无线系列-无线通信系统组成

逃离我推掉我的手 2023-07-25 09:19 112阅读 0赞

**1.前言**

为什么要写这些文章？

无线通信整体来讲是个涉及很多知识的综合学科，之前零散的写过一些关于无线的文章。对于整个无线通信而言，只是冰山一角。

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思考了许久，决定打造一个完整的无线系列开发闭环教程。当然，这里讲的无线，包括WiFi、蓝牙、NFC等常用的无线通信软硬件。对于5G会有一些涉及。

从无线通信理论，理论仿真，硬件设计，包括芯片选择，射频器件选择，硬件原理图设计，PCB设计，射频仿真，天线设计，天线仿真，到整个无线产品的雏形实现，以及最关键的软件算法，和应用层的Android App的实现。

涉及的知识框架也有很多：理论、仿真、硬件、射频、天线、嵌入式、算法、应用层软件开发等等。

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**你能学到的知识：**

无线理论知识、电磁场微波射频天线等知识、Altium、Matlab、Simulink、ADS、HFSS/Ansys、AutoCAD、Keil、AndroidStudio等软件的使用。

嵌入式C开发、蓝牙WiFi协议栈、NFC、物联网开发、Python、Android等相关开发知识。

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

下面开始**无线通信系统组成理论分析总结。**

**1.通信基本概念**

通信系统是人类社会进行信息交互的工具。在通信系统的发展过程中产生了很多理论，如信息论、调制理论、编码理论等，也出现了多种多样的通信手段，如有线通信、无线通信、卫星通信、移动通信等。

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**          消息**是对事物物理状态的变化进行描述的一种具体形式，这种状态变化具有人们能感知的物理特性。如温度、语音、图像、文字等。

**            信息**是消息中所包含的有意义的内容，它是一个抽象的概念。各种随机变化的消息都会有一定量的信息，如社会科学中的经济信息、生活信息，科研中的地震信息、气象信息等。

**           消息是信息的载体，不同形式的消息，可以包含相同的信息**，例如分别用电视和报纸发布同一条新闻，所含信息内容是相同的。信息的传递、交换必须通过消息的传递、交换才能完成。

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**            信号是为了传送消息**，对消息进行变换后在通信系统中传输的某种物理量，如电信号、光信号等。因此，信号是由消息转换来的并可以被传输和处理的具体形式，是消息的运载工具。

**2.通信系统一般模型**

**模拟通信系统模型**

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**数字通信系统模型**

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**收发信机模型**

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**信源：**消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号。

**发送设备：** 将所要传送的信号首先对载波信号进行调制，形成已调载波；已调载波信号经过变频(有的发射机不经过这一步骤)成为射频载波信号，送至功率放大器，经功率放大器放大后送至天线，一种短波发信机的组成框图如图所示。

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**信道：**将信号由发送设备传输到接收设备的媒介或途径。有无线信道和有线信道之分。（以后会细讲）

**噪声源：**散布在系统各部分的噪声的集中表现，不是人为加入的设备。噪声是有害的，会降低通信的质量。在之前的Simulink仿真中有相关介绍的噪声源。

**接收设备：**主要作用是把天线接收下来的射频载波信号，首先进行低噪声放大，然后经过变频，（一次两次甚至三次变频）、中频放大和解调后还原出原始信号，最后经低频放大器放大输出。一种短波收信机的组成框图如图1-3所

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这里需要说明的是：目前实用的无线通信系统大多数采用双工通信方式，即通信双方各自都有发信机、收信机以及与其相连的天线，而且收发信机做在一起且带有双工器。

**信宿：**信息的归宿点，其作用是将接收设备恢复出的电信号转换成相应的消息。

**3.无线通信的工作方式**

无线通信的工作方式可分为单向通信方式和双向通信方式两大类别。而后者又分为单工通信方式、双工通信方式和半双工通信方式三种。

**3.1单向通信方式**

所谓单向通信方式就是通信双方中的一方只能接收信号而另一方只能发送信号不能互逆。收信方不能对发信方直接进行信息反馈。

**3.2双向通信方式**

1) 单工通信方式

所谓单工通信就是指通信的双方只能交替地进行发信和收信不能同时进行。

常用的对讲机就采用这种通信方式，平时天线与收信机相连接，发信机也不工作。当一方用户讲话时，接通按讲开关，天线与发信机相连，发信机开始工作。另一方的天线接至收信机，因而可收到对方发来的信号

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2) 双工通信方式全双工通信方式

所谓双工通信就是指移动通信双方可同时进行发信和收信。这时收信与发信必须采用不同的工作频率称为频分双工FDD 。用户使用时与打电话时的情况一样。这时通信双方的设备一般通过双工器来完成这种功能图

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3) 半双工通信方式

这种通信方式与双工通信相类似，其中一方使用双频双工通信方式，另一方则使用双频单工方式，发信时要按下按讲开关如图所示

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