《模拟通信系统简介》课件

模拟通信系统简介模拟通信系统是最基础的通信形式之一广泛应用于各种生活和工业领域本课,件将概括介绍其工作原理、主要组成部分以及典型应用场景课程概述课程目标主要内容教学方式考核方式通过本课程的学习学生将全包括模拟信号、时域分析、频通过理论讲授、课堂讨论、案期末考试成绩评定采用平时,,面掌握模拟通信系统的基本概域分析、线性系统分析、调制例分析等方式提高学生的理成绩期末考试的方式,+念和原理并能够运用相关知解调技术、接收机设计等相关解和应用能力,识分析和设计常见的模拟通信知识电路模拟通信系统概念定义应用领域信号处理模拟通信系统是指利用连续变化的模拟信号模拟通信系统广泛应用于电话、广播电视、模拟通信系统采用模拟信号进行编码、调制来传输和处理信息的通信系统它与数字通雷达、遥感、工业控制等领域它可以实时、传输和解调等一系列信号处理技术，以实信系统相比，采用模拟信号方式更为自然和传输和处理语音、音乐、图像等连续信号现有效的信息传输直观模拟信号及其特点连续性无限值域模拟信号是连续的波形可以在任模拟信号可以取任意值不受数字,,意时刻取值没有离散的采样点信号的和的限制,01无限分辨率无噪声累积模拟信号可以无限细地表示不像模拟信号在传输和处理过程中不,数字信号受限于位数会出现数字信号的噪声累积问题模拟信号表示模拟信号是连续的时间函数其取值也是连续的它可以用数学式,表示如正弦波、余弦波等模拟信号也可以用时域图像或频域图,像来表示分别反映了信号随时间和频率的变化情况,对于实际的模拟信号常用采样技术将其离散化然后用数字信号的,,方式处理和传输采样频率的选择则需要满足奈奎斯特采样定理时域分析时域定义1时域分析是从时间维度对信号进行分析的方法它描述了信号随时间的变化情况时域表示2在时域表示中信号被描述为幅度随时间的函数通常用数学函,数来表示ft时域特征3时域特征包括信号的最大值、最小值、平均值、有效值等这些特征反映了信号的能量和功率频域分析傅里叶级数1将周期信号分解为多个正弦波的组合傅里叶变换2将非周期信号分解为无穷多个正弦波的组合频谱分析3研究信号在频域中的幅度和频率分布频域分析是利用傅里叶分析的方法对信号进行频率域表示和处理的技术它可以揭示信号的频谱特性有助于分析和设计系统的滤波、调制,等功能对于复杂的非周期信号频域分析提供了全面而直观的信息是模拟通信系统分析的重要工具,,傅里叶级数与变换傅里叶级数利用正弦和余弦函数的线性组合来表示周期性函数这些函数的频率成整数倍关系傅里叶变换将非周期性函数转化为频率域表达式可用于分析信号的频谱特性频域分析通过傅里叶变换可以得到信号在频域上的表现形式有利于了解信号的频率特性,线性系统分析输入输出关系叠加原理12线性系统的输入和输出之间呈现线性关系可用简单的数学公线性系统服从叠加原理即各个输入的输出可以分开计算后进,,式来描述行叠加时域分析频域分析34通过对系统微分方程的分析可以得到系统的时域响应特性利用傅里叶变换可以将系统描述转换到频域分析其频率响应,,特性幅频特性与相频特性信号均值和有效值信号均值信号均值是一段时间内信号的平均值，反映了信号的整体大小它可用于描述模拟信号在时间域上的平均特性信号有效值信号有效值反映了信号波形的功率大小，是信号幅值的平方根它可用于描述模拟信号的功率特性计算方法均值通过积分或求和得到，有效值则需要求积分平方的平方根两者都是重要的信号特征参数噪声的特性噪声的定义噪声的类型噪声的特点噪声的描述噪声是指在信号传输过程中无噪声主要分为热噪声、功率噪噪声具有不确定性和随机性通常使用均方根值、噪声功率,法避免的干扰和混杂可能来声、脉冲噪声等不同类型的其幅度和频谱分布也不固定谱密度或信噪比等参数来描述,自电子设备、环境因素或其他噪声对通信系统的影响各不相准确测量和分析噪声的性质对噪声的特性以便更好地理解,信号源噪声会降低信号的质同需要采取针对性的抑制措于提高通信系统性能非常关键和处理噪声对系统的影响,量和可靠性施信噪比信噪比表示信号功率与噪声功率之比的指Signal-to-Noise Ratio标用于衡量通信系统的信号质量信号功率表示所传输信号的平均功率值噪声功率表示干扰信号和本机噪声的平均功率值单位以分贝为单位dB调制解调基础信号调制解调过程12通过改变信号的幅度、频率或在接收端将调制信号恢复到原相位来携带信息的过程称为调始信号的过程称为解调制调制类型应用场景34常见的调制类型包括振幅调制调制解调技术广泛应用于无线、频率调制和相位调制等电通信、有线通信、音频信号等领域振幅调制高频载波信号1以高频正弦波为载波调制过程2用低频信号调制振幅解调过程3通过检波恢复出原始低频信号振幅调制是通过改变高频载波信号的振幅来传输低频信号的一种方式这种调制方式可以实现信号的远距离传输同时也能利用频谱资源,经过解调可以还原出原始的低频信号角度调制相位调制PM通过改变载波相位传输信号数据的一种调制方式相位偏移能够表示数字信号的和01频率调制FM通过改变载波频率来传输模拟信号的一种调制方式频率变化能够表示模拟信号的幅度带宽特性相位调制和频率调制都需要更大的带宽但能提供良好的抗噪性,和动态范围频率合成器频率合成电路数字频率合成器锁相环频率合成器频率合成器是一种电子电路用于从一个或数字频率合成器通过数字信号处理技术可锁相环频率合成器利用反馈控制原理可以,,,多个固定频率源生成所需的频率它广泛应实现更高的频率稳定性和频率分辨率是现从一个参考信号合成出所需频率广泛应用,,用于收音机、电视、移动通信等领域代通信系统的关键部件于各种通信设备中相干检波信号同步性检波原理相干检波要求接收端信号与本地将接收信号与本地参考信号相乘参考信号保持相同的频率和相位，可以从而提取出原始信息信号，实现对接收信号的同步检测，实现高效解调优势特点相干检波具有较高的信噪比和频谱利用效率，适用于多种调制方式的解调非相干检波无需载波同步噪声容忍度高12非相干检波方式不需要构建本非相干检波对噪声信号的容忍地载波信号来与接收信号同步度较高，适合在信噪比较低的，这简化了接收机设计环境中使用结构简单性能有限34非相干检波电路结构简单成本由于不需要同步非相干检波的,,较低适用于对成本敏感的场合性能不如相干检波不适用于要,,求高性能的应用场景带通滤波器频带选择信号增强带通滤波器能够从一组频率信号通过带通滤波器可以有效地提高,中选择特定的频带过滤掉不需要所需信号的幅度从而增强目标信,,的频率成分号噪声抑制常见应用带通滤波器可以大幅降低不需要带通滤波器广泛应用于无线通信的噪声信号提高信噪比改善系统、音频系统、电力电子等领域,,性能窄带接收机高选择性优异性能小型化设计低功耗优势窄带接收机采用窄带滤波技术窄带接收机通常具有较高的灵借助先进的集成电路技术窄窄带接收机通常采用低功耗的,可以有效地过滤掉不需要的敏度和动态范围能够可靠地带接收机可以实现小型化和集工作模式能够有效地延长电,,,频段信号提高了接收信号的接收弱信号并抑制干扰成化设计适用于便携式和嵌池使用寿命,,,选择性入式应用广带接收机广带接收机结构频带特性电路结构广带接收机由射频放大器、混频器、中频放广带接收机具有宽广的接收频带可以接收广带接收机采用多级放大和滤波电路可以,,大器和检波电路等部分组成能够接收并处多个频道的信号实现对复杂信号环境的处高效地放大和滤除杂波提供良好的信号接,,理频带范围广泛的信号理收性能中频滤波器频带选择中频滤波器能够从信号中选择特定的频带有效地分离需要的频率成分,带宽控制通过调整中频滤波器的带宽可以控制系统的选择性和灵敏度,信号放大中频滤波器通常与放大器级联可以在保留目标信号的同时放大其功率,放大器模拟放大器功能主要性能参数常见放大器类型放大器设计原则模拟放大器是模拟通信系统中放大倍数、输入阻抗、输出阻常见的放大器包括操作放大器放大器设计需要考虑增益、带的关键部件之一，其主要功能抗、带宽、噪声系数等这些、功率放大器、低噪声放大器宽、稳定性、噪声等因素以,是接收微弱的模拟信号，并放参数决定了放大器的性能和适等不同类型适用于不同场景满足实际应用的需求良好的大到足以推动后级电路工作的用范围设计可以提高系统性能电平它可以放大电压、电流或功率馈电路供电功能阻抗匹配馈电路负责为电路提供稳定的电馈电路可以实现源端和负载端的源供给，确保各部件正常工作阻抗匹配减小功率损耗,滤波作用馈电路通常包含滤波电路可以滤除电源中的交流干扰,耦合电路传输线耦合通过电磁场耦合来实现不同导线之间的信号传输能够在不同导线间高效地传递信号变压器耦合利用电磁感应原理,实现电压电流的变换和隔离广泛应用于电力系统和电子电路中电容耦合通过电容来实现交流信号的耦合传输,同时隔离直流电路简单实用,应用非常广泛耗电功率分析30W80%功率消耗占总耗电比例典型模拟通信系统会消耗约30瓦的功率功率放大器是系统耗电的主要部分,占80%以上10%$50其他部件耗电每瓦成本其他电路部件如滤波器、调制解调器等仅占系统每消耗1瓦功率大约需要50美元的成本总耗电的10%左右投入对于模拟通信系统而言,功率消耗是一个关键指标系统的主要能耗部分来自功率放大器,占总耗电的80%左右其他电路部件如滤波器、调制解调器等耗电较少,只占10%左右整个系统每消耗1瓦功率的成本约为50美元因此,优化功率消耗是提高系统性能和降低成本的重要手段热噪声分析热噪声原因电子元件内部温度波动引起的随机电子运动导致的噪声热噪声特点频率谱均匀分布、功率随温度升高而增大热噪声影响降低信号质量、限制电路性能和检测精度热噪声控制降温、使用低噪声元件、优化电路设计成本和可靠性分析成本分析可靠性测试故障分析模拟通信系统的设计、制造和维护成本是关模拟通信系统必须经受严格的可靠性测试对于系统中可能出现的故障进行深入的分析,键因素需要仔细分析各个部件和工艺的成确保在各种工作条件下都能持续稳定运行和研究找出潜在的弱点采取措施提高系统,,本以确保系统在商业上可行这包括温度、湿度、振动等方面的测试的整体可靠性,未来发展趋势时代到来智能化与自动化15G2网络的广泛应用将推动模模拟通信系统将越来越智能化5G拟通信系统朝更快、更稳定的和自动化大幅提升效率和可靠,方向发展性小型化与集成化能耗优化34模拟通信设备将朝小型化和集通过新材料和技术模拟通信系,成化方向发展方便携带和使用统将进一步降低功耗提高能源,,利用效率本课程小结系统学习知识体系培养实践能力注重理论联系实际通过本课程的学习学生全面掌握了模拟通实验环节设计丰富多样训练学生发现问题课程内容贴近工程实际并通过案例分析等,,,信系统的基本原理和关键技术为将来从事、分析问题和解决问题的能力增强了动手方式帮助学生深入理解理论知识提高分析,,,相关工作奠定了坚实的基础实践的能力问题和解决问题的能力。