171.2信号传输的基本问题Vo(t)V-U(t)12(a)U(t)VA(O)1"n00020O(b)1Vo(t)10&6'OA(a)3元2元2元元0223042H(c)图1.2.4信号通过非线性系统示意图诸输入信号频率的各次倍频和它们之间的组合频率。在有些情况下，也可能在输出信号中不再出现某些输入信号频率成分。在要求无失真传输信号的场合，由于信号通过非线性系统将出现新的频率分量，产生非线性失真，所以要尽量避免电路工作在非线性状态。如对线性放大器，要限制其输入信号的幅度，避免超过其线性工作范围。然而，信号通过非线性系统能够产生某些新的频率成分这一特点，在通信电路中获得广泛的应用，如倍频、混频及调制、解调等。本书的一些章节将详细讨论它们。1.2.3干扰信号在传输过程中，不可避免地会受到各种无用信号的干扰，这些干扰是限制通信系统性能的主要因素
18第1章绪论干扰可分为四类：热噪声、互调噪声、串话和脉冲噪声。热噪声是由电子在导体中的热运动产生的，它存在于所有电子器件和传输信道中。热噪声是温度的函数，温度越高，热噪声能量越大。热噪声的辐度服从正态分布，其功率谱密度为常数，即其具有均勾频谱，故热噪声也称为白噪声。热噪声所产生的干扰是不可能被消除的。互调噪声的表现是，当不同频率的信号共用同一传输系统时，可以产生这些频率之间或这些频率的整倍数之间的和频或差频分量。例如，频率为f1和f2的两个信号作用于同一传输系统，可能产生f1+f.或3f.一f2等频率的分量，称这种干扰为互调噪声。它们的出现将干扰原来位于这些频率处的信号。互调噪声是由于通信系统中的非线性特性产生的。串话噪声的表现是当使用电话时，除通信方外，可以听到另外电话的声音。申话是由于线路之间不应存在的耦合产生的。一般情况下，它与热噪声的辐度相当。脉冲噪声是一种不连续的、持续时间比较短而幅度较大的干扰信号，脉冲噪声多是来自传输系统外部的干扰，如工业干扰、天电干扰等。脉冲噪声对模拟信号传输的影响不严重，如表现在声音传输系统中的喀拉声，但对数字信号传输系统影响严重，它将造成误码，特别是连续产生误码，从而破坏传输数据的正确性。由于这些干扰将降低通信系统的性能，所以在设计系统时，要尽量消除或减弱它的影响。1.3通信电路的摄本形式通信电路一般是指发送设备和接收设备中所包含的电路，它们所完成的功能包括：高频放大、混频、正弦振荡、滤波、调制与解调、自动增益控制、自动频率微调、锁相、频率综合和模拟到数字与数字到模拟转换等。完成这些功能，除各种故大只能用模拟电路实现外，原则上说都可以将信号数字化后，用编程方法或数字电路实现。由于数字电路工作状态稳定、易子超大规模集成等优点，通信系统数字化的趋势已十分明显。用软件完成功能具有灵活性、可以方便地转换信道接人方式、改变调制方式和接收不同系统的信号等优点，另外，它还可以使多个信道共用接收机的前端和模拟数字转换，因而引起人们的重视，并称之为软件无线电；但由于自前供软件运行平台的工作速度等限制，还未能广泛使用。按照通信电路所处理信号形式的不同，通信电路可以分为模拟电路、数字电路和抽样数据电路三类。它们分别用来处理在通信系统中应用的模拟信号、数字信号和抽样信号。这三类电路之间的联系与它们所处理信号之间的关系如图1.3.1所示
1.3通信电路的基本形式19模拟信号模拟电路抽样信号抽样数据抽样电路滤波电路电路数字信号编码器数字电路译码器图1.3.1通信电路的基本形式及它们之间的联系模拟电路处理的是模拟信号，它的输入和输出都是模拟信号。模拟电路的特性可用代数方程或徽分方程表示。例如，图1.3.2(a)所示为一有源RC积分器，若假定其中的运算放大器具有理想特性，不难得出，此积分器的输出一输人关系为1Vo(t) =,(t)dt(1.3.1)RCJ若输入信号为一正弦波，如图（b）所示，并表示为v(t) = Vnsin wot(1.3.2)则积分器的输出信号为VmVn(t) :[1 - cos w,t](1.3.3)w.RC如图（c)所示。另外，据式（1.3.1)，应用拉氏变换可得有源RC积分器的复频域传递函数为1H(s) =(1.3.4)SRC由此可得其频域传输函数为1H(jw)=(1.3.5)jaRC其幅度频率特性如图1.3.3所示。利用式(1.3.1)或(1.3.5)就可以在时域或额域求得积分器的输出。抽样数据电路处理的是抽样信号（也称抽样数据信号或间隔均匀的离散时间信号）。它的输入信号是一个离散时间序列，用（nT。)表示，这里T。是相邻两离散时刻之间的间隔。它的输出信号也是一个离散时间序列，而且输出序列函数值出现的时刻与输人序列函数值出现的时刻重合，即也在nT。时刻，用
第1章绪论20v,(t)Vo(t)(a)(0).Vo(t)V.rW,RC2VimRC(c)图1.3.2有源RC积分器电路及输人，输出信号波形Uo（nT。表示。抽样数据电路的特性可以用差分方程表示。与图1.3.2(a)所示模拟积分器有类似/H(j@)功能的抽样数据电路称为抽样数据积分器，它的输出一输人关系可表示为1Vo[( +1)T.] -Vo[nT.] =-Au,[nT.]0(1.3.6)SRC这个差分方程所表示的运算可以用延图1.3.3有源RC积分器的时、相减与乘系数等电路来实现，其方框图韬度频率特性如图1.3.4（a）所示。其中所用符号的含义如图1.3.4（b)所示。若其输入信号为一正弦序列，即v,[nT.l = Vimsin(nwoT.)(1.3.7)其波形如图1.3，4（c）所示。其中，g是正弦序列的频率，它反映序列值依次周期性重复的速率。当给定输出电压的起始值（0)时，就可求得积分器的输出序列Vo（nT。）。本例中，为了简单，取Vim=1,A=1和o（0）=0。所得输出序列的波形如图1.3.4(d)所示。从图中可以看出，这个输出序列的包络与图1.32（c）所示模拟积分器的输出波形是相似的，理论计算也可证明这一点。这表明
211.3逐信电路的基本形式图1.3.4（a）所示电路与图1.3.2（a）所示电路有相似的输出一输入特性，它们都是完成对输人信号的积分处理，所不同的是前者处理的是抽样信号，后者处理的是模拟信号。由于处理的信号形式不同，所以电路的构成也不同。模拟积分器是由电阻R、电容C和运算放大器构成，抽样数据积分器则是由延时电路、相加器和乘系数电路构成。目前处理抽样数据信号主要应用开关电容电路和开关电流电路。关于开关电容电路和开关电流电路的基本工作原理及由它们构成的抽样数据积分器的工作原理将在本书第2章中简要介绍。t,(nT,)Vo[(n+1)T](nT.LVo(nT.)67891011nT041234(a)(c)$To(nT.)Vo[(n-I)T)Vo(nT)234567891011122+nT。延时T。0au(nT。)D(RTe))乘系数a：ta(nT)U(nT)+U,(nT)相加：FO+u,(nT)(b)(d)图1.3.4抽样数据积分器方框图及其输入，输出信号波形数字电路处理的是数字信号，通常是二进制数字信号。用若干个二进制码元组成的码字可以表示抽样信号的一个抽样值。但是由有限个二进制码元组成的码字只能表示有限个离散值。例如，码字由8个码元组成，那么它只能表示2°=256个不同的数值。所以用二进制码元组成的码字表示抽样信号是有误差的，这个误差称为量化误差。如果这个误差是容许的，那么就可以用一个量化后的离散序列表示输入信号，记为i（nT。），这里用下标q表示量化后的离散序列。这个离散序列中的每一个样值都可以用一个二进制码字表示，这时就可以用数字电路处理这些码字。对于-个数字积分器，其组成框图与图1.3.4(a)所示类似，但其中的各单元电路都由数字电路构成。从图1.3.1可以看出，由于模拟信号、抽样信号和数字信号这三种信号形式之间存在着一定的联系，即模拟信号经时钟信号抽样后就得到抽样信号，而抽样信号经量化和编码就得到数字信号。因此，模拟信号可以直接用模拟电路处理，也可转换为抽样信号后用抽样数据电路处理，或者转换为数字信号后用数字电