2无线电广播发送与接收

2.3 模拟调制与解调技术
无线电广播、电视广播都包含有低频部分和 高频部分 “低频”、“高频”是相对的 低频——信息 高频——运载工具 低频信息不能直接远距离传送，须进行调 制（调幅、或调频、或调相）处理后再发 送
• 在无线电广播发送系统中,待发送的语言、 音乐或图象信号通过对高频等幅波进行调 制而获得高频已调波。 • 接收系统将接收到的高频已调波经过变换 （解调）处理而还原为语言、音乐或图象 信号。
射频信号：为了能够在无线信道中，有效地 传播信息（音频信号和视频信号），就必 须经过调制，将基带信号(即音频信号和视 频信号)变换为适合于传播的高频信号，即 射频信号。这就是说，无线通信中传送和 接收的信号都是已调信号。已调信号是窄 带信号，即已调信号频谱范围的上限频率 和下限频率的差，与下限频率的比远小于1。 宽带信号与窄带信号是相对而言的。
无线电波波长与传播方式有关，无线电波的传播，是无线通信 系统中的一个重要的环节，其传播方式主要有三种：
沿地面传播的地波，有能量的损耗且损耗随频率的升高而增加， 因此，通常只有中、长波适合地面传播。传播较稳定，传送 距离较远。 靠电离层折射和反射传播的天波，在1．5 MHz～30 MHz范围 的短波是靠大气层上部的电离层的折射和反射进行传播的， 可以传播得很远。 沿空间直线传播的空间波。频率超过30 MHz以上的超短波主 要沿空间直线传播。鉴于地球表面是弯曲的，所以这种传播 只限于视线范围，而卫星通信使空间传播的距离大大增加。 无线电波到达电离层后，一部分能量被吸收掉，一部分能量被 反射和折射到地面。其中，频率较低的无线电波被反射到地 面，频率较高的无线屯波则穿过电离层，不会反射到地面， 这就是30 MHz的超短波主要沿空间直线播的原因。
射线
(a) 电离层
(b)
对流层
(c)
(d)
图1— 5 无线电波的主要传播方式 （a） 直射传播; （b） 地波传播; （c） 天波传播; （d） 散射传播
5. 调制特性 无线电传播采用高频（射频）的原因，其一是高频适于 天线辐射和无线传播。其二是为了接收机能有效的区分各 个不同的电台。用调制技术可以实现以上功能，还可以实 现信道的复用，提高其利用率。 调制——用调制信号去控制高频载波的参数, 使载波信号的某一 个或几个参数（振幅、 频率或相位）按照调制信号的规律 变化。 三种基本方式：振幅调制（调幅AM ）、频率调制（调频 FM ）、相位调制（调相PM ）, 还可以有组合调制方式。
• 传递信息既可以通过有线信道，也可以通 过无线信道。信号的无线传输是无线电技 术的主要应用，通信作为无线电技术的最 早应用，其组成和工作过程，很典型地反 映了无线电技术的基本问题。通信技术的 发展和现代化充分反映了无线电技术的发 展和现代化。
• 通信系统基本组成、作用、分类
通信系统直接完成信息的传递任务。为了使我们获 取的声音或图像信号，能不失真地传递到其它地 方，需要对声音或图像信号做一些处理，使代表 这些信息的电信号变换成有利于传输的信号。这 就是通信系统的基本功能。 要掌握无线通信的基本原理和通信电子线路的组 成原理。首先要了解该系统的组成。
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发送设备、接收设备
通信系统的核心部分是发送设备和接收设备。 不同的通信系统的发送设备和接收设备的 组成不完全相同，但基本结构也还是有相 似之处。我们经常见到的通信系统有广播 通信系统，移动通信系统。它们都是无线 通信系统。从发送设备到接收设备之间的 无线电波的传播属于模拟通信系统，其组 成结构基本相同。无线通信系统的发送设 备和接收设备的结构框图如下。
4. 传播特性 传播特性是指无线电信号的传播方式、 传播距离、 传播特 点等。 根据其所处的频段或波段来区分。 在无线模拟通信系统中，传输媒介是自由空间。电磁波在自 由空间的传播方式不同，信号传输的有效性和可靠性也不 同，由此使得通信系统的构成及其工作机理也有很大的不 同。 电波的传播方式主要有： 直射（视距）传播；绕射（地波）传播；折射和反射（天波） 传播；散射传播等。 ——关键因素是无线电信号的频率。
第二，对电信号进行各种处理的电信号处理技术；
第三，能对电信号(或光信号)进行有效变换并传输的信息传 送技术。
高频电路是通信系统, 特别是无线通信系统的基础, 是无线通 信设备的重要组成部分。
高频电路的基本内容应该包括: （1）高频振荡器 （2）放大器 （3）混频或变频 （4）调制与解调
• 声音属于信息范畴，声音广播（远距离传送）得 益于19世纪无线电的发明。声音广播就是点到面 的通信。 信息，抽象的概念。具体形式有：语言、文字、符 号、音乐、图形、图像和数据。 信息处理，首先将物理信号转换为电信号，然后进 行处理。人们从这些信号中获取信息。 信息传输，通信的主要任务是传递信息，即将经过 处理的信息从一个地方传递到另一个地方。对信 息传输的要求主要是提高可靠性和有效性。
信道是信号传输的通道，也就是传输媒介， 不同的信道有不同的传输特性。为了适应 信道对要传输信号的要求，就必须将已获 取的基带信号再做变换，这就是发送变换 设备的功用。发送设备将基带信号经过调 制等处理，并使其具有足够的发射功率， 再送入信道，实现信号的有效传输。显然， 接收变换设备的作用与输入变换设备相反， 用来恢复原始基带信号。发送变换和接收 变换有许多方式，其传送信息的效率和可 靠性都不同，变换机理及实现的电子线路 也不同，这些便是我们后面要讨论的。
无线通信系统的基本组成
无线通信系统的类型 （1） 按工作频段或传输手段分：中波通信、 短 波通信、 超短波通信、 微波通信和卫星通信等。 工作频率——射频（RF）频率。 “高频” 的广义语, 指适合无线电发射和传播的频率。 发展方向——开辟更高的频段。 （2） 按通信方式来分： （全）双工、 半双工 和单工方式
中频信号经中频放大器放大，送到解调器， 恢复原基带信号，再经低频放大器放大后 输出。
• 超外差接收机的主要特点就是由频率固定 的中频放大器来完成对接收信号的选择和 放大。 当信号频率改变时, 只要相应地改变 本地振荡信号频率即可。
无线通信的类型, 可以根据传输方法、 频率范围、 用途等分类。不同的无线通信系统, 其设备组成和 复杂度虽然有较大差异, 但它们的基本组成不变, 下图是无线通信系统基本组成的方框图。
无线电波 105
红外线 1010 可见光
紫外线 1015
X射线 1020
宇宙射线 1025 f/H z
/m
3×10 3 3×10 －2 3×10 －7 3×10 －12 3×10 －17
(3.8～7.8)×10－7
电磁波波谱
无线电波也可以认为是一种频率相对较低的电磁 波。 对频率或波长进行分段, 分别称为频段或 波段。 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, 分析方法和应用范 围也不同。 对于米波以上的信号通常用集总（中）参数的方 法来分析与实现, 而对于米波以下的信号一般 应用分布参数的方法来分析与实现。 问题：无线电波是高频？低频？
图中发送设备（发信机）, 接收设备（收信机）, 天 线及天线开关为收发共用设备。 信道为自由空间。 话筒和扬声器属于通信的终端设备, 分别为信源和 信宿。
话 筒
音频 放大器
调制器
变频器
激励放大
输出功 率放大
载波 振荡器 天线开关 扬 声 器
音频 放大器
解调器
中频放大 与滤波
混频器
高频放大
本地 振荡器
2.2 信号、 频谱与调制
在高频电路中, 处理的三种主要信号: 基带（消息）信号、 高频载波信号和已调信号。 基带信号——原始信号, 调制信号。 1. 时间特性
把无线电信号表示为电压或电流的时间函数, 常用时域波形 或数学表达式描述。 时间特性就是信号随时间变化快慢的特性。要求传输电路的 时间特性（如时间常数）与信号的时间特性相适应。
信号振幅
0
F
3F
5F
7F
9F
F
图 1 — 3 频谱图
3. 频率特性 任何信号都具有一定的频率或波长。 这里，频率特性是 指无线电信号的频率或波长。 电磁波辐射的波谱很宽, 如图所示。 无线电波是一种波长比较长的电磁波, 频率范围很广。 在 自由空间中, 波长与频率的关系:
c=f λ
无线电波段可以按频率划分，也可以按波长划分。表中列 出按波长划分的波段名称、相应的波长范围及相应的频段 名称。各波段之间并没有明显的分界线，所以在各波段之 间的衔接处，无线电波的特性也无明显差异。
振荡器
倍频器
调制器
功率放大 已调信号
音频信号 低频放大 基带信号
无线通信发送设备
振荡器产生等幅的高频正弦信号，经过倍频 器后，即成为载波频率信号；然后，载波 频率信号被基带信号调制，产生高频已调 信号，最后再经功率放大器放大，获得足 够的发射功率，作为射频信号发送到空间。 载波频率在适合无线信道传播的频率范围。
高频放大
fs
混频器 fL 本地振荡
fI
中频放大
解调器
低频放大
无线通信接收设备
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fs的已调信号，经过混频器，与本地振 荡器提供的频率为fl的信号混频，产生频率 为fi的中频信号。
通信系统框图 由于信道中噪声和干扰的存在，接收设备所恢复的基带信 号与原基带信号之间必然会存在差异，这一差异称为失真。
基带信号 ：由输入变换器将要传递的声音或图像消 息变换为电信号，该电信号包含了原始消息的全 部信息(允许存在一定的误差，或者说信息损失) ， 称为基带信号。基带信号的基本特点是其信号频 谱是宽带的，即该信号频谱范围的上限频率和下 限频率的差(即信号带宽)，与其下限频率的比远 大于1。宽带信号包含大量低频信号的能量。这些 信号不适于在空间(即无线信道)中传播，特别是 远距离的传播。 输入变换器的输出作为通信系统的信号源。 输出变换器实现的是输入变换器的逆过程，即将经 过处理的基带信号重新恢复为原始的声音或图像， 为人们所接受。
2章 无线电广播发送与接收
第2章 无线电广播发送与接收
2.1 无线通信系统概述 2.2 信号、频谱与调制 2.3 模拟调制与解调技术 2.4 数字调制与解调技术 思考题与习题
• 2.1 无线通信系统概述 通信的目的是为了信息的传递和交换。依靠三个方面的技术 支持： 第一，声音、文字、图像和数据等含有信息的具体表现形式 与电信号进行相互转换的技术（传感技术）；
（3） 按调制方式分：调幅、 调频、 调相、混合调制等。 （4） 按传送的消息的类型分：模拟通信、数字通信, 或话音 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。 课程以模拟通信为重点来研究这 些基本技术, 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。
• 3.3.1 调幅（振幅调制、 解调及混频 ） • 调幅、检波与变频均为对信号进行频率变 换，所对应的电路称为频率变换电路或频 率搬移电路，具有将信号在频谱上实现从 某一频域搬移到另一频域的特性。
• 基本电路：频谱搬移电路
• 频谱的线性搬移电路：搬移过程中，输入信号的 频谱结构不发生变化，只在频域上简单的搬移。 • 频谱的非线性搬移电路： • 线性搬移的方法：非线性电路 • 线性时变电路
2. 频谱特性 对于较复杂的信号（如话音信号、 图像信号等）, 用频谱分析法表示较为方便。
信号幅度
0
t
图 1 — 2 信号分解
周期性信号, 表示为许多离散的频率分量（各分量间成谐 频关系）; 非周期性信号, 用傅里叶变换分解为连续谱, 信号为连续谱的积分。 频谱特性——幅频特性和相频特性。 任何信号都会占据一定的带宽。 带宽就是信号能 量主要部分（如90%以上）占据的频率范围或频带宽度。