[工学]通信原理模拟调制系统4.pptVIP

第五章 模拟调制系统 5.0 一些基本概念 5.1 幅度调制（线性调制）的原理 5.2 线性调制系统的抗噪声性能 5.3 非线性调制（角度调制）原理 5.4 调频系统的抗噪声性能 5.5 各种模拟调制系统的比较 5.6 频分复用及调频立体声广播 5.7 小结 5.4 调频系统的抗噪声性能 一、输入信噪比 二、大信噪比时的解调增益 三、小信噪比时的门限效应 四、预加重和去加重 5.4 调频系统的抗噪声性能 重点讨论FM非相干解调时的抗噪声性能 分析模型： n(t) —均值为零，单边功率谱密度为 n0 的高斯白噪声 5.4 调频系统的抗噪声性能 设输入调频信号为： 故其输入信号功率为： 输入噪声功率为： BFM —调频信号的带宽，即带通滤波器的带宽 因此输入信噪比为： 5.4 调频系统的抗噪声性能 在输入信噪比足够大的条件下，信号和噪声的相互作用可以忽略，这时可以把信号和噪声分开来计算。 (1) 计算输出信号平均功率：输入噪声为 0 时，解调输出信号为： 故输出信号平均功率为： 5.4 调频系统的抗噪声性能 (2) 计算输出噪声平均功率 假设调制信号 m(t) = 0，则加到解调器输入端的是未调载波与窄带高斯噪声之和，即： 5.4 调频系统的抗噪声性能 (2) 计算输出噪声平均功率 在大信噪比时：即 A nc(t) 和 A ns(t) 时，相位偏移： 可近似为： 当x 1时，有arctan x ? x，故： 由于鉴频器的输出正比于输入的频率偏移，故鉴频器的输出噪声（在假设调制信号为 0 时，解调结果只有噪声）为： 5.4 调频系统的抗噪声性能 (2) 计算输出噪声平均功率 由于 实际上就是ns(t)通过理想微分电路的输出，故它的功率谱密度应等于ns(t)的功率谱密度乘以理想微分电路的功率传输函数。 设ns(t)的功率谱密度为Pi(f) = n0，理想微分电路的功率传输函数为： 则鉴频器输出噪声 nd(t) 的功率谱密度为： 5.4 调频系统的抗噪声性能 (2) 计算输出噪声平均功率 鉴频器前、后的噪声功率谱密度如下图所示： 5.4 调频系统的抗噪声性能 (2) 计算输出噪声平均功率 鉴频器输出噪声的功率谱密度已不再是均匀分布，而是与 f2 成正比。该噪声再经过低通滤波器的滤波，滤除调制信号带宽 fm 以外的频率分量，故最终解调器输出（LPF输出）的噪声功率（图中阴影部分）为： 5.4 调频系统的抗噪声性能 (3) 计算输出信噪比 FM非相干解调器输出端的输出信噪比为： 5.4 调频系统的抗噪声性能 (4) 简明情况：设 m(t) 为单一频率余弦波时的情况 即： 这时的调频信号为： 将这些关系代入上面输出信噪比公式，得到： 5.4 调频系统的抗噪声性能 (5) 制度增益 上式还可以写成： 当 mf 1 时有近似式： 结论：在大信噪比情况下，宽带调频系统的制度增益是很高的，即抗噪声性能好。例如，调频广播中常取mf=5，则制度增益GFM =450。也就是说，加大调制指数，可使调频系统的抗噪声性能迅速改善。 5.4 调频系统的抗噪声性能 (6) 调频系统与调幅系统比较 在大信噪比情况下，AM信号 包络检波器的输出信噪比为： 若设AM信号为100%调制。且m(t)为单频余弦波信号，则m(t)的平均功率为： 因而： 式中，B为AM信号的带宽，它是基带信号带宽的两倍，即B=2fm，故有： 5.4 调频系统的抗噪声性能 (7) 讨论： 在大信噪比情况下，若系统接收端的输入 A 和 n0 相同，则宽带调频系统解调器的输出信噪比是调幅系统的3mf2倍。例如，mf=5 时，宽带调频的 S0/N0 是调幅时的 75 倍。 调频系统的这一优越性是以增加其传输带宽来换取的。因为，对于AM信号而言，传输带宽是 2fm，而对WBFM信号而言，相应于 mf=5时的传输带宽为 12fm，是前者的6倍。 WBFM信号的传输带宽 BFM 与AM信号的传输带宽 BAM 之间的一般关系为： 5.4 调频系统的抗噪声性能 (7) 讨论： 当 mf 1时，上式可近似为： 故有： 在上述条件下， 变为： 结论：宽带调频输出信噪比相对于调幅的改善与它们带宽比的平方成正比。调频是以带宽换取信噪比的改善。 5.4 调频系统的抗噪声性能 (1) 什么叫门限效应？ 调频系统中以带宽换取性能改善并