通信电子线路_Sec0-1
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
18
手机之父 — 马丁·库柏
Martin Cooper 马丁·库柏 (1928- )
1947年，美国AT&T的研究机构—— 贝尔实验室设计出移动电话网络，在此 行业居于领先地位。库柏他认为无线就 是自由, 人们站在墙边对着一个固定的大盒子讲话是不自然 的，他深信人们可以带着数据通讯装置去他们想去的地方。
发送设备的作用： 1.将基带信号变换成适合信道传输特性的信号。
2.对于多路信号，可将其搬移到不同的频率范 围，实现频率复用，如CATV系统。
3.改善系统性能：例如FM比AM抗噪声能力强
夏书峰201209
23
传输信道
信号从发送到接收中间要经过传输信道，又称 传输媒质。不同的传输信道有不同的传输特性。 如电缆、无线电波、光缆等。
通信电子线路
大连理工大学 电子科学与技术学院 夏书峰
2012.09.04
夏书峰201209
1
Chapter0 绪论
0.1 通信电子线路概述 0.2 无线电信号的传输原理 0.3 数字通信系统 0.4 现代通信系统
夏书峰201209
2
0.1 通信电子线路概述
高频、低频电路课程区别： 低频 讨论内容：产生、放大和处理各种低频信号的电路 分析方法：小信号等效电路法、图解法 主要特点：忽略非线性和分布参数等，负载：纯电阻R
常见的信号源有：
话筒（声音） 摄像机（图像、文字等） 传感器（温度、湿度、亮度、力、加速度等） 开关、按钮（控制命令）
夏书峰201209
22
发送设备/调制器
对基带信号进行变换的原因： 由于要传输的信息种类多样，其对应的基带 信号特性各异，信道常具有带通特性，基带 信号往往并不适合在信道中直接传输。
高频 讨论内容：以通信系统为对象，研究构成发送设备、
接收设备的各单元电路、典型线路工作原理 分析方法：非线性电路幂级数、傅里叶级数分析法。 主要特点：利用器件的非线性特性，分布参数不可忽视 负载：LC调谐回路
夏书峰201209
3
课程内容及要求
介绍信息和传输处理的基本电路，基本原 理和基本分析方法；
3.光纤/光缆 衰减小（小于1dB/km）、工作频率高、信道 容量大
夏书峰201209
25
无线通信信道
无线通信的传输媒质是自由空间。 电磁波从发射天线辐射出去之后， 经过自由空间到达接收天线的传播 途径可分为两大类：地波和天波。
夏书峰201209
26
一、天波
经过地面100km至500km的电 离层反射传送到接收点的电磁 波。适用于短波。
介绍和分析了调谐回路、高频小信号放大 器、高频功率放大器、正弦波振荡器以及 调制、解调、混频、干扰和噪音等；
要求掌握高频发射机、接收机的组成，工 作原理和实际单元电路的分析和计算；
根据给出的指标完成部分电路的设计。
夏书峰201209
4
Chapter0 绪论
0.1 通信电子线路概述 0.2 无线电信号的传输原理 0.3 数字通信系统 0.4 现代通信系统
夏书峰201209
28
对流层散射通信
利用对流层大气湍流运动产生的不均匀性对电波的 散射进行通讯。
适用于超短波以及微波波段的通信，通信距离很远， 一跳的传播距离可达100～500KM。
经过良好设计的散射信道可实现300～800KM通信， 传播可靠性可达99.9％。较多的用于军用场合。
夏书峰201209
29
电磁波谱与无线电波段的划分
波段名称 波长范围
频率范围 频段名称
超长波 10,000—100,000m 3—30kHz
甚低频VLF
长 波 1,000—10,000m 30—300kHz
低频LF
中波
200—1,000m 300—1500kHz 中频MF
中短波
50—200m 1,500—6,000kHz 中高频IF
14
Hertz的火花放电装置
15
无线电报之父 — 马可尼
Guglielmo Marchese Marconi
• (1874-1937)，意大利人。 • 在英国完成越洋无线通信。1901年
12月，马可尼实现从英国到加拿大 3200KM的跨大西洋通讯。 • 1909年，获诺贝尔物理学奖。
• 马可尼在赫兹的电火花发射装置上增加调谐电路，使通信距 离大为增加。1895年，20岁的马可尼在自家花园里成功进行 无线电波传递实验。妈妈给他一千美元，鼓励他继续实验。
莫尔斯电码： · 嘀 (短音) —— 嗒 (长音)
Morse最初的电报发射器和接收器
10
Morse的电报装置
Morse/Vail 发报电键 和中继器，
1844年在Washington DC、 Baltimore、Maryland之间 64KM实验线上发送和接收 “What Hath God Wrought” （what has god worked）
夏书峰201209
20
通信系统原理框图
模拟信号源 噪声
信号终端
发送设备 传输信道 收信装置
夏书峰201209
21
信号源（发信者+换能器）
人类感观世界的各种形式的物理信号是模拟 信号，为人类服务的通信系统中传输的是各 种电信号。为此，需要将各种形式的信息转 变成电信号，未经调制的原始信号称“基带 信号”，具有低通特性。
根据传输媒质不同，可把通信系统分为三大类： 有线通信：导线（平行线、双绞线、同轴电缆） 无线通信：自由空间 光纤通信：光导纤维
夏书峰201209
24
有线和光纤通信信道
1.双绞线 适用于短距离（小于100m）、中低数据率的 通信环境，如以太网、电话线。
2.同轴电缆 适用于距离在几百米、频率较高的有线通信。 如，CATV、LAN。
1886年10月，赫兹通过实验验证了 Maxwell(1831-1879) 的电磁场理论
亚历山大·斯捷潘诺维奇·波波夫(1859-1906)，俄国人
1894年发明无线电接收器、金属检波器， 1895年发表相关论文 1896年演示接收电磁波信号实验，早于
1896年6月马可尼的专利 1899年和俄国海军一起实现50km通信
17
摩托罗拉之父 — 保罗·高尔文
Paul V. Galvin 保罗·高尔文(1895-1959)
1930年高尔文设计所开发出第一个商用车载收 音机，取名为摩托罗拉，摩托指汽车的引擎； 罗拉指收音机里传出的欢快悦耳的声音。 “Motorola”就是“移动之声”的意思。 Motorola一直是无线通信技术的领导者。 • 1940年，为美军士兵制造第一部手持式无线对讲机; • 1947年，推出了第一个车载双向调度无线电台; • 1948年，推出了第一部商用对讲机; • 1973年，展示了第一部可行的便携式蜂窝电话原形; • 1984年，推出了第一部蜂窝折叠手机; • 1989年，第一部GSM数字式手机; • 1992年，第一部可佩带手机; • 1996年，第一部全中文手机。
11
电话之父 —贝尔
Alexander Graham Bell (亚历山大·格雷厄姆·贝尔)
(1847-1922)，英国人，1870年移民美国， 1876年发明电话
机遇偏爱有准备的人
左图是早期的液体电话筒，1876年3月 10日贝尔通过这个话筒实现了电话的第 一次通话。贝尔喊出的“瓦特森先生， 快来，我需要你帮助”。当时贝尔被话 筒中的酸液溅到了。
例如： 扬声器（还原声音） 显象管（恢复图象） 继电器（执行机构）
夏书峰201209
32
0.2.3 无线电信号的产生与发射
无线电调幅发射机方框图（第4章）
缓冲
主振级
倍频
声音
话筒
夏书峰201209
高频放大 音频放大
调制 传输线
（直流电源 未画）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ33
无线电发射机
交变的电振荡可利用天线向空中辐射出去，但天 线长度必须和电振荡的波长相近(λ/4)，显然具有 低通特性的基带信号不适于直接发射，需要装载 到高频振荡信号(载波)上再发射。
30
接收设备
接收设备的作用： 接收传送过来的信号，并进行处理，以恢复 发送端的基带信号。
接收设备的要求： 由于信号在传输和恢复的过程中存在着干扰 和失真，接收设备要尽量减少这种失真。
夏书峰201209
31
信号终端
信号终端是指接收设备输出的电信号变换成 原来形式的信号的装置，例如无线电接收机。
夏书峰201209
8
影响近代通信的伟人
• 莫尔斯 • 贝尔 • 赫兹 • 马可尼
影响现代通信的伟人
• 保罗·高尔文 • 库伯
夏书峰201209
9
电报之父 －莫尔斯
Samuel Morse Finley Breese (塞缪尔·莫尔斯)
(1791.4.27-1872.4.2)，美国 人， 1810年毕业于耶鲁大学， 1837年发明电报。 “发明电报的画家”
• 1992年，Cooper成立ArrayComm公司，任CEO。 • 2001年他在中国一次会议上说3G成为主流还需8～10年；库珀定律：每两年半
的时间，频谱的利用率将会翻番。目前不缺乏频率，缺的是频率利用效率
19
0.2.2 通信系统简介
1. 模拟通信系统原理框图 2. 信号源 3. 发送设备/调制器 4. 传输信道 5. 接收设备/解调器 6. 收信装置
电离层反射的特点： 频率越高，吸收能量越小，但频率过高电波会穿透 电离层。故频率只限于中短波段300Khz－30Mhz 。
夏书峰201209
27
二、 地波（分为地面波和空间波）
1.地面波 就是沿地面传播的 无线电波。适用于长波和超长波。
2.空间波
是在发射天线与接收天线间 直线传播的无线电波, 发射 天线和接收天线较高，接收 点的电磁波由直接波和地面 反射波合成。适用于超短波。
1973年4月3日Motorola的电话工程师Cooper在纽约曼哈坦 街头拿着一个砖头一样的东西给贝尔实验室主任 Joel Engel 打电话，当Cooper说 “我用手提电话给你打电话”时， Engel立刻明白，多年的手机竞争结束了，他回话：“我听 到了牙齿的碰撞”。因此，Cooper无可争辩成为手机之父。
12
Bell的电话机
1877年Bell的商业磁 发电话机。第一个发 话跟听话在同一装置 上的电话机。
1922年8月4日下午6点25分美国所有的电话 通信停止一分钟，向这位伟大的发明家致敬。
13
证明电磁波存在人 — 赫兹
Heinrich Rudolf Hertz (赫兹)， (1857-1894)，德国人
无线通信
电磁波的存在
Maxwell 理论 Hertz 实践
三个里程碑：
①1906年，Lee de forest发明电子三极管
②1947年，贝尔实验室Shockley、Bardeen、Brattain发明晶体三极管，
1956年共同诺贝尔物理学奖
③1958年，TI公司Jack Kilby发明集成电路，2000年诺贝尔物理学奖
• 马可尼写信给意大利邮电部长要求给予经费支持，可政府部 门认为马可尼是骗子。马可尼来到英国后，政府批准了他的 发明专利，并为他提供一切实验条件，实验进行得非常顺利。
16
Marconi和他的实验装置
1901年12月，马可尼用大风 筝把天线升到121米高空，收 到了大西洋彼岸距离3200公 里加拿大圣约翰斯发出的事先 商定好的莫尔斯电码！次年开 始无线商用服务。
夏书峰201209
5
0.2 无线电信号传输原理
0.2.1 传输信号的基本方法 0.2.2 通信系统简介 0.2.3 无线电信号的产生与发射 0.2.4 无线电信号的接收 *0.2.5 信号及其频谱
夏书峰201209
6
0.2.1 传输信号的基本方法
1 语言和文字 （最原始、最基本的传输手段）
2 光通信 （较远距离通信，迅速准确）
短波
10—50m
6—30MHz
高频HF
米波
1—10cm
30—300MHz 甚高频VHF
分米波
10—100cm 300—3000MHz 特高频UHF
厘米波(微波) 1—10cm
3—30GHz
超高频SHF
毫米波
1—10mm 30—300GHz
极高频EHF
亚毫米波
1mm以下
300GHz以上
超极高频
夏书峰201209
3 电通信 （无线通信，有线通信）
Maxwell 在理论上提出电磁场理论
Hertz 用实验证明电磁场的存在
Morse 有线电报
Bell 有线电话
Marconi 无线电报
Motorola 无线电话
夏书峰201209
7
无线电通信发展简史
原始手段
烽火、旗语
有线通信
电报 （1837 Morse） 电话 （1876 Bell）
正弦载波 u(t) Acos(ct 0 ) c 2 fc 有三个参数，
手机之父 — 马丁·库柏
Martin Cooper 马丁·库柏 (1928- )
1947年，美国AT&T的研究机构—— 贝尔实验室设计出移动电话网络，在此 行业居于领先地位。库柏他认为无线就 是自由, 人们站在墙边对着一个固定的大盒子讲话是不自然 的，他深信人们可以带着数据通讯装置去他们想去的地方。
发送设备的作用： 1.将基带信号变换成适合信道传输特性的信号。
2.对于多路信号，可将其搬移到不同的频率范 围，实现频率复用，如CATV系统。
3.改善系统性能：例如FM比AM抗噪声能力强
夏书峰201209
23
传输信道
信号从发送到接收中间要经过传输信道，又称 传输媒质。不同的传输信道有不同的传输特性。 如电缆、无线电波、光缆等。
通信电子线路
大连理工大学 电子科学与技术学院 夏书峰
2012.09.04
夏书峰201209
1
Chapter0 绪论
0.1 通信电子线路概述 0.2 无线电信号的传输原理 0.3 数字通信系统 0.4 现代通信系统
夏书峰201209
2
0.1 通信电子线路概述
高频、低频电路课程区别： 低频 讨论内容：产生、放大和处理各种低频信号的电路 分析方法：小信号等效电路法、图解法 主要特点：忽略非线性和分布参数等，负载：纯电阻R
常见的信号源有：
话筒（声音） 摄像机（图像、文字等） 传感器（温度、湿度、亮度、力、加速度等） 开关、按钮（控制命令）
夏书峰201209
22
发送设备/调制器
对基带信号进行变换的原因： 由于要传输的信息种类多样，其对应的基带 信号特性各异，信道常具有带通特性，基带 信号往往并不适合在信道中直接传输。
高频 讨论内容：以通信系统为对象，研究构成发送设备、
接收设备的各单元电路、典型线路工作原理 分析方法：非线性电路幂级数、傅里叶级数分析法。 主要特点：利用器件的非线性特性，分布参数不可忽视 负载：LC调谐回路
夏书峰201209
3
课程内容及要求
介绍信息和传输处理的基本电路，基本原 理和基本分析方法；
3.光纤/光缆 衰减小（小于1dB/km）、工作频率高、信道 容量大
夏书峰201209
25
无线通信信道
无线通信的传输媒质是自由空间。 电磁波从发射天线辐射出去之后， 经过自由空间到达接收天线的传播 途径可分为两大类：地波和天波。
夏书峰201209
26
一、天波
经过地面100km至500km的电 离层反射传送到接收点的电磁 波。适用于短波。
介绍和分析了调谐回路、高频小信号放大 器、高频功率放大器、正弦波振荡器以及 调制、解调、混频、干扰和噪音等；
要求掌握高频发射机、接收机的组成，工 作原理和实际单元电路的分析和计算；
根据给出的指标完成部分电路的设计。
夏书峰201209
4
Chapter0 绪论
0.1 通信电子线路概述 0.2 无线电信号的传输原理 0.3 数字通信系统 0.4 现代通信系统
夏书峰201209
28
对流层散射通信
利用对流层大气湍流运动产生的不均匀性对电波的 散射进行通讯。
适用于超短波以及微波波段的通信，通信距离很远， 一跳的传播距离可达100～500KM。
经过良好设计的散射信道可实现300～800KM通信， 传播可靠性可达99.9％。较多的用于军用场合。
夏书峰201209
29
电磁波谱与无线电波段的划分
波段名称 波长范围
频率范围 频段名称
超长波 10,000—100,000m 3—30kHz
甚低频VLF
长 波 1,000—10,000m 30—300kHz
低频LF
中波
200—1,000m 300—1500kHz 中频MF
中短波
50—200m 1,500—6,000kHz 中高频IF
14
Hertz的火花放电装置
15
无线电报之父 — 马可尼
Guglielmo Marchese Marconi
• (1874-1937)，意大利人。 • 在英国完成越洋无线通信。1901年
12月，马可尼实现从英国到加拿大 3200KM的跨大西洋通讯。 • 1909年，获诺贝尔物理学奖。
• 马可尼在赫兹的电火花发射装置上增加调谐电路，使通信距 离大为增加。1895年，20岁的马可尼在自家花园里成功进行 无线电波传递实验。妈妈给他一千美元，鼓励他继续实验。
莫尔斯电码： · 嘀 (短音) —— 嗒 (长音)
Morse最初的电报发射器和接收器
10
Morse的电报装置
Morse/Vail 发报电键 和中继器，
1844年在Washington DC、 Baltimore、Maryland之间 64KM实验线上发送和接收 “What Hath God Wrought” （what has god worked）
夏书峰201209
20
通信系统原理框图
模拟信号源 噪声
信号终端
发送设备 传输信道 收信装置
夏书峰201209
21
信号源（发信者+换能器）
人类感观世界的各种形式的物理信号是模拟 信号，为人类服务的通信系统中传输的是各 种电信号。为此，需要将各种形式的信息转 变成电信号，未经调制的原始信号称“基带 信号”，具有低通特性。
根据传输媒质不同，可把通信系统分为三大类： 有线通信：导线（平行线、双绞线、同轴电缆） 无线通信：自由空间 光纤通信：光导纤维
夏书峰201209
24
有线和光纤通信信道
1.双绞线 适用于短距离（小于100m）、中低数据率的 通信环境，如以太网、电话线。
2.同轴电缆 适用于距离在几百米、频率较高的有线通信。 如，CATV、LAN。
1886年10月，赫兹通过实验验证了 Maxwell(1831-1879) 的电磁场理论
亚历山大·斯捷潘诺维奇·波波夫(1859-1906)，俄国人
1894年发明无线电接收器、金属检波器， 1895年发表相关论文 1896年演示接收电磁波信号实验，早于
1896年6月马可尼的专利 1899年和俄国海军一起实现50km通信
17
摩托罗拉之父 — 保罗·高尔文
Paul V. Galvin 保罗·高尔文(1895-1959)
1930年高尔文设计所开发出第一个商用车载收 音机，取名为摩托罗拉，摩托指汽车的引擎； 罗拉指收音机里传出的欢快悦耳的声音。 “Motorola”就是“移动之声”的意思。 Motorola一直是无线通信技术的领导者。 • 1940年，为美军士兵制造第一部手持式无线对讲机; • 1947年，推出了第一个车载双向调度无线电台; • 1948年，推出了第一部商用对讲机; • 1973年，展示了第一部可行的便携式蜂窝电话原形; • 1984年，推出了第一部蜂窝折叠手机; • 1989年，第一部GSM数字式手机; • 1992年，第一部可佩带手机; • 1996年，第一部全中文手机。
11
电话之父 —贝尔
Alexander Graham Bell (亚历山大·格雷厄姆·贝尔)
(1847-1922)，英国人，1870年移民美国， 1876年发明电话
机遇偏爱有准备的人
左图是早期的液体电话筒，1876年3月 10日贝尔通过这个话筒实现了电话的第 一次通话。贝尔喊出的“瓦特森先生， 快来，我需要你帮助”。当时贝尔被话 筒中的酸液溅到了。
例如： 扬声器（还原声音） 显象管（恢复图象） 继电器（执行机构）
夏书峰201209
32
0.2.3 无线电信号的产生与发射
无线电调幅发射机方框图（第4章）
缓冲
主振级
倍频
声音
话筒
夏书峰201209
高频放大 音频放大
调制 传输线
（直流电源 未画）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ33
无线电发射机
交变的电振荡可利用天线向空中辐射出去，但天 线长度必须和电振荡的波长相近(λ/4)，显然具有 低通特性的基带信号不适于直接发射，需要装载 到高频振荡信号(载波)上再发射。
30
接收设备
接收设备的作用： 接收传送过来的信号，并进行处理，以恢复 发送端的基带信号。
接收设备的要求： 由于信号在传输和恢复的过程中存在着干扰 和失真，接收设备要尽量减少这种失真。
夏书峰201209
31
信号终端
信号终端是指接收设备输出的电信号变换成 原来形式的信号的装置，例如无线电接收机。
夏书峰201209
8
影响近代通信的伟人
• 莫尔斯 • 贝尔 • 赫兹 • 马可尼
影响现代通信的伟人
• 保罗·高尔文 • 库伯
夏书峰201209
9
电报之父 －莫尔斯
Samuel Morse Finley Breese (塞缪尔·莫尔斯)
(1791.4.27-1872.4.2)，美国 人， 1810年毕业于耶鲁大学， 1837年发明电报。 “发明电报的画家”
• 1992年，Cooper成立ArrayComm公司，任CEO。 • 2001年他在中国一次会议上说3G成为主流还需8～10年；库珀定律：每两年半
的时间，频谱的利用率将会翻番。目前不缺乏频率，缺的是频率利用效率
19
0.2.2 通信系统简介
1. 模拟通信系统原理框图 2. 信号源 3. 发送设备/调制器 4. 传输信道 5. 接收设备/解调器 6. 收信装置
电离层反射的特点： 频率越高，吸收能量越小，但频率过高电波会穿透 电离层。故频率只限于中短波段300Khz－30Mhz 。
夏书峰201209
27
二、 地波（分为地面波和空间波）
1.地面波 就是沿地面传播的 无线电波。适用于长波和超长波。
2.空间波
是在发射天线与接收天线间 直线传播的无线电波, 发射 天线和接收天线较高，接收 点的电磁波由直接波和地面 反射波合成。适用于超短波。
1973年4月3日Motorola的电话工程师Cooper在纽约曼哈坦 街头拿着一个砖头一样的东西给贝尔实验室主任 Joel Engel 打电话，当Cooper说 “我用手提电话给你打电话”时， Engel立刻明白，多年的手机竞争结束了，他回话：“我听 到了牙齿的碰撞”。因此，Cooper无可争辩成为手机之父。
12
Bell的电话机
1877年Bell的商业磁 发电话机。第一个发 话跟听话在同一装置 上的电话机。
1922年8月4日下午6点25分美国所有的电话 通信停止一分钟，向这位伟大的发明家致敬。
13
证明电磁波存在人 — 赫兹
Heinrich Rudolf Hertz (赫兹)， (1857-1894)，德国人
无线通信
电磁波的存在
Maxwell 理论 Hertz 实践
三个里程碑：
①1906年，Lee de forest发明电子三极管
②1947年，贝尔实验室Shockley、Bardeen、Brattain发明晶体三极管，
1956年共同诺贝尔物理学奖
③1958年，TI公司Jack Kilby发明集成电路，2000年诺贝尔物理学奖
• 马可尼写信给意大利邮电部长要求给予经费支持，可政府部 门认为马可尼是骗子。马可尼来到英国后，政府批准了他的 发明专利，并为他提供一切实验条件，实验进行得非常顺利。
16
Marconi和他的实验装置
1901年12月，马可尼用大风 筝把天线升到121米高空，收 到了大西洋彼岸距离3200公 里加拿大圣约翰斯发出的事先 商定好的莫尔斯电码！次年开 始无线商用服务。
夏书峰201209
5
0.2 无线电信号传输原理
0.2.1 传输信号的基本方法 0.2.2 通信系统简介 0.2.3 无线电信号的产生与发射 0.2.4 无线电信号的接收 *0.2.5 信号及其频谱
夏书峰201209
6
0.2.1 传输信号的基本方法
1 语言和文字 （最原始、最基本的传输手段）
2 光通信 （较远距离通信，迅速准确）
短波
10—50m
6—30MHz
高频HF
米波
1—10cm
30—300MHz 甚高频VHF
分米波
10—100cm 300—3000MHz 特高频UHF
厘米波(微波) 1—10cm
3—30GHz
超高频SHF
毫米波
1—10mm 30—300GHz
极高频EHF
亚毫米波
1mm以下
300GHz以上
超极高频
夏书峰201209
3 电通信 （无线通信，有线通信）
Maxwell 在理论上提出电磁场理论
Hertz 用实验证明电磁场的存在
Morse 有线电报
Bell 有线电话
Marconi 无线电报
Motorola 无线电话
夏书峰201209
7
无线电通信发展简史
原始手段
烽火、旗语
有线通信
电报 （1837 Morse） 电话 （1876 Bell）
正弦载波 u(t) Acos(ct 0 ) c 2 fc 有三个参数，