无线电通信-1.-2-无线电信号传输原理课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019-5-9,#,1.2,无线电信号传输原理,1.2.1,传输信号的基本方法,1.2.2,通信系统简介,1.2.3,无线电信号的产生和发射,1.2.4,无线电信号的接收,1.2.5,信号及其频谱,1.2 无线电信号传输原理1.2.1 传输信号的基本方法,1,1.2.1,传输信号的基本方法,语言和文字,最原始、最基本的传输手段,光通信,远距离通信，迅速准确,电通信,无线通信，有线通信,Maxwell,在理论上发现电磁场理论,Hertz,在实践上证明电磁场的存在,Morse,有线电报,Bell,有线电话,无线电,1.2.1 传输信号的基本方法语言和文字,2,1.2.2,通信系统简介,1,通信系统原理框图,2,信号源,3,发送设备,4,传输信道,5,接收设备,6,收信装置（换能器）,1.2.2 通信系统简介1 通信系统原理框图,3,信号源,发送设备,传输信道,收信装置,接收设备,通信系统原理框图,1.2.2,通信系统简介,信号源发送设备传输信道收信装置接收设备通信系统原理框图1.2,4,1,信号源,在实际的通信电子线路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。,常见的信号源有,话筒,摄像机,各种传感器件,1.2.2,通信系统简介,1 信号源1.2.2 通信系统简介,5,1.2.2,通信系统简介,2,发送设备,作用,将基带信号变换成适合信道的传输特性的信号。,1.2.2 通信系统简介2 发送设备,6,1.2.2,通信系统简介,2,发送设备,两大任务,调制：,将基带信号转换成适合信道传输特性的频带信号；,放大：,是指对调制信号和已调信号的电压和功率放大、滤波等处理过程，以保证送入信道足够大的已调信号功率。,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，这些基带信号往往并不适合信道的直接传输。,1.2.2 通信系统简介2 发送设备,7,1.2.2,通信系统简介,3,传输设备（传输媒质）,信号从发送到接收中间所经过传输信道。,电缆、光缆、无线电波等。,不同的传输信道有不同的传输特性，根据传输媒质的不同，可以分为两大类：,有线通信：,双线对电缆、同轴电缆、光纤,无线通信：,自由空间、水,1.2.2 通信系统简介3 传输设备（传输媒质）,8,1.2.2,通信系统简介,（,1,）有线通信信道,双绞线,适用于短距离（小于,100m,）、,1Mb/s,数据率的通信环境。,同轴电缆,适用于距离在几百米、带宽小于,10MHz,、码流率小于,20Mbps,的通信环境。,光纤电缆,衰减小（小于,1db/km,）、工作频率高、信息容量大。,1.2.2 通信系统简介（1）有线通信信道,9,1.2.2,通信系统简介,（,2,）无线通信信道,无线通信的传输媒质是自由空间和水。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。,根据传播途径可分为两大类：,地波,天波,1.2.2 通信系统简介（2）无线通信信道,10,1.2.2,通信系统简介,（,2,）无线通信信道,地波,地面波：,沿地面传播的无线电波。,适用于长波和超长波。,空间波：,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。,天波,1.2.2 通信系统简介（2）无线通信信道,11,1.2.2,通信系统简介,（,2,）无线通信信道,地波,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。,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,。,什么是电离层？,1.2.2 通信系统简介（2）无线通信信道什么是电离层？,12,1.2.2,通信系统简介,散射通信,利用对流层对电波的散射进行通讯，,它适用于超短波以及微波波段的通信，,通信距离很远。,1.2.2 通信系统简介散射通信,13,1.2.2,通信系统简介,传播方式的对比,频率越高，趋肤效应越严重，损耗也越严重。沿着地表传输的波频率不太高，波长在,200,米以上的波主要沿着地表传输，波长在,10,米到,200,米的波主要靠电离层传输，波长在,10,米以下，主要是直线传播。,靠电离层反射和折射的传播方式的传播距离最长,；,靠直线传播方式传播的距离最短,；,沿着地表传播方式传播的距离介于上面的两者之间。,1.2.2 通信系统简介传播方式的对比,14,波段名称 波长范围 频率范围 频段名称,超长波,10,000,100,000m 30,3kHz,甚,低频,VLF,长 波,1,000,10,000m 300,30kHz,低频,LF,中 波,200,1,000m 1500,300kHz,中频,MF,中短波,50,200m 6,000,1,500kHz,中高频,IF,短 波,10,50m 30,6MHz,高频,HF,米 波,1,10m 300,30MHz,甚高频,VHF,分米波,10,100cm 3,000,300MHz,超高频,UHF,厘米波,(,微波,)1,10cm 30,3GHz,特高频,SHF,毫米波,1,10mm 300,30GHz,极高频,EHF,亚毫米波,1mm,以下,300GHz,以上 超极高频,1.2.2,通信系统简介,无线电波波段的划分,波段名称 波长范围,15,1.2.2,通信系统简介,4,接收设备,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。,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。,1.2.2 通信系统简介4 接收设备,16,1.2.2,通信系统简介,5,收信装置（换能器）,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,还原声音的喇叭,恢复图象的显像管,1.2.2 通信系统简介5 收信装置（换能器）,17,1.2.3,无线电信号的产生和发射,天线和电磁波的研究表明,如果天线的长度,L,可以和电信号的波长,相比拟（,L/4,），则把电信号加到天线上，就可以电磁波的形式传输到很远的地方！,基本语言的频率范围：,300,3000Hz,相应的波长为：,=c/f=310,8,/f=10,6,10,5,m,1.2.3 无线电信号的产生和发射天线和电磁波的研究表明,1.2.3,无线电信号的产生和发射,基带信号,无线通信系统中传输的信号可以是声音、图像、数据等，其波形复杂，有连续信号，也有离散信号，但都具有一定的频率范围，这种信号称为,基带信号。,基带信号不可能直接发射出去,，只有利用高频信号作为,“,载波,”,才能有效地将有用信号用电磁波的形式发射出去。,高频适合于通过天线传输；,高频的频带范围宽，信息容量大。,1.2.3 无线电信号的产生和发射基带信号,1.2.3,无线电信号的产生和发射,解决的办法,产生高频信号,由振荡电路输出一个高频信号，将其加到适当高度的天线上发射出去，这个高频信号称为,载波,，用来作为传输信息的运载工具。,调制高频信号,用需要传输的低频信号去控制高频的载波信号，这个过程称为,调制,。,1.2.3 无线电信号的产生和发射解决的办法,1.2.3,无线电信号的产生和发射,无线通信系统中的信号,调制信号（基带信号）,携有信息的电信号。,载波信号,未调制的高频振荡信号。,已调波信号,经调制后的高频振荡信号。,1.2.3 无线电信号的产生和发射无线通信系统中的信号,1.2.3,无线电信号的产生和发射,无线电发射机方框图,1.2.3 无线电信号的产生和发射无线电发射机方框图,22,1.2.3,无线电信号的产生和发射,无线电发射机,调制,modulation,用带有信息的信号控制高频信号的一个或几个参数，使该参数按照电信号的规律而变化的一种处理方式。,将音频信号,“,装载,”,到高频振荡中的方法有好几种。,调幅、调频、调相等。,1.2.3 无线电信号的产生和发射无线电发射机,1.2.3,无线电信号的产生和发射,调制,振幅调制（调幅,AM,）,使高频振荡信号的幅度随调制信号变化的调制方式。,1.2.3 无线电信号的产生和发射调制,1.2.3,无线电信号的产生和发射,调制,频率调制（调频,FM,）,使高频振荡信号的频率随调制信号变化的调制方式。,1.2.3 无线电信号的产生和发射调制,1.2.3,无线电信号的产生和发射,调制,相位调制（调相,PM,）,使高频振荡信号的相位随调制信号变化的调制方式。,1.2.3 无线电信号的产生和发射调制,1.2.3,无线电信号的产生和发射,调制,数字信号的调制：调制信号为数字信号时，称为键控，分为,振幅键控,ASK,频率键控,FSK,相位键控,PSK,有正弦调制和脉冲调制方式。,1.2.3 无线电信号的产生和发射调制,1.2.4,无线电信号的接收,最简单的接收机原理框图,1.2.4 无线电信号的接收最简单的接收机原理框图,28,1.2.4,无线电信号的接收,超外差式接收机方框图,变频器,1.2.4 无线电信号的接收超外差式接收机方框图变频器,29,1.2.4,无线电信号的接收,解调,从已调波中把原来的调制信号恢复出来的过程。,根据调制方法不同，解调电路可分别有：,检波器,鉴频器,鉴相器,1.2.4 无线电信号的接收解调,30,消息,信号源,放大器,调制器,高频,振荡器,谐振放大器,或倍频器,已调波,放大器,发射,天线,接收,天线,高频,放大器,本地,振荡器,混频器,中频,放大器,解调器,放大器,视频显示器,扬声器等等,选择,电路,发射机,接收机,无线电发射机和接收机原理框图,1.2.4,无线电信号的接收,消息放大器调制器高频谐振放大器已调波发射接收高频本地混频器中,31,1.2.5,信号及其频谱,常用的信号表示方法,1,数学表达式法,正弦波,u=Asin,t,阶跃函数,u=A,(t),2,波形表示法,3,频域表示法,1.2.5 信号及其频谱常用的信号表示方法,32,1.2.5,信号及其频谱,常用的信号表示方法,1,数学表达式法,2,波形表示法,例如,3,频域表示法,A,t,1.2.5 信号及其频谱常用的信号表示方法At,33,1.2.5,信号及其频谱,常用的信号表示方法,1,数学表达式法,2,波形表示法,3,频域表示法,根据傅里叶变换的基本原理，任何一个函数都可以用傅里叶级数展开。如果把信号看成一个函数，这就为我们研究信号提供了一种新的方法。通过研究信号的频谱，我们可以突出在信号传输中存在的主要问题，如信号的变化规律，信号的能量分布等。,1.2.5 信号及其频谱常用的信号表示方法,34,1.2.5,信号及其频谱,频谱,由于任何复杂的信号，都可分解为许多不同频率的正弦信号之和，,因此，所谓,“,频谱,”,即是指组成信号的各正弦分量按频率分布的情况。,为了更直观地了解信号的频率组成和特点，我们通常采用作图的方法来表示频谱，即,频谱图。,1.2.5 信号及其频谱频谱,35,1.2.5,信号及其频谱,频谱,如：下面所示的一般语音信号的频谱示意图,可以看到语音信号的频谱是连续的，其主要能量集中在,1000Hz,左右。,电压,f/Hz,300,3400,1.2.5 信号及其频谱频谱电压f/Hz3003400,36,1.2.5,信号及其频谱,频谱,一般数字信号的频谱图,可见，数字信号的频谱是不连续的。,振幅,f,1.2.5 信号及其频谱频谱 振幅f,37,1.2.5,信号及其频谱,频谱,脉冲信号的分解,1.2.5 信号及其频谱频谱,38,1.2.5,信号及其频谱,频谱,脉冲信号的频谱,f,1,表示脉冲信号的基波频率。,f,3,、,f,5,、,f,7,分别表示三、五、七次谐波，在,f,轴的,0,点，表示直流分量，这条谱线的长度表示脉冲直流分量（即平衡值）的大小。高次谐波的谱线可以分布到很高的频率，但其幅度已相当小。,1.2.5 信号及其频谱频谱f1表示脉冲信号的基波频率。f3,39,