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2005.9~12）2021/10/10星期日1

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

左渝博士：負責(zé)無34、35、36、37、39、311班及重修交作業(yè)地點：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--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、特點及要求

一、內(nèi)容：討論通信系統(tǒng)中關(guān)于信號傳輸?shù)募夹g(shù)與電路。主要包括以下幾方面：1、信號的放大。指頻帶信號的電壓放大（小信號），與功率放大（大信號）、噪聲。2、信號的濾波。（各種濾波器）3、非線性分析方法4、信號的頻率變換。（混頻、倍頻、調(diào)制與解調(diào)等）。5、正弦信號的產(chǎn)生。主要是指如何產(chǎn)生預(yù)定頻率的正弦信號。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、特點及要求（續(xù)）學(xué)習(xí)本課程需要的基礎(chǔ)知識:

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

二、本課程特點：概念多，內(nèi)容廣；原理性、工程性（合理近似）、實踐性強。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)；多實踐，不斷積累經(jīng)驗。2021/10/10星期日5本課程內(nèi)容、特點及要求（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)會運用CAD工具；逐步建立系統(tǒng)概念；激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。把好三個關(guān)：

課前預(yù)習(xí)；課上認真聽講，盡可能記筆記；課后及時復(fù)習(xí)、按時獨立完成規(guī)定作業(yè).（平時成績20分）作業(yè)1次/周，CAD1次/月（程序、運行結(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：3/周，總學(xué)時48，講課約44，本學(xué)期無實驗.（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：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)計模擬濾波器2）用PSpice或其他CAD進行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。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。6）使用MATLAB進行數(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)字移動電話機介紹（構(gòu)成、電路功能方框原理圖，各部分的作用以及信號傳輸?shù)奶攸c。）10）GSM數(shù)字移動電話機中射頻（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：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；發(fā)送與接收設(shè)備二、信號傳輸?shù)幕締栴}信號通過線性系統(tǒng)信號通過非線性系統(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，點網(wǎng)1837年摩爾斯有線電報1876年貝爾和華特生電話1894年馬可尼發(fā)射了第一個無線電信號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)字電子計算機70-80年大規(guī)模集成電路,程控數(shù)字交換機,光纖通信,微處理機等迅速發(fā)展80年后移動通信大發(fā)展，實現(xiàn)三“W”當(dāng)前通信的發(fā)展趨勢：寬帶、綜合、智能、個人（化）例如：LMDS、WLAN、WPAN、RFID通信電路的發(fā)展趨勢：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)基臺有線電視網(wǎng)廣播網(wǎng)地面站電話局尋呼臺同步衛(wèi)星低軌衛(wèi)星公用通信網(wǎng)電話機計算機電視機計算機電視機收音機尋呼機計算機衛(wèi)星手機(765KM)(35860KM)手機(全球星系統(tǒng)）2021/10/10星期日112021/10/10星期日12信源基帶信號發(fā)射機信道接收機信宿圖1.1.2通信系統(tǒng)框圖傳輸媒質(zhì)(電纜,光纜,自由空間)信號變換(調(diào)制)逆變換(解調(diào))(模擬,數(shù)字)信號變換為聲,圖像等通信系統(tǒng)的基本組成信息

組成框圖調(diào)制就是按信息信號的比例改變載波的一個或多個屬性的過程。目的是將基帶信號變換為適合信道傳輸?shù)男盘?。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

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

信號通過信道混入各種形式的干擾和噪聲。

接收機的接收靈敏度。

信號通過信道的損耗。

發(fā)送端的信號功率。（自由空間，傳輸距離與發(fā)射機功率平方成正比）（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信道能夠同時傳送獨立信號的路數(shù)。影響通信容量的主要因素為:

傳輸信號所占有的頻帶寬度一路電話信號所占的帶寬為4kHz。

中波調(diào)幅廣播每個臺已調(diào)信號占有的頻帶寬度9KHz。一路電視信號占有的的頻帶是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，每路信號占據(jù)其中一個頻段。

時分復(fù)用（TDM）－各路基帶信號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。通信系統(tǒng)的基本特性（續(xù))2021/10/10星期日15（三）、信號失真度信號失真度指的是接收設(shè)備輸出信號不同(失真）于發(fā)送端基帶信號的程度。失真主要原因：

信道特性不理想。

（四）、抗干擾能力

信號通過信道時，總要混入各種形式的干擾和噪聲，使接收機輸出信號的質(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。

對信號進行處理的電路（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經(jīng)信道傳輸時，信號能量被衰減的程度。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)不同頻率的信號通過時，由信道引起的幅度衰減和附加相移是不同的。4、時變與時不變特性

在某些信道中，信道的傳輸特性是隨時間變化的。例如：無線信道。5、干擾特性

信道特性與信號傳播方式有關(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、移動通信、調(diào)頻和電視廣播以及雷達、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、長波）－－電波沿著地球的彎曲表面?zhèn)鞑ァＶ胁úǘ沃饕糜谥?、短距離的無線電廣播。長波通信系統(tǒng)多用于導(dǎo)航和播送標準時間信號。第三種傳播方式是利用電離層的折射和反射（短波）－實現(xiàn)信號的遠距離傳輸如短波通信常用于國際無線電廣播，遠距離無線電話與電報通信以及中、近距離小型移動電臺等。電波的繞射電離層的反射2021/10/10星期日20

移動通信中信道的特殊問題

選擇性衰落（頻域）和延時擴展（時域）－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接收機產(chǎn)生的相移不同。有的頻率點信號增強，有的頻率點信號相互抵消。

延時擴展:反射波使接收點信號有多個延時不同的信號,接收信號在直射波信號后還要延時一段。

多卜勒頻移

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

如何克服移動無線通信的多徑問題，是當(dāng)前移動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

基帶信號與基帶信號傳輸特點：頻帶信號.即被傳輸?shù)男盘枺稍谝欢l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：國際規(guī)定電話信號的頻帶是300～3400Hz。

我國采用的電視圖象信號的頻帶是0～6MHz等。

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

已調(diào)信號與載波信號傳輸利用調(diào)制技術(shù)將基帶信號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)將聲音基帶信號搬移到中波波段（535－1605KHz）某一頻率附近。這種傳送基帶信號的方法稱為載波信號傳輸。經(jīng)調(diào)制后的信號稱已調(diào)信號。調(diào)制（模擬）一般有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相。舉例：單頻正弦調(diào)制的標準調(diào)幅信號

通信系統(tǒng)中信號（續(xù)）2021/10/10星期日23標準調(diào)幅信號波形示意圖2021/10/10星期日24標準調(diào)幅信號頻譜示意圖基帶載波已調(diào)波2021/10/10星期日25多路復(fù)用信號傳輸通信系統(tǒng)中信號（續(xù)）一個實際信道可用的通頻帶往往比一路基帶信號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合成群路信號在信道中傳輸。在接收端再將群路信號分解為各基帶信號。根據(jù)復(fù)用方式不同，可分為頻分復(fù)用、時分復(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)的核心緩沖級倍頻器放大級調(diào)制器高頻功放振蕩器低頻功放低頻放大調(diào)幅發(fā)射機原理方框圖波形2波形1波形3基帶發(fā)射機2021/10/10星期日27

超外差接收機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)是對基帶信號進行處理，使之適宜于所采用信道的傳輸特性。一般，發(fā)射機端有調(diào)制，接收機端有解調(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。

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

發(fā)射機的主要指標是功率、效率與頻譜。2021/10/10星期日29超外差接收原理：將接收到的信號與本振混頻變成固定的中頻已調(diào)信號，進行中頻放大，再解調(diào)。優(yōu)點：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：電路比較復(fù)雜；鏡象頻率干擾

零中頻接收：將有用信號直接變換到基帶，中頻為零。自動增益控制作用（AGC）：接收弱信號和強信號的時候，接收機能得到幅度相差不多的信號。發(fā)送與接收設(shè)備小結(jié)（續(xù)）：2021/10/10星期日30二、信號傳輸?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，則會產(chǎn)生信號的波形失真，但不會產(chǎn)生新的頻率分量，這種失真稱為線性失真。信號通過線性系統(tǒng)2021/10/10星期日31信號通過非線性系統(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。

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

二、信號傳輸?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、信號傳輸?shù)幕締栴}（續(xù)）信號通過非線性系統(tǒng)基波分量和諧波分量：2021/10/10星期日33二、信號傳輸?shù)幕締栴}（續(xù)）干擾

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