1、第0章 绪 论 第0章 绪 论 0.1 模拟通信系统和数字通信系统模拟通信系统和数字通信系统0.2 本课程的特点及学习方法本课程的特点及学习方法 第0章 绪 论 图 0.1 通信系统的组成 0.1 模拟通信系统和数字通信系统模拟通信系统和数字通信系统 通信系统的作用是把发信者的信息准确地传送给受信者，其组成方框图如图0.1所示。第0章 绪 论 信息源是指需要传送的原始信息，如语言、音乐、图像、文字等，一般是非电物理量。原始信息经输入变换器转换成电信号后，送入发送设备，将其变成适合于信道传输的信号，然后再送入信道传输。信道可以是大气层或外层空间（无线通信系统），也可以是电缆或光缆（有线通信系统）
2、。如果是光缆，还需加入电/光和光/电转换器。信号在传输过程中，不可避免地会受到各种噪声的干扰。噪声按其来源一般可分为外部噪声和内部噪声两大类。外部噪声包括自然界存在的各种电磁波源(闪电、宇宙星体、大气热辐射等)发出的噪声，工业上强力电机与电焊机等工作时造成的工业噪声和其它通信设备发射的信号等等。内部噪声则是指系统设备本身产生的各种噪声。接收设备把有用信号从众多信号和噪声中选取出来，经输出变换器恢复出原始信息。第0章 绪 论 对于无线通信系统，由天线理论可知，要将无线电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级。由原始非电量信息转换而成的原始电信号一般是较低频率的信号，波长较长
3、。例如音频信号一般仅在15 kHz以内，对应波长为20 km以上。要制造出相应的巨大天线是不现实的。另外，即使这样巨大的天线能够制造出来，由于各个发射台发射的均为同一频段的低频信号，在信道中会互相重叠、干扰，因此接收设备无法从中选择出所要接收的有用信号。第0章 绪 论 为了有效地进行传输，必须采用几百千赫兹以上的高频振荡信号作为运载工具，将携带信息的低频电信号“装载”到高频振荡信号上（这一过程称为调制），然后经天线发送出去。到了接收端后，再把低频电信号从高频振荡信号上“卸取”下来（这一过程称为解调）。其中，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，经过调制并携带有低频信息的高
4、频振荡信号称为已调波信号。未经调制的低频电信号和已调波信号又可分别称为基带信号和频带信号。请注意，这里所说的低频电信号可以是十几千赫兹以下的音频信号，也可以是高达几兆赫兹的视频信号，但是对于相应的载波频率来说都要低一些。第0章 绪 论 采用调制方式以后，由于传送的是高频已调波信号，故所需天线尺寸便可大大缩小。另外，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。所谓调制，是指用原始电信号去控制高频振荡信号的某一参数，使之随原始电信号的变化规律而变化。而解调就是从高频已调波中恢复出原来的调制信号。第0章 绪 论 通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统两大类。
5、前者传送的是模拟电信号，而后者传送的是数字电信号。在模拟通信系统中，若采用正弦波信号作为高频振荡信号，由于其主要参数是振幅、频率和相位，因而出现了振幅调制、频率调制和相位调制（后两种合称为角度调制）等不同的调制方式。在数字通信系统中，若采用正弦波信号作为载波，同样有振幅调制、频率调制和相位调制三种调制方式。对于数字电信号，也可以不经过调制而直接送入信道进行传输，这种方式称为数字基带传输，而采用调制/解调方式的称为数字频带传输。第0章 绪 论 图 0.2 无线模拟发送、接收系统方框图 第0章 绪 论 由图0.2可见，模拟通信系统所涉及的基本功能电路包括低频和高频小信号放大电路、低频和高频功率放大
6、电路、正弦波振荡电路、调制和解调电路、倍频电路、混频电路等。在发送端，由高频正弦波振荡器产生的正弦波信号经放大之后形成载波信号（有时需要进行倍频），然后被模拟电信号调制产生已调波信号，再经功率放大后从天线输出。在接收端，混频电路起频率变换作用，其输入是各种不同载频的高频已调波信号和本地振荡信号，输出是一种载频较低而且固定（习惯上称此载频为中频）的高频已调波信号（习惯上称此信号为中频信号）。第0章 绪 论 也就是说，混频电路和本振电路一起可以把接收到的不同载频的各发射台高频已调波信号变换为同一载频(中频)的高频已调波信号，然后送入中频放大器进行放大。中频放大器由于工作频段较低而且固定，其性能可以
7、做得很好，从而达到满意的接收效果。这种接收方式称为超外差方式。倍频电路的功能是把高频振荡信号或高频已调波信号的频率提高若干倍，以满足系统的需要。第0章 绪 论 图 0.3 无线数字频带传输发送、接收系统方框图 第0章 绪 论 由图0.3可见，数字通信系统所涉及的基本功能电路除了模拟通信系统所包括的之外，还增加了信源编译码电路和信道编译码电路，以此实现A/D和D/A转换、差错控制等功能。当然，数字调制/解调电路与模拟调制/解调电路有一些不同。考虑到信源编译码电路和信道编译码电路在“数字电路”和“通信原理”两门课程中已有介绍，且这两类电路属于数字电路范畴，而本书主要讨论模拟电路，故为了避免重复，不
8、在本书中讨论。第0章 绪 论 通信系统的种类较多，包括电话、电报、导航、广播、电视等；涉及到的频率范围较宽，从几十千赫兹到几百吉赫兹。通常把这一频段称为射频（Radio Frequency）。根据不同频率电磁波的传播特点，可以将其分为多个通信频段，如表0.1所示。其中，较低频段的无线电波（长波和中波）主要采用地波方式传播，较高频段的无线电波（短波）主要采用天波（电离层反射）方式传播，而更高频段的无线电波则以直线传播为主。第0章 绪 论 表表0.1 无线电通信波段无线电通信波段 第0章 绪 论 0.2 本课程的特点及学习方法本课程的特点及学习方法 (1)“通信电路”以“模拟电路基础”为其主要先修
9、课程，所以读者一定要先牢固掌握“模拟电路基础”中的基本概念、原理、电路组成和分析方法，才能进一步学好本课程。另外，“信号与系统”课程中的傅里叶频谱分析方法、线性系统的拉氏变换法等有关内容也是“通信电路”的理论分析基础。第0章 绪 论 (2)除了高频小信号放大电路和满足一定条件下的反馈控制电路可以看成是线性电路，采用线性电路的分析方法进行处理外，通信系统中的绝大多数功能电路则属于非线性电路。对非线性电路进行严格的数学分析需要建立和求解非线性微分方程，因而是非常困难的，有时甚至是不可能的。本书采用了一些工程上的近似分析和求解的方法，如折线法、幂级数法等。第0章 绪 论 (3)采用计算机辅助设计（C
10、AD）的方法可以对各种功能电路进行近似仿真分析和设计。这方面的软件较多，如ADS（Advanced Design System）、PSpice等，读者可以参考有关资料。(4)本课程是一门实践性很强的课程。各种功能电路的理论学习必须和相应的实验结合起来，才能真正领会和掌握，同时也不会感到抽象和枯燥。由于通信电路的工作频率较高，受元器件和引线分布参数及各种高频干扰影响较大，因此制作和调试电路时比较困难。第0章 绪 论（5）在学习“通信电路”课程时，看懂教材内容是最重要的。在此基础上，选做一部分典型的习题，可以帮助自己加深对于教材内容的理解和对电路元器件参数及其性能指标的了解。选择“通信电路”习题的
11、标准应该是少而精，但是在做完一道习题之后，要对解题过程和结果进行总结，达到举一反三，这样就能事半功倍。能否正确识读和分析电路图是衡量是否学好“通信电路”课程的一个重要标准，第10章在如何正确识读和分析电路图方面给读者提供了一些帮助。第0章 绪 论 (6)在一个通信系统中，各种功能电路相互之间是有一定影响的，所以在分析单个电路的工作原理和性能时，不仅要考虑该电路本身，还要考虑其相邻电路对它的影响，弄清楚该电路在整个系统中的位置和作用。也就是说，要带着系统的观点来看待其中每一个单元电路，这样才能掌握整个系统的工作原理和性能。第0章 绪 论 (7)随着大规模集成工艺和技术的发展，出现了越来越多的通信集成电路芯片。然而，在目前的通信系统中，尤其是在接收机的前端和发射机的后端，仍然存在由很多分立元器件组成的电路。另外，集成电路的分析和设计也是建立在分立元器件电路的基础之上的。所以，本书虽然是以集成电路为主导来介绍各种功能电路的，但同时也介绍了一些相应的分立元器件电路。
