1、第第1章章 电子通信概论电子通信概论通信电子线路通信电子线路(第三版第三版)顾宝良 编著第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六1 11 1 引言引言1 12 2 通信频率的分配通信频率的分配1 13 3 通信系统的组成通信系统的组成1 14 4 调制解调的提出调制解调的提出1 15 5 噪声系数与接收灵敏度噪声系数与接收灵敏度1 16 6 非线性失真与干扰非线性失真与干扰1 17 7 信号的选频滤波器信号的选频滤波器第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六11 引言引言通信通信是将信息（消息）由一个地方传向另一个是将信息（消
2、息）由一个地方传向另一个地方（或多个地方），现代通信通常都是采用电信号来完地方（或多个地方），现代通信通常都是采用电信号来完成这一传递过程。现代通信实质上就是电子通信，即电通成这一传递过程。现代通信实质上就是电子通信，即电通信，以下简称为通信。信，以下简称为通信。通信中所传递的消息有各种不同的形式，例如：语通信中所传递的消息有各种不同的形式，例如：语音、音乐、图像、文字、数据、符号等等。音、音乐、图像、文字、数据、符号等等。根据所传递消息的不同现代通信业务可分为：电话、根据所传递消息的不同现代通信业务可分为：电话、传真、电报、可视电话、数据传输等等，而从广义的角度传真、电报、可视电话、数据传输
3、等等，而从广义的角度来看，则广播、电视、雷达、导航、遥控、遥测等也属于来看，则广播、电视、雷达、导航、遥控、遥测等也属于通信范畴。通信范畴。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六 11 引言引言1837年摩尔斯（年摩尔斯（Samuel Morse）利用电磁感应在一）利用电磁感应在一个简单的、由一根金属长线构成的简易收发机之间以点、划个简单的、由一根金属长线构成的简易收发机之间以点、划和空格形式传递信息的装置，作为第一个电子通信系统。和空格形式传递信息的装置，作为第一个电子通信系统。1876年贝尔（年贝尔（Alexander Graham Bell）和华迪生）
4、和华迪生（Thomas A Watson）发明的电话机。这就是以金属导线为）发明的电话机。这就是以金属导线为传输媒质的简单的有线通信方式。传输媒质的简单的有线通信方式。1873年麦克斯韦（年麦克斯韦（James C.Maxwell）发表了电磁辐）发表了电磁辐射理论，为无线电通信奠定了理论基础。射理论，为无线电通信奠定了理论基础。1894年马可尼（年马可尼（Guglielmo Marconi）试验无线电通）试验无线电通信获得成功，从而开辟了无线电通信的广阔发展道路。信获得成功，从而开辟了无线电通信的广阔发展道路。1904年开始出现真空管电子器件，从而使通信设备有年开始出现真空管电子器件，从而使通
5、信设备有了飞速的发展，相继出现有较高水平的有线通信和长波、中了飞速的发展，相继出现有较高水平的有线通信和长波、中波及短波一类的较高水平的无线电通信。波及短波一类的较高水平的无线电通信。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六 11 引言引言1920年出现年出现无线电广播无线电广播，1930年出现年出现无线电视无线电视（TV）。）。20世纪世纪30年代后出现半导体器件（年代后出现半导体器件（1947年贝尔实验室年贝尔实验室发明了第一只晶体管）。发明了第一只晶体管）。1958年德州仪器公司发明了第一块集成电路），从而年德州仪器公司发明了第一块集成电路），从而使通信
6、设备的发展又踏上一个新的里程碑。半导体技术的发展使通信设备的发展又踏上一个新的里程碑。半导体技术的发展对通信技术的迅速发展起了决定性的作用。对通信技术的迅速发展起了决定性的作用。1955年皮尔斯提出了利用年皮尔斯提出了利用人造卫星实现全球通信人造卫星实现全球通信的设的设想，想，1957年前苏联发射第一颗人造地球卫星年前苏联发射第一颗人造地球卫星Sputnik I。1960年美国用年美国用ATLAS卫星首次实现了卫星广播，从而卫星首次实现了卫星广播，从而开辟了卫星通信的新领域。开辟了卫星通信的新领域。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六 11 引言引言 20
7、世纪世纪60、70年代又出现了年代又出现了“光纤通信光纤通信”和和“计算机计算机通信通信”。1980年出现了移动通信，年出现了移动通信，1990年出现了全球定位年出现了全球定位GPS系统，从而使通信更加快速，内容更加丰富。系统，从而使通信更加快速，内容更加丰富。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六 11 引言引言有线通信有线通信电信号通过导线、电缆线、光缆线（光纤电信号通过导线、电缆线、光缆线（光纤通信）等有线媒体传递信息的。通信）等有线媒体传递信息的。无线通信无线通信利用无线电磁波作为信息载体的通信方利用无线电磁波作为信息载体的通信方式，所利用的通信频道
8、通常在式，所利用的通信频道通常在30MHZ到到30GMHZ这个宽广的频这个宽广的频率范围内（且不包含率范围内（且不包含230MHZ的短波无线通信）。的短波无线通信）。由于无线通信的快速发展，就要求设计出工作频率高由于无线通信的快速发展，就要求设计出工作频率高的、稳定可靠的滤波器、低噪声放大器的、稳定可靠的滤波器、低噪声放大器LNA、混频器、射频功、混频器、射频功率放大器率放大器RFPA、射频振荡器（包括频率合成器）、调制解调、射频振荡器（包括频率合成器）、调制解调器等通信电路和通信集成电路。器等通信电路和通信集成电路。通常这些电路的工作频率都通常这些电路的工作频率都高于高于1GHZ以上以上，在
9、这样高，在这样高的工作频率下设计通信电路和通信集成电路时，必须考虑低频的工作频率下设计通信电路和通信集成电路时，必须考虑低频电路中没有遇到的一系列高频问题。电路中没有遇到的一系列高频问题。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六12通信频率的分配通信频率的分配电信号的频率是一个周期性运动，例如电压或电流的正电信号的频率是一个周期性运动，例如电压或电流的正弦波，在一个给定的时间内出现的次数就是频率的定义。波形弦波，在一个给定的时间内出现的次数就是频率的定义。波形的每一个完整的交替为一个周期，所以频率就是每秒钟内的周的每一个完整的交替为一个周期，所以频率就是每秒钟
10、内的周期数，频率的基本单位是赫兹（期数，频率的基本单位是赫兹（Hz）。）。图图121 电信号的频谱图电信号的频谱图表示了全部电信号的频谱，和各种通信业务所使用频率的大约位置表示了全部电信号的频谱，和各种通信业务所使用频率的大约位置 第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六 12通信频率的分配通信频率的分配波长波长与与频率频率、速度速度之间的关系的数字表达式为：之间的关系的数字表达式为：式中式中为波长为波长，单位为，单位为米（米（m）；c为光速为光速，c=3108m/s；f为频率为频率，单位为，单位为赫兹（赫兹（Hz）。fc第第1章章 电子通信概论电子通信概论2
11、022年年7月月23日星期六日星期六频带号频带号频率范围频率范围名称名称230Hz300HzELF(极低频极低频)30.3kHz3kHzVF(话音频率话音频率)43kHz30kHzVLF(甚低频甚低频)5678910111213141516171819 30kHz300kHz0.3MHz3MHz3MHz30MHz30MHz300MHz300MHz3GHz3GHz30GHz30GHz300GHz0.3THz3THz3THz30THz30THz300THz0.3PHz3PHz3PHz30PHz30PHz300PHz0.3EHz3EHz3EHz30EHzLF(低频低频)MF(中频中频)HF(高频高频
12、)VHF(甚高频甚高频)UHF(特高频特高频)SHF(超高频超高频)EHF(极高频极高频)红外光红外光红外光红外光红外光红外光可见光可见光紫外光紫外光X X射线射线伽马射线伽马射线宇宙射线宇宙射线表表121CCIR波段名称波段名称第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六 12通信频率的分配通信频率的分配 极低频段极低频段(Extremely low frequencies，简称，简称ELF)是是30Hz300Hz范围内的信号，包含工业交流电范围内的信号，包含工业交流电50Hz(国际为国际为60Hz)和低频遥测信号，以及海洋声纳信号等。和低频遥测信号，以及海洋声
13、纳信号等。话音频率话音频率(Voice frequencies，简称，简称VF)是是300Hz到到3000Hz范范围内的电信号，包含人类语音频率，标准电话信道带宽为围内的电信号，包含人类语音频率，标准电话信道带宽为300Hz3KHz，通称话音频率。，通称话音频率。甚低频段甚低频段(Very low frequencies，简称，简称VLF)是是3KHz30KHz范围内的信号，它包含人类听觉范围的高端。范围内的信号，它包含人类听觉范围的高端。VLF用于某些特用于某些特殊的政府或军事系统通信，以及海军潜艇通信、导航等。殊的政府或军事系统通信，以及海军潜艇通信、导航等。低频段低频段（Low freq
14、uencies，简称，简称LF）是）是30KHz300KHz范围内的信号，主要用于船舶导航和航空导航，以及电力通信范围内的信号，主要用于船舶导航和航空导航，以及电力通信等。等。中频段中频段（Medium frequencies，简称，简称MF）是）是300KHz3MHz范围内的信号，主要用于商业范围内的信号，主要用于商业AM广播广播(535KHz1605KHz)。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六12通信频率的分配通信频率的分配 高频高频(High frequencies，简称，简称HF)是是3MHz30MHz范围范围内的信号，常称为短波段（内的信号，常
15、称为短波段（short wave）。大多数双向无线电）。大多数双向无线电通信使用这个频段，国际无线通信使用这个频段，国际无线AM广播也都在频段。一些单边广播也都在频段。一些单边带军用通信和商业通信也常用这个频段，业余无线电和民用带军用通信和商业通信也常用这个频段，业余无线电和民用电台也使用电台也使用HF波段。波段。甚高频甚高频(Very High frequencies，简称，简称VHF)是是30MHz300MHz范围内的信号，常用于移动车载通信，商业范围内的信号，常用于移动车载通信，商业FM广播广播（88MHz108MHz）及）及213频道（频道（54MHz216MHz）的商业）的商业电视广
16、播。电视广播。特高频段特高频段(Ultra High frequencies，简称，简称UHF)是是300MHz3GHz范围内的信号，由商业电视广播的频道范围内的信号，由商业电视广播的频道1483、陆地移动通信业务、蜂窝移动电话、某些雷达和导航系统、陆地移动通信业务、蜂窝移动电话、某些雷达和导航系统、微波及卫星无线电系统所使用。微波及卫星无线电系统所使用。1GHz以上的频率通常被认为以上的频率通常被认为是微波频率，因此是微波频率，因此UHF的高端是属于微波段。的高端是属于微波段。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六12通信频率的分配通信频率的分配 超高频段
17、超高频段（Superhigh frequencies，简称，简称SHF）是）是3GHz30GHz范围内的信号，这是微波及卫星无线电通信系范围内的信号，这是微波及卫星无线电通信系统所使用的频率。统所使用的频率。极高频段极高频段（Extremely high frequencies，简称，简称EHF）是）是30GHz300GHz范围内的信号，随着通信技术的迅速发展，范围内的信号，随着通信技术的迅速发展，该波段也已经开始应用于无线电通信和卫星通信。该波段也已经开始应用于无线电通信和卫星通信。UHF、SHF、EHF三个频段是微波频段，三个频段是微波频段，EHF频段称之为毫米波频频段称之为毫米波频段，因
18、为该频率范围电磁波的波长在毫米范围。同时，人们段，因为该频率范围电磁波的波长在毫米范围。同时，人们将将0.3GHZ到（到（45GHZ）C波段称之为射频频段。波段称之为射频频段。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六12通信频率的分配通信频率的分配 红外红外（Infrared）是）是0.3THz300 THz范围内的电信号，范围内的电信号，用于热寻制导系统、遥控、电子摄影及天文文学。红外通常用于热寻制导系统、遥控、电子摄影及天文文学。红外通常不认为是无线电波，而认为是与热有关的电磁辐射射线。不认为是无线电波，而认为是与热有关的电磁辐射射线。可见光可见光（Vis
19、ible light）是人类可见范围）是人类可见范围0.3PHz3PHz内内的电磁波。使用于光波通信、光纤通信等，近年来已成为电的电磁波。使用于光波通信、光纤通信等，近年来已成为电子通信系统的一种重要传播媒体。子通信系统的一种重要传播媒体。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六 根据电信号传递的媒质不同，通信可分为有线通信和无根据电信号传递的媒质不同，通信可分为有线通信和无线通信两大类。线通信两大类。有线通信有线通信指电信号通过导线、电缆线、光缆线等有指电信号通过导线、电缆线、光缆线等有线媒质传递的。线媒质传递的。无线通信无线通信指电信号利用空间电磁波的传播
20、来作为媒指电信号利用空间电磁波的传播来作为媒质传递的。质传递的。13通信系统的组成通信系统的组成1通信系统的模型通信系统的模型第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六13通信系统的组成通信系统的组成1通信系统的模型通信系统的模型 发送端的信息源发送端的信息源的作用是把各种各样的消息变换成原始的的作用是把各种各样的消息变换成原始的电信号，即源电信号。电信号，即源电信号。信道信道就是传递电信号的媒质，对有线通信是指传输导线，就是传递电信号的媒质，对有线通信是指传输导线，电缆线，光纤电缆等，对无线通信是指空间传播电磁波。电缆线，光纤电缆等，对无线通信是指空间传播电磁
21、波。接收设备接收设备是将信道送来的已调载频电信号变换成原始电信是将信道送来的已调载频电信号变换成原始电信号，号，送给受信者。送给受信者。受信者受信者是将原始电信号变换成消息，这样就完成了消息的是将原始电信号变换成消息，这样就完成了消息的传递过程。传递过程。图图131 通信系统的模型通信系统的模型第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六13通信系统的组成通信系统的组成12模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以把通按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以把通信系统分为两类，即信系统分为两类，即模拟通信系统模拟通信系统
22、和和数字通信系统数字通信系统。图图132 模拟通信系统模型模拟通信系统模型模拟通信系统模拟通信系统传送的是模拟信号传送的是模拟信号,发送端的信息源是将要发送端的信息源是将要传送的话音、音乐、图像等连续变化的模拟信息，转变成连续传送的话音、音乐、图像等连续变化的模拟信息，转变成连续变化的原始电信号。变化的原始电信号。数字通信系统数字通信系统传输数字信号的，在发送端必须把由信息源传输数字信号的，在发送端必须把由信息源产生的连续变化的模拟基带信号，变换成离散的数字脉冲信号。产生的连续变化的模拟基带信号，变换成离散的数字脉冲信号。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期
23、六13通信系统的组成通信系统的组成12模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以把通按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以把通信系统分为两类，即信系统分为两类，即模拟通信系统模拟通信系统 和和数字通信系统数字通信系统。图图132 模拟通信系统模型模拟通信系统模型 基带信号基带信号频率较低携带信息的原始电信号。频率较低携带信息的原始电信号。调制调制把基带信号变换成频率较高，适合在信道中传输把基带信号变换成频率较高，适合在信道中传输的电信号的变换过程。的电信号的变换过程。调制器调制器实现调制功能的电路。实现调制功能的电路。第第1章章 电子通信概论电子通信
24、概论2022年年7月月23日星期六日星期六13通信系统的组成通信系统的组成12模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信 已调信号已调信号调制后的电信号，是携带信息且适合在信道调制后的电信号，是携带信息且适合在信道中传输的电信号。中传输的电信号。解调解调在接收端，为了获取所传输的信息，必须将信道在接收端，为了获取所传输的信息，必须将信道送来的已调信号，再变换成基带信号的变换过程。送来的已调信号，再变换成基带信号的变换过程。解调器解调器实现解调功能的电路。实现解调功能的电路。解调输出的基带信号，还必须由解调输出的基带信号，还必须由模拟终端模拟终端重新恢复成连重新恢复成连续变化的模拟信息续变化的模拟信息
25、(话音、音乐和图像等话音、音乐和图像等)。模拟通信系统模拟通信系统图图132 模拟通信系统模型模拟通信系统模型第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六13通信系统的组成通信系统的组成12模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信 在发送端必须把由信息源产生的连续变化的模拟基带信号，在发送端必须把由信息源产生的连续变化的模拟基带信号，变换成离散的变换成离散的数字脉冲信号数字脉冲信号.AD变换器变换器(ADC)是是用来用来完成上完成上述采样数字变换功能的电路。述采样数字变换功能的电路。为为提高数字信号的传输效果，增强抗干扰能力和便于计算提高数字信号的传输效果，增强抗干扰
26、能力和便于计算机处理，要对机处理，要对ADC输出的数字脉冲信号进行输出的数字脉冲信号进行编码处理。编码处理。为了使通信具有保密性，可以再对编码前的数字脉冲信号为了使通信具有保密性，可以再对编码前的数字脉冲信号先进行先进行加密加密处理。处理。经过这些处理以后就形成了经过这些处理以后就形成了数字基带信号数字基带信号m(t)，就可以送，就可以送入数字调制器中进行数字调制了。入数字调制器中进行数字调制了。图图133 数字通信系统模型数字通信系统模型第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六13通信系统的组成通信系统的组成12模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信 数字调制
27、器输出的带有数字信息的已调信号，是可以在数字调制器输出的带有数字信息的已调信号，是可以在信道信道中中传输的。接收端收到数字已调信号后，送入传输的。接收端收到数字已调信号后，送入解调器解调器解出原数字基带解出原数字基带信号信号m(t)。再经。再经译码译码、解密解密处理后恢复出处理后恢复出原始数字信号原始数字信号。然后，再。然后，再由由DA变换器变换器，即，即DAC变换成连续的变换成连续的原始模拟电信号原始模拟电信号。模拟电信。模拟电信号由号由模拟终端模拟终端恢复出所要获取的模拟信息。恢复出所要获取的模拟信息。在数字通信中有时往往所要获取的仅仅是数字信息，因而其终在数字通信中有时往往所要获取的仅仅
28、是数字信息，因而其终端也用端也用数字终端数字终端。图图133 数字通信系统模型数字通信系统模型第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六13通信系统的组成通信系统的组成13通信信道及其特性通信信道及其特性通信信道通信信道起着连接发射机和接收机的作用，现代通起着连接发射机和接收机的作用，现代通信系统的信道主要有如下四种：信系统的信道主要有如下四种：1、有线信道、有线信道：这里的有线信道是指现有的电话网络、双：这里的有线信道是指现有的电话网络、双绞线网络和同轴电缆网络等。绞线网络和同轴电缆网络等。2、光纤信道、光纤信道：光纤信道是近几年发展起来的宽带信道，：光纤信道
29、是近几年发展起来的宽带信道，其信道带宽要比同轴电缆的带宽高出好几个数量级。其信道带宽要比同轴电缆的带宽高出好几个数量级。光纤通信的发展有赖于光电子器件和光集成电路的光纤通信的发展有赖于光电子器件和光集成电路的研发。由于光纤的信道带宽极宽，可以为用户提供语音、研发。由于光纤的信道带宽极宽，可以为用户提供语音、数据、传真、图像和视频等一系列服务，以后光纤信道将数据、传真、图像和视频等一系列服务，以后光纤信道将会逐步取代电话网络中的有线信道。会逐步取代电话网络中的有线信道。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六13通信系统的组成通信系统的组成13通信信道及其特性通
30、信信道及其特性3、无线电磁信道、无线电磁信道：在无线通信系统中电磁能量是靠天线：在无线通信系统中电磁能量是靠天线辐射产生电磁场波在空中传播的，电磁场波在空中的传播辐射产生电磁场波在空中传播的，电磁场波在空中的传播通常有三种传播模式，即地波、天波和视线直射波等。通常有三种传播模式，即地波、天波和视线直射波等。1）地波：地波：当频率较低时（当频率较低时（0.33MHZ），地波是主要的传），地波是主要的传播模式，最大传播距离可达播模式，最大传播距离可达160公里。而此时大气噪声，公里。而此时大气噪声，工业干扰噪声和接收机电子器件热噪声是信道的主要干扰。工业干扰噪声和接收机电子器件热噪声是信道的主要干
31、扰。2）天波：天波：天波是由电离层反射实现传播的模式，它的频天波是由电离层反射实现传播的模式，它的频率主要在率主要在230MHZ的短波段为主，传输距离可达数百公的短波段为主，传输距离可达数百公里以上。里以上。3）视线直射波：视线直射波：在频率很高时，电磁波以视线直射的方在频率很高时，电磁波以视线直射的方式传播。对地面通信系统，发射和天线之间必须要求直接式传播。对地面通信系统，发射和天线之间必须要求直接可视而无障碍。频率达到红外和可见光区的电磁波，可被可视而无障碍。频率达到红外和可见光区的电磁波，可被用于视线光通信，如卫星通信系统等。用于视线光通信，如卫星通信系统等。第第1章章 电子通信概论电子
32、通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六13通信系统的组成通信系统的组成13通信信道及其特性通信信道及其特性4、水下声频信道、水下声频信道：目前海洋勘探活动愈来愈多，实践中：目前海洋勘探活动愈来愈多，实践中必须将水下传感器收集的数据传到海面，然后通过卫星转必须将水下传感器收集的数据传到海面，然后通过卫星转发到数据收集中心。发到数据收集中心。电磁波在水下只能传播很短的距离，相反，声波信电磁波在水下只能传播很短的距离，相反，声波信号可以传播几十到几百公里。号可以传播几十到几百公里。因此，水下只能采用声波信道实现通信。例如水下因此，水下只能采用声波信道实现通信。例如水下的声纳通信系统，海军的舰
33、船水下通信，鱼雷的通信和控的声纳通信系统，海军的舰船水下通信，鱼雷的通信和控制等都采用水下声频信道。制等都采用水下声频信道。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六13通信系统的组成通信系统的组成14 信息带宽与信息带宽与信道信道带宽带宽带宽带宽和和信噪比信噪比是通信系统的两个重要性能指标。是通信系统的两个重要性能指标。信息带宽：信息带宽：该信号中包含的最高和最低频率之差。该信号中包含的最高和最低频率之差。通信信道的带宽：通信信道的带宽：该信道允许通过的最高频率和最低之差该信道允许通过的最高频率和最低之差(即即通带通带)。实践中，通信信道的带宽必须足够大。实践
34、中，通信信道的带宽必须足够大(宽宽)，以保证能通，以保证能通过所有的信息频率。过所有的信息频率。信息带宽还与已调信号的调制方式有关。信息带宽还与已调信号的调制方式有关。对不同的已调信号应根据需要选用相应的通信信道带宽。对不同的已调信号应根据需要选用相应的通信信道带宽。通信系统的信道带宽通常简称系统带宽。系统带宽和信息带宽通信系统的信道带宽通常简称系统带宽。系统带宽和信息带宽都用符号都用符号B表示，单位为赫兹表示，单位为赫兹(Hz)。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六13通信系统的组成通信系统的组成15通信方式通信方式图图134 通信方式示意图通信方式示意
35、图 如果通信仅在如果通信仅在点与点点与点之之间进行，按消息传送的间进行，按消息传送的方向方向与时间与时间，通信的方式分为，通信的方式分为:1.单工通信：单工通信：指消息只指消息只能单方向进行传输的工作方能单方向进行传输的工作方式。式。2.半双工通信：半双工通信：指通信指通信双方都能收发消息，但不能双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。同时进行收和发的工作方式。3.全双工通信：全双工通信：通信双通信双方可同时进行双向传输消息方可同时进行双向传输消息的工作方式。的工作方式。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六14调制解调的提出调制解调的提出 通信系
36、统是通信系统是点对点点对点和和一点对多点一点对多点使用电子电路传输、使用电子电路传输、接收和处理电子信息的过程。接收和处理电子信息的过程。通信中需要调制的原因通信中需要调制的原因：1、基带信号是携带信息的基带信号是携带信息的低频信号低频信号，要想从天线上以，要想从天线上以电磁能量形成辐射传送是很困难的；电磁能量形成辐射传送是很困难的；2、通常传送各种信息的基带信号几乎是通常传送各种信息的基带信号几乎是占有相同的频占有相同的频带带，若要同时发射必然会相互干扰，无法接收。若要同时发射必然会相互干扰，无法接收。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六14调制解调的提
37、出调制解调的提出 实用中的调幅（实用中的调幅（AM）或调频（）或调频（FM）广播电台在播）广播电台在播送语音及音乐信号时，将送语音及音乐信号时，将0.3KHz15KHz的频率范围的基的频率范围的基带信号调制到可以从天线上以电磁能量辐射传送的高频振带信号调制到可以从天线上以电磁能量辐射传送的高频振荡上来实现广播的。这种可以辐射的高频振荡称之荡上来实现广播的。这种可以辐射的高频振荡称之射频射频，它可以受基带信号的它可以受基带信号的调制调制，又称之，又称之载频载频（或（或载波载波）。）。载波在调制器中被基带信号调制以后，就转换成具有载波在调制器中被基带信号调制以后，就转换成具有一定带宽的一定带宽的已
38、调波已调波，这也就需要具有一定带宽的，这也就需要具有一定带宽的频道频道来传来传送。送。AM广播广播中每个频道占有带宽约为中每个频道占有带宽约为10KHz；FM广播广播中的频道则占有带宽约为中的频道则占有带宽约为150KHz；微波和卫星通信微波和卫星通信则需要则需要30MHz以上带宽。以上带宽。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六14调制解调的提出调制解调的提出)sin()(tUtumf 2 射频载波信号射频载波信号是一个电压或电流的时变正弦信号，它的电是一个电压或电流的时变正弦信号，它的电压正弦高频振荡可以用如下关系式表达：压正弦高频振荡可以用如下关系式表
39、达：)(tu时变正弦电压信号。时变正弦电压信号。mU正弦电压信号的峰值幅度（伏特正弦电压信号的峰值幅度（伏特V）f正弦电压信号的频率（赫兹正弦电压信号的频率（赫兹Hz）正弦电压信号的相位（弧度正弦电压信号的相位（弧度rad）第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六14调制解调的提出调制解调的提出)sin()(tUtum 如果基带调制信号是模拟的如果基带调制信号是模拟的，且载波的，且载波的幅度幅度Um受控于基受控于基带调制信号正比变化，则产生带调制信号正比变化，则产生幅度调制幅度调制AM，其中载波的角频，其中载波的角频率率 和相位和相位 保持恒值。保持恒值。当载
40、波的当载波的角频率角频率 受控于基带调制信号正比变化，则产受控于基带调制信号正比变化，则产生生频率调制频率调制FM。该调制。该调制FM波的幅度波的幅度Um和相位和相位 则保持恒值。则保持恒值。当载波的当载波的相位相位 受控于基带调制相位正比变化时，则产受控于基带调制相位正比变化时，则产生生相位调制相位调制PM，此时，此时PM波的波的Um和和也将保持不变。也将保持不变。射频载波信号射频载波信号第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六 14调制解调的提出调制解调的提出 如果基带调制信号是数字的如果基带调制信号是数字的，且载波的且载波的幅度幅度Um 随数字基随数字基
41、带信号带信号m(t)正比变化，则产生的数字已调信号称为正比变化，则产生的数字已调信号称为移幅键控移幅键控ASK信号。信号。若载波的若载波的角角频率频率正比变化，正比变化，随随m(t)正比变化，则产生正比变化，则产生的已调信号为的已调信号为移频键控移频键控FSK信号。信号。若载波的若载波的相位相位随随m(t)正比变化，则产生的已调信号是正比变化，则产生的已调信号是移移相键控相键控PSK信号。信号。如果载频的如果载频的幅度幅度和和相位相位两者随数字基带信号正比变化，两者随数字基带信号正比变化，则所产生的已调信号是则所产生的已调信号是正交幅度调制正交幅度调制QAM。)sin()(tUtum 射频载波
42、信号射频载波信号第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六14调制解调的提出调制解调的提出)sin()(tUtum调制信号调制信号 实现调制实现调制)(tu 模拟模拟AM FM PM ASK FSK PSKQAM)(tm数字数字第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六14调制解调的提出调制解调的提出 在接收机中，已调信号被放大、变频、中放后，必须通在接收机中，已调信号被放大、变频、中放后，必须通过解调从已调波中恢复出基带信号。然后，将恢复出的基带过解调从已调波中恢复出基带信号。然后，将恢复出的基带信号再放大后送给受信者处理。因此
43、，信号再放大后送给受信者处理。因此，解调解调也是通信中必需也是通信中必需的一项技术。的一项技术。解调解调是将已调波变换为携带信息的基带信号，它是调是将已调波变换为携带信息的基带信号，它是调制的逆过程。制的逆过程。对应调制也应该有对应调制也应该有AM解调解调(包络检波和同步检波包络检波和同步检波)、FM解调解调(鉴频鉴频)、PM解调解调(鉴相鉴相)以及各种数字解调等。以及各种数字解调等。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六 15 噪声系数与接收灵敏度噪声系数与接收灵敏度 151 噪声噪声 噪声噪声是指落入信息信号通带内的任何不需要的信是指落入信息信号通带内的
44、任何不需要的信号。失真和干扰从定义的角度来讲，也应属于噪声范畴。号。失真和干扰从定义的角度来讲，也应属于噪声范畴。图图151 噪声对信号的影响噪声对信号的影响 干扰干扰由系统外部产生的噪声。由系统外部产生的噪声。失真失真(线性失真和非线性失真线性失真和非线性失真)则是由系统电路产生的，则是由系统电路产生的，当然系统电路也会产生内部噪声。当然系统电路也会产生内部噪声。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六15 噪声系数与接收灵敏度噪声系数与接收灵敏度151噪声噪声噪声噪声非相关噪声非相关噪声:相关噪声相关噪声:无论信息信号是否出现无论信息信号是否出现,在任何时
45、间都存在在任何时间都存在仅在信息信号出现时产生，信号的失真和无仅在信息信号出现时产生，信号的失真和无用信号的干扰等都属于相关噪声。用信号的干扰等都属于相关噪声。非相关噪声还可以划分为外部噪声和内部噪声两大类非相关噪声还可以划分为外部噪声和内部噪声两大类.1、外部噪声：、外部噪声：外部噪声是由系统外部产生的噪声。外部噪声是由系统外部产生的噪声。其主要来源有：其主要来源有：大气噪声大气噪声、宇宙噪声宇宙噪声和和人为噪声人为噪声(工业干工业干扰扰)。外部噪声又称外界环境噪声，它是通过通信系统的天线外部噪声又称外界环境噪声，它是通过通信系统的天线进入而形成干扰的。进入而形成干扰的。第第1章章 电子通信
46、概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六15 噪声系数与接收灵敏度噪声系数与接收灵敏度151噪声噪声图图152 多种源的平均无线电噪声功率谱多种源的平均无线电噪声功率谱密度，确定了通信接收机的噪声系数密度，确定了通信接收机的噪声系数第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六 15 噪声系数与接收灵敏度噪声系数与接收灵敏度 151噪声噪声 2、内部噪声、内部噪声:内部噪声主要来自通信系统内部电路器件，电路中内部噪声主要来自通信系统内部电路器件，电路中的电阻是无源器件噪声源，而二极管、晶体三极管和场的电阻是无源器件噪声源，而二极管、晶体三极管和场效应管
47、等则是有源器件噪声源。效应管等则是有源器件噪声源。这些噪声源所产生的噪声可分为这些噪声源所产生的噪声可分为热噪声热噪声、散粒噪声散粒噪声、分配噪声分配噪声和和闪烁噪声闪烁噪声等等 散粒噪声、分配噪声和闪烁噪声等是由有源器件产散粒噪声、分配噪声和闪烁噪声等是由有源器件产生的。生的。热噪声则在无源和有源器件中都会出现。热噪声则在无源和有源器件中都会出现。第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六 15噪声系数与接收灵敏度噪声系数与接收灵敏度 152电阻热噪声电阻热噪声 1、热噪声、热噪声:热噪声热噪声(布朗噪声布朗噪声)由电阻由电阻(或导体或导体)内的自由电子热运内
48、的自由电子热运动产生的。自由电子的热运动是随机运动。动产生的。自由电子的热运动是随机运动。1927年贝尔实验室的约翰逊（年贝尔实验室的约翰逊（JBJohnson）通过实）通过实验证明了热噪声的平均功率正比于带宽和温度的乘积验证明了热噪声的平均功率正比于带宽和温度的乘积:kTBN N噪声功率（即噪声平均功率，单位噪声功率（即噪声平均功率，单位W）；）；B带宽（带宽（Hz）；）；KJk/1038.123 T绝对温度（绝对温度（K）（室温）（室温=27+273=300K）在绝对温度为零时，没有自由电子随机运动，即热噪声为零。在绝对温度为零时，没有自由电子随机运动，即热噪声为零。第第1章章 电子通信概
49、论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六 15噪声系数与接收灵敏度噪声系数与接收灵敏度 152电阻热噪声电阻热噪声 1、热噪声、热噪声:工程中噪声功率常用对数函数功率单位工程中噪声功率常用对数函数功率单位dBm表示，一个表示，一个dBm的对数函数表达式为：的对数函数表达式为：001.0lg10)(kTBNdBm 由式中可知，由式中可知，1mV功率为功率为0dBm。N1mw时，时，dBm为正，为正，N1mw时，则时，则dBm为负值。为负值。BkTlg10001.0lg10 在室温在室温17，对任何带宽的噪声功率可用下式计算，对任何带宽的噪声功率可用下式计算)(lg10174)(mdB
50、mdBBN 第第1章章 电子通信概论电子通信概论2022年年7月月23日星期六日星期六15 噪声系数与接收灵敏度噪声系数与接收灵敏度152电阻热噪声电阻热噪声 1、热噪声、热噪声:001.0lg10)(kTBNdBm BkTlg10001.0lg10 讨论讨论:1、在整个频段内，当温度一定时，在固定带宽的任何、在整个频段内，当温度一定时，在固定带宽的任何频率范围，其热噪声功率是个定值。也就是说，在工作频频率范围，其热噪声功率是个定值。也就是说，在工作频段内段内热噪声热噪声的功率的功率在频谱上是均匀分布在频谱上是均匀分布的。因此，工程中的。因此，工程中又把功率频谱密度均匀分布的热噪声，称之又把功
