通信原理课件fanxy-3第三章：模拟调制系统课件.ppt

幅度Jn(mf)均小于 0.1，相应产生的功率均在总功率的 2% 以下，可以忽略不计。根据这个原则，调频波的带宽为 式中，为调制信号的频率；为最大频偏, 该式称为卡森公式。 （3.98） 若 ，则 若 ，则 （3.99） （3.100） 以上讨论的是单频调制的情况，当调制信号有多个频率分量时，已调信号的频谱要复杂很多。根据分析和经验，多频调制时，其带宽近似为 其中fm为调制信号的最高频率分量， 为最大频偏。 3、调频信号的平均功率分布 调频信号的平均功率等于调频信号的均方值，即 根据贝塞尔函数的性质，上式中 所以调频信号的平均功率为 （3.101） （3.102） [例3.6] 幅度为3V的1MHz载波受幅度为1V频率为500Hz的正弦信号调制，最大频偏为1kHz，当调制信号幅度增加为5V且频率增至2kHz时，写出新调频波的表达式。 解： 新调频波的调频指数为 所以，新调频波为 经低通滤波器滤除高频分量，得 再经微分器，得输出信号 从而完成正确解调。 （3.107） （3.108） 3.5.4 调频系统的抗噪声性能 只讨论非相干解调系统的抗噪声性能。 1、大信噪比情况下，考虑m（t）为单一频率余弦波时，其解调器的信噪比增益为： 由式（3.98）知宽带调频信号带宽为 所以，式（3.114）还可以写成 （3.115） 上式表明，大信噪比时宽带调频系统的信噪比增益是很高的，它与调频指数的立方成正比。例如调频广播中常取，则信噪比增益G=450。可见，加大调频指数mf，可使调频系统的抗噪声性能迅速改善。 [例3.5.2] 设调频与调幅信号均为单音调制，调制信号频率为fm，调幅信号为100%调制。设两者的接收功率Si和信道噪声功率谱密度n0均相同时，试比较调频系统（FM）与幅度调制系统（AM）的抗噪声性能。 解：由幅度调制系统和调频系统性能分析可知 两者输出信噪比的比值为 （3.116） 根据本题假设条件，有 将这些关系代入式（3.116），得 由此可见，在高调频指数时，调频系统的输出信噪比远大于调幅系统。 （3.117） 应当指出，调频系统的这一优越性是以增加传输带宽为代价换取来的。因为 当 时 代入式（3.117），有 （3.118） 这说明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。这就意味着，对于调频系统来说，增加传输带宽就可以改善抗噪声性能。调频方式的这种以带宽换取信噪比的特性是十分有益的。 2、小信噪比情况与门限效应 以上分析都是在解调器输入信噪比足够大的条件下进行的，在此假设条件下的近似分析所得到的解调输出信号与噪声是相加的。实际上，在解调输入信号与噪声是相加的情况下，由于角调信号解调过程的非线性，使得解调输出的信号和噪声是以一复杂的非线性函数关系相混合，仅在大输入信噪比时，此非线 性函数才近似为一相加形式。在小输入信噪比时，解调输出信号与噪声相混合，以致不能从噪声中分辨出信号来，此时的输出信噪比急剧恶化，这种情况与幅度调制包络检波时相似，也称之为门限效应。出现门限效应时所对应的输入信噪比的值被称为门限值。 图3-30示出了调频解调器输入－输出信噪比性能曲线。为了便于比较，图中还画出了DSB信号同步检测时的性能曲线。由前面的讨论可知，后者是通过原点的直线。而对FM系统而言，当未发生门限效应时，FM与AM的性能关系符合（3.117）的关系式，在相同输入信噪比情况下， FM输出 信噪比优于AM输出信噪比；但是，当输入信噪比降到某一门限（例如，图3-30中的门限值 ）时，FM便开始出现门限效应；若继续降低输入信噪比，则FM解调器的输出信噪比将急剧变坏，甚至比AM的性能还要差。 图3-30 解调器性能曲线示意图 3.6各种模拟调制系统的比较 本节将对前面所讨论的各种模拟调制系统进行总结、比较，以便在实际中合理选用。 1、各种模拟调制方式总结 假定所有调制系统在接收机输入端具 有相同的信号功率，且加性噪声都是均值为0、双边功率谱密度为n0/2的高斯白噪声，基带信号m(t)带宽为fm，在所有系统中都满足： （3.121） 因此，解调器输入端的信号功率 发射机输出功率 前面所讨论的各种线性调制方式均有共同的特点，就是调制后的信号频谱只是调制信号的频谱在频率轴上的搬移，以适应信道的要求，虽然频率位置发生了变化，但频谱的结构没有变。 3.5非线性调制系统的原理及抗噪声性能 非线性调制又称角度调制，是指调制信号控制高频载波的频率或相位，而载波的幅度保持不变。角度调制后信号的频谱不再保持调制信号的频谱结构，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，而且调制后信号的带宽一般要比