現(xiàn)代通信原理(04-2)匯編資料

1、現(xiàn)代(xindi)通信原理第四章 模擬角度(jiod)調(diào)制(2)7/29/20221共五十七頁4.7 調(diào)頻(dio pn)系統(tǒng)的抗噪聲性能一. 基本(jbn)模型7/29/20222共五十七頁下圖為帶通濾波器特性(txng)7/29/20223共五十七頁4.7.1非相干解調(diào)(ji dio)的抗噪性能解調(diào)器輸入端噪聲(zoshng)功率為：調(diào)頻信號為：7/29/20224共五十七頁輸入(shr)信噪比解調(diào)器輸入端信號(xnho)功率為：7/29/20225共五十七頁非相干(xinggn)解調(diào)器的輸入端加入的總和信號 y(t)=SFM(t)+ni(t) 其中窄帶(zhi di)噪聲ni(t)=nI

2、(t)cosct-nQ(t)sinct=V(t)cosct+(t)7/29/20226共五十七頁1、大信噪比情況(qngkung)7/29/20227共五十七頁 上式中(t)為調(diào)頻信號的瞬時相位，V(t)為窄帶高斯噪聲的瞬時幅度，(t)窄帶高斯噪聲的瞬時相位。 上面兩個同頻余弦合成為下面的一個余弦波。 Si(t)+ni(t)=B(t)cosc(t)+(t) 這里B(t)對解調(diào)器的輸出(shch)無影響，只有(t)是需要關(guān)心的。7/29/20228共五十七頁三個矢量如下，分別表示(biosh)信號、噪聲和合成矢量。 大信噪比時，構(gòu)成如圖所示的矢量(shling)關(guān)系。7/29/20229共五十七

3、頁大信噪比7/29/202210共五十七頁鑒頻器輸出(shch)其中(qzhng)上式中，第一項是信號項，第二項是噪聲項。7/29/202211共五十七頁解調(diào)輸出(shch)信號為：輸出(shch)信號功率為：7/29/202212共五十七頁 由于窄帶高斯噪聲的瞬時相位在（-，）范圍內(nèi)服從均勻分布。所以： nd(t)=V(t)sin(t)-(t) = V(t)sin(t) 這就是載頻為0的窄帶高斯噪聲的正交分量，具有與ni(t)相同(xin tn)的單邊功率譜密度n07/29/202213共五十七頁 則理想(lxing)微分網(wǎng)絡(luò)的功率傳遞函數(shù)為|H()|2=|j|2=2=(2f)2式4-101

4、中，鑒頻后輸出(shch)噪聲項為 nd(t)具有功率譜密度n0，噪聲的時域求導(dǎo)對應(yīng)于頻域乘以j，相當(dāng)于噪聲通過了一個微分網(wǎng)絡(luò)。7/29/202214共五十七頁所以解調(diào)器輸出噪聲的功率(gngl)譜密度為Sno()= 上式表明：鑒頻器輸出(shch)噪聲功率譜密度，在帶內(nèi)，已不再是均勻分布，而變成拋物線分布。隨著頻率的增加，噪聲功率按平方率增加。7/29/202215共五十七頁非相干解調(diào)(ji dio)時的輸出噪聲功率譜7/29/202216共五十七頁 LPF 濾除調(diào)制信號頻帶以外的頻率分量后，噪聲(zoshng)功率為：7/29/202217共五十七頁解調(diào)器的輸出(shch)信噪比7/29/

5、202218共五十七頁信噪比增益(zngy)寬帶(kun di)調(diào)制時，fmaxfm ，BFM 2fmax7/29/202219共五十七頁寬帶(kun di)單頻調(diào)制時DFM=FM7/29/202220共五十七頁單頻寬帶(kun di)調(diào)頻的信噪比增益大信噪比時的寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的解調(diào)(ji dio)信噪比增益是很大的，與調(diào)頻指數(shù)的立方成正比。例如調(diào)頻廣播FM=5，信噪比增益為450。例4-57/29/202221共五十七頁FM 與AM 抗噪聲性能(xngnng)比較：單頻調(diào)制AM：最大調(diào)制(tiozh)情況，包絡(luò)檢波SAM(t)=(A1+Amcost)cosct=A1(1+cost)cosct7

6、/29/202222共五十七頁FM： SFM(t)=Acos(ct +FMsinmt)7/29/202223共五十七頁當(dāng)AM和FM輸入(shr)信號功率相等時，有 當(dāng)調(diào)幅系數(shù)(xsh)AM=1（臨界調(diào)幅）時，輸入調(diào)幅信號功率 Si=A02/2+Ef2(t)/2 =A12/2+A12/4 =3A12/4而調(diào)頻信號功率為 Si=A2/27/29/202224共五十七頁信噪比之比：輸出(shch)信噪比：7/29/202225共五十七頁4.7.2. 門限效應(yīng) 對于小信噪比情況，噪聲遠遠大于信號的時候(sh hou)，有門限效應(yīng)產(chǎn)生，使鑒頻器的輸出信號失真。參考(cnko)線7/29/202226共五

7、十七頁小信噪比情況(qngkung)， 上式中第一項主要是噪聲相角，第二項也非常小，信號(xnho)完全被噪聲淹沒，輸出信噪比急劇下降，稱為門限效應(yīng)。7/29/202227共五十七頁一、怎樣判斷發(fā)生了門限效應(yīng) 1、只發(fā)載波信號，觀察(gunch)鑒頻器輸出，當(dāng)信噪比很大時，只輸出如左圖所示的高斯噪聲。 2、減少信號或增加噪聲，當(dāng)鑒頻器輸出出現(xiàn)了右圖所示的尖脈沖，則判斷出現(xiàn)了“門限效應(yīng)”。7/29/202228共五十七頁圖4-23 低信噪比時的矢量圖圖4-24 低信噪比時的相位(xingwi)跳變7/29/202229共五十七頁單頻正弦調(diào)制情況下，門限值以下(yxi)的輸出信噪比：二、門限(mn

8、xin)效應(yīng)與調(diào)頻指數(shù)的關(guān)系7/29/202230共五十七頁1.(Si/Ni)FM10dB 時，輸出(shch)信噪比和輸入信噪比呈 線性關(guān)系，即(Si/Ni)FM 足夠大時2.FM 越大，發(fā)生門限效應(yīng)的轉(zhuǎn)折點也越高，但轉(zhuǎn)折點之上輸出信噪比的改善(gishn)則越明顯。7/29/202231共五十七頁7/29/202232共五十七頁三. 相干解調(diào)(用于窄帶調(diào)頻(dio pn)）的抗噪聲性能窄帶(zhi di)調(diào)頻相干解調(diào)模型 窄帶調(diào)頻信號采用相干解調(diào)，其抗噪聲模型如下圖所示：7/29/202233共五十七頁經(jīng)相干(xinggn)解調(diào)（與本振相乘、低通濾波和微分）得到：其中第一項為有用(yu y

9、n)信號、第二項為噪聲。因此7/29/202234共五十七頁輸出信號(xnho)功率噪聲(zoshng)功率譜輸出噪聲功率輸出信噪比輸入信噪比7/29/202235共五十七頁得信噪比增益(zngy)：最大角頻偏7/29/202236共五十七頁 與高調(diào)制指數(shù)的寬帶調(diào)頻相比，窄帶調(diào)頻的信噪比增益很低，但與相同帶寬的調(diào)幅相比，則有稍高的增益。 重要的是，窄帶調(diào)頻信號采用相干(xinggn)解調(diào)，不存在“門限效應(yīng)”7/29/202237共五十七頁4.7 調(diào)頻系統(tǒng)(xtng)中的預(yù)加重和去加重技術(shù) 語音和圖像信號低頻段能量大，高頻段信號能量明顯?。欢b頻器輸出噪聲的功率譜密度隨頻率的平方而增加（低頻噪聲

10、小，高頻噪聲大），造成信號的低頻信噪比很大，而高頻信噪比明顯不足，使高頻傳輸困難。 調(diào)頻收發(fā)技術(shù)中，通常采用預(yù)加重和去加重技術(shù)來解決這一問題。 預(yù)加重(Pre-emphasis)：發(fā)送端對輸入(shr)信號高頻分量的提升。 去加重(De-emphasis) ：解調(diào)后對高頻分量的壓低。7/29/202238共五十七頁 預(yù)加重特性的選擇標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)解調(diào)輸出的噪聲功率譜具有平坦特性。 由于調(diào)頻解調(diào)的微分作用將使噪聲功率譜呈拋物線特性，所以對于信號也取相同的加重特性。 預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù) Hp()=j 去加重網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù) Hd()=1/Hp()7/29/202239共五十七頁預(yù)加重(jizhn

11、g)和去加重(jizhng)網(wǎng)絡(luò)7/29/202240共五十七頁解調(diào)(ji dio)輸出噪聲功率譜去加重(jizhng)傳遞函數(shù)去加重后噪聲功率無去加重時噪聲功率信噪比改善值7/29/202241共五十七頁 由于預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的作用是提升高頻分量，因此調(diào)頻后的最大頻偏就有可能增加，超出原有信道所允許的頻帶寬度。 為了保持預(yù)加重后頻偏不變，需要在預(yù)加重后將信號衰減(shui jin)一些，然后進行調(diào)制。7/29/202242共五十七頁4.9 改善(gishn)門限效應(yīng)的解調(diào)方法門限擴展技術(shù)出現(xiàn)門限效應(yīng)的轉(zhuǎn)折點盡可能向低輸 入信噪比方向擴展.基本方法減小鑒頻前的等效帶寬，從而(cng r)提高等效信

12、噪比。7/29/202243共五十七頁一.反饋解調(diào)器 壓控振蕩器(Voltage Control Oscillator,VCO)是一個正弦信號發(fā)生器，它的瞬時頻率受解調(diào)輸出的控制。 如下圖,設(shè)中心(zhngxn)頻率為C-I ,I是帶通濾波器的中心頻率,是調(diào)頻信號的載頻。7/29/202244共五十七頁VCO 的輸出(shch)角頻率 v(t)=(c-I)+KVCOSo(t)VCO的輸出信號為調(diào)頻波解調(diào)器的輸入為調(diào)頻(dio pn)信號（來自發(fā)射機）7/29/202245共五十七頁相乘后輸出(shch)信號7/29/202246共五十七頁帶通濾波器的輸出(shch)鑒頻器的輸出(shch)7/

13、29/202247共五十七頁鑒頻器輸入(shr)信號的瞬時角頻率解上式方程(fngchng)，解出SO(t)，得出解調(diào)器輸出信號實現(xiàn)了鑒頻功能。7/29/202248共五十七頁調(diào)頻波的頻偏為原來的1/(1+KDKVCO)倍=BPF 的帶寬(di kun)是輸入調(diào)頻信號的1/(1+KDKVCO)倍=噪聲功率減小為原來的1/(1+KDKVCO)倍=鑒頻器的等效信噪比提高為原來的(1+KDKVCO)倍 從而改善了門限效應(yīng)7/29/202249共五十七頁二. 鎖相環(huán)解調(diào)器鎖相環(huán)解調(diào)器7/29/202250共五十七頁 上圖中壓控振蕩器的的中心頻率(pnl)設(shè)為調(diào)頻載波頻率C，但與原載波有-900的相移。

14、瞬時角頻率是對以上(yshng)兩個式子中瞬時的求導(dǎo)，有 i(t)= c+KFMf(t) v(t)= c+Kvcoso(t)7/29/202251共五十七頁對于鎖相環(huán)路來說，相位鎖定(su dn)后 i(t)=v(t)所以有 c+KFMf(t)= c+Kvcoso(t) so(t)=（KFM/Kvco）f(t)實現(xiàn)了解調(diào)。7/29/202252共五十七頁這里(zhl)有兩個問題：1、鎖相過程：因為所以乘法器輸出(shch)信號：7/29/202253共五十七頁環(huán)路(hun l)低通濾波后： SO(t)(KPAAVCOAL/2)sin(1- 2) 1、當(dāng)(1- 2)增加時，SO(t)增加，將導(dǎo)致

15、2增加,又使(1- 2)減小，使2總是跟蹤1的變化(binhu)，實現(xiàn)了鎖相。.2、由于2總是跟蹤1的變化，使得(1- 2)很小，可以將環(huán)路濾波器的帶通做的非常小，使噪聲功率降到最小，降低了門限，增加了輸出信噪比。7/29/202254共五十七頁自測題 （1） 單頻調(diào)頻時，調(diào)頻指數(shù)(zhsh)對調(diào)頻信號各頻率分量功率分配有什么影響？ （2） 將窄帶調(diào)頻與雙邊帶調(diào)幅作一比較。 （3） 用鑒頻器對經(jīng)過加性白色噪聲信道的調(diào)頻信號進行解調(diào)時，輸出噪聲功率有什么特點？ （4） 定性解釋采用預(yù)加重/去加重可以改善調(diào)頻系統(tǒng)信噪比的原因。 （5） 調(diào)頻信號中是否一定存在載波分量？7/29/202255共五十七頁 （6） 用調(diào)頻方法傳輸12路載波電話(dinhu)時，為保證各路電話(dinhu)具有相同的信噪比性能，應(yīng)采取什么措施？ （7） 將常規(guī)雙邊帶調(diào)幅系統(tǒng)和調(diào)頻系統(tǒng)的頻帶和信噪比增益作一比較。7/29/202256共五十七頁內(nèi)容摘要現(xiàn)代通信原理。三個矢量如下，分別表示信號、噪聲和合成矢量。FM 與AM 抗噪聲性能比較：單頻調(diào)制。當(dāng)調(diào)幅系數(shù)AM=1（臨界調(diào)幅）時，