噪声调频信号及调频指数对功率谱的影响

1、实验总成绩： 装 订 线报告份数： 西安邮电大学 通信与信息工程学院 科研训练论文专业班级： 学生姓名： 学号(班内序号): 2013 年 9 月 22 日 噪声调频信号及调频指数对功率谱的影响摘要信道噪声能够干扰通信效果，降低通信1的可靠性。噪声按其产生的原因可以分为外部噪声和内部噪声。噪声从统计理论观点可以分为平稳和非平稳噪声两种。在实际应用中，不去追究严格的数学定义，这两种噪声可以理解为：其统计特性不随时间变化的噪声称其为平稳噪声。其统计特性随时间变化而变化的称其为非平稳噪声。另外，按噪声2 和信号之间关系可分为加性噪声和乘性噪声：假定信号为s(t) ,噪声为n(t)，如果混合迭加波形是

2、s(t)+n(t) 3形式，则称此类噪声为加性噪声；如果迭加波形为s(t)1+n(t)形式，则称其为乘性噪声。加性噪声虽然独立于有用信号，但它却始终存在，干扰有用信号，因而不可避免地对通信造成危害。乘性噪声随着信号的存在而存在，当信号消失后，乘性噪声也随之消失。在通信系统的理论分析中常常用到的噪声有：白噪声，高斯噪声，高斯型白噪声，窄带高斯噪声，正弦信号加窄带高斯噪声。对于具有连续频谱和有限平均功率的信号或噪声，表示其频谱分量的单位带宽功率分布的频率函数。通常信号或噪声的瞬时功率等于其瞬时值的平方，如该特征量为一场量，则此平方与物理功率成比例。功率谱密度是该信号或噪声的自相关函数的傅里叶变换。

3、如某一确定信号平均功率为有限的，则该信号的自相关函数存在。如随机信号或随机噪声是由二阶随机平稳函数来表示的，则其自相关函数存在。Abstract The thesis presents a detection menthod for noiseequency modulation signal based on the statistics of energy using its continuityThis paper outlines the basic character of noiseequency modulation signal and gives the principle

4、of the detection methodDesigned the hardware circuit of the method with Quartusand simulated the circuit to verify the effectiveness of the detection method for noise frequency modulation siganl For a continuous average power spectrum and the limited signal or noise, that their spectral power distri

5、bution unit bandwidth components function of frequency. Usually the instantaneous signals or noise power is equal to the instantaneous value of the square, where the feature quantity is a quantity, then this is proportional to the square of the physical power. Power spectral density of the noise sig

6、nal or the Fourier transform of the autocorrelation function. Determining if the average signal power of a finite, the signal autocorrelation function exists. Such as a random signal or random noise is generated by said second random function smoothly, then the autocorrelation function exists.Keywor

7、ds NFM signal；statistics of energy；circuit design 引言本文对通信中噪声调频信号及调频指数对功率谱分别进行讨论，分别讨论噪声的信号图谱和调频指数的影响。用matlab编写代码，观察图形的变化，设置调频指数的值，观察功率谱的图形变化，得到最后的结果。主要方法通信1 的目的是传输信息。通信系统的作用就是将信息从信息源发送到一个或多个目的地。对于任何一个通信系统，均可视为由发送端、信道和接收端三大部分组成（如图1所示）。 图1通信系统一般模型信息源（简称信源）的作用是把各种信息转换成原始信号。根据消息的种类不同信源分为模拟信源和数字信源。发送设备的作用

8、产生适合传输的信号，即使发送信号的特性和信道特性相匹配，具有抗噪声的能力，并且具有足够的功率满足原距离传输的需求。信息源和发送设备统称为发送端。发送端将信息直接转换得到的较低频率的原始电信号称为基带信号。通常基带信号不宜直接在信道中传输。因此，在通信系统的发送端需将基带信号的频谱搬移（调制）到适合信道传输的频率范围内进行传输。这就是调制的过程。信号通过信道传输后，具有将信号放大和反变换功能的接收端将已调制的信号搬移（解调）到原来的频率范围，这就是解调的过程。信号在信道中传输的过程总会受到噪声的干扰，通信系统中没有传输信号时也有噪声，噪声永远存在于通信系统中。由于这样的噪声是叠加在信号上的，所以

9、有时将其称为加性噪声。噪声对于信号的传输是有害的，它能使模拟信号失真。在本仿真的过程中我们假设信道为高斯白噪声信道。一、噪声调频干扰信号对功率谱的影响噪声调频干扰信号最常见的是射频振荡的频率与调制噪声电压 ( )呈线性关系，噪声调频干扰电压的时域表达式为： （1）式中：E为电压振幅，为常数(忽略其寄生调幅)；为调频指数；为高斯噪声，其均值为0，方差为， 在频带内为均匀频谱。设调制噪声电压 是高斯噪声，其幅度概率密度分布为高斯函数 （2）由于噪声调频干扰的角频率与呈线性关系，故瞬时角频率或角频偏的概率密度亦应为高斯分 布，其均方根值为： （3）其中 为有效频偏。由此得噪声调频干扰的频谱函数为 ：

10、 （4）噪声调频干扰的功率谱为： （5）噪声调频干扰信号的频带宽，可按半功率电平对应的两个频率之间的差值来定义，即： （6）所以利用计算机产生式(1)的噪声调频干扰时域信号，并应用快速傅立叶变换在计算机上产生噪声 。调频干扰的频谱信号。分别制作中心频率为43GHz、调频指数为02GHzV、调制噪声功率为20 dBW的噪声调频时域信号和同步频谱信号 用matlab利用式(3)产生的调制噪声功率分别为2 0 dBW和40 dBW调频指数为02 GHzV，中心频率为435 GHz的噪声调频颇谱信号曲线。matlab利用式(3)产生的中心频率分别为4.35GHz和2.0GI-Iz，调制噪声功率2 0d

11、BW，调频指数为02GHzV的噪声调频频谱 信号曲线。从以上的编程中可以得出以下结论：(1) 噪声调频干扰带宽与调制噪声带宽无关，而决定于调制噪声功率(对于高斯噪声来说，调制噪声功率即为方差)和调频指数，功率越大，频带越宽，这与式(5)的计算结果一致。 (2) 噪声调频干扰频带宽与中心频率无关。 (3) 噪声调频干扰在相同功率下可获得宽带干扰，用于阻塞式干扰，如先侦测出 引信工作频率，把噪 声调频阻塞式干扰频率引导到侦测到的频率上，从而提高干扰的效率。 (4) 图3的频域仿真信号比较理想，一般用于理论分析 图l的利用快速傅立叶变换计算的频域仿真 信号不光滑，似乎与干扰源得到的噪声干扰相差较大，

12、这是因计算机速度影嘀采样额率较低造成的，其频 带宽与利用典型公式仿真的信号及干扰模拟器产生的频谱信号一致。数字信号处理注重带宽，所以实际应用影响不大2、 调频指数对功率谱的影响 频率调变4是模拟角度调变的一种，它会利用携带信息的基带信号改变载波频率，这些基带信号通常称为信息或信息信号m(t)。调频广播通讯最常传送音频信号。但它也能传送带有低带宽数字信息的数字数据。 调制在通信系统中具有十分重要的作用。一方面，通过调制可以把基带信号的频谱搬移到所希望的位置上去，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号。另一方面，通过调制可以提高信号通过信道传输时的抗干扰能力，同时，它还和传

13、输效率有关。具体地讲，不同的调制方式产生的已调信号的带宽不同，因此调制影响传输带宽的利用率。可见，调制方式往往决定一个通信系统的性能。在本仿真的过程中我们选择用调频调制方法进行调制。调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出原始基带信号。在本仿真的过程中我们选择用非相干解调方法进行解调。FM调制模型的建立 图2 FM调制模型其中，为基带调制信号，设调制信号为=设正弦载波为=信号传输信道为高斯白噪声信道，其功率为2s。调制过程分析在调制时，调制信号的频率去控制载波的频率的变化，载波的瞬时频偏随调制信号成正比例变化，即

14、j=式中，为调频灵敏度（）这时相位偏移为=则可得到调频信号为tt=FM解调模型的建立调制信号的解调分为相干解调和非相干解调两种。相干解调仅仅适用于窄带调频信号，且需同步信号，故应用范围受限；而非相干解调不需同步信号，且对于NBFM信号和WBFM信号均适用，因此是FM系统的主要解调方式。在本仿真的过程中我们选择用非相干解调方法进行解调。+参考文献 图4 FM解调模型三、功率谱密度令: 是实平稳随机过程，为其实现，因为功率信号，所以也为功率信号，因为任意的确定功率信号，它的功率谱密度可表示成式中，是的截短函数之频谱函数。而对于功率型的平稳随机过程而言，它的每一实现也将是功率信号，而每一实现的功率谱也可以表示。但是，随机过程中的每一实现是不能预知的，因此，某一实现的功率谱密度不能作为过程的功率谱密度5 。过程的功率谱密度应看作是每一可能实现的功率谱的统计平均。设的功率谱密度为，的某一实现之截短函数为，且，其中:，于是有 ，则称为的功率谱密度。功率密度谱 设X(t)为平稳的连续随机信号，它的任一个样本函数x(t)是一个功率信号，其平均功率可以定义为： （9.2.20） 依据帕斯瓦尔定理，设 表示 的傅立叶变换，则上式可表示为(9.2.21) 式中 称为样本功率密度或样本功率谱。由于随机信号的每一个样本实现是不能预知的，所以必须用所有样本功率密度的统计平均