西安电子科技大学 电子信息专业外语 第二章 翻译材料.docx

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第二章通讯系统的简介

这一章用来介绍学科“通信系统”，同时从整体上介绍一下本书。

在学完本章之后你们就会了解，一个基础的通讯系统，发射器，接收器以及噪声。

重要的是，“调制”将被介绍，并且在传送中使用它的绝对必要性将会讲的很清楚。

最后一部分将主要讨论通频带宽度要求，表明了在传送一些波形的带宽要求的时候比估计量还大很多。

2-1通信

根据它的电学的基本意义，专业术语通信是指利用电的方式接收、发送信息的过程。

因此，这个术语起源于19世纪40年代的有线电技术、几十年以后的电话学以及本世纪初的无线电的起始阶段。

三级真空管的出现使无线电通讯变得有可能，二战中的工作极大地刺激了后者、的发展。

接着，晶体管、集成电路以及其他半导体的发明使无线电通信的使用范围更加广泛，更加完善。

一个现代的通信系统首先考虑的是信息在发送之前的整理、处理、以及储存。

接下来，是进一步处理、减少噪声后的实际的传输。

最后进行接收，包括很多处理过程例如译码、储存、以及编译。

在这里，通信的形式包括无线电通话、电报、广播、点对点的移动通信（商业或者军用）、计算机通信、雷达、无线电遥测学以及无线电设备导航。

这些将在以下的章节中依次给予解释。

为了熟悉这些系统，首先要了解放大器和振荡器，所有电学过程和设备的基本模块。

有了这些概念作为基础后，噪声、调制、信息理论，以及不同的系统自身这些常用的通讯概念都可以进行研究。

任何逻辑指令都可以使用，但是通常认为这里采用的那个，基础系统、通信过程和电路以及更加复杂的系统是最合适的。

有时，考虑人自身对特定系统的影响也是正确的，因为人总是影响电路的设计、布局、以及使用。

2-2通信系统

在研究单个系统之前，定义如下专业术语也是必要的，例如：

信息、消息和信号、信道、噪声和失真、编码及译码、调制和解调。

为了使这些概念相互关联，一个常用通信系统的方块图如图1-8所示。

图2-1通信系统组成方框图

2-2.1信息

通信系统的作用是互相交流信息。

信号源能够从一组有限的信号中筛选出其中的一个，从这方面来说，信息来自于信号源。

虽然相比较娱乐广播来说，它更加适用于电报，例如，它仍然被证明适用于所有形式的通信。

一套信息，也就是信息总数，是由会互相混淆的单个信息组成。

可能是单词、单词组、密码符号，或者其他任何预先安排的单元。

信息本身就是被传递的。

任何给定信息中的信息总量都是用字节来测量的，这些将在15章中有介绍，依赖于所要做出的选择。

可供选择的数量越多，传递的信息总量越大。

例如，为了指出一篇文章中某个单词的位置，说出它在上面或下面，左或右，也就是，两种可能性中的一种的两个连续性的选择。

如果这个单词出现在两页中的任何一页，那么类似性质的另一个选项也要指出，因此要给出更多的信息。

从这个观点来看，信息的意思是无关紧要的；只有数量是重要的。

然而，必须意识到没有任何信息是通过多余的信息传递的。

多余并非在一切情况下都是浪费的。

除了它在娱乐上的显著作用外，它也让信息在复杂或嘈杂的环境中仍然保持容易分析的。

2-2.2

除非来自信息源的信号是电气性质的，否则就不适合作直接传送。

即使这样，为了让信息适合传送还要做大量的工作。

这可能在单边带调制中有所说明，为了限制声音频率的幅值然后压缩振幅范围，此处有必要将传入的声音信号转变为变化的电信号。

这些都是在调制之前完成的。

有线电话中不需要真正的处理过程，但是远距离通信中，需要有发射台，并且可能要将传入的信号编码以便于使其适合于发送及随后的接受。

最后，信息调制于载体也就是保留在高频正弦波中。

每个系统调制的实际调制方法各不相，调制分为低水平和高水平，根据要求，系统本身分为调频、调幅、调相或者以上不同的组合。

图2-2为高水平无线电广播发射调幅系统，这种类型将在第7章中详细讨论。

电压和功率放大器

晶体振荡器

放大器

输出功率放大器

源

息源

→→→→

↑

调制过程

调制电压放大器

调制频率放大器

调制输入→→→

图2-2典型发射机框图

2-2.3信道噪声

远距离传输中并不使用声道，视觉通道同样如此直到激光的到来。

本文中的通信，仅限于无线电以及电线通道中，尤其是前者。

同样需要注意的是，术语信道是指已分配好的有特殊用途或传递的频带，作为电视频道。

信号在发射或者传输的过程中，由于系统中的失真或者噪声的引入，不可避免的会发生变化，原因是，这种不需要的能量通常是随机的，它存在于传输系统中并可以由任何原因引起。

由于噪声和信号一起接收，作为一个整体，它们将给发射系统带来一定的局限。

当噪声更加严重的时候，它有可能会掩盖给定信号以至于信号变得难以分辨甚至是无用的。

在图2-1中，只显示了一个噪声源，不是因为只有一个存在，而是为了简化方块图解。

在通信系统中，噪声在在任意点都能介入信号，并且在信号最弱时的影响最大，这意味着噪声在信道或者接收器的输入端的影响是最明显的。

在第3章中将详细讨论。

2-2.4接收机

由于接收器的确切形式是由多种要求决定的，通信系统中的接收器也有很多种类。

比较重要的要求中有调制系统的使用、工作频率和幅值以及现实要求的种类，这些反过来依赖于智能接收机的目标。

然而，大多数接收器的确符合超外差类型，例如简单的广播接收机，其方框图解如图2-3所示。

射频级

音频电压和功率放大器

解调器

中频放大器

振荡

图2-3超外差接收机框图

接收器的复杂性范围很广，从带有听筒的警惕收音机，到非常复杂的带有许多天线以及要求一定范围、高电压、以及同步电路的视觉显示的雷达接收机。

无论什么样的接收机，它的最重要的功能是解调，有时是解码。

这两个过程都是相应发射过程的反面，并且将在下面的章节中有所介绍。

正如开始说明的那样，接收器的目的影响者它的构造以及使用的调制系统的类型。

因此接收器的输出组成各种各样的东西，扬声器、穿孔卡片、自动收报机纸条、电动打字机、不同的雷达显示、图像显示管、录音笔或者计算机；每个实例中的排列方式都是不同的，并且每种都影响接收机的设计。

同样需要注意的是，发射机与接收机之间的一致性以及使用的调制和编码的方法。

2-3调制

2-3.1性质

在调制的过程中，按照调制信号的瞬时值，高频正弦波的某些特征是不同的。

这种正弦波能用等式来代替，其中e是正弦波的瞬时值，称为载波；E是幅值最大值，w是角速度，

是与一些参考量之间的相位关系。

由于调制信号，载波的上面三种特征参数中的任何一种都不相同，从而分别产生了调幅、调频、或者调相。

这种过程是相当复杂的并且在没有合理的理由时，很显然不会使用。

由于很重要，它们很快会被讨论但并不是立刻就显现。

2-3.2调制的必要性

远距离无线电信道中，信息发射的调制载波的使用有两种选择：

可以试图发射调制信号本身或者未经调制的载波。

首先将论证发射信号本身的不可行性。

虽然还没有讨论过这个话题，涉及到不同频率电磁波的传送与声音频谱相符是有一定困难的，也就是，低于20kHz。

这其中最大的困难是为了有效地辐射和接收，接收和发射的天线的高度不得不和频率带宽的四分之一差不多。

即广播频带1MHz要求75m，但是15MHz时增加到5000m（超过16000英尺！

）这种尺寸的纵向天线是难以想象的。

关于直接发射频率信号有另外一个重要的争论；所有的声音集中在20Hz到20MHz之间，因此不同信号源之间所有信号混合的可能性较小。

在任何城市，广播站将彻底覆盖空气，并且它们代表了所有使用中的发射台中很小的比例。

为了分离出不同的信号，将它们转换成电磁频谱的不同部分是必要的；每一个必须给出它自己的分类。

这样也克服了低频下低劣辐射的困难。

信号一旦被翻译，最后的接收机前方将有特定的调谐电路，以保证能够得到想要的频谱区间，排除不想要的区间。

这种调谐电路通常都是不同的，因此接收器能够筛选出预先想要的传送范围。

即使这种信号的分离在没有调制的情况下能够排除很多困难，事实上，不同频率未调制的载波自身，仍然不能用于智能发送中。

未经调制的载波有不变的最大振幅，不变的频率，与一些参考方面不变的关系，事实上，它的所有参数均为常数。

一段信息由不断变化的数量组成，例如，语言是由许多不可预测的不同的振幅以及频率组成。

由于用三个常数参数来代替这两种变量是不可能的，未调制载波不能用于传送信息。

在连续波调制系统中，载波的一个参数会发生变化。

在任意时刻，未调制值的偏差与调制电压瞬时值是成比例的，偏差存在时的比例与调制频率成正比。

2-4通带宽度要求

精确的传送系统中，频率的要求范围是由调制方式确定的。

然而，我们只是希望通频带宽度也由调制信号自身占用的频带宽度确定。

如果后者是正弦曲线，那么它们占用的频带宽可以简单认为是最高点和最低点的频率差。

如果调制信号不是正弦曲线，情况将更加复杂。

由于通信中这种波形经常出现，下面研究其频率要求。

2-4.1非正弦曲线的光谱频率

如果在通信系统中要发射的为非正弦波，例如方波，重要的是要意识到每个这种波都能够分解为构成它的正弦波，假如考虑这种波的重复比例，同频带宽将比预期的大很多。

现在我们在下面给出一个比较正式的陈述。

我们可以得出，任意非正弦波的重复的单波由正弦波或者余弦波组成。

频率的最小值或者基波，正弦波等于非正弦的波形的重复比例，并且其他的均为谐波。

些以每秒200次反复出现的非正弦波由200Hz的基波组成；谐波为400、600、800Hz等等。

没有其他频率的波出现，但是有时仅仅有谐波或者基波。

通常，在通频带的计算中经常忽略高次谐波。

以上叙述的证明也许要用到三种不同形式中的任意一种。

在数学上，可以用傅里叶变换来证明。

可能会用到图解的综合分析，这种情况下加入正弦波成分，消掉来自傅立叶变换的配方，证明了以上推断的正确性。

这种方法的另一个优点是让我们看到忽略一些成分（例如，高次谐波）对总波形的影响。

问题1-5阐述了这种方法的用途。

最后，出现的正弦波成分所占比例可以用波形分析器来分析，它是一种通频带较窄的高增益可调参量放大器，能够调节到每种正弦波成分并且测量出其幅值。

现在给出一些频率分析的，在资料中可能会有更多。

如果非正弦波形曲线的幅值是A，并且频率是

，那么它可用以下公式代替：

方波：

（2-1）

三角波：

（2-2）

锯齿波：

（2-3）