无线电通信基本原理范例(3篇)

无线电通信基本原理范文篇1

【关键词】射频接收机射频发射机通信

射频属于一种电磁波，可进行空间辐射，相应的射频信号则为频率较高的无线电信号，经高频电流调制后形成，是无线通信射频收发系统的关键要素。在无线通信射频收发系统中，射频模块主要对宽带的高频模拟信号进行处理，相应的基带则对频率较低的模拟信号进行处理，这样能够较好提高信号的传输质量。

所以基于无线通信射频收发系统的重要性，技术人员需依据射频收发系统的工作原理合理进行设计，有效提高通信质量。

一、射频收发系统工作原理分析

射频收发系统主要包括射频发射机、射频接收机。在射频发射机方面，其功能主要是以调制功率、变频、滤波为基础，对低频基带信号进行转换，形成相应的高频射频。射频发射机由多个部分构成，包括滤波器、调制器、数模转换器、放大器、天线、混频器等设备。调制器的调制方式主要为数字调制、模拟调制，主要将低频信号向高频段传播。本振器主要将频率向混频器传送，由数字分频、锁相环电路及鉴相器组成。滤波器类型较多，主要分为信道选择滤波器、镜像抑制滤波器、射频滤波器，其作用是对有效信号和干扰信号进行过滤。

混频器是一种频率调制器，主要起到变频作用，其能够维持原载频已调信号的调制方式，对已调低频基带信号进行转换，形成相应的高频射频信号。放大器主要包括IF、RF信号幅度放大器、功率放大器，幅度放大器可对信号进行增大和降低处理，之后再由功率放大器进行放大处理，然后传送至天线进行发射。射频发射机相应的指标较多，包括频率稳定度、输出功率、频率及相位误差、邻道泄露功率比、矢量幅度误差等指标。

在射频接收机方面，其主要接受由发射机传送而来的射频信号，通过变频处理形成低频信号，而且解调相应的有效信息。射频接收机主要处于无线通信射频收发系统前端，如果射频接收机的性能不足、接收质量差，将直接影响到无线通信射频收发系统的稳定性和正常运作。

天线在接收到相应的射频信号后，会将其向LNA进行传送，进行放大处理，之后在变频作用下向低频基带信号进行转换，并对信号进行幅度放大和解调；待ADC向数字信号转变后，通过DSP进行处理。射频接收机相应的指标主要包括噪声系数、动态范围、接收灵敏度无线通信射频收发系统的信息转换主要通过调制、解调进行，能够将信号转变为适宜的传输信号，这样能够对信号占用的带宽进行改变，实现信道的复用，进而提高无线通信射频收发系统的性能和稳定性。

二、无线通信射频收发系统的设计分析

在对无线射频收发系统进行设计时，需以射频发射机、射频接收机的相关原理为基础，充分发挥出无线通信技术和射频技术的作用，确保系统具有良好的性能及稳定性，这样才能更好满足相应的通信需求。我们想要了解无线通信射频收发系统模型。

需对相关设备的工作原理进行分析，通过分析可知射频接收机属于一种超外差结构，在两次变频的作用下，设定信号的RF频段变为3.5GHZ，射频则为100MHZ。在滤波器的作用下，低噪声放大器会对信号进行处理，之后再与经放大处理后的本振混频变频道中频2.5HZ、100MHZ共同由IO解调后进入ADC。

射频发射机属于一种直接变频结构，相应的调制处理主要由PA完成，之后在通过天线进行发射。在无线射频收发系统中，晶振为10MHZ、输入电压为3V、输出电压为0.8V、频率为2.5PPM；本振一级输出频率为PLL1、耳C输出频率为PLL2，相应的插损为0.54dB。由此可计算出无限射频接收机、发射机增益为GRXmax=93.95dBm、GRXmin=33.95dBm；GTXmax=29.2dBm、GTXmin=31.3dBm；无线射频接收机的噪声系数为NFRX=3.41dB、IIP3.RX为-14Bm。经发射机增益、泄露等测试，所设计的无线通信射频收发系统能够稳定运作，工作性能较为理想。

三、结论

随着信息技术、科学技术的发展，无线通信技术、射频技术在社会生活中得到了广泛应用，人们对通信质量也提出了更高的要求，在这种情况下，只有不断改进、创新相应设备，才能更好提高通信质量。

在对无线通信射频收发系统进行设计时，技术人员需对系统的工作原理、性能进行明确，做好相应的测试工作，满足相应的应用标准后才可推广使用。

参考文献

无线电通信基本原理范文

改革开放以来，中国的城市化进程不断加快，人们在享受现代化物质成果的同时，也深切感受到高楼林立背后，古城风貌在渐渐流逝。文明要传承发扬，文化靠积淀晕染，发展中的扬州一直没有放松对古城精致秀丽风貌的保护。纵览全城，鲜少见到15层以上的高楼，漫步街头，令人倍感轻松惬意，2006年，扬州因此而获得联合国人居奖。

扬州人对古城有一份别样的情怀，总希望她能再“美”一些：书卷人文、古朴建筑，与聪灵巧雅的瘦西湖相得益彰……然而不知何时起，不经意间仰望天空，会发现一座座公众通信基站高矮不一地竖立在本来就不高的楼顶，硕大的钢筋铁骨瞬间破坏了古城典雅精细的美感――这副不协调景观让扬州人民皱起了眉头。

民情民意，政府所注。公众通信基站建设无序、铁塔天线给古城造成的视觉污染，被领导们看到眼里、急在心上。2010年4月，扬州市长谢正义提出“当前基站建设与精致扬州发展不协调”，并强调其关乎民生，是建设精致扬州所不可忽视的重要问题。

作为无线电管理职能部门，扬州市无线电管理处积极响应市长与上级领导号召，以服务民生为宗旨、拓展管理内容为导向、创新发展为思路，迅速开展了扬州城区通信基站共建共享和天线美化创新工作。

创新，谋为先

扬州无管人下定了决心：要彻底解决基站景观化难题，还古城一抹美好的空中视觉！

创新开局，与前期好的筹谋设计密不可分。2010年9月，扬州市无线电管理处首先会同市建设局、规划局以及电信、移动、联通三家通信运营商分管领导赴上海调研，学习借鉴大都市基站共建共享和天线美化的工作经验，从中摸索出一条适合扬州古城开展基站共建共享和天线美化创新的道路。

随后，扬州市无线电管理处召集市电信、移动、联通三家通信运营商召开协调座谈会，比对核实在册登记的城区通信基站数目、分布位置以及共享情况，重点了解古城区、主干道以及风景区的基站分布建设情况。

工作人员实地勘察了扬州市区的基站分布数量，通过拍照记录以及走访周边群众获取第一手资料。经摸底调查了解：目前电信、移动、联通三家通信运营企业在扬州市境内建有公众通信基站2200个，其中城区基站520个。

这些基站的建设，使扬州市的信息化基础设施得到增强，为扬州信息化水平提升作出了积极贡献，但与此同时，快速增长的通信基站也带来了诸多问题：一是建设资金投入大。三家通信运营商各自规划、分头建设通信基站，资金投入很大；二是资源占用浪费大。由于市区古城保护，可供架设基站的高层建筑不多，通信运营商在获取基站站址后，常与站址业主单位签订排他性租用协议，独占站址资源，妨碍基站共建共享，甚至造成相互间的恶性竞争；三是基站建设矛盾多。由于部分基站建设手续不全，有的基站建设被有关部门阻止，有的被周边群众阻拦，甚至上访；四是对古城景观影响大。由于通信技术和应用的快速发展，规划管理相对滞后，城区架设的公众通信基站铁塔、天线与古城景观不协调的现象比比皆是，形成了严重的视觉污染。

针对上述的种种问题，扬州市无线电管理处的全体同志下定决心：一定要还扬州古城一个美好的空中视觉！于是2010年年底，一份精心制定的《扬州城区公用移动通信基站共建共享和天线美化项目建设实施方案》被递交到市政府，为2011年基站共建共享和天线美化工程实施吹响了进军的号角。

创新，干为实

好的创新，与真抓实干密不可分。2011年伊始，谢正义市长在市信息化领导小组会议上再次强调：城区基站共建共享和天线美化改造，对“四城同创”、“精致扬州”具有重要意义和深远影响。

会议原则通过了扬州无线电管理处递交的《扬州城区公用移动通信基站共建共享和天线美化项目建设实施方案》，扬州无管人更喊响了一个口号：“干工作就是要象无线电波传播一样，速度快，效率高。”

这句口号喊出了扬州无线电管理工作者的工作激情。他们首先确定在2011年基站美化改造计划中分两步走：截至2011年4月18日，一期工程计划改造共享美化基站21座；截至2011年12月31日前，二期工程计划改造共享美化基站121座。改造方式根据原有基站建造地点、方式的不同，分别采用改变造型、隐蔽天线、缩小体积等方式对重点区域的基站天线进行美化，对符合开放共享的基站进行合并。

管理处要求各通信运营商组织专业规划设计单位对上述区域内各自所属既设和待建基站及天线，按照保证信号覆盖和共建共享集约化、天线架设景观化的要求，结合市区街景改造和“五路一河一环”环境整治进行规划设计，逐个对基站、天线提出具体施工设计方案和效果图，做到改造后的基站和天线与古城风貌和谐匹配。而针对同一地点有多个基站铁塔的，原则上只保留一个，由通信信道数最多的单位负责牵头进行基站集约化改造和天线美化。

2010年10月，扬州无线电管理处针对“今后新设通信基站如何规范化管理”的问题，在深入调研基础上起草了《扬州市公用通信基站设置管理办法》。初稿完成后，工作人员先后征求了城市规划、环保、房管等18个部门和单位意见，并根据反馈情况，专题给市有关部门，和移动通信经营企业进行磋商对接，进一步听取相关意见建议。在充分修改论证的基础上，该《办法》经市政府常务会通过，以市政府第76号令颁布实施，为后续基站建设和规范管理提供了规章依据，得到了广大群众和通信运营商的支持与拥护。

在推进基站共建共享和天线美化工作中，常常碰到业主对公众通信基站改建持抵触情绪，管理处工作人员主动上门解释：向业主阐述公众基站通信原理、讲解电磁环境测量数据符合国际标准，一次、两次、三次……通过苦口婆心反复做工作，最终打消了业主顾虑。

在协调通信运营商之间的站址纠纷时，管理处秉持“环境友好、资源节约”的城市规划理念，建立了“一家牵头建设、开放共享，多家联合管理”的运行机制；在选择新建公众通信基站站址时，他们规定了党政机关及公共建筑配套优先的原则，强化与城市其他公共设施的集约共享建设。

创新，绩为尺

创新工作的说服力，与阶段性的成绩密不可分。截至2011年8月31日，列入扬州市城区公众通信基站前期美化改造共享工程的41座基站已经全部竣工，并通过了市财政、市纪委联合验收小组的工程验收。

改造后的基站铁塔一改往日“外表铁灰、身躯臃肿”的传统形象，旧貌换新颜：有的外表采用了白色藏族转经筒式样，将西域风情融入了扬州古城；有的一改往日“伫立”的原始造型，“羞答答”地穿上了仿古建筑的美化外罩；有的将身形“浓缩”成了排气管造型；还有几个集中“抱团”、变形为葡萄架式的花样结构，为古城楼宇又添几分浪漫。

据工作人员介绍：在一期工程基站验收过程中有过很多小花絮：一位家住基站附近的居民看见验收小组一行人站在楼下，对着楼顶上经过美化的基站景观塔指点比划，便上前询问“原来楼顶上那个‘铁疙瘩’哪儿去了”，当得知那个充满异域风采的楼顶“雕塑”原来就是自己平时怎么看都不舒服的“铁疙瘩”后，其连连赞叹“想不到，想不到，真的很漂亮”。

风景美了，老百姓对城市的视觉感观提升了，通信运营商们的移动通信覆盖、话务传输质量是否会受到影响呢？扬州市三家通信运营商反馈出的信息显示：一期工程21个基站自4月18日改造完毕以来，通信质量总体良好，少数由于天线高度降低、美化外罩等原因，单基站通信信号覆盖面有所收窄，通话质量稍有下降，但仍在标准范围内。运营商们未接到用户关于话务质量的投诉，但针对这一瑕疵，扬州市无线电管理处表示将在二期工程中通过进一步的集中网络优化、站址科学规划来逐步加以解决，确保百姓、通信运营商都能够满意。

创新，效贵久

好的创新绩效要持续，离不开好的规章制度做保障。扬州无管人知道，只有实施长效管理才能产生不断完善创新、开拓创新的动力。所以，管理处通过狠抓《扬州市公用通信基站设置管理办法》的贯彻落实，使基站监督管理逐步形成了由一家牵头，多家联合管理的运行机制，基站设置的审批流程有序科学，基站设置的前期规划、设置审批、后期管理等公开透明，有效改变了过去“经营者各自为政，重复建设，遇有矛盾纠纷和重大干扰，政府部门常陷入被动应付”的局面，从根本上提高了对公用通信基站设置与管理的宏观调控能力。

同时，《办法》的颁布实施也为公众通信基站共建共享和天线美化工作的开展提供了政策规章依据。如《办法》中规定“站址布局、选址与其他经营者的基站设置有重复的，或不符合无线电管理邻频共用设台的要求，市无线电管理部门应当组织规划、环保、城建等部门联合审查论证，给予协调处理。”特别在城市公共设施区域，一方面，管理部门要为各方移动通信经营者提供方便，另一方面，任何经营者不得通过与管理者签订排他性协议等方式达到独占基站资源的目的。需要协调的，由市无线电管理处会同市建设部门在工程设计时组织进行。

眼前的成绩固然令人喜悦，但今后的长效管理任重而道远。扬州市无线电管理处通过回顾阶段性工作，认真总结出基站共建共享和天线美化五个方面的经验。

无线电通信基本原理范文

关键词：低频电磁波；感应通信；DPSK；导电媒质

中图分类号：N94513文献标识码：B

文章编号：1004-373X(2008)09-010-03オ

DesignandSimulationforInductiveCommunicationSystemwithLow

FrequencyElectromagneticWave

LUJianjun,WANGYuelong,WEINa

(CollegeofElectronicEngineering,Xi′anShiyouUniversity,Xi′an,710065,China)

オ

Abstract：Accordingtothetheoryofelectromagneticwavepropagation,theproblemofinductivecommunicationaboutpassive,unbounded,linear,even,isotropicinconductingmediumhasbeendiscussedinthisarticle.BasedonthemethodwithDSP,thelowfrequencyinductionsignalingsystemprincipleandthecompositionoftheconductingmediumhavebeenstudied.TheresultofvisualsimulationinMatlabshowsthatthebasicrequestofcorrespondencecanbeachievedbythedesignoflowfrequencywirelesscommunicationsystem,andthemethodofthedesignwhichisbasedonDSPisfeasible.

Keywords：lowfrequencyelectromagneticwave；inductivecommunication；DPSK;conductingmedium

低频感应通信是将待传输的数据经低频载波调制、信号放大、功率放大后，在发射器产生一定的交变电流，利用交变的电流产生交变的磁场，交变的磁场产生的电场，从而在接收器中产生感应电动势[1]，经滤波、解调、解码等信号处理后，就可在接收端准确接收发送的信息，完成通信过程。因其利用电磁感应原理来实现通信，故称其为感应通信，当距离短时，感应通信比较容易实现。

1低频感应通信理论

感应通信利用发射线圈中的交变电流产生变化磁场，接收线圈中感应出电动势后，再经过一系列的信号处理过程恢复发送信号，从而实现了通信的目的。

严格的感应通信理论是建立在麦克斯韦方程组的基础上。麦克斯韦方程组是在对宏观电磁现象的实验规律进行分析总结的基础上，经过扩充和推广而得到的。他揭示了电场与磁场之间、电磁场与电荷、电流之间的相互关系，是一切宏观电磁现象所遵循的普遍规律。麦克斯韦方程组的微分形式如下[2]：

×H=J+Dt全电流定律

×E=－Bt法拉第电磁感应定律

•B=0磁通连续性原理

•D=ρ高斯定理

И

无源、无界的线性、均匀、各向同性导电媒质中的麦克斯韦方程组为：

И

×H=σE+jωεE

×E=-jωμH

•B=0

•D=0

设电磁波在无源、无界的线性、均匀、各向同性的导电媒质中的传播常数为Е=β－jα，α是表示每单位距离电磁波衰减的常数，称为衰减常数，Е陋П硎久康ノ痪嗬氲绱挪落后的相位，称为相位常数[2]。根据电磁场理论可知：

И

α=ωμε21+σωε2－1

β=ωμε21+σωε2+1

И

Е盼媒质介电常数，σ为媒质电导率，μ为媒质磁导率，ω为工作角频率。

通常，按Е姚卅弄У谋戎蛋衙街史治三类[3]：

电介质：Е姚卅弄1；不良导体：σωε1；良导体：σωε1。И

在良导体中有关表达式简化为：

И

α=ωμσ2

И

媒质属于电介质还是良导体，不仅与媒质参数有关，而且与工作频率有关。良导体中，随着频率的增加，电磁波的衰减常数Е联г龃蟆？梢钥闯觯媒质导电性能越好(电导率越大)，工作频率越高，则电磁波衰减越大，即高频电磁波在良导体中衰减极快，往往在微米级的距离内就衰减到近于零了。通常，导电媒质中的感应通信，其工作频率必须在低频频段，这是良导体媒质中感应通信系统的一个非常重要的特征。

2低频感应通信系统的设计

本文研究设计的低频感应通信系统框图如图1所示[4]，采用基于DSP的软件无线电方式来实现，即在通用的硬件平台上，尽可能用灵活、方便升级的软件实现通信的各种功能。其数据调制方式采用差分编码移相键控(DPSK)来实现，DPSK是将数字基带信号经差分编码后，再对其进行绝对相移键控的数字调制方式，因其抗噪性能和频带利用率均优于ASK和FSK，在实际的数据传输系统中得到了广泛的应用[5]。

软件无线电是无线通信领域里一种新的通信体系结构，他是以现代通信理论为基础、数字信号处理为核心、微电子技术为支撑，其中心思想是：构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将通信的各种功能如工作频率、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来实现，并使宽带A/D和D/A转换器尽可能地靠近天线，以研制出具有高度灵活、开放性的新一代无线通信系统。他所具有的极强的灵活性和开放性等特点必将使他成为未来无线通信系统的发展趋势[6]。

图1低频感应通信系统框图

根据软件无线电的理论，本文所研究设计的低频感应通信系统，由于工作频率低，接收器接收的信号经放大及预滤波后，可直接经A/D转换后送给DSP进行数字信号处理，而不需要经过类似下变频的信号处理，即类似于理想软件无线电的设计。具体来讲就是：发送器经DSP通过软件产生数字调制信号，该信号经D/A转换器件的数模转换后，产生低频模拟的DPSK信号，对该信号经过模拟放大、功率放大就可以加载到发射器上。信道中传输的是模拟调制信号及信道本身存在的噪声和干扰信号。接收器接收的DPSK及噪声信号经过放大和抗混叠滤波器的预处理后，直接用A/D转换器将预处理后的DPSK信号转换为数字信号送给DSP，由DSP对接收到的调制信号进行FIR数字滤波、同步、解调、抽样判决和差分解码等信号处理过程，恢复信源信息，完成通信过程。

3低频感应通信系统的Matlab仿真

在通信系统的设计中，通信系统的仿真设计能够使设计者在实际系统设计之前测试系统的性能。通信系统的仿真设计主要包括通信的基本功能测试、通信的误码率分析等。本文利用Matlab对上文所设计的低频感应通信系统进行仿真设计[7]，对该无线通信系统各部分的基本功能进行测试和仿真，并为下一步DSP的软件实现提供依据。系统仿真设计的总体框图如图2所示。

图2DPSK仿真框图

该仿真系统主要包括了二值信源模块、DPSK信号调制模块、信道模块、接收、解调及信号同步模块，抽样判决模块、解码及误码显示模块。二值信号源模块作为该仿真系统的数字基带输入；DPSK调制模块调制产生在信道中传输的DPSK信号；信道模块是为了模拟井下复杂的通讯环境对该低频无线通信系统的影响而加入的高斯白噪声模块；接收、解调及其同步模块是该仿真系统中的关键环节，其DPSK信号的解调采用载波相干解调，解调所用的相干载波可以用科斯塔斯环等方法直接从接收的信号中恢复。由于从高斯信道中接收的调制信号具有时间或相位的延迟，其码元定时脉冲的的提取必须经过位同步模块的同步，本设计所采用的位同步模块是基于Gardner算法所设计的位同步模块，因该算法所需采样点少，易于高速实现，且具有检测性能不受载波相位恢复影响的优点，所以他在许多解调接收设备中得到了广泛的应用[8]；解调后的信号经相关器运算，抑制了与载波无关的噪声及干扰，使其在指定的抽样判决时刻具有最大的信噪比。该信号经抽样判决及解码处理后，可以无失真地恢复信源信号。

仿真分析：通信的首要任务是接收信号能够完全无失真恢复发送信号。图3是DPSK系统在码元速率为50b/s，载波为1000Hz，传输信道信噪比为-20dB时接收机输入输出的仿真波形，输入的数字基带信号由信号源模块(BernoulliBinaryGenerator)产生，经过DPSK调制，在接收端接收到了叠加信道高斯白噪声的DPSK信号，接收的DPSK信号经滤波器和相关器滤除干扰及噪声后，输出信噪比较大的锯齿信号，其在指定的抽样时刻获得了最大输出信噪比，对该信号在每个上升沿触发脉冲的前一瞬间抽样判决，恢复输入信号。比较输入信号与解码输出的信号，从图3中可以看出，差分解码输出的信号无失真地恢复出输入数字基带信号，输出比输入延迟2个码元时间，达到了低频感应通信系统的基本要求。仿真结果表明，接收信号经数字滤波、同步、解调、判决和解码后，完全恢复发送信号。从仿真结果可见，该低频无线通信系统的仿真设计实现了通信的基本要求，为进一步DSP的软件设计提供了依据。

图3DPSK仿真结果

4结语

导电媒质中，低频电磁波传播距离远，穿透能力强，信

号传播时比高频信号衰减小的多。但是通信距离短、速率慢，效率低，有时甚至需要几公里到几十公里长的天线。由于其通信距离及通信速率的局限性，在该频段的无线传输一直未受到人们的重视。事实上，在某些特殊场合，这种在有限空间内的低频辐射恰恰可以得到利用。比如导向钻井中的井下短距离通信，由于电磁波在受限空间的导电泥浆中传输，通信环境比较恶劣，但通信距离短，对通信速率的要求也不是很高，可以用低频进行短距离的无线通信。本文提出的研究和设计低频感应通信系统的方法对导向钻井中井下短程通信系统的研究与设计具有一定的借鉴意义。

参考文献

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［2］晁立东，仵杰，王仲奕.工程电磁场基础［M］.西安：西北工业大学出版社，2002.

［3］路宏敏，赵永久，朱满座.电磁场与电磁波基础［M］.北京：科学出版社，2006.

［4］李宗豪.基本通讯原理［M］.北京：北京邮电大学出版社，2006.

［5］张宇伟，王耀明.基于Matlab的调制解调系统仿真设计［J］.上海电机学院学报，2005，8(5)：14-17.

［6］张海涛，刘晓明.软件无线电技术的进展与应用［J］.电子世界，2005(3)：4-6.

［7］徐明远，邵玉彬.Matlab仿真在通讯与电子工程中应用［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2005.

［8］姜宇柏，游思晴.软件无线电原理与工程应用［M］.北京：机械工业出版社，2006.