无线通信系统组成、类型

无线通信系统（Wireless Communication System）指的是通过无线协议实现通信的一种方式。

高频电路是通信系统，特别是无线通信系统的基础，是无线通信设备的重要组成部分。

一、无线通信系统的组成

麦克斯韦（Ｍａｘｗｅｌｌ） 在１８６１年从理论上预言了电磁波的存在，通过1888年赫兹（Hertz） 的火花放电实验得以证明。从１８９６年马可尼（Marconi） 的无线通信实验开始，出现了无线通信技术，并逐步涉及陆地、海洋、航空、航天等固定和移动无线通信领域。现在的无线通信技术已相当成熟，并还在继续发展。

无线通信或称无线电通信的类型很多，可以根据传输方法、频率范围、用途等来分类。不同的无线通信系统，其设备组成和复杂度虽然有较大差异，但它们的基本组成不变，下图是模拟语音无线通信系统基本组成的方框图。下图中话筒和扬声器属于通信的终端设备，分别为信源和信宿。上下两个音频放大器分别是为放大话筒输出信号和推动扬声器工作而设置的，是低频部件，本书不讨论。发送端的音频放大器输出的信号控制高频载波振荡器的某个（些） 参数，从而实现调制；下面的解调器就是针对上面发射端的调制而进行的检波（调制的逆过程）。已调制信号的频率若不够高，可根据需要进行倍频或上混（变） 频；若幅度不够，可根据需要进行若干级（通常有预放、激励和输出三级） 放大，经天线辐射出去。接收机一般都采用超外差（ｓｕｐｅｒｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ）的形式，在通过高频选频放大（初步的选择放大并抑制其他无用信号） 后进行下混（变） 频，取出中频后再进行中频放大（主选择放大，具有较大的放大增益和较强的滤波能力） 和其他处理，然后进行解调。超外差接收机的主要特点就是对接收信号的选择放大作用主要由频率固定的中频放大器来完成，当信号频率改变时，只要相应地改变本地振荡信号频率即可。下图中虚线以上部分为发送设备（发信机），虚线以下部分为接收设备（收信机），天线及天线开关为收发共用设备。信道为自由空间。

随着技术的发展，数字无线通信应用日益广泛。数字无线通信系统的组成与上图相似，只需将模拟通信终端换成数字通信终端或者在模拟通信终端与调制解调器之间分别增加模拟－ 数字转换器（ＡＤＣ） 和数字－ 模拟转换器（ＤＡＣ） 即可。数字无线通信系统容易实现小型化，性能更加优越。在数字无线通信系统中，接收机的结构有多种类型，除了传统的超外差结构外，还有数字中频（ＤｉｇｉｔａｌＩＦ） 结构、直接变换结构（ＤｉｒｅｃｔＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ） 等。对于超外差结构，中频比信号载频低得多，因此在中频上实现对有用信号的选择要比在载频上选择对滤波器Ｑ 值的要求低得多，容易实现稳定的高增益放大， 同时也便于解调或Ａ／Ｄ 变换。超外差结构的最大缺点就是组合干扰频率点多，特别是对于镜像频率干扰的抑制颇为麻烦，因此出现了多种镜频抑制接收方案。数字中频结构就是将混频后的中频信号正交数字化，然后进行数字解调。数字中频接收的最大优点就是可以共享ＲＦ／ＩＦ模块，由于解调和同步均采用数字化处理，灵活方便，也便于产品的集成和小型化。但是，在宽带通信中，需要选用高速的Ａ／Ｄ 变换器、宽带取样保持电路以及速度足够快的数字处理芯片。直接变换结构如下图所示，就是让本地振荡频率等于载频， 使中频为零，因此也称为零中频（ＺｅｒｏＩＦ） 结构，也就不存在镜像频率， 从而也就避免了镜频干扰的抑制问题。另外，直接变换结构中射频部分只有高放和混频器，增益低，易满足线性动态范围的要求；由于下变频后为低频基带信号，只需用低通滤波器来选择信道即可，省去了价格昂贵的中频滤波器， 也便于电路的集成。但是，直接变换结构也存在着本振泄漏、直流偏移、两支路平衡与匹配问题等缺点。随着ＡＤＣ 位置向天线端的前移， 数字无线通信系统逐渐向软件无线电（ＳｏｆｔｗａｒｅＲａｄｉｏ） 系统发展。

无论无线通信系统的组成结构如何变化，但其中必定要包含高频电路，而且包含的高频电路的基本内容几乎不变，主要包括以下内容：

（１） 高频振荡器（信号源、载波信号或本地振荡信号）；

（２） 放大器（高频小信号放大器及高频功率放大器）；

（３） 混频或变频（高频信号变换或处理）；

（４） 调制与解调（高频信号变换或处理）。

在无线通信系统中通常需要某些反馈控制电路。这些反馈控制电路主要是自动增益控制（ＡＧＣ） 或自动电平控制（ＡＬＣ） 电路、自动频率控制（ＡＦＣ）电路和自动相位控制（ＡＰＣ） 电路（也称锁相环ＰＬＬ）。此外，还要考虑高频电路中所用的元件、器件和组件以及信道或接收机中的干扰与噪声问题。需要说明的是，虽然许多通信设备可以用集成电路（ＩＣ） 来实现，但是上述的单元电路通常都是由有源的和无源的元器件构成的，既有线性电路，也有非线性电路。这些基本单元电路的组成、原理及有关技术问题，就是本书的研究对象。应当指出，实际的通信设备比上面所举例子要复杂得多。比如发射机的振荡器和接收机的本地振荡器就可以用更复杂的组件频率合成器（ＦＳ） 来代替，它可以产生大量所需频率的信号。

二、无线通信系统的类型

无线通信系统的类型，可以根据不同的方法来划分。按照无线通信系统中关键部分的不同特性，有以下一些类型：

（１） 按照工作频段或传输手段分类，有中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。所谓工作频率，主要指发射与接收的射频（ＲＦ）频率。射频实际上就是“高频” 的广义语，它是指适合无线电发射和传播的频率。无线通信的一个发展方向就是开辟更高的频段。

（２） 按照通信方式来分类，主要有（全） 双工、半双工和单工方式。所谓单工通信，指的是只能发或只能收的方式；半双工通信是一种既可以发也可以收但不能同时收发的通信方式；而双工通信是一种可以同时收发的通信方式。第一个图的例子是半双工方式，将天线开关换成双工器就成了双工方式。

（３） 按照调制方式的不同来划分，有调幅、调频、调相以及混合调制等。

（４） 按照传送的消息的类型分类，有模拟通信和数字通信，也可以分为话音通信、图像通信、数据通信和多媒体通信等。

各种不同类型的通信系统，其系统组成和设备的复杂程度都有很大不同。但是组成设备的基本电路及其原理都是相同的，遵从同样的规律。本书将以模拟通信为重点来研究这些基本电路，认识其规律。这些电路和规律完全可以推广应用到其他类型的通信系统。