无线通信系统的基本工作原理

前言：

无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。

无线通信主要包括微波通信和卫星通信。微波是一种无线电波，它传送的距离一般只有几十千米。但微波的频带很宽，通信容量很大。微波通信每隔几十千米要建一个微波中继站。卫星通信是利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系。

无线通信系统的类型

按照无线通信系统中关键部分的不同特性, 有以下一些类型:

1、按照工作频段或传输手段分类, 有中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。所谓工作频率, 主要指发射与接收的射频（RF）频率。射频实际上就是“高频”的广义语, 它是指适合无线电发射和传播的频率。无线通信的一个发展方向就是开辟更高的频段。

2、按照通信方式来分类, 主要有（全）双工、半双工和单工方式。

3、按照调制方式的不同来划分, 有调幅、调频、调相以及混合调制等。

4、按照传送的消息的类型分类, 有模拟通信和数字通信, 也可以分为话音通信、图像通信、数据通信和多媒体通信等。

各种不同类型的通信系统, 其系统组成和设备的复杂程度都有很大不同。但是组成设备的基本电路及其原理都是相同的, 遵从同样的规律。本书将以模拟通信为重点来研究这些基本电路, 认识其规律。这些电路和规律完全可以推广应用到其它类型的通信系统。

无线通信系统的基本工作原理

无线通信系统组成框图

各部分作用：

1信息源：提供需要传送的信息

2变换器：待传送的信息（图像、声音等）与电信号之间的互相转换3发射机：把电信号转换成高频振荡信号并由天线发射出去

4传输媒质：信息的传送通道（自由空间）

5接收机：把高频振荡信号转换成原始电信号

6受信人：信息的最终接受者

发送设备的基本原理和组成

1. 无线通信存在的问题

信号直接以电磁波形式从天线辐射出去，存在以下问题：

1）无法制造合适尺寸的天线。

天线尺寸与波长相比拟时，信号才能被天线有效辐射。如音频信号：20Hz-20KHz。计算知实际做不到。

2）接收者无法选出要接收的信号。

存在干扰：其它电台发射信号，各种工业设备辐射电磁波，大气层、宇宙固有的电磁干扰。

所以对接收装置的要求：能从众多的电磁波中选出有用的微弱信号。

2. 解决方案

发射机和接收机借助线性和非线性电子线路对携有信息的电信号进行变换和处理。除放大外，最主要有调制、解调。

. 调制：由携有信息的电信号去控制高频振荡信号的某一参数，使该参数按照电信号的规律而变化。

调制信号：携有信息的电信号。

载波信号：未调制的高频振荡信号。

已调波：经过调制后的高频振荡信号。

调幅、调角（调频、调相）。

2). 解调：调制的逆过程，将已调波转换为载有信息的电信号。

3. 调制的作用：

1）显著减小天线的尺寸；(声音30 ～3000 Hz，天线要几百km)；如果天线高度为辐射信号波长的四分之一，更便于发挥天线的辐射能力。于是分配民用广播的频段为535-1605 KHz（中频段），对应波长为187-560 m，天线需要几十米到上百米；而移动通信手机天线只不过10cm，它使用了900 MHz频段。这些广播与移动通信都必须进行某种调制，而将话音或编码基带频谱搬移到应用频段。

2）将不同电台发送的信息分配到不同频率的载波信号上，使接收机可选择特定电台的信息而抑制其它电台发送的信息和各种干扰。2)三种信号

调制信号、载波信号和已调信号

3)三种方式

调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）

典型发送设备的组成框图

（1）振荡器：产生fosc的高频振荡信号，几十kHz以上。

（2）高频放大器（倍频器）：一或多级小信号谐振放大器，放大振荡信号，使频率倍增至fc，并提供足够大的载波功率。

（3）低频放大器：多级放大器组成，前几级为小信号放大器，用于放大微音器的电信号；后几级为功放，提供功率足够的调制信号。（4）高频功放及调幅器：实现调幅功能，将输入的载波信号和调制信号变换为所需的调幅波信号，并加到天线上。

接收设备的基本原理和组成

信号的“卸载”——解调

1什么是解调

从高频已调波信号中“取出”调制信号的过程。

2解调的三种方式

①对调幅波的解调——检波

②对调频波的解调——鉴频

③对调相波的解调——鉴相

典型接收设备的组成框图:

无线电波的基本特点

无线电波是一种电磁波，其传播速度与光速相同，且有λ=c/f。无线电波具有直射、绕射、反射与折射等现象。

无线电波的三种传播途径（如图）：

无线电波的波段划分表：

该参数按照电信号的规律而变化。无线电广播工作过程：

音频放大器

调制

(modulate)

高频载波

振荡器

高频放

大器

声源

发射过程

输入回路放大器

解调(Demodulate)

低频放

大器

选台

接收过程

其中的调制就是把音频信号“装载”到高频载波信号上去的过程。

载波信号（高频振荡信号）有三个要素：

振幅Um 角频率ω （ω=2f）初相角θ

让其中之一按音频信号规律变化-----------就形成了三种调制方式

(1). 调幅方式：Um 随音频信号而变----ＡＭ

(2). 调频方式：ω、f 随音频信号而变---ＦＭ

(3). 调相方式：θ随音频信号而变----PＭ

无线电广播大多采用FM、AM

调幅波（AM）调频波（FM）