线性调制系统抗噪声性能

线性调制系统抗噪声性能第一页，共36页。5.2线性调制系统的抗噪声性能基本概念抗噪性能针对接收端而言接收信号为有效信号和噪声信号之和

所有噪声均为加性高斯白噪声

性能参数为信噪比2第二页，共36页。接收机框图解调器框图包络检波器非相干相干低通同步5.2线性调制系统的抗噪声性能分析思路：计算解调器输入端和输出端的信号功率、噪声功率，获得信噪比参数。根据信噪比判断接收机的性能3第三页，共36页。输入信噪比Si/Ni:

解调器输出信噪比：调制制度增益：

5.2线性调制系统的抗噪声性能

输出信噪比反映了解调器的抗噪声性能。输出信噪比越大越好。

用G便于比较同类调制系统采用不同解调器时的性能。也反映了这种调制制度的优劣。4第四页，共36页。5.2.1相干解调的抗噪声性能5.2.2包络检波的抗噪声性能5.2线性调制系统的抗噪声性能5第五页，共36页。DSB相干解调抗噪声性能分析模型分别计算解调器输入/输出的信号功率和噪声功率。5.2.1.1DSB调制系统的性能噪声描述：n(t)是白噪声，ni(t)是窄带高斯白噪声6第六页，共36页。解调器输入信号为解调器输入信号平均功率为与相干载波cosct相乘后，得经低通滤波器后，输出信号为所以，解调器输出端的有用信号功率为5.2.1.1DSB调制系统的性能7第七页，共36页。ni(t)的带宽取决于带通滤波器的带宽B，DSB的带宽为2fH

统计平均功率相等输入噪声功率解调器输入噪声ni(t)5.2线性调制系统的抗噪声性能ni(t)是窄带高斯白噪声,单边带功率谱密度为n08第八页，共36页。输入的高斯白噪声与相干载波相乘后，得经低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为故输出噪声功率为或写成5.2.1.1DSB调制系统的性能9第九页，共36页。输入信噪比输出信噪比5.2.1.1DSB调制系统的性能DSB信噪比增益

由此可见，DSB调制系统的信噪比增益为2。也就是说，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用相干解调，使输入噪声中的正交分量被消除的缘故。10第十页，共36页。解调器输入的SSB信号输入信号平均功率为因为与m(t)的幅度相同，所以有相同的平均功率，输入信号的平均功率为：与相干载波相乘后，再经低通滤波可得解调器输出信号

输出信号平均功率5.2.1.2SSB调制系统的性能11第十一页，共36页。ni(t)的带宽取决于带通滤波器的带宽B，SSB的带宽为fH

统计平均功率相等输入噪声功率解调器输入噪声ni(t)5.2线性调制系统的抗噪声性能ni(t)是窄带高斯白噪声,单边带功率谱密度为n012第十二页，共36页。输入的高斯白噪声与相干载波相乘后，得经低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为故输出噪声功率为或写成5.2.1.2SSB调制系统的性能13第十三页，共36页。输入信噪比输出信噪比5.2.1.2SSB调制系统的性能SSB信噪比增益SSB调制系统的信噪比增益为1。也就是说，SSB信号的解调器没有使信噪比改善。这是因为在相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制掉，故信噪比没有改善。14第十四页，共36页。SSB和DSB抗噪声性能讨论

为什么双边带调制相干解调的信噪比增益比单边带调制的高？双边带信号DSB调制器的信噪比改善了一倍，原因是相干解调把噪声中的正交分量抑制掉，从而使噪声功率减半的缘故。

GSSB=1,，GDSB=2是否说明双边带调制的抗噪声性能比单边带调制的更好？

否。因为双边带已调信号的平均功率是单边带的2倍，实际上，双边带和单边的抗噪性能是相同的。但双边带信号所需的传输带宽是单边带的２倍。5.2.1相干解调的抗噪声性能

DSB和SSB两系统发射信号功率均为Si且调制信号的带宽为B，输出信噪比是否相同？15第十五页，共36页。【例5.5】对DSB和SSB分别进行相干解调，接收信号功率为2mW，噪声双边功率谱密度为2×10-9W/Hz，调制信号最高频率为4kHz。(1)比较解调器输入信噪比(2)比较解调器输出信噪比5.2.1相干解调的抗噪声性能16第十六页，共36页。SSB：

DSB：5.2.1相干解调的抗噪声性能输入信噪比的比较:输出信噪比的比较:

17第十七页，共36页。1AM包络检波器分析模型检波输出电压正比于输入信号的包络变化。

5.2.2包络检波的抗噪声性能18第十八页，共36页。2输入信噪比计算

设解调器输入信号为

解调器输入噪声为

解调器输入的信号功率和噪声功率分别为

输入信噪比为5.2.2包络检波的抗噪声性能19第十九页，共36页。3包络计算解调器输入是信号加噪声的混合波形，即式中E(t)便是所求的合成包络。当包络检波器的传输系数为1时，则检波器的输出就是E(t)。

信号与噪声存在非线形关系，无法分离5.2.2包络检波的抗噪声性能20第二十页，共36页。4输出信噪比计算大信噪比情况 输入信号幅度远大于噪声幅度，即输出噪声no(t)输出信号

So(t)5.2.2包络检波的抗噪声性能直流参数21第二十一页，共36页。

隔掉直流分量，有用信号与噪声独立地分成两项，因而可分别计算它们的功率。输出信号功率为输出噪声功率为输出信噪比为信噪比增益为相干解调与包络检波器的性能相同5.2.2包络检波的抗噪声性能22第二十二页，共36页。【讨论】1.AM信号的调制制度增益GAM随A0的减小而增加。2.GAM总是小于1，这说明包络检波器对输入信噪比没有改善，而是恶化了。3.例如：对于100%的调制，且m(t)是单频正弦信号，这时AM的最大信噪比增益为4.对AM调制系统，在大信噪比时，采用包络检波器解调时的性能与同步检测器时的性能几乎一样。5.2.2包络检波的抗噪声性能23第二十三页，共36页。小信噪比情况输入信号幅度远小于噪声幅度，即其中R(t)和(t)代表噪声的包络及相位：5.2.2包络检波的抗噪声性能24第二十四页，共36页。因为E(t)进一步近似：【讨论】输出信号

输出噪声输出信号中没有单独的信号项m(t)，被扰乱成随机噪声，使信号功率下降。输出噪声R(t)增强5.2.2包络检波的抗噪声性能25第二十五页，共36页。100-1001020包络检波器的噪声性能5.2.2包络检波的抗噪声性能26第二十六页，共36页。【结论】随着m(t)减小，输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧恶化，通常把这种现象称为解调器的门限效应。开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。

这时无法采用包络检波方法进行检波

【注意】相干解调的解调器输出端的信号与噪声总能分离，没有门限效应。

由于大多数情况输入信噪比较高，特别是在无线电广播中为了保证收听质量，发射功率都很大，包络检波特别容易实现，得到广泛应用。5.2.2包络检波的抗噪声性能27第二十七页，共36页。信噪比增益比较28第二十八页，共36页。【例5.6】对单频AM进行包络检波。设每个边带功率为10mW，载波功率为100mW。接收机带通滤波器带宽为10kHz，信道噪声单边功率谱密度为5×10-9W/Hz。（1）求解调器输出信噪比（2）如改为发射功率相同的DSB-SC，其性能优于AM多少分贝综合例题29第二十九页，共36页。解调器输出信噪比综合例题如改为DSB-SC，其性能优于AM多少分贝30第三十页，共36页。例题5.7：信号,其中f1(t)和f2(t)频率范围都是300~3400Hz，平均功率都为1W，求1）x(t)的带宽和平均功率；2）x(t)的频谱表达式，并画出示意图；3）设计一个解调系统；4）如果进入解调器的噪声的单边带功率谱为n0=10-8W/Hz,求解调器输出的信噪比。解：1）信号的带宽B=2×3.4=6.8KHz，平均功率为：综合例题31第三十一页，共36页。2）设，则x(t)的频谱为：2π·3002π·34002π·3002π·3400F1(ω)ωF2(ω)ωX(ω)ωωc0综合例题32第三十二页，共36页。3）解调系统(DSB)如图所示BPFLPFLPFx(t)f1(t)/2f2(t)/24)对f1(t)cosωctSi=0.5W,Ni=n0B=6.8×103×10-8=6.8×10-5W同理对f2(t)sinωct:综合例题33第三十三页，共36页。例5.8：接收到的调制信号为，其中调制信号的自相关函数为，随机相位干扰θ在(0，2π)内均匀分布，ni为高斯白噪声干扰，x(t),θ,ni(t)相互统计独立。1）说明z(t)是否