模拟通信教程

什么是模拟通信？

通信被定义为交换数据和信息的方法。当通信是通过使用模拟信号完成时，则称为模拟通信。更简单地说，模拟通信是以模拟信号的形式交换信息，这些模拟信号以连续时间函数的形式表示信息。声波或语音信号是模拟信号的常见示例。

模拟通信最广泛地应用于调幅或调频广播、电视广播、电话语音通信以及各种测量和仪器仪表应用。

模拟通信以其设计简单和保真度高而闻名。但是，它对噪声和电磁干扰非常敏感。它也具有有限的通信范围。

关于模拟通信教程

本模拟通信教程的主要目标是提供对基于模拟信号并被称为模拟通信的通信系统基本原理的理解。

本教程分为 25 章 -

• 开篇章节是绪论章节，其中提供了通信的定义、通信系统的组成部分以及信号类型。
• 本教程的下一章讨论了调制的定义、需求、优点和类型。与调幅相关的主要概念，如 AM 波的时间域表示、调制指数、AM 波的带宽以及 AM 波的功率计算，在本教程的第 3 章中进行了总结。
• 第 4 章提供了一些基于前面章节中讨论的调幅概念的已解决的数值问题。在此基础上，第 5 章描述了两种常见的调幅器类型，即平方律调制器和开关调制器。
• 您将在第 6 章中了解调幅解调器及其类型 - 平方律解调器和包络检波器。
• 在第 7 章中，您将学习双边带抑制载波 (DSBSC) 调制和相关概念，例如 DSBSC 信号的带宽和 DSBSC 波的功率计算。
• 在第 8 章和第 9 章中，您将学习DSBSC 调制器平衡调制器和环形调制器，以及 DSBSC 解调器相干检测器和科斯塔斯环。
• 第 10、11 和 12 章描述了单边带抑制载波 (SSBSC) 调制、SSBSC 调制器频率判别法和相位判别法以及SSBSC 解调器相干检测器。
• 在本教程的第 13 章中，您将学习残留边带抑制载波 (VSBSC) 调制以及 VSBSC 的带宽、优点、缺点和应用。
• 角调制、调频和相频调制在第 14 章中进行了描述。第 15 章提供了一些基于调频概念的已解决的数值问题 2。
• 第 16 章和第 17 章解释了调频器和调频解调器的理论。多路复用理论和不同类型的多路复用，如模拟多路复用、数字多路复用 FDM、WDM、TDM 等，在第 18 章中进行了讨论。
• 噪声、噪声类型以及噪声的影响在本教程的第 19 章中进行了说明。第 20 章描述了信噪比 (SNR) 的理论及其在不同类型调制系统中的计算。
• 发射机和接收机在第 21 章和第 22 章中进行了描述。采样的概念和采样定理在第 23 章中进行了讨论。
• 第 24 章解释了脉冲调制脉冲幅度调制、脉冲宽度调制和脉冲位置调制。本教程的最后一章描述了传感器的需求和类型。

在教程结束时，我们将获得快速指南、其他有用资源以及讨论平台以促进读者参与。

使用模拟通信的先决条件

为了充分利用本教程，我们建议您具备 -

• 电子学基本概念，如电流、电压、功率、频率等。
• 通信及其需求的基本知识。

为了更好地理解本教程，您可以浏览我们的信号与系统教程，这将有助于您建立理解此处讨论的主题的基础背景。

模拟通信的特点

以下是模拟通信的一些关键特征 -

• 详细解释 - 在本教程中，与模拟通信相关的每个主题，例如模拟调制技术、调幅、调频、DSBSC 调制、SSBSC 调制、VSBSC 调制、脉冲调制等，都进行了详细讨论。
• 已解决的示例 - 本教程还包括已解决的数值问题，以演示概念和公式的应用。
• 内容组织 - 本教程以一种方式组织，即每个章节按时间顺序与前一章节链接。
• 读者友好的写作风格 - 本教程以清晰易懂的英语编写。因此，即使是初学者也可以从本教程中受益。

模拟通信常见问题解答

在本节中，我们收集了一组关于模拟通信的常见问题及其答案 -

1. 什么是模拟通信？

一种使用连续时间信号传输信息的方法称为模拟通信。简单来说，模拟通信是一种以模拟信号形式传输信息类型的通信。

模拟信号的幅度、频率或相位随时间连续变化。模拟信号使用波形表示。模拟信号的常见示例包括调幅或调频无线电信号。

模拟通信用于各种应用，以其原始形式传输真实世界的信息。

2. 为什么模拟信号仍在通信中使用？

模拟信号仍在通信中使用，主要原因如下 -

• 它们可以直接表示真实世界的信息。
• 模拟信号可以表示各种信号，例如语音信号、无线电信号、电视信号等。
• 使用模拟信号的系统比数字系统简单且成本更低。
• 模拟通信与传统基础设施兼容。
• 模拟信号提供自然且连续的信息流，使其适用于语音通信等实时应用。

3. 模拟通信的优点和缺点是什么？

模拟通信有几个优点和缺点，主要列出如下 -

4. 模拟是什么意思？它与数字有何不同？

模拟是一个术语，表示给定信号或量的变化相对于时间是连续且平滑的。它用于表示连续时间信号，称为模拟信号。

模拟信号在各个方面都不同于数字信号，如下所示 -

• 模拟信号随时间连续变化，而数字信号相对于时间是不连续或离散的。
• 模拟信号使用波形表示，而数字信号使用二进制代码表示。
• 模拟信号容易受到噪声和干扰的影响，而数字信号具有抗噪声和干扰的能力。
• 模拟信号存储复杂，而数字信号易于存储。

5. 模拟通信和数字通信的基本区别是什么？

模拟通信和数字通信的主要区别在于，模拟通信使用模拟信号（连续时间信号）传输信息，而数字通信使用离散信号（不连续时间信号）传输信息。

6. 模拟通信方法的示例是什么？

调幅 (AM) 无线电广播是模拟通信方法的常见示例。在这种通信方法中，载波信号的幅度或强度根据原始无线电信号进行调制。

7. 模拟通信有哪些类型？

根据所使用的调制类型，模拟通信可以分为以下主要类型 -

• 调幅模拟通信 - 在调幅模拟通信中，消息信号与载波信号进行调幅。
• 调频模拟通信 - 在调频模拟通信中，消息信号与频率调制的载波信号叠加。

• 相位调制模拟通信 − PM 代表相位调制。在这种类型的模拟通信中，消息信号与相位调制的载波信号叠加。

8. 什么是模拟通信媒体？

通信媒体只不过是传输器和接收器之间传输通信信号的通道。

在模拟通信中，最常用的通信媒体如下所示：

• 双绞线 − 这些电缆有两根单回路的导体，它们相互缠绕在一起。这些电缆主要用于电话线中传输语音和模拟数据信号。
• 同轴电缆 − 这些电缆由一个被导电屏蔽层包围的内铜导体组成，中央导体和屏蔽层由介电层隔开。在最外层，提供了保护套。这些电缆用于有线电视广播中进行模拟信号传输。
• 光纤 − 光纤是一种由玻璃或塑料纤维制成的通信电缆，用于以光形式传输模拟信号。这种通信媒体正广泛应用于现代电信系统中。
• 无线电波 − 无线电波也用作数据传输的模拟通信介质。无线电波是电磁信号，具有最低频率和最长波长。这些波用于无线模拟通信，如 AM 或 FM 收音机。

9. 为什么在模拟通信中只使用余弦波？

在模拟通信中使用余弦波而不是正弦波。其主要原因如下：

• 余弦波易于用数学方法表示和处理。
• 余弦波从最大值开始，这使得它们的分析和计算更容易。
• 余弦波在数学建模方面提供了便利。
• 余弦波表示模拟通信中使用的复指数函数的实部。
• 余弦波代表信号的更自然的组成部分，这与模拟通信中的实践相一致。

10. 什么时候模拟通信优于数字通信？

在以下情况下，模拟通信优于数字通信：

• 用于传输音频和视频信号。
• 当需要实时信号处理时。
• 当数据传输带宽有限时。
• 用于传输与物理现象变化相关的数据，例如温度、压力、电流、电压等。

11. 模拟通信中如何描述噪声？

在模拟通信中，噪声定义为会降低原始消息信号质量的不需要的信号。

根据特性，模拟通信中可能出现几种不同类型的噪声，例如：

• 热噪声或约翰逊噪声
• 瞬态时间噪声
• 散粒噪声
• 闪烁噪声
• 电磁干扰等。

12. 通信中的调制是什么？

在通信中，调制是将消息信号编码到载波信号上以进行传输的过程。在模拟通信中，调制是通过改变载波信号的幅度、频率、相位等特性来实现的。这种变化取决于要传输的消息信号。

通信中调制的主要目的是优化消息信号，以便能够通过合适的通信介质传输到远距离。

13. AM 调制有哪些类型？

幅度调制 (AM) 可以分为以下主要类型：

• 双边带全载波 (DSBFC) − DSBFC 是幅度调制的一种标准类型。在这种类型的 AM 调制中，两个边带和载波信号都按原样传输。它是最简单的幅度调制类型，但在功耗和带宽利用率方面效率较低。
• 双边带抑制载波 (DSBSC) − 在这种类型的幅度调制中，传输两个边带，但抑制载波信号以降低功耗。在这种 AM 调制中，接收机必须在解调期间从其抑制版本中重新生成载波信号。
• 单边带抑制载波 (SSBSC) − 在这种类型的幅度调制中，只传输一个边带和一个抑制的载波信号。这种 AM 调制用于需要较低带宽和功率效率的地方。
• 残留边带调制 (VSBM) − 这是一种 AM 调制，其中传输一个完整的边带和另一个边带的一部分。它用于解决与 DSB 和 SSB 调制相关的问题。VSBM 通常用于电视广播应用，在这些应用中，信号质量和带宽效率之间的平衡至关重要。

14. 什么是 AM 调制器和解调器？

在模拟通信中，AM 调制器和解调器是通信系统中的两个主要组件。AM 调制器是一种通过改变其幅度来对载波信号进行调制的设备。它将载波信号与要传输的消息信号组合在一起。因此，AM 调制器位于通信系统的发送端。

另一方面，AM 解调器是一种执行与 AM 调制器相反功能的设备。它从 AM 调制信号中检索原始消息信号，并在通信系统的接收端使用。

15. 模拟通信中的发射机是什么？

在模拟通信中，用于传输数据或信息的设备称为发射机。发射机首先将数据或信息转换为合适的形式，如电信号、无线电波、光信号等，然后将其发送到接收机。

在模拟通信中使用发射机的主要目的是在远距离传输信息。