基于Matlab的电子线路的设计与仿真

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基于 Matlab 的电子线路的设计与仿真

第一章绪论

1．1 研究背景

自有人类以来，就离不开信息的传递。通信是人与人或人与自然这三者之

间通过某种方式及媒介进行的信息交流，在古代，人们通过烽火传递军情预警、

通过驿站间快马接力传递文件战报，通过信鸽传递机密文件等等，其信息的传

递方式虽然各有不同，但都是古代人们实现通信的手段。随着近代工业、商业

等产业的发展，原始的通信手段不能满足日益增长的需求，通信手段亟待发展。

随着社会分工的细化，以及通信领域内各项理论的逐渐揭示，通信渐渐成为一

个专业，伴随而来的是通信产业的形成和发展。第一代：电通信时代，及模拟

通信时代①。19 世纪，随着科学技术的迅猛发展，人们发现了电能以光速沿导

线传播。 1837 年莫尔斯发明了莫尔斯电码，并制造出电报机；1844 年由莫尔

斯设计修建的从尔的摩到华盛顿的世界上第一电报线路修建成功并投入运营；

1854 年，英军第一次在战争中采用了电报，海底电报于 1851 年开始于多佛和

加莱之间，然后发展到一方面用于伦敦和巴黎之间的远距离电报通讯，另一方

面则用于协约国克里米亚战争的瓦诺基地，由此，世界上第一个电报通信网建

成；1864 年，麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在；1887 年赫兹从实验上

验证了电磁波的存在，马可尼、波波夫等人用电磁波实现了远距离通信试验，

由此，由有线电话，电报和无线电台等通信方式的模拟通信时代到来。再加上

20 世纪 30 年代尤其是 50 年代后，随着香农信息论，纠错编码理论，调制理论，

信号检测理论，信号与噪声理论，信源统计特性理论等通信专业理论的研究与

发展，通信专业有了长足的发展，伴随而来的就是通信产业的如雨后春笋一般

的出现，有限电报网的铺设，有线电话网的铺设，无线电台的建设，都需要从

通信设备的设计与制造企业到通信网线路的铺设等工程施工企业，还需要为广

大公众服务的运营商，一级监督工程公司施工一级通信设备运营状况的监理公

司，自此通信产业及其服务日趋完善。模拟信号指幅度的取值是连续的（幅值

可由无限个数值表示）。时间上连续的模拟信号连续变化的图像（电视、传真）

信号等，时间上离散的模拟信号是一种抽样信号。模拟通信的优点是直观且容

易实现，但存在两个主要缺点。模拟通信，尤其是微波通信和有线明线通信，

很容易被窃听。只要收到模拟信号，就容易得到通信内容.电信号在沿线路的

传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后

难以分开，从而使得通信质量下降。线路越长，噪声的积累也就越多。第一代

移动通信技术（1G）是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，制定于上世

纪 80 年代。Nordic 移动电话（NMT）就是这样一种标准，应用于 Nordic 国家、

东欧以及俄罗斯。其它还包括美国的高级移动电话系统（AMPS），英国的总访

问通信系统（TACS）以及日本的 JTAGS，西德的 C-Netz，法国的 Radiocom 2000

和意大利的 RTMI。模拟蜂窝服务在许多地方正被逐步淘汰。第二代：数字通

信时代① 随着现代科技的发展，晶体管，半导体集成电路相继问世。1951 年

英国建立了 100 个中继站的微波接力通信线路；20 世纪 60 年代，基于脉冲编

码调制（PCM）的数字传输体系开始建立；1965 年美国 AT＆T 公司建立了一个

程控本地交换系统；再加上脉码通信，微波通信，卫星通信，光缆通信等通信

手段的产生一级计算机的问世并将微机应用在管理控制领域中，自此通信对象

从人与人扩展到人与机器，机器与机器之间②。20 世纪 70~80 年代，是通信迅

猛发展的时期。1960 年，美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器，给光通信带

来了希望，和普通光相比，激光具有波谱宽度窄，主向性极好以及频率和相位

较一致的良好特性，激光是一种相干光，它的特性和无线电波相似，是一种理

想的光载波。继红宝石激光器之后，氦氖激光器、二氧化碳激光器先后出现并

投入实际应用；1966 年分组交换实验网-ARPA 网开始建设，并于 1971 年投入

试验运行；1970 年美国康宁公司研制成功涂有二氧化硅的光导纤维材料，并

将损耗降低到 20db/km；1972 年康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到

4db/km;1973 年美国贝尔实验室取得了更大成绩，光损耗降低到 2.5db/km，

1976 年，日本电报电话公司将光纤损耗降低到 0.47 db/km；1979 年损耗降低

到 0.2 db/km，1984 年事 0.157 db/km；1986 年是 0.154 db/km，接近了光纤最

低损耗的理论极限②。随着非语言内容的增加，大容量光纤传输以及数字微波

系统的形成，通信自此进入了数字通信时代，数字通信体制相比于模拟通信体

制，其抗干扰能力强，便于计算机处理，高安性加密，很好满足了现代通信自

动控制的要求，它是通过自动交换、数字传输体系以及卫星通信等共同作用来

实现的综合通信网②。

1.2 研究的意义

科技是第一生产力，而通电技术又是当今世界科技中最先进的生产力。电

子技术是现代文明的技术基础，是科学研究和技术开发不可缺少的主要手段，

是高技术中的关键技术，同时也是发展最快、对经济和社会生活渗透力量最强、

应用潜力最大的一门科学技术。

通电工程是信息社会的主要支柱，是现代高新技术的重要组成部分，是

国家国民经济的神经系统和命脉，它集计算机技术、通信技术、信号信息处

理、多媒体技术之大成，是高技术群的前导领域和当代新技术革命的核心推

动力。它所涉及的范围很广，包括电信、广播、电视、雷达、声纳、导航、

遥控与遥测、遥感、电子对抗、测量、控制等领域，以及军事和国民经济各

部门的各种信息系统。

通信工程与电子科学与技术、计算机科学与技术、控制理论与技术、生

物医生工程等学科有着相互交叉、相互渗透的关系，并派生出许多新的边缘

学科和研究方向。

通电工程专业及其产业也同样迅猛的发展，从原始的古代通信到第一代

模拟通信经历了几千年的漫长历程，期间的发展更是缓慢无比，直到近代科

学技术革命才为通信的发展提供了理论土壤，自此通信工程专业及其产业进

入了一个飞速发展的阶段，从第一代模拟通信的形成倒被第二代数字通信所

替代期间仅用了百年时间，而新一轮的通信变革正在如火如荼的进行中，3g

技术的成熟与 3g 牌照正式下发形成的产业也不过距第二代通信的成熟仅仅

几十年的时间。而 3g 还没有完全进入商业化的普及阶段，下一代的通信技术

的研究已经取得了重大成果。可以预见，在不久的将来我们还在期盼的 3g 服

务将会渐渐过渡到另一个全新的阶段。所有的通信手段都是为了更好实现信

息的传递，在不久的将来，物联网、宽带移动互联网、宽带智能网、无线传

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