播。應(yīng)用于衛(wèi)星通信、中繼通信、移動(dòng)通信、調(diào)頻和電視廣播以及雷達(dá)、導(dǎo)航系統(tǒng)。

電波的直射傳播2021/10/10星期日19第二種傳播方式是繞射（中、長(zhǎng)波）－－電波沿著地球的彎曲表面?zhèn)鞑?。中波波段主要用于中、短距離的無線電廣播。長(zhǎng)波通信系統(tǒng)多用于導(dǎo)航和播送標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)。第三種傳播方式是利用電離層的折射和反射（短波）－實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸如短波通信常用于國(guó)際無線電廣播，遠(yuǎn)距離無線電話與電報(bào)通信以及中、近距離小型移動(dòng)電臺(tái)等。電波的繞射電離層的反射2021/10/10星期日20

移動(dòng)通信中信道的特殊問題

選擇性衰落（頻域）和延時(shí)擴(kuò)展（時(shí)域）－多徑選擇性衰落：在頻帶內(nèi)不同頻率分量的傳輸衰減不同。原因：直、反射波沿不同路徑到達(dá)接收機(jī)產(chǎn)生的相移不同。有的頻率點(diǎn)信號(hào)增強(qiáng)，有的頻率點(diǎn)信號(hào)相互抵消。

延時(shí)擴(kuò)展:反射波使接收點(diǎn)信號(hào)有多個(gè)延時(shí)不同的信號(hào),接收信號(hào)在直射波信號(hào)后還要延時(shí)一段。

多卜勒頻移

在高速移動(dòng)情況下接收，收到的電波將發(fā)生頻率變化，－多卜勒頻移。它與移動(dòng)速度成正比，與波長(zhǎng)成反比。

如何克服移動(dòng)無線通信的多徑問題，是當(dāng)前移動(dòng)通信中重要研究課題之一。

2021/10/10星期日21通信系統(tǒng)中信號(hào)

基帶信號(hào)與基帶信號(hào)傳輸特點(diǎn)：頻帶信號(hào).即被傳輸?shù)男盘?hào)，由在一定頻率范圍內(nèi)的許多頻率分量組成，占有一定的頻帶寬度。

舉例：國(guó)際規(guī)定電話信號(hào)的頻帶是300～3400Hz。

我國(guó)采用的電視圖象信號(hào)的頻帶是0～6MHz等。

定義：直接表示原始信息的電信號(hào)為基帶信號(hào)。直接傳送基帶信號(hào)稱為基帶信號(hào)傳輸。電話線可傳輸電話基帶信號(hào)。視頻電纜可傳輸電視基帶信號(hào)。2021/10/10星期日22

已調(diào)信號(hào)與載波信號(hào)傳輸利用調(diào)制技術(shù)將基帶信號(hào)的頻譜搬移到信道的工作頻率范圍內(nèi)某一頻率（載波）附近。例如：中波廣播用調(diào)幅技術(shù)將聲音基帶信號(hào)搬移到中波波段（535－1605KHz）某一頻率附近。這種傳送基帶信號(hào)的方法稱為載波信號(hào)傳輸。經(jīng)調(diào)制后的信號(hào)稱已調(diào)信號(hào)。調(diào)制（模擬）一般有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相。舉例：?jiǎn)晤l正弦調(diào)制的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)

通信系統(tǒng)中信號(hào)（續(xù)）2021/10/10星期日23標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)波形示意圖2021/10/10星期日24標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)頻譜示意圖基帶載波已調(diào)波2021/10/10星期日25多路復(fù)用信號(hào)傳輸通信系統(tǒng)中信號(hào)（續(xù)）一個(gè)實(shí)際信道可用的通頻帶往往比一路基帶信號(hào)所占有的頻帶寬得多，為了充分利用信道，需要將多路基帶信號(hào)合成群路信號(hào)在信道中傳輸。在接收端再將群路信號(hào)分解為各基帶信號(hào)。根據(jù)復(fù)用方式不同，可分為頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用等。(FDM,TDM,CDM)2021/10/10星期日26通信系統(tǒng)中的發(fā)送與接收設(shè)備

－－系統(tǒng)的核心緩沖級(jí)倍頻器放大級(jí)調(diào)制器高頻功放振蕩器低頻功放低頻放大調(diào)幅發(fā)射機(jī)原理方框圖波形2波形1波形3基帶發(fā)射機(jī)2021/10/10星期日27

超外差接收機(jī)方框圖高頻放大混頻器中頻放大解調(diào)器低頻放大輸入回路自動(dòng)增益控制本地振蕩器波形4波形6波形5波形72021/10/10星期日28發(fā)送與接收設(shè)備小結(jié)：

發(fā)送與接收設(shè)備主要任務(wù)是對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行處理，使之適宜于所采用信道的傳輸特性。一般，發(fā)射機(jī)端有調(diào)制，接收機(jī)端有解調(diào)。設(shè)備中，產(chǎn)生頻率變換的電路有諧振功率放大器、倍頻器、振蕩器、及各種調(diào)制、解調(diào)器等。

接收機(jī)的主要指標(biāo)是要有足夠高的靈敏度（接收弱信號(hào)的能力）和高的選擇性（選出有用信號(hào)濾除無用信號(hào)的能力）。

發(fā)射機(jī)的主要指標(biāo)是功率、效率與頻譜。2021/10/10星期日29超外差接收原理：將接收到的信號(hào)與本振混頻變成固定的中頻已調(diào)信號(hào)，進(jìn)行中頻放大，再解調(diào)。優(yōu)點(diǎn)：容易得到足夠大而且比較穩(wěn)定的增益；具有較高的選擇性和較好的頻率特性；缺點(diǎn)：電路比較復(fù)雜；鏡象頻率干擾

零中頻接收：將有用信號(hào)直接變換到基帶，中頻為零。自動(dòng)增益控制作用（AGC）：接收弱信號(hào)和強(qiáng)信號(hào)的時(shí)候，接收機(jī)能得到幅度相差不多的信號(hào)。發(fā)送與接收設(shè)備小結(jié)（續(xù)）：2021/10/10星期日30二、信號(hào)傳輸?shù)幕締栴}

在通信設(shè)備中，屬于線性系統(tǒng)的電路有線性放大器、濾波器、均衡器、相加（減）器、微分（積分）電路以及工作于線性狀態(tài)下的反饋控制電路等。

理想線性系統(tǒng)的幅度頻率特性為常數(shù):相位頻率特性為線性函數(shù)

若線性系統(tǒng)的特性不是理想的，則會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的波形失真，但不會(huì)產(chǎn)生新的頻率分量，這種失真稱為線性失真。信號(hào)通過線性系統(tǒng)2021/10/10星期日31信號(hào)通過非線性系統(tǒng)

在通信電路中，屬于非線性系統(tǒng)的電路有諧振功率放大器、倍頻器、振蕩器、及各種調(diào)制、解調(diào)器等。電路種類與形式很多，應(yīng)用很廣泛。研究信號(hào)通過非線性系統(tǒng)的問題在通信電路原理分析中是很重要的。

信號(hào)通過非線性系統(tǒng)后，最主要的特點(diǎn)是將產(chǎn)生新的頻率分量。

二、信號(hào)傳輸?shù)幕締栴}（續(xù)）2021/10/10星期日32

組合頻率分量：則中有：直流分量；舉例:設(shè)某非線性系統(tǒng)輸出輸入特性關(guān)系是二、信號(hào)傳輸?shù)幕締栴}（續(xù)）信號(hào)通過非線性系統(tǒng)基波分量和諧波分量：2021/10/10星期日33二、信號(hào)傳輸?shù)幕締栴}（續(xù)）干擾

信號(hào)在傳輸過程中，不可避免地會(huì)受到各種無用信號(hào)的干擾，這些干擾是限制通信系統(tǒng)性能的主要因素