第06章 模拟通信系统中噪声的影响

第6章

模拟通信系统中噪声的影响江西财经大学软件与通信工程学院李刚6.1.1噪声对基带系统的影响6.1噪声对幅度调制系统的影响白噪声通过带宽为W的LPF后得到基带噪声噪声功率基带信噪比例6.1.16.1噪声对幅度调制系统的影响6.1.2噪声对DSBSCAM的影响DSBSC信号：经过AWGN信道的接收信号：窄带随机噪声6.1噪声对幅度调制系统的影响6.1.2噪声对DSBSCAM的影响解调方法--相干解调LPF①②③同步时，φ06.1噪声对幅度调制系统的影响6.1.2噪声对DSBSCAM的影响解调方法--相干解调功率为Po=功率为Pno=6.1噪声对幅度调制系统的影响6.1.2噪声对DSBSCAM的影响解调方法--相干解调输出SNR为：此结果和P190（6.1.2)相同，说明相对于基带通信系统，DSB－SC没有改善输出信噪比。6.1噪声对幅度调制系统的影响6.1.3噪声对SSBAM的影响接收机端采用相干解调解调方法同DSBSCAM。仅滤波器带宽为DSB的一半。其中PR=Ac2PM6.1噪声对幅度调制系统的影响LPF输出信噪比同DSB6.1噪声对幅度调制系统的影响6.1.4噪声对SSBAM的影响信号和噪声部分都是窄带随机过程采用相干解调时：LPFy1(t)隔直y(t)6.1噪声对幅度调制系统的影响6.1噪声对幅度调制系统的影响输出信噪比调制效率6.1噪声对幅度调制系统的影响大信噪比下的包络检波：当信号分量远大于噪声分量时同相干解调6.1噪声对幅度调制系统的影响信噪比在噪声门限之下时的包络检波：包络：6.1噪声对幅度调制系统的影响忽略二次项6.1噪声对幅度调制系统的影响例6.1.2为信源输出的均值为0的广义平稳随机过程m(t)的自相关且对任意的实现都满足最大幅度|m(t)|=6。信道衰减50dB加性白噪声的PSD为Sn(f)=No/2=10-12W/Hz。解调器输出端最低信噪比为50dB。求所需发射功率和信道带宽。1。采用DSBAM2。采用SSBAM3。采用调制指数为0.8的常规AM6.2噪声对角度调制系统的影响频率调制中，消息信号包含在已调信号的频率中，加性噪声对解调FM信号的影响是通过改变已调FM信号的过零点而施加作用的。相对而言，对于小功率信号，噪声更容易改变过零点的位置，从而影响解调效果。6.2噪声对角度调制系统的影响带通滤波器角度解调器低通滤波器角度调制信号6.2噪声对角度调制系统的影响ReIm6.2噪声对角度调制系统的影响解调器据此进行处理，根据是PM还是FM解调，确定输出信号的相位还是瞬时频率(求导再除以2π)。噪声影响消息部分：6.2噪声对角度调制系统的影响解调器输出:噪声分量跟载波幅度成反比6.2噪声对角度调制系统的影响噪声过程由于角度调制带来的带宽扩展，消息信号φ(t)的带宽远小于滤波后的噪声带宽。故相对于噪声的同相分量nc(t)和正交分量ns(t)的变化，φ(t)可近似为几乎不变的常量6.2噪声对角度调制系统的影响利用P176性质4及例5.3.3的结果，由于噪声过程n(t)是关于fc对称的，因而有ns(t)和nc(t)是独立的过程。且6.2噪声对角度调制系统的影响0，elsewhereff6.2噪声对角度调制系统的影响6.2噪声对角度调制系统的影响接收信号功率为PR=Ac2/2调制指数6.2噪声对角度调制系统的影响定义带宽扩展因子为6.2噪声对角度调制系统的影响输出SNR跟β成正比。故可通过增加β来增加接收信号功率，以及克服接收信号功率的下降。1.增加β会增加带宽。故角度调制提供了带宽和发射功率互换的方法。2.几点结论6.2噪声对角度调制系统的影响增加β到一定程度后，噪声功率也会增加，以至信号淹没在噪声中

门限效应。系统性能恶化。3.和AM相比，角度调制中功率增加导致信噪比下降是通过降低噪声功率来获得的。4.在FM中，噪声对高频部分的影响更大。5.例6.2.16.2噪声对角度调制系统的影响前面的分析是基于高信噪比的假设下进行的。在高信噪比假设下，解调的非线性可以近似为线性。低信噪比的情况下，信号和噪声混合以至不能从噪声中区分出信号。解调器的输入端存在一个特定的信噪比（门限SNR），低于此SNR，将不能从噪声中识别出信号，即出现门限效应。门限效应限制了β的最大取值，也即是为带宽信噪比的互换设定了上限。6.2.1角度调制的门限效应6.2噪声对角度调制系统的影响门限状态下，·根据接收信号功率PR,可以算出最大允许带宽；·给定分配带宽，可以算出最小接收功率PR,min接收机输入信噪比为10时取得·解调器应工作在门限SNR之上6.2噪声对角度调制系统的影响例6.2.26.2噪声对角度调制系统的影响6.2.2预加重滤波和去加重滤波根据FM和PM解调信号中噪声过程的功率谱密度的特点，角度调制系统中采用在高频和低频部分均有较高信噪比的调制和解调方式。低频：FM调制；高频：PM调制（FM＋微分器）低频：FM解调；高频：PM解调（FM＋积分器）调制端：解调端：或者说是在发射端将高频增强，接收端再抑制高频，从而达到抑制高频噪声而信号不变的效果。6.2噪声对角度调制系统的影响6.2噪声对角度调制系统的影响6.2噪声对角度调制系统的影响6.3模拟调制系统的比较调制方式传输带宽解调器输出信噪比设备复杂程度主要应用AM2W简单中短波无线电广播DSB2W中等应用较少SSBW复杂短波无线电广播、话音频分复用、载波通信、数据传输VSB略大于W

近似SSB复杂电视广播、数据传输FM中等超短波小功率电台（窄带FM）；调频立体声广播等高质量通信（宽带FM）6.3模拟调制系统的比较FM抗噪声性能最好，DSB、SSB、VSB抗噪声性能次之，AM抗噪声性能最差。SSB的带宽最窄，其频带利用率最高；FM占用的带宽随调频指数βf的增大而增大，其频带利用率最低。可以说，FM是以牺牲有效性来换取可靠性的。因此，βf值的选择要从通信质量和带宽限制两方面考虑。抗噪声性能频带利用率6.5模拟通信系统中传输损耗和噪声的影响信道信号在信道中传输会有损耗（衰减）；信号衰减可用放大器来进行补偿；放大器产生加性噪声，引入新的干扰。6.5模拟通信系统中传输损耗和噪声的影响6.5模拟通信系统中传输损耗和噪声的影响6.5模拟通信系统中传输损耗和噪声的影响6.5.2有效噪声温度和噪声系数热噪声源放大器H(f)负载匹配匹配放大器的噪声等效带宽其中放大器的最大可用功率增益G=6.5模拟通信系统中传输损耗和噪声的影响没有加性噪声的理想放大器的输出噪声功率：加上内部噪声后的总输出噪声功率为：等效噪声温度Te输出噪声等效为热噪声源在温度为T＋Te所产生的热噪声6.5模拟通信系统中传输损耗和噪声的影响放大器输出的最大可获信号功率为此二段网络上的输出SNR为：当T取室温（290°K）时，因子(1+Te/T)称为放大器的噪声系数，实质是该二端网络输出噪声功率Pno与理想（无噪声）二端网络在热噪声源出于室温时的输出功率之比。6.5模拟通信系统中传输损耗和噪声的影响噪声系数因此有：表示由放大器引入的加性噪声所造成的SNR损失6.5模拟通信系统中传输损耗和噪声的影响Fries公式：当K个增益为Gk且对应的噪声系数为Fk的放大器进行级联时，整体的噪声系数为：主导项例6.5.16.5模拟通信系统中传输损耗和噪声的影响6.5.3传输损耗定义传输损耗L为信道的输入功率（发射功率）和输出功率（接收功率）之比或有线信道上常以单位长度上的分贝数的形式给出；视距无线电通信中：自由空间路径损耗例6.5.2,6.5.3,6.5.46.5模拟通信系统中传输损耗和噪声的影响6.5.4信号传输中继器有线电话信道和微波视距无线信道中的模拟中继器本质上是放大器，用于提高电平，对在信道中传输的信号衰减进行补偿。发射机PT有损信道L放大器（G,Fa）中继器输出功率6.5模拟通信系统中传输损耗和噪声的影响中继器输出端的SNR为可将有损介质后接放大器的情况，看成是两个二端网络的级联：一个噪声系数为L，另一个为Fa。6.5模拟通信系统中传输损耗和噪声的影响