第三节无线电信号传输系统的组成

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1、第三节 无线通信系统概述,1、无线通信系统的组成2、无线发信设备和收信设备的组成3、无线通信系统的类型4、无线通信系统的要求和指标,无线电通信系统的组成,概念实现信息传递所需设备总和，称为通信系统。电信系统：传送光或电信号的系统。无线通信系统：以无线介质传送光或电信号的 系统。通信系统的组成 (5部分) 信源(终端) + 发送设备（发信机）+ 信道 + 接收设备（收信机）+ 信宿(终端) 。,信道为连接收、发两端的信号通道，又称传输媒介。信道分为有线信道（如架空明线，电缆，波导，光纤等）和无线信道（如海水，地球表面，自由空间等）。不同信道有不同的传输特性，同一信道对不同频率信号的传输特性也是不

2、同的。 信源是将声音、图像、文字等要传输的信息转换成原始电信号（基带信号）的设备，例如话筒、摄像机。 信宿是将原始电信号转换成信息的设备，例如扬声器、显示器。 发信设备是将原始电信号转换成适合在信道中传输的信号，并发送到信道中的设备，例如发射机+发射天线。 收信设备是从信道中接收信号，并从接收到的信号中恢复原始电信号的设备，例如接收天线接收机。,通信系统的一般模型,信源,发信 设备,信道,收信 设备,信宿,噪声源,将信息转 换成原始 电信号,将原始电信号转换成适合在信道中传输的信号,传输信号的通道,系统内部的噪声和干扰,从接收到的信号中恢复原始电信号,将原始电信号转换成信息,无线发信设备和收信

3、设备的组成,在无线通信系统中，我们要处理的无线电信号主要有三种：调制（基带）信号、高频载波信号和已调信号。不同的基带信号，不同的载波信号和不同的调制方式，将形成不同的通信系统，但是作为无线通信系统核心的无线收发设备的基本电路和原理都是相同的，因此，深入研究无线收发系统对于实用通信系统的开发、应用就显得十分重要。 本课程就是以无线电模拟收发系统为研究对象的一门课程。,模拟通信系统模型,无线通信系统的基本组成,发送设备中的变换将基带信号变换成适合在信道中传输的信号形式(一般为高频的带通信号)，这个过程称为调制。,发送设备的主要功能：调制、上变频、功率放大和滤波调制：是利用基带信号去控制载波信号的某

4、一参数，让该参数随基带信号的大小而线形变化的处理过程，前面已有介绍。 功率放大和滤波：是指对调制信号和已调信号的电压和功率进行放大、滤波等处理过程，以保证送入信道足够大的已调信号幅度，并滤除不必要的谐波分量，确保信号不失真发送到收信设备。 上变频：将正弦波振荡器发出的正弦波频率通过变频或倍频变成载频。如果已调波频率不够，也需要进行变频。,调幅发射机由一般由四个部分组成：高频（射频）系统、音频调制系统、电源和冷却系统、控制监测系统。由于电源、控制监测对发射机的工作原理没有影响，故图中略去了这一部分。 高频部分一般包括激励器、高频功率放大器、功率合成器、匹配网络。 低频部分由低频信号处理、调制器组

5、成。,以无线电调幅广播发射机为例介绍无线发信设备的组成,发射机高频部分（射频系统） （1）激励器（振荡器或频率合成器）：产生频率稳定的载波信号；对来自外部或备份的载频激励信号进行自动切换。 （2）高频功率放大器：由中间放大器、功放推动级、末级功放放大器（受调放大器）组成。中间放大级，一级或多级放大器，以逐步提高输出功率。最后经过功放推动级将功率提高到能推动末级功放的电平。末级功放则将输出功率提高到所需的射频功率电平。 （3）功率合成器：将功放模块产生的射频功率信号合成，实现发射机调幅波的射频功率输出，即产生大功率调幅广播信号。,（4）匹配网络：一般由带通滤波器和调配网络两部分构成。 带通滤波器

6、：滤除不需要的带外谐波和杂波成分，完成功率合成器与额定输出阻抗的阻抗匹配。 调配网络：对载频的三次谐波进行再一次滤波，对输出阻抗进行阻抗微调，匹配馈线系统阻抗，使电压驻波比接近最佳值，保证发射机安全正常地运行。,发射机低频部分（音频调制系统） 在DAM发射机中，音频调制系统主要包括三部分：音频处理器、模/数转换器、调制编码器。 音频处理器：将音频信号叠加上控制射频输出功率的直流信号，并进行一些模拟量的自动补偿和音频信号的放大。 模/数转换器：将连续变化的模拟信号，转变成离散的数字信号，即二进制码的数字音频信号。 调制编码器：将二进制的数字音频信号转换为确定射频功率放大模块开启个数的二进制码的控

7、制信号，从而确定在此取样周期中射频输出功率电平的大小。,在PDM发射机中，音频调制系统主要包括三部分：调制推动、调制器、低通滤波器。 调制推动：将音频信号叠加上控制射频输出功率的直流信号，并转换成脉冲宽度调制信号。 调制器：将脉宽调制脉冲信号进行功率放大。 低通滤波器：将脉宽调制脉冲信号解调成大功率模拟音频电压，以此做为射频功率放大器的控制信号，实现对功率放大器的射频输出电压进行幅度调制，获得调幅广播信号。,接收设备的主要功能滤波、放大、下变频、解调。发送设备中的变换（1）将高频带通信号变换成基带信号。（2）将基带信号转换成原始消息。,电磁波在空间传播时，如果遇到导体，会使导体产生感应电流，感

8、应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同。因此利用放在电磁波传播空间中的导体，就可以接收到电磁波了。接收设备的任务主要是有选择接收放大空中微弱电磁信号（同时要尽可能保证信息的质量），并恢复有用信息。接收设备的结构通常采用超外差形式。,超外差式接收机方框图,从天线收到微弱载波信号c先经过一级或几级高频小信号放大器进行幅度放大，然后送至混频器与本地振荡器所产生的等幅振荡L相混合，所得到的输出I与c包络线形状不变，仍与原来的信号波形一致，但载波频率c则变换为c与L两个高频频率之差或之和IcL，I这叫做中频。如要接收的信号是900KHZ，本振频率是1365KHZ，两频率混合后就可以产生一个465KHZ或

9、者2265KHZ的差频。接收机中用LC电路选择465KHZ作为中频信号，因为本振频率比外来信号高465KHZ所以叫超外差。中频I幅度再经中频放大器，送入检波器，得检波输出F，最后再经低频放大器放大幅度，送到扬声器中转变为声音信号。,超外差接收机由高频放大器、本机振荡器、混频器、中频放大器、解调器、低频功率放大器组成。（1）高频放大器：由一级或多级小信号谐振放大器组成，放大天线上感生的有用信号；并利用放大器中的谐振系统抑制天线上感生的其它频率的干扰信号。可调谐。 （2）混频器：两个输入信号。频率为c的高频已调信号，本机振荡器产生的频率为L的本振信号。将频率为c的高频已调信号不失真的变换为载波频率

10、为I的中频已调信号：IcL，我国调幅广播中频为：I465KHz。调频广播中频为：I10.7MHz。电视图像中频为：I38MHz。微波接收机、卫星接收机的中频为70MHz或140MHz等。 （3）本机振荡：用来产生频率为LcI（或LcI）的高频振荡信号，L是可调的，并能跟踪c。,（4）中频放大器：由多级固定调谐的小信号放大器组成，放大中频信号。由于中频是固定的，因此中频放大器的选择性与增益都与接收的载波频率无关。 （5）检波器：实现解调功能，将中频调辐波变换为反映传送信息的调制信号。 （6）低频放大器：由小信号放大器和功率放大器组成，放大调制信号，向扬声器提供所需的推动功率。超外差式接收机的核心

11、是混频器部分。混频器的作用是将接收到的不同载波频率转变为固定的中频。这种作用就是所谓外差作用，这也是超外差式接收机名称的由来。由于中频是固定的，因此中频放大器的选则性都与接收的载波频率无关。这就克服了直接放大式的缺点。混频器和本地振荡器往往共用一个电子器件，合并为一个电路，这时就叫做变频器。,无线通信系统的类型,(1) 按照工作频段或传输手段分类工作频率 指发射与接收的射频(RF)频率。,(2) 按照通信方式来分类，,只能发或只能收,既可以发也可以收但不能同时收发,可以同时收发,(3) 按照调制方式的不同来划分,调幅 调频 调相,(4) 按照传送的消息的类型来划分,模拟通信 数字通信,无线通信

12、系统的基本特性主要体现在有效性和可靠性两个方面。 有效性指空间、时间、频率的利用率，主要用传输距离和通信容量（信道容量）指标来衡量 传输距离指信号从发送端到达接收端并能被可靠接收的最大距离。它与采用的通信体制和是否中继有关。在无中继的情况下，传输距离决定于发送端的信号功率、信号通过信道的损耗、信号通过信道混入的各种形式的干扰和噪声以及接收机的接收灵敏度。 通信容量是指一个信道能够同时传送独立信号的路数或信道速率。影响信道容量的因素包括已调信号所占有的频带带宽、系统采用的调制方式、信道条件（信噪比和信干比）和信道的复用（多址）方式以及网络结构等。,无线通信系统的要求与指标,可靠性主要用信号失真度

13、、误码率、抗干扰能力等指标衡量。信号失真度指的是接收设备输出信号不同（失真）于发送端基带信号的程度。产生信号失真的原因主要包括信道特性不理想和对信号进行处理的电路（发送与接收设备）特性不理想。 信号通过信道时，总要混入各种形式的干扰和噪声，使接收机输出信号的质量下降，通信系统抵抗这种干扰的能力称为通信系统的抗干扰能力。提高通信系统抗干扰能力的技术主要包括技术体制中采用的抗干扰措施，系统设计中提高的抗干扰能力和选用高质量的调制和解调电路等几方面。,研究对象：无线电发射设备和接收设备的组成、工作原理和工程分析计算。 内容：发射和接收设备各单元电路的工作原理、性能特点、典型电路、工程分析方法、测试及

14、调试方法等。单元电路：高频小信号放大电路、正弦波振荡器、高频功率放大电路、调制解调电路、混频电路、反馈控制电路、频率合成器等。 特点： 本课程电子线路大部分是非线性电路，如振荡电路、调制解调电路等，一般都用非线性分析方法，这与低频模拟电子线路中可近似用线性分析方法不同，但是对应高频小信号放大器，由于输入信号足够小，而又要求不失真放大，故可用线性分析方法。,本课程的研究对象、内容以及特点,作业1、画出通信系统的组成框图，试论述各部分的功能和作用。 2、画出中波广播发射机组成框图，论述各组成部分的作用和功能，试说明无线发信系统在整个无线通信系统中的功能和作用。 3、画出超外差接收机的组成框图，论述

15、各组成部分的作用和功能，并说明无线收信系统在整个无线通信系统中的功能和作用。 4、无线通信系统按通讯方式分可分成几类？ 5、对无线通讯系统有哪些要求，这些要求用什么指标来衡量，为什么？,技术特性 频率范围：526.5kHz1606.5kHz 输出载波功率：3kW 输出阻抗：50不平衡式或 75不平衡式。 调制方式：高频部分采用幅度调制，低频部分采用脉宽调制。 驻波比：1.25 频率稳定度：优于 1Hz/24h 音频频率响应：0.5dB( 50Hz4500Hz以 1000Hz m=0.5为基准) 谐波失真：3% (50Hz7000Hz m=0.9) 信噪比：60dB (以 1000Hz m=1为

16、基准信号电平) 载波跌落：3% 谐波辐射：60db 残波辐射：不劣于-70dB 整机效率：70% (载波状态) 音频输入阻抗：600平衡式 音频输入电平：06dBm 供电电源: 电压 380V5 (三相四线制)，频率 50Hz1。 外形尺寸：600mm(长)900mm(深)1980mm(高),谐波失真 发射机用单一频率的正弦音频信号调幅时，由于高频放大器的非线性和调制器的非线性，会产生各次谐波分量，各次谐波分量的均方根值之和与基波有效值之比，即为谐波失真。式中： D 谐波失真； Vj j次谐波电压的有效值； Vl 基波电压的有效值； j 2，3，n-1,n。,中波广播发射机技术指标,谐波失真指原有频率的各种倍频的有害干扰。由于放大器不够理想，输出的信号除了包含放大了的输入成分之外，还新添了一些原信号的2倍、3倍、4倍甚至更高倍的频率成分（谐波），致使输出波形走样。这种因谐波引起的失真叫做谐波失真。理论上此数值越小，失真度越低。,