第06章 模擬通信系統(tǒng)中噪聲的影響

第6章

模擬通信系統(tǒng)中噪聲的影響江西財(cái)經(jīng)大學(xué)軟件與通信工程學(xué)院李剛6.1.1噪聲對基帶系統(tǒng)的影響6.1噪聲對幅度調(diào)制系統(tǒng)的影響白噪聲通過帶寬為W的LPF后得到基帶噪聲噪聲功率基帶信噪比例6.1.16.1噪聲對幅度調(diào)制系統(tǒng)的影響6.1.2噪聲對DSBSCAM的影響DSBSC信號(hào)：經(jīng)過AWGN信道的接收信號(hào)：窄帶隨機(jī)噪聲6.1噪聲對幅度調(diào)制系統(tǒng)的影響6.1.2噪聲對DSBSCAM的影響解調(diào)方法--相干解調(diào)LPF①②③同步時(shí)，φ06.1噪聲對幅度調(diào)制系統(tǒng)的影響6.1.2噪聲對DSBSCAM的影響解調(diào)方法--相干解調(diào)功率為Po=功率為Pno=6.1噪聲對幅度調(diào)制系統(tǒng)的影響6.1.2噪聲對DSBSCAM的影響解調(diào)方法--相干解調(diào)輸出SNR為：此結(jié)果和P190（6.1.2)相同，說明相對于基帶通信系統(tǒng)，DSB－SC沒有改善輸出信噪比。6.1噪聲對幅度調(diào)制系統(tǒng)的影響6.1.3噪聲對SSBAM的影響接收機(jī)端采用相干解調(diào)解調(diào)方法同DSBSCAM。僅濾波器帶寬為DSB的一半。其中PR=Ac2PM6.1噪聲對幅度調(diào)制系統(tǒng)的影響LPF輸出信噪比同DSB6.1噪聲對幅度調(diào)制系統(tǒng)的影響6.1.4噪聲對SSBAM的影響信號(hào)和噪聲部分都是窄帶隨機(jī)過程采用相干解調(diào)時(shí)：LPFy1(t)隔直y(t)6.1噪聲對幅度調(diào)制系統(tǒng)的影響6.1噪聲對幅度調(diào)制系統(tǒng)的影響輸出信噪比調(diào)制效率6.1噪聲對幅度調(diào)制系統(tǒng)的影響大信噪比下的包絡(luò)檢波：當(dāng)信號(hào)分量遠(yuǎn)大于噪聲分量時(shí)同相干解調(diào)6.1噪聲對幅度調(diào)制系統(tǒng)的影響信噪比在噪聲門限之下時(shí)的包絡(luò)檢波：包絡(luò)：6.1噪聲對幅度調(diào)制系統(tǒng)的影響忽略二次項(xiàng)6.1噪聲對幅度調(diào)制系統(tǒng)的影響例6.1.2為信源輸出的均值為0的廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程m(t)的自相關(guān)且對任意的實(shí)現(xiàn)都滿足最大幅度|m(t)|=6。信道衰減50dB加性白噪聲的PSD為Sn(f)=No/2=10-12W/Hz。解調(diào)器輸出端最低信噪比為50dB。求所需發(fā)射功率和信道帶寬。1。采用DSBAM2。采用SSBAM3。采用調(diào)制指數(shù)為0.8的常規(guī)AM6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響頻率調(diào)制中，消息信號(hào)包含在已調(diào)信號(hào)的頻率中，加性噪聲對解調(diào)FM信號(hào)的影響是通過改變已調(diào)FM信號(hào)的過零點(diǎn)而施加作用的。相對而言，對于小功率信號(hào)，噪聲更容易改變過零點(diǎn)的位置，從而影響解調(diào)效果。6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響帶通濾波器角度解調(diào)器低通濾波器角度調(diào)制信號(hào)6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響ReIm6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響解調(diào)器據(jù)此進(jìn)行處理，根據(jù)是PM還是FM解調(diào)，確定輸出信號(hào)的相位還是瞬時(shí)頻率(求導(dǎo)再除以2π)。噪聲影響消息部分：6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響解調(diào)器輸出:噪聲分量跟載波幅度成反比6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響噪聲過程由于角度調(diào)制帶來的帶寬擴(kuò)展，消息信號(hào)φ(t)的帶寬遠(yuǎn)小于濾波后的噪聲帶寬。故相對于噪聲的同相分量nc(t)和正交分量ns(t)的變化，φ(t)可近似為幾乎不變的常量6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響利用P176性質(zhì)4及例5.3.3的結(jié)果，由于噪聲過程n(t)是關(guān)于fc對稱的，因而有ns(t)和nc(t)是獨(dú)立的過程。且6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響0，elsewhereff6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響接收信號(hào)功率為PR=Ac2/2調(diào)制指數(shù)6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響定義帶寬擴(kuò)展因子為6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響輸出SNR跟β成正比。故可通過增加β來增加接收信號(hào)功率，以及克服接收信號(hào)功率的下降。1.增加β會(huì)增加帶寬。故角度調(diào)制提供了帶寬和發(fā)射功率互換的方法。2.幾點(diǎn)結(jié)論6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響增加β到一定程度后，噪聲功率也會(huì)增加，以至信號(hào)淹沒在噪聲中

門限效應(yīng)。系統(tǒng)性能惡化。3.和AM相比，角度調(diào)制中功率增加導(dǎo)致信噪比下降是通過降低噪聲功率來獲得的。4.在FM中，噪聲對高頻部分的影響更大。5.例6.2.16.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響前面的分析是基于高信噪比的假設(shè)下進(jìn)行的。在高信噪比假設(shè)下，解調(diào)的非線性可以近似為線性。低信噪比的情況下，信號(hào)和噪聲混合以至不能從噪聲中區(qū)分出信號(hào)。解調(diào)器的輸入端存在一個(gè)特定的信噪比（門限SNR），低于此SNR，將不能從噪聲中識(shí)別出信號(hào)，即出現(xiàn)門限效應(yīng)。門限效應(yīng)限制了β的最大取值，也即是為帶寬信噪比的互換設(shè)定了上限。6.2.1角度調(diào)制的門限效應(yīng)6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響門限狀態(tài)下，·根據(jù)接收信號(hào)功率PR,可以算出最大允許帶寬；·給定分配帶寬，可以算出最小接收功率PR,min接收機(jī)輸入信噪比為10時(shí)取得·解調(diào)器應(yīng)工作在門限SNR之上6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響例6.2.26.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響6.2.2預(yù)加重濾波和去加重濾波根據(jù)FM和PM解調(diào)信號(hào)中噪聲過程的功率譜密度的特點(diǎn)，角度調(diào)制系統(tǒng)中采用在高頻和低頻部分均有較高信噪比的調(diào)制和解調(diào)方式。低頻：FM調(diào)制；高頻：PM調(diào)制（FM＋微分器）低頻：FM解調(diào)；高頻：PM解調(diào)（FM＋積分器）調(diào)制端：解調(diào)端：或者說是在發(fā)射端將高頻增強(qiáng)，接收端再抑制高頻，從而達(dá)到抑制高頻噪聲而信號(hào)不變的效果。6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響6.2噪聲對角度調(diào)制系統(tǒng)的影響6.3模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較調(diào)制方式傳輸帶寬解調(diào)器輸出信噪比設(shè)備復(fù)雜程度主要應(yīng)用AM2W簡單中短波無線電廣播DSB2W中等應(yīng)用較少SSBW復(fù)雜短波無線電廣播、話音頻分復(fù)用、載波通信、數(shù)據(jù)傳輸VSB略大于W

近似SSB復(fù)雜電視廣播、數(shù)據(jù)傳輸FM中等超短波小功率電臺(tái)（窄帶FM）；調(diào)頻立體聲廣播等高質(zhì)量通信（寬帶FM）6.3模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較FM抗噪聲性能最好，DSB、SSB、VSB抗噪聲性能次之，AM抗噪聲性能最差。SSB的帶寬最窄，其頻帶利用率最高；FM占用的帶寬隨調(diào)頻指數(shù)βf的增大而增大，其頻帶利用率最低?？梢哉f，F(xiàn)M是以犧牲有效性來換取可靠性的。因此，βf值的選擇要從通信質(zhì)量和帶寬限制兩方面考慮。抗噪聲性能頻帶利用率6.5模擬通信系統(tǒng)中傳輸損耗和噪聲的影響信道信號(hào)在信道中傳輸會(huì)有損耗（衰減）；信號(hào)衰減可用放大器來進(jìn)行補(bǔ)償；放大器產(chǎn)生加性噪聲，引入新的干擾。6.5模擬通信系統(tǒng)中傳輸損耗和噪聲的影響6.5模擬通信系統(tǒng)中傳輸損耗和噪聲的影響6.5模擬通信系統(tǒng)中傳輸損耗和噪聲的影響6.5.2有效噪聲溫度和噪聲系數(shù)熱噪聲源放大器H(f)負(fù)載匹配匹配放大器的噪聲等效帶寬其中放大器的最大可用功率增益G=6.5模擬通信系統(tǒng)中傳輸損耗和噪聲的影響沒有加性噪聲的理想放大器的輸出噪聲功率：加上內(nèi)部噪聲后的總輸出噪聲功率為：等效噪聲溫度Te輸出噪聲等效為熱噪聲源在溫度為T＋Te所產(chǎn)生的熱噪聲6.5模擬通信系統(tǒng)中傳輸損耗和噪聲的影響放大器輸出的最大可獲信號(hào)功率為此二段網(wǎng)絡(luò)上的輸出SNR為：當(dāng)T取室溫（290°K）時(shí)，因子(1+Te/T)稱為放大器的噪聲系數(shù)，實(shí)質(zhì)是該二端網(wǎng)絡(luò)輸出噪聲功率Pno與理想（無噪聲）二端網(wǎng)絡(luò)在熱噪聲源出于室溫時(shí)的輸出功率之比。6.5模擬通信系統(tǒng)中傳輸損耗和噪聲的影響噪聲系數(shù)因此有：表示由放大器引入的加性噪聲所造成的SNR損失6.5模擬通信系統(tǒng)中傳輸損耗和噪聲的影響Fries公式：當(dāng)K個(gè)增益為Gk且對應(yīng)的噪聲系數(shù)為Fk的放大器進(jìn)行級(jí)聯(lián)時(shí)，整體的噪聲系數(shù)為：主導(dǎo)項(xiàng)例6.5.16.5模擬通信系統(tǒng)中傳輸損耗和噪聲的影響6.5.3傳輸損耗定義傳輸損耗L為信道的輸入功率（發(fā)射功率）和輸出功率（接收功率）之比或有線信道上常以單位長度上的分貝數(shù)的形式給出；視距無線電通信中：自由空間路徑損耗例6.5.2,6.5.3,6.5.46.5模擬通信系統(tǒng)中傳輸損耗和噪聲的影響6.5.4信號(hào)傳輸中繼器有線電話信道和微波視距無線信道中的模擬中繼器本質(zhì)上是放大器，用于提高電平，對在信道中傳輸?shù)男盘?hào)衰減進(jìn)行補(bǔ)償。發(fā)射機(jī)PT有損信道L放大器（G,Fa）中繼器輸出功率6.5模擬通信系統(tǒng)中傳輸損耗和噪聲的影響中繼器輸出端的SNR為可將有損介質(zhì)后接放大器的情況，看成是兩個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)：一個(gè)噪聲系數(shù)為L，另一個(gè)為Fa。6.5模擬通信系統(tǒng)中傳輸損耗和噪聲的影響