通信系统的组成及优化方案

通信的目的是交换不同地点的消息。这些消息的表现形式可以是语音、文字、图像、数据等信号，利用相关的传感器可以很方便地将各种形式的信号转变成电信号。利用本章所介绍的各种调制技术，可以实现电信号的远距离传输。能够实现电信号远距离传输的系统称为通信系统，通信系统的组成框图如图10-38所示。

图10-38 通信系统的组成框图

在图10-38中，信道是传送信号的通道，噪声源是发送设备、接收设备、信道的噪声和干扰源的集成。对于固定电话系统，信道由电话线和交换设备组成，属于有线信道。电话机的话筒就是传感器，将语音信号转变成电信号，电话机就是发送设备，将含有语音信息的电信号送到信道上传输到远方，对方的电话机就是接收设备，从信道上接收远方传来的电信号，听筒就是转换器，该器件将接收设备接收到的电信号转换成语音信号。

对于移动电话系统，信道由传输无线电波的空间和基站上的交换设备组成，属于无线信道。手机的话筒是传感器，将语音信号转变成电信号，该信号是低频的基带信号，利用本章介绍的各种调制技术可以将基带信号调制到高频的载波信号上，手机将调制后的高频载波信号通过无线信道发送到对方的手机上。对方的手机就是接收设备，将接收到的高频载波信号利用本章所介绍的解调技术恢复基带信号，听筒将基带信号转换成语音信号。

对于无线电广播系统，信道是传输无线电波的空间，无线电发射机就是发送设备，利用第6章或第8章介绍的放大器可以将传感器送来的基带信号进行有效的放大，利用本章介绍的调制技术将基带信号调制到高频载波信号上，已调制的高频载波信号通过下一章介绍的功率放大器放大后从发射天线向空间辐射。

向空间辐射的电磁波，可以是不同频率的高频载波信号，这些载波信号根据表2-1的规则划分成不同的频段，不同频段的电磁波在空间中传输的路径不相同。不同的传输路径将电磁波的传输方式分成如图10-39所示的直线传播方式、绕射传播方式和反射与折射传播方式。

图10-39 电磁波传播的路径

a）直线传播方式一 b）直线传播方式二 c）绕射传输方式 d）反射与折射传输方式(www.xing528.com)

在图10-39所示的直线传输方式一中，为了克服地球表面的曲面对电磁波的阻挡，必须架设很高的天线，理论和实践表明，当收发两地天线的高度均为50m时，直线传播的距离为50km；直线传播方式二是利用卫星当转发器，用3颗同步卫星当转发器，可以实现全球直线传播方式的通信；绕射传播方式电磁波沿地球表面传播，非理想导体的地球表面使得波长越长（频率越低）的电磁波损耗越小，可以绕射传播很远的距离，主要用在本地的中波段无线电广播；利用电离层对短波信号的反射和折射的传输方式，主要用在远距离的短波通信领域。

收音机，电视机是接收设备。接收设备利用第2章介绍的谐振电路从空间接收载有基带信号的电磁波，利用本章所介绍的变频电路实现超外差的接收，利用第6章或第8章介绍的选频放大器对变频电路输出的固定中频信号进行有效的放大，利用第5章或本章介绍的检波或鉴频电路从中频信号中解调出基带信号。解调后的基带信号先通过低频放大器的放大，再经过下一章介绍的功率放大器放大后驱动喇叭发出声音。

本章所介绍的调制-解调技术除了在无线通信领域使用外，在有线通信领域利用调制-解调技术所实现的频谱搬迁效果，建立频分复用系统，实现用一个导线传输不同频段的信号而不互相干扰的目的。有线电视广播就是利用这种方法，实现用一根电缆传送不同频道的电视节目，而不互相干扰的效果。宽带网也是利用这种技术，用普通的电话线同时传送电话的语音信号和网络的数字信号而不互相干扰的效果。

在图10-38中，噪声和干扰源发送的信号主要影响通信系统中所传送信号的清晰度（信号噪声比），严重的时候可以将通信系统中所传送的信号淹没。利用概率统计的数学工具可以对通信系统的信号噪声比进行分析计算。

噪声通常是由组成通信系统的元器件特性和缺陷形成的。噪声主要有热噪声、散弹噪声和低频噪声。

热噪声主要是由导体内部自由电子无规则的热运动产生的，它与导体的温度成正比；散弹噪声是由半导体内部载流子流动的不均匀性引起的；低频噪声则是由导体内部载流子的不连续性引起的。

减少电路噪声的方法是：采用低噪声的器件（质量好的器件）；选用合适的放大电路；利用负反馈技术改善电路的信噪比；尽量实现电路与信号源的阻抗匹配。

干扰信号通常是由通信系统的外部因素产生并引入的。主要有来自电源的干扰和来自空间电磁耦合的干扰。

利用高性能的滤波器可以消除来自电源的各种干扰。改进电路的布线结构和采用静电屏蔽的方法可以消除来自空间电磁耦合的干扰。