1、MSC/VLRBase StationSubsystemGMSCNetwork SubsystemAUCEIRHLROther NetworksNote:Interfaces have been omitted for clarity purposes.GGSNSGSNBTSBSCNodeBRNCRNSUTRANSIMMEUSIMME+PSTNPLMNInternetMSC/VLRBase StationSubsystemGMSCNetwork SubsystemAUCEIRHLROther NetworksNote:Interfaces have been omitted for clari
2、ty purposes.GGSNSGSNBTSBSCNodeBRNCRNSUTRANSIMMEUSIMME+PSTNPLMNInternetMSC/VLRBase StationSubsystemGMSCNetwork SubsystemAUCEIRHLROther NetworksNote:Interfaces have been omitted for clarity purposes.GGSNSGSNBTSBSCNodeBRNCRNSUTRANSIMMEUSIMME+PSTNPLMNInternet单元一单元一 射频通信电路的基本概射频通信电路的基本概念念这门课主要研究什么问题？这门课主
3、要研究什么问题？主要研究射频技术在通信系统的应用，了解通信系统的基本概念、主要研究射频技术在通信系统的应用，了解通信系统的基本概念、通信系统发送与接收设备基本电路以及电路的基本分析方法通信系统发送与接收设备基本电路以及电路的基本分析方法图.系统实例什么是射频什么是射频-高频（高频（Radio Frequency）（300K-30MHz）具有远距离传输能力的高频电磁波具有远距离传输能力的高频电磁波-射频射频 信息信息AB通信发展历史与展望通信发展历史与展望长城上的烽火台就起着“信息源”的作用，白日以烟、夜晚以火作为传递信息的媒介。明代规定，来敌百人左右，一烟一炮示之；五百人二烟二炮；千人以上，三
4、烟三炮；五千人以上五烟五炮。这种信息传递，既定性（敌人来犯），又定量（来敌人数）图.t镇北台-古长城最大的烽火台驿传驿传烽火台烽火台 传递信息传递信息历史历史1876年贝尔发明了电话有线通信 1835年电报 美国发明家 莫尔斯电码-电信时代的序幕点、划、空组合1895年意大利人马克尼和俄国人波波夫利用电磁波实现了射频无线通信。模拟模拟数字数字图.GSM手机图 模拟电视图 数字电视抗干扰能力强抗干扰能力强可以远距离传输（再生）可以远距离传输（再生）数字信号易处理数字信号易处理发展发展图.早期大哥大手机 是一种无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写是一种无线通信技术，可通过无线电讯号识别
5、特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触 无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池；也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波（调成无线电频率的电磁场）。标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。许多行业都运用了射频识别技术。将标签附着在一辆正在生产中的汽车，厂方便可以追踪此车在生产线上的进度。仓库
6、可以追踪药品的所在。射频标签也可以附于牲畜与宠物上，方便对牲畜与宠物的积极识别（积极识别意思是防止数只牲畜使用同一个身份）。射频识别的身份识别卡可以使员工得以进入建筑锁住的部分，汽车上的射频应答器也可以用来征收收费路段与停车场的费用。在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。教学导航教学导航知识重点知识重点1.1.射频电路的特点射频电
7、路的特点2.2.通信系统收发框图通信系统收发框图3.3.周期性信号的傅立叶级数变换分析法周期性信号的傅立叶级数变换分析法知识难点知识难点1.1.调制调制,混频的概念混频的概念2.2.傅立叶级数分析傅立叶级数分析推荐教学方式推荐教学方式1.1.结合通信系统实例进行系统框图的讲解结合通信系统实例进行系统框图的讲解2.2.结合仿真演示信号的频谱结合仿真演示信号的频谱建议学时建议学时6 6学时学时推荐学习方法推荐学习方法1.1.以系统框图为主线，了解通信系统收发内部各以系统框图为主线，了解通信系统收发内部各部分完成的功能。部分完成的功能。2.2.借助实验仪器学习常用信号的频谱分析借助实验仪器学习常用信
8、号的频谱分析必须掌握的技能必须掌握的技能数字存储示波器数字存储示波器,DDS,DDS函数信号发生器，扫频仪仪函数信号发生器，扫频仪仪器使用器使用单元一单元一 射频通信电路的基本概念射频通信电路的基本概念2.从它处理的信号频率角度来说，发送和接收的信号，是高频信号；从它处理的信号频率角度来说，发送和接收的信号，是高频信号；1.在一个射频通信系统中研究问题。在一个射频通信系统中研究问题。3.输出信号和输入信号频率不同；输出信号中有新频率成分产生；输出信号和输入信号频率不同；输出信号中有新频率成分产生；设备电路设备电路fifo线性电路线性电路 fi,fi非线性电路非线性电路 fi,fi,f1,f2,
9、f3 11射频电路的基本特点射频电路的基本特点4.杂散参数杂散参数(如引线电感、分布电容如引线电感、分布电容)对电路影响严重，甚至会引起电路的不对电路影响严重，甚至会引起电路的不 稳定稳定,有时为了防止分布电容形成寄生耦合及电感的电磁辐射产生的寄生耦合，有时为了防止分布电容形成寄生耦合及电感的电磁辐射产生的寄生耦合，高频电路还必须考虑良好、合理的屏蔽高频电路还必须考虑良好、合理的屏蔽,及布线合理。及布线合理。在本教材中，阐述的各部分高频电子线路，除高频小信号谐振放大在本教材中，阐述的各部分高频电子线路，除高频小信号谐振放大器外，都是非线性电路。相对于线性电子线路的分析方法来说，非线性器外，都是
10、非线性电路。相对于线性电子线路的分析方法来说，非线性电子线路的分析方法更加复杂。数学知识要求较多电子线路的分析方法更加复杂。数学知识要求较多电感LRCRR电阻LCRCC(a)阻抗频率 f(b)0电容片状电容在射频电路中，可用于滤波器调频，片状电容在射频电路中，可用于滤波器调频，匹配电路等，有必要了解它的高频特性。匹配电路等，有必要了解它的高频特性。右图描绘了电阻的阻值与频率的关系右图描绘了电阻的阻值与频率的关系:如图所示如图所示:低频时电阻的阻抗是低频时电阻的阻抗是R,然而当频率升高超过然而当频率升高超过一定值时一定值时,寄生电容的影响成为主要的寄生电容的影响成为主要的,当频当频率继续升高时率
11、继续升高时,由于引线电感的影响由于引线电感的影响,总的阻总的阻抗上升。抗上升。图.1K电阻的阻值与频率的关系LRCRR典型的1PF电容绝对值与频率的关系电容显示出与电阻同电容显示出与电阻同样的谐振特性样的谐振特性LCRCC(a)阻抗频率 f(b)0电感阻抗与频率的关系 当频率接近谐振点时，当频率接近谐振点时，阻抗迅速增加，频率继续提阻抗迅速增加，频率继续提高，寄生电容的影响是主要高，寄生电容的影响是主要的，线圈电感的阻抗逐渐降的，线圈电感的阻抗逐渐降低。低。贴片电容贴片电容贴片电感贴片电感贴片电阻贴片电阻解决射频影响解决射频影响:元器件元器件 而对高频电路来说，要克服印刷电路的电感效应，就而对
12、高频电路来说，要克服印刷电路的电感效应，就要要“就近接地就近接地”，即多点接地，设计电路板时使用大面积，即多点接地，设计电路板时使用大面积的接地区域。的接地区域。电路的布线最好按照信号的流向采用全直线电路的布线最好按照信号的流向采用全直线,需要转折时可需要转折时可用用45折线或圆弧曲线来完成折线或圆弧曲线来完成,这样可以减少高频信号对这样可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。高频信号线的布线应尽可能短。外的发射和相互间的耦合。高频信号线的布线应尽可能短。要根据电路的工作频率要根据电路的工作频率,合理地选择信号线布线的长度合理地选择信号线布线的长度,这这样可以减少分布参数样可以减少分布参数,
13、降低信号的损耗。制作双面板时降低信号的损耗。制作双面板时,在在相邻的两个层面上布线最好相互垂直、斜交或弯曲相交。相邻的两个层面上布线最好相互垂直、斜交或弯曲相交。避免相互平行避免相互平行,这样可以减少相互干扰和寄生耦合。这样可以减少相互干扰和寄生耦合。布线布线:下面我们通过一个例子来说明不同频率下分布电容和分布电感对电路的影响。例1-1分布电容C=10pF，计算1kHz、1MHz、1GHz时分布电容的容抗 XC。解：根据容抗计算公式我们可以知道：fCCXc211 三种频率下的容抗分别为15.9M、15.9k、15.9。对于10pF的分布电容，从计算结果我们发现当频率低时，分布电容的阻抗很高，并
14、联效应可以忽略不计，但当频率高达1GHz时，分布电容的容抗值已经与高频电路中常用的50阻抗匹配相近，从而会改变电抗特性，因此必须要考虑分布电容的并联影响。同理，对于分布电感也是一样，因此在射频电路中随着频率的增高，分布电容和分布电感的影响越来越大，在设计时能很好的解决这方面问题，才能设计出性能优良的电路。而对于更高频率的信号，我们还要通过传输线理论来分析问题，由于传输线理论讨论的基本都是微波频段，因此这里不再详细介绍。通信系统基本组成框图通信系统基本组成框图 建立系统的概念课程主要内容图.通信系统基本组成框图12射频通信系统的组成射频通信系统的组成传输媒质传输媒质 信息源信息源 信源信源发送设
15、备发送设备接收设备接收设备 终端装置终端装置 信宿信宿信道信道信息源：信息源：经传送的信息（如声音或图像）所转换成的微弱经传送的信息（如声音或图像）所转换成的微弱 电信号；即必电信号；即必 须有换能器（如话筒或摄像机）基带信号须有换能器（如话筒或摄像机）基带信号 发送设备：发送设备：将微弱电信号变成适合于信道传输的信号，然后送入信道；调将微弱电信号变成适合于信道传输的信号，然后送入信道；调 制是最常见的变换方式。对数字通信系统，发送设备常常又包制是最常见的变换方式。对数字通信系统，发送设备常常又包 括编码器与调制器。括编码器与调制器。传输媒质：传输媒质：信号传输的通道；导线或光纤或传输电磁波的
16、自由空间；信号传输的通道；导线或光纤或传输电磁波的自由空间；干扰源：干扰源：干扰源是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，干扰的来源是干扰源是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，干扰的来源是 多样的，它可分为内部干扰和外部干扰，而且外部干扰往往是从信多样的，它可分为内部干扰和外部干扰，而且外部干扰往往是从信 道引入的，因此，为了分析方便，把干扰源视为各处干扰的集中表道引入的，因此，为了分析方便，把干扰源视为各处干扰的集中表 现而抽象加入到信道。现而抽象加入到信道。接收设备：接收设备：把有用信号从众多信号和噪声中选取出来；把有用信号从众多信号和噪声中选取出来；终端装置：终端装置：将接收设备接收
17、到的电信号再还原成原始信息：将接收设备接收到的电信号再还原成原始信息：如扬声器或显像管等；如扬声器或显像管等；各部分功能：各部分功能：电视传输系统电视传输系统图.电视传输系统 直接发送无线电波的问题：直接发送无线电波的问题：1.由天线理论可知，要将无线电信号有效地发射，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级由天线理论可知，要将无线电信号有效地发射，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级 (1/10-1)。原始电信号一般是低频信号，原始电信号一般是低频信号，如语音信号频率范围如语音信号频率范围 f:20Hz-20KHz =c/f 20kHz=15Km 20Hz=1.5X104 Km 波长很长
18、。要制造出相应的巨大天线是不现实的。波长很长。要制造出相应的巨大天线是不现实的。2.若各发射台发射的均为同一频段的低频信号，信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法接收信号。若各发射台发射的均为同一频段的低频信号，信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法接收信号。解决：要调制解决：要调制频谱搬移频谱搬移上海台上海台南京台南京台中央台中央台重叠重叠频谱搬移频谱搬移上海台上海台南京台南京台中央台中央台无线电信号的发射与接收无线电信号的发射与接收调制调制调制的概念调制的概念低频信号低频信号加载加载高频振荡信号高频振荡信号调制信号载波信号u=UmcostuC=UCmcos(ct+0)uC=UCmcos(c
19、t+0)调幅调相调频例例:调幅调幅已调波已调波调频调频已调波已调波调制方式分类调制方式分类:模拟调制模拟调制连续波连续波 AM 调幅调幅 FM 调频调频 PM 调相调相uC=UCmcos(ct+0)连续波调制连续波调制脉冲波调制脉冲波调制PAM,PWM,PPM,PCM数字调制数字调制ASK,FSK,PSK脉幅脉幅脉宽脉宽脉位脉位移幅键控移幅键控移频键控移频键控移相键控移相键控调制的好处：调制的好处：采用调制方式以后，由于传送的是高频振荡信号，所需天线尺寸便可采用调制方式以后，由于传送的是高频振荡信号，所需天线尺寸便可大大下降。大大下降。同时，不同的发射台可以采用不同频率的高频振荡信号作为载波，
20、这同时，不同的发射台可以采用不同频率的高频振荡信号作为载波，这样在频谱上就可以互相区分开了。样在频谱上就可以互相区分开了。为了有效地进行信号传输，必须采用几百为了有效地进行信号传输，必须采用几百kHz以上的高频振荡信号以上的高频振荡信号作为载体，将携带信息的低频电信号作为载体，将携带信息的低频电信号“装载装载”到高频振荡信号上到高频振荡信号上(这这一过一过 程称为调制程称为调制)，然后经天线发送出去。，然后经天线发送出去。解调解调 从高频已调波信号中从高频已调波信号中“取出取出”调制信号的过程称为解调；根据已调波的调制信号的过程称为解调；根据已调波的不同分为：不同分为：检波：对调幅波的解调；检
21、波：对调幅波的解调；Detection鉴频：对调频波的解调；鉴频：对调频波的解调；Frequency Detection鉴相：对调相波的解调；鉴相：对调相波的解调；Phase Detection解调解调传输媒质传输媒质 信号源信号源发送设备发送设备接收设备接收设备 终端装置终端装置图 通信系统基本组成框图 基带信号基带信号已调信号已调信号已调信号已调信号基带信号基带信号调制调制未经调制的高频振荡信号称为载波信号，低频电信号称为调未经调制的高频振荡信号称为载波信号，低频电信号称为调制信号（又称基带信号），经过调制的高频振荡信号称为已调制信号（又称基带信号），经过调制的高频振荡信号称为已调波信号。
22、波信号。连续波的调制方式有连续波的调制方式有AM,FM,PM基带信号是宽带信号，即该信号频谱范围的上限频率和下限基带信号是宽带信号，即该信号频谱范围的上限频率和下限频率的差与下限频率的比远大于频率的差与下限频率的比远大于1；已调信号是窄带信号。宽带信号与窄带信号是相对而言的。已调信号是窄带信号。宽带信号与窄带信号是相对而言的。总结总结:振荡器振荡器高频放大器高频放大器倍频器倍频器高频功放高频功放及调制及调制话筒话筒调制信号调制信号 放大器放大器#无线电发送设备的组成无线电发送设备的组成图.超外差式无线电发射机的框图发送设备各部分功能发送设备各部分功能高频振荡器：产生频率稳定的高频信号即载波；高
23、频振荡器：产生频率稳定的高频信号即载波；高放或倍频器：放大载波信号，如果频率不够高，应通过倍频器使之达到所高放或倍频器：放大载波信号，如果频率不够高，应通过倍频器使之达到所要求的频率，由多级谐振器组成；要求的频率，由多级谐振器组成；调制器：将调制信号装载到载波信号上，产生已调波；调制器：将调制信号装载到载波信号上，产生已调波；高频高放：将已调波进行功率放大，获得足够的发射功率；通过天线发射出高频高放：将已调波进行功率放大，获得足够的发射功率；通过天线发射出去；去；话筒：将声音变成微弱的电信号；话筒：将声音变成微弱的电信号；低放：将微弱电信号进行放大；低放：将微弱电信号进行放大；本机本机振荡器振
24、荡器 高频高频放大器放大器 混频器混频器 中频中频放大器放大器 振幅振幅检波器检波器 低频低频放大器放大器图.超外差式无线电接收机的框图 无线电接收设备的组成框图无线电接收设备的组成框图接收设备各部分功能接收设备各部分功能n高频放大器高频放大器从天线接收到的信号中选择出所需的信号并放从天线接收到的信号中选择出所需的信号并放大；得到频率为大；得到频率为fs的高频调幅波；的高频调幅波；n本地振荡器本地振荡器用来产生用来产生fL=fc fI的高频等幅振荡信号。的高频等幅振荡信号。n混频器混频器将其与本地振荡器提供的频率为将其与本地振荡器提供的频率为fL的信号混频，产的信号混频，产生频率为生频率为fI
25、的中频信号。的中频信号。n中频放大器中频放大器是中心频率是中心频率fI固定的放大器，进一步滤除无用固定的放大器，进一步滤除无用信号。信号。n检波器检波器(解调器解调器)将得到的中频调制信号变换为原基带信号，将得到的中频调制信号变换为原基带信号，再经低频或视频放大器放大后从扬声器或显象管输出。再经低频或视频放大器放大后从扬声器或显象管输出。返回返回 接收设备的第一级是高频放大器。由于由发送设备发出的信号接收设备的第一级是高频放大器。由于由发送设备发出的信号经过长距离的传播，受到很大的衰减，能量受到很大的损失，同时经过长距离的传播，受到很大的衰减，能量受到很大的损失，同时还受到传输过程中来自各方面
26、的干扰和噪声。当到达接收设备时，还受到传输过程中来自各方面的干扰和噪声。当到达接收设备时，信号是很微弱的，因而需要经过放大器的放大，并且，高频放大器信号是很微弱的，因而需要经过放大器的放大，并且，高频放大器的窄带特性同时滤除一部分带外的噪声和干扰。高频放大器的输出的窄带特性同时滤除一部分带外的噪声和干扰。高频放大器的输出是载频为是载频为fc的已调信号，经过混频器，的已调信号，经过混频器，接收过程：接收过程：与本地振荡器提供的频率为与本地振荡器提供的频率为fL的信号的信号混频混频，产生频率为，产生频率为fI的中频的中频信号。中频信号经中频放大器放大，送到信号。中频信号经中频放大器放大，送到解调器
27、解调器，恢复原基带信号，恢复原基带信号，再经低频放大器放大后输出。再经低频放大器放大后输出。高频放大器、中频放大器都是小信号高频放大器、中频放大器都是小信号谐振放大器，功率放大器是谐振功率放大器谐振放大器，功率放大器是谐振功率放大器，调制器和解调器进行，调制器和解调器进行幅度调制、角度调制和它们的解调。上述电路以及振荡器、混频器幅度调制、角度调制和它们的解调。上述电路以及振荡器、混频器都是本课程所讨论的重点。都是本课程所讨论的重点。消息消息(message)(message)中有意义的内容。中有意义的内容。“信息信息”指人们得到的指人们得到的“消息消息”，即原来不知道的知识，即原来不知道的知识
28、,反映了反映了人们人们 知识状态的改变。知识状态的改变。信息的多样性信息的多样性:语言、文字、数据、图象语言、文字、数据、图象 信息有量的大小：信息有量的大小：信息量信息量1.3 1.3 信号与频谱信号与频谱 通常人们把信息的具体物理表现形式称为信号。信号是信通常人们把信息的具体物理表现形式称为信号。信号是信息的载体，通过信号传递信息。息的载体，通过信号传递信息。()广义：信号是随时间变化的某种物理量。广义：信号是随时间变化的某种物理量。()数学：信号可视作一个或多个自变量的函数。数学：信号可视作一个或多个自变量的函数。*example:声信号、光信号、文字、图像、电信号等声信号、光信号、文字
29、、图像、电信号等为了有效地传播和利用信息，常常需将信息转换成便于传输和处理为了有效地传播和利用信息，常常需将信息转换成便于传输和处理的电信号的电信号,可以迅速远距离传输并且能十分方便的对其进行加工变可以迅速远距离传输并且能十分方便的对其进行加工变换。换。(1)正弦信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：正弦信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：m0sinu tUt信号举例信号举例:t u(t)O Um t0 t1 t2 式中，式中，U Um m为正弦波正向或负向最大值，称为振幅，单位为为正弦波正向或负向最大值，称为振幅，单位为V V（伏特）；（伏特）；=2=2 f f 为为角频率，单
30、位为角频率，单位为rad/srad/s（弧度（弧度/秒）；秒）；f=1/Tf=1/T为频率，单位为为频率，单位为HzHz（赫兹）；（赫兹）；T=tT=t1 1 t t0 0为周为周期，单位为期，单位为s s（秒）；（秒）；0 0=t t0 0为初相位，单位为为初相位，单位为radrad（弧度）。（弧度）。由于余弦信号与正弦信号的波形变化规律完全一致，因此常把正弦和余弦信号均称由于余弦信号与正弦信号的波形变化规律完全一致，因此常把正弦和余弦信号均称为正弦波信号。正弦信号是最常用的信号之一，常用作为为正弦波信号。正弦信号是最常用的信号之一，常用作为标准信号源、系统与设备的标准信号源、系统与设备的标
31、准测试信号或信息传输的载体。标准测试信号或信息传输的载体。(2)(2)矩形波信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：矩形波信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：，21021021m10mnnTttnTtUnnTttnTtUtu t u(t)O Um t0 t2 t4 t1 t3 式中，Um为矩形波正向或负向最大值；T=t2t0为周期；f=1/T为频率。通常把矩形波信号一个周期内正向值持续的时间所占的比例称为占空比，用Don表示%100-01onTttD若占空比为若占空比为50%，则该矩形波称为方波。，则该矩形波称为方波。矩形波信号常用作为矩形波信号常用作为开关信号、时间开关信号、时间
32、（时序）控制信号等，在数字系统和设备中有着较为广泛的应用（时序）控制信号等，在数字系统和设备中有着较为广泛的应用。(3)锯齿波信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：锯齿波信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：，2102210253435m31213mnnTttnTtttttUnnTttnTtttttUtutu(t)Umt0t3t1t4t2t5%100-35upTttD式中，式中，Um为锯齿波正向或负向最大值；为锯齿波正向或负向最大值；T=t4 t0=t5 t1为周期；为周期；f=1/T为频率。为频率。通常把锯齿波信号一个周期内上升持续时间所占的比例称为占空比，用通常把锯齿波信号一个
33、周期内上升持续时间所占的比例称为占空比，用Dup表示：表示：若若占空比为占空比为50%50%，即锯齿波上升沿与下降沿对称，则该锯齿波称为，即锯齿波上升沿与下降沿对称，则该锯齿波称为。矩齿波信号常用作为扫描信号等，在视频显示系统等设备中有着较为广泛的应用矩齿波信号常用作为扫描信号等，在视频显示系统等设备中有着较为广泛的应用(4)取样信号时域波形如图所示，该信号的数学表达式为：取样信号时域波形如图所示，该信号的数学表达式为：sin()tSa tt取样函数在通信中应用很多，是一个重要的函数。当取样函数在通信中应用很多，是一个重要的函数。当t=0t=0时，时，Sa(t)=1Sa(t)=1抽样函数性质：
34、Sa(0)=1Sa(k)=0,k=1,2,3,（1 1）语音信号幅度动态范围一般最大为）语音信号幅度动态范围一般最大为4040分贝，实际由于说话人的差别分贝，实际由于说话人的差别可以达到可以达到60607070分贝。分贝。（2 2）频率集中在）频率集中在3003003400Hz3400Hz之间之间（3 3）元音幅度较大，有准周期性；清辅音幅度小，和噪声特性相似。）元音幅度较大，有准周期性；清辅音幅度小，和噪声特性相似。（4 4）在长时间的语音信号中有相当多的无信号区间，即所谓的语音寂静）在长时间的语音信号中有相当多的无信号区间，即所谓的语音寂静区间区间音乐信号属于语音信号范畴。乐器信号与普通语
35、音信号相比，其波形更音乐信号属于语音信号范畴。乐器信号与普通语音信号相比，其波形更规则一些，频率范围则更宽，如交响乐的高音可达规则一些，频率范围则更宽，如交响乐的高音可达15,000Hz15,000Hz左右。左右。(5)语音声波经过声语音声波经过声-电转换器（话筒）得到电信号形式的语音信号波形如图所示电转换器（话筒）得到电信号形式的语音信号波形如图所示语音信号语音信号:“你好你好”波形波形图.空气压力随时间变化的函数（6）图像信号）图像信号彩色较黑白包含信息量更大彩色较黑白包含信息量更大无线电电信号特点无线电电信号特点:具有具有 一个无线电信号一个无线电信号,可以将它表示为电压或电流的时间函数
36、可以将它表示为电压或电流的时间函数,通常用时域通常用时域波形或数学表达式来描述。要求传输该信号的电路的时间特点（如时间常数）波形或数学表达式来描述。要求传输该信号的电路的时间特点（如时间常数）与之相适应。与之相适应。信号表示为不同频率分量的线性组合信号表示为不同频率分量的线性组合.对于较复杂的信号（如话音信号、对于较复杂的信号（如话音信号、图像信号等）图像信号等）,用频域分析法表示较为方便用频域分析法表示较为方便只要已知单频信号的响应只要已知单频信号的响应,利用迭加定理就可以求总响应利用迭加定理就可以求总响应.v频谱频谱:是指信号在各个频率上的幅度和相位分布是指信号在各个频率上的幅度和相位分布
37、情况，频谱用图形表示称为情况，频谱用图形表示称为频谱图频谱图 。v频谱图：幅频图和相频图频谱图：幅频图和相频图 幅频图：幅频图：是指信号在各个频率上的幅度分布或所包含的频是指信号在各个频率上的幅度分布或所包含的频率成分及其幅度大小的分布情况。率成分及其幅度大小的分布情况。复杂信号在频域表示比较方便复杂信号在频域表示比较方便练习一练习一.试画出信号试画出信号f f（t t）的频谱。）的频谱。4cos2cos2cos1)(321ttttf1 2 3 Am123112112324n1、正弦信号的频谱特性、正弦信号的频谱特性单一正弦信号单一正弦信号()()()11m101m10coscos 2utUt
38、Uf twff=+=+图.正弦信号频谱图由图由图1.19可见，正弦信号的频谱结构最为简单，只有一条谱线可见，正弦信号的频谱结构最为简单，只有一条谱线,其信号带宽为其信号带宽为0。U=Um 0 0 U1(f)或U1()O f1（或1）U1m（0）f（或）f10f复杂信号可以用傅里叶级数分解复杂信号可以用傅里叶级数分解傅立叶的两个主要贡献傅立叶的两个主要贡献周期信号可表示为谐波关系的正弦信号的加权和。周期信号可表示为谐波关系的正弦信号的加权和。非周期信号可用正弦信号的加权积分表示。非周期信号可用正弦信号的加权积分表示。通信系统输入的任一信号（如话音信号、通信系统输入的任一信号（如话音信号、图像信号
39、等）图像信号等）,若满若满足一定条件足一定条件,都可根据傅立叶定理将其展开为不同频率分量的组合。都可根据傅立叶定理将其展开为不同频率分量的组合。用频域分析法分析复杂信号较为方便。用频域分析法分析复杂信号较为方便。傅立叶傅立叶 :法国数学家、法国数学家、物理学家物理学家 、三角级数创始、三角级数创始人人非正弦周期信号的傅里叶级数分解非正弦周期信号的傅里叶级数分解-三角形式三角形式)()(mTtxtx周期信号表达式周期信号表达式:周期为周期为T T 的信号的信号x(t)x(t)，在满足，在满足狄里赫利条件狄里赫利条件时，时，其三角形式的傅里叶级数展开式为：其三角形式的傅里叶级数展开式为：tbtbt
40、btatataatx13121113121103sin2sinsin3cos2coscos)(，21)sincos()(1110ntnbtnaatxnnn，21)sincos()(1110ntnbtnaatxnnn221221220dsin)(2dcos)(2d)(1TTnTTnTTttntxTbttntxTattxTa)2(1T基波角频率基波角频率 Fundamental Frequency余弦分量幅度余弦分量幅度正弦分量幅度正弦分量幅度直流分量直流分量三角形式的傅立叶级数的另一种形式三角形式的傅立叶级数的另一种形式 :1103132121110)cos()3cos()2cos()cos()
41、(nnntnAatAtAtAatxnnnnnnabbaAarctan22，21)sincos()(1110ntnbtnaatxnnn余弦形式余弦形式)cos(1nntnAn次谐波分量次谐波分量)cos(111tA基波分量基波分量 注意注意:非正弦周期电流、电压信号分解成傅里叶级数的关键在于非正弦周期电流、电压信号分解成傅里叶级数的关键在于求出系数求出系数 a a0 0、a an n、b bn n ，可以利用函数的某种对称性判断它包含哪，可以利用函数的某种对称性判断它包含哪些谐波分量及不包含哪些谐波分量，可使系数的确定简化，给计些谐波分量及不包含哪些谐波分量，可使系数的确定简化，给计算和分析将带
42、来很大的方便。如以下几种周期函数值得注意：算和分析将带来很大的方便。如以下几种周期函数值得注意：(1)(1)x(t)x(t)为偶函数为偶函数,波形对称于纵轴，波形对称于纵轴，如图如图 X(t)=X(-t)X(t)=X(-t)(2)x(t)(2)x(t)为奇函数为奇函数,波形对称于原点波形对称于原点,如图如图 x(t)=-x(t)x(t)=-x(t)即偶函数的三角形式傅里叶级数中不含正弦量即偶函数的三角形式傅里叶级数中不含正弦量0dcos)(4201nTnbttntxTa，21)cos()(110ntnaatxnnX(t)X(t)为偶函数为偶函数:X(t)X(t)为奇函数为奇函数2010dsin
43、)(400TnnttntxTbaa在奇函数的傅里叶级数中不会含有直流与余弦分量，只可能包含正弦分量。在奇函数的傅里叶级数中不会含有直流与余弦分量，只可能包含正弦分量。如果函数如果函数 的前半周期波形平移的前半周期波形平移 后，后，与后半周期波形关于横轴与后半周期波形关于横轴镜像对称镜像对称，即满，即满 足足 ，则这种函数称，则这种函数称为半波对称函数或称为奇谐函数为半波对称函数或称为奇谐函数.)(tx2T)2()(Ttxtx0*在奇谐函数的傅里叶级数中，只会含有基波和奇次谐波的正弦、在奇谐函数的傅里叶级数中，只会含有基波和奇次谐波的正弦、余弦分量，而不会包含直流和偶次谐波分量。余弦分量，而不会
44、包含直流和偶次谐波分量。06426420bbbaaaa。练习练习:找出奇函数与偶函数找出奇函数与偶函数(4)奇谐函数奇谐函数练习练习:求矩形波信号的频谱特性求矩形波信号的频谱特性 矩形波（方波）波形如图所示，现求其傅里叶级数。矩形波（方波）波形如图所示，现求其傅里叶级数。分析分析:此方波为奇函数，且为奇谐函数此方波为奇函数，且为奇谐函数.，21)sincos()(1110ntnbtnaatxnnn221221220dsin)(2dcos)(2d)(1TTnTTnTTttntxTbttntxTattxTa)2(1T基波角频率基波角频率 Fundamental Frequency)5sin513s
45、in31(sin4)(111tttEtx所以所以 的傅里叶级数为的傅里叶级数为:)(tx对应的频谱图如图：对应的频谱图如图：X()O 31 4E/3 1 4E/51 4E/5 离散性离散性频谱是离散的而不是连续的，每根谱线代表一频谱是离散的而不是连续的，每根谱线代表一个谐波分量，这种频谱称为离散频谱。个谐波分量，这种频谱称为离散频谱。谐波性谐波性谱线只能出现在基波角频率谱线只能出现在基波角频率 1 1的整数倍上。的整数倍上。收敛性收敛性幅度谱的谱线幅度随着频率的增加而逐渐衰减幅度谱的谱线幅度随着频率的增加而逐渐衰减 到零。到零。许多周期性信号的频谱都具有这样的特点。许多周期性信号的频谱都具有这
46、样的特点。*信号主要能量集中于第一个零点之中信号主要能量集中于第一个零点之中由频谱的收敛性可知，信号的功率集中在低频段。由频谱的收敛性可知，信号的功率集中在低频段。n n越大，越接近矩形波越大，越接近矩形波低频分量，振幅较大低频分量，振幅较大;组成信号主体；组成信号主体；高频分量，振幅较小高频分量，振幅较小 ;主要影响跳变沿；主要影响跳变沿；有吉伯斯现象有吉伯斯现象(Gibbs phenomenon)(Gibbs phenomenon)发生发生吉伯斯现象吉伯斯现象 矩形波信号谐波的合成过程示意图矩形波信号谐波的合成过程示意图 有有限限项项逼逼近近Gibbs phenomenon传输媒体传输媒体
47、电磁波谱电磁波谱不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同,传播的能力和方式也不同传播的能力和方式也不同,因而它们的分析方法因而它们的分析方法和应用范围也不同。无线电波只是一种波长比和应用范围也不同。无线电波只是一种波长比较长的电磁波较长的电磁波,占据的频率范围很广。占据的频率范围很广。1.2无线电波波段划分无线电波波段划分10kHz到到103GHz范围内的电磁波称为无线电波范围内的电磁波称为无线电波 返回返回波段名称波长范围频率范围频段名称主要传播方式和用途长波长波(LW）103 104 m30 300KHz 低频低频（）（）越洋通信越洋通信 远距离导航
48、远距离导航中波中波(MW)102 103m300KHz3M 中频中频（）（）船用通信、飞行通信船用通信、飞行通信 广广播、业余无线电通播、业余无线电通信、信、短波短波(SW)3 3M 高频高频（H）广播、通信广播、通信超短波超短波(VSW)m30 300M甚高频甚高频（H）电视广播、调频广播、电视广播、调频广播、雷达雷达微微波波分米波分米波(USW)cm300MHz3G 特高频特高频（）（）通信、中继与卫星通信、中继与卫星通信、电视广播、通信、电视广播、雷达雷达厘米波厘米波(SSW)cm 3 3G 超高频超高频（）（）中继与卫星通信、中继与卫星通信、雷达雷达毫米波毫米波(ESW)1 10mm
49、30 300G 极高频极高频（）（）微波通信、雷达微波通信、雷达常用频率范围常用频率范围：中波：中波：5355351605KHZ1605KHZ短波：短波：330M超短波：超短波：88-108M甚高频（甚高频（VHF，也称米波），也称米波）在我国是频率范围是在我国是频率范围是 48.5MHz223MHz （1-12频道）频道）特高频（特高频（UHF，也称分米波），也称分米波）在我国的频率范围是在我国的频率范围是470MHz806MHz （13-56频道）频道）返回返回手机信号的手机信号的频率范围频率范围：GSM900M：890MHz915MHz(上行上行)935MHz960MHz(下行下行)CD
50、MA800M：825MHz835MHz(上行上行)870MHz880MHz(下行下行)DCS1800M：1850MHz1910MHz(上行）上行）1930MHz1990MHz(下行）下行）PCS1900M：1850MHz1910MHz(上行）上行）1930MHz1990MHz(下行）下行）手机频率：手机频率：800MHz 900MHz 1800MHz 1900MHz 三频手机三频手机 属于电磁波里的特高频属于电磁波里的特高频 中国目前最常用的制式以及网络频段是中国目前最常用的制式以及网络频段是gsm900Mhz/1800Mhz在美国、加拿大等美洲在美国、加拿大等美洲国家国家,大多数运营商的网络
