通信原理_第10讲_模拟调制系统(4)_电07

第1页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng通信原理（第十讲）宋鹏电子工程系第2页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng内容第一章绪论（3）第二章确知信号（2）第三章随机过程（5）第四章信道（2）第五章模拟调制系统（8）第六章数字基带传输系统（8）第七章数字带通传输系统（6）第八章新型数字调制技术（3）第九章模拟信号的数字传输（8）第十章数字信号的最佳接收（4）第十三章同步原理（4）习题（2）总结（2）第3页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng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5.7广播与电视5.8小结第4页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng第五章重点1.概念：AM、DSB、SSB、VSB和PM、FM的基本概念、特点和应用；产生与解调方法（会画原理框图）；AM、DSB波形和频谱（会画）；VSB边带滤波特性；可靠性比较，有效性比较；门限的概念；多级调制、复合调制和FDM的概念。2.计算：AM、DSB、SSB、PM、FM的表达式；功率和带宽的计算；AM、DSB、SSB、FM抗噪声性能分析、Si/Ni、S0/N0和G的计算与比较；单音调频的调频指数、相偏及频偏；卡森公式。第5页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4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、预加重和去加重第6页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4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sFM(t)FM非相干解调抗噪声性能分析模型限幅BPF鉴频LPFsi(t)ni(t)m0(t)n0(t)n(t)解调器第7页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4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：一、输入信噪比dmKtAtstfc)(cos)(FM22ASiFM0BnNiFM02ii2BnANS第8页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4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：二、大信噪比时的解调增益)()(0tmKKtmfd)()()(22200tmKKtmSfd第9页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4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：二、大信噪比时的解调增益)(cos)()(sin)(cos)(sin)(cos)(cos)(cos22tttntnAttnttnAttnttntAtntAcsccscccscccic)()(arctan)(tnAtntcs包络相位偏移第10页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4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Anc(t)和Ans(t)时，相位偏移：可近似为：当x1时，有arctanx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：二、大信噪比时的解调增益)()(arctantnAtncsAtntnAtntscs)(arctan)()(arctan)(Atnts)()(dttndAKdttdKtnsddd)()()(ns(t)是窄带高斯噪声ni(t)的正交分量第11页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4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：二、大信噪比时的解调增益2222)2(2)(ffjfH2,)2()()()(FM022222BfnfAKfPfHAKfPdidddttnds)(第12页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4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：二、大信噪比时的解调增益0iPff0nFM/2BFM/2B0dPffFM/2BFM/2Bmfmf第13页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4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：二、大信噪比时的解调增益23022220220384)(AfnKdffAnKdffPNmdffdffdmmmm第14页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4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：二、大信噪比时的解调增益302222008)(3mffntmKANS)()()(22200tmKKtmSfd23022038AfnKNmd第15页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4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：二、大信噪比时的解调增益ttmmcos)(]sincos[)(FMtmtAtsmfcmmmffffKmmffnAmNS022002/23302222008)(3mffntmKANS第16页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4调频系统的抗噪声性能(5)制度增益上式还可以写成：当mf1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。二、大信噪比时的解调增益mfiifBmNSNSGFM200FM23//)(2)1(2FMmmffffmB)1(32FMffmmG3FM3fmGFM02ii2BnANSmffnAmNS022002/23第17页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4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：二、大信噪比时的解调增益BntmNS02AM00)(2)(22AtmBnANS02AM002/mfnANS02AM0022/2AM00FM003//fmNSNSmffnAmNS022FM002/23第18页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4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A0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：二、大信噪比时的解调增益AMFM)1()1(2BmfmBfmf第19页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4调频系统的抗噪声性能(7)讨论：当mf1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。二、大信噪比时的解调增益AMFMBmBfAMFMBBmf2AM00FM003//fmNSNS2AMFMAM00FM003//BBNSNS第20页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4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不是无止境的，随着带宽的增加，输入噪声功率增大，在输入信号功率不变的条件下，输入信噪比降低，当输入信噪比降到一定程度时，输出信噪比将急剧恶化，这种现象称为门限效应。门限值—出现门限效应时所对应的输入信噪比值称为门限值，记为：三、小信噪比时的门限效应biiNS第21页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4调频系统的抗噪声性能(2)起伏噪声：当只发载波信号时（即无调制信号时），观察鉴频器的输出信号可以看到门限效应的产生。当输入信噪比很高，可以观察到鉴额器的输出噪声呈现为高斯噪声形状，如图所示：三、小信噪比时的门限效应高信噪比时的输出噪声典型波形第22页2019/8/18DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng5.4调频系统的抗噪声性能(3)尖峰噪声：当输入信噪比下降到某一数值以下时，输出噪声波形中会出现一种尖脉冲。如图所示，收听时会听到喀喇声。输入信噪比愈差，这种尖脉冲就愈多。三、小信噪比时的门限效应低信噪比