电子系统设计与工程应用 课件 第2章 电子系统基本结构与性能指标.pptx

2.1电子系统基本结构

2.2电子系统主要性能指标

2.3发射机组成与性能指标

2.4接收机组成与性能指标

2.5分贝及其应用;2.1电子系统基本结构;2.1.1传统实现结构

对于通信系统来说,按照传递信息的媒质不同,可以分为有线通信系统与无线通信系统;按照传输的是模拟信号还是数字信号,可以分为模拟通信系统与数字通信系统。由于数字通信体制具有抗干扰能力强、传输差错可以控制、易于加密且必威体育官网网址性强、便于采用数字信号处理技术对信息进行处理以及可以传递各种消息等优点,现有系统大多采用数字通信体制。模拟信号也通过模/数转换变成数字信号,采用数字通信系统传输。另外,由于无线通信系统相对于有线通信系统具有受地理条件影响小、安装架设方便、机动性强、成本低的优点,在现代通信中大多采用无线数字通信体制,例如4G与5G移动通信系统就是典型的例子。无线数字通信系统传统实现结构如图2.1所示。;信息源的作用是将待传送的消息转换成电信号,该电信号输入到发射基带信号处理单元,发射基带信号处理单元对基带信号进行相应的处理。在数字通信系统中,通常将调制前与解调后的信号称为基带信号。依据工作环境与实现功能的不同,不同系统的发射基带信号处理单元的组成也不同。对于数字通信系统来说,该单元最基本的功能就是将模拟信号转换成数字信号。该变换属于信源编码的范畴,也是信源编码的任务之一。除此之外,信源编码的主要任务还包括减少冗余信息,提高数字信号传输的有效性。可将模/数(A/D)转换模块看成是最简单的信源编码装置。为了满足模/数转换器对模拟电信号的幅度要求,通常会将信号调理模块放在转换器之前。

需要说明的是,信源编码要完成模/数转换与提高数字信号传输有效性两大任务,仅采用模/数转换器是无法实现的。目前主要采用信号波形与特征提取相结合的方式来表达模拟信号的有用信息,并完成信源编码,以实现信源编码的两大任务。;对于传输信道不稳定的数字通信系统来说(如移动通信系统),突发干扰会导致某一时间段传输误码率高的问题,为了减小这方面的影响,在发射基带信号处理单元需要有块交织单元。对于有必威体育官网网址要求???系统来说,需要有加密单元。为了减小信道干扰的影响,需要有信道编码单元。

通过以上简单分析可以看出,发射基带信号处理单元根据具体系统的需要可由信号调理、信源编码、块交织、加密以及信道编码中的一部分或几部分组成。信号调理与模/数转换为发射基带信号处理单元最简单、最基本的组成部分。

由发射基带信号处理单元输出的信号为幅值离散的电平序列,即数字信号。由于幅值离散的电平序列具有较低的频谱分量,一般不能直接作为无线传输的信号,必须将该信号转换成其频带适合信道传输的信号,该功能由信号调制单元实现。信号调制单元将要传输的信息寄托在频率较高的电信号的某一参量上,这个携带有传输信息的信号称为已调制信号。对于二进制传输系统来说,根据携带传输信息的电参量不同,已调制信号分为振幅键控(ASK)信号、频移键控(FSK)信号以及相移键控(PSK)信号,其传输信息分别包含在已调制信号的振幅、频率以及相位之中。;如果调制器直接将要传输的信息调制到适合无线传输的射频载波的电参量上,则将调制器的输出进行射频放大与功率放大后,由发射天线发射即可。对于上面的例子来说,当接收端接收的是频率为f1的信号时,将得到数字信息“1”,而当接收的是频率为f2的信号时,将得到数字信息“0”。在实际工程实现中,几乎不采用这种直接调制的方案,取而代之的是图2.1所示的超外差结构,即采用多次混频的方式,将输入信号上变频到射频载波上。

其主要原因是:一个通信系统通常可以在多个波道上工作,当改变工作波道时,采用直接调制的方案,信号调制器以及后续单元电路都需要改变,以适应不同的工作频率,这在工程上显然是无法接受的。在同样的情况下当采用的是超外差结构时,通过改变第一本地振荡器的频率控制字即可实现波道的改变,硬件不需要作任何调整。也就是说,采用超外差结构给工程实现提供了方便。采用多次混频的另一原因是,采用多次带通滤波滤除混频后不需要的频谱分量比采用一次带通滤波在工程上更容易实现。;信号调制器输出的已调制信号与第二本地振荡器输出的频率为fL2的本振信号进行第一次上混频,输出频率为fI的中频调制信号,已调制信号的频谱被搬移到以fI为中心的频带上。由于混频器输出的中频信号的中心频率fI比输入信号的中心频率高,所以称为上混频。该中频频率与系统工作波道无关。也就是说,无论系统工作在哪一个波道,第一次上混频后输出的中频频率为常数,以简化工程实现。在混频器的输出信号中,由于中心频率分别为本振与输入信号中心频率之和与之差(简称和频与差频),这两个频带上均包含相同的有用信号频谱,因此发射机在混频后需要采用带通滤波器滤除不需要的频谱分量,以保留以和频为中频的已调制信