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1、线性调制系统的抗噪线性调制系统的抗噪声性能声性能1第1页，此课件共33页哦5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能基本概念基本概念 抗噪性能针对抗噪性能针对接收端接收端而言而言 接收信号为接收信号为有效信号和噪声信号之和有效信号和噪声信号之和 所有噪声均为所有噪声均为加性高斯白噪声加性高斯白噪声 性能参数为性能参数为信噪比信噪比2第2页，此课件共33页哦输入信噪比输入信噪比Si/Ni:解调器输出信噪比：解调器输出信噪比：调制制度增益：调制制度增益：5.2 线性调制系统的抗噪声性能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
2、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4页，此课件共33页哦5.2.1 相干解调的抗噪声性能相干解调的抗噪声性能5.2.2包络检波的抗噪声性能包络检波的抗噪声性能5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能5第5页，此课件共33页哦DSB相干解调抗噪声性能分析模型相干解调抗噪声性能分析模型 分别计算解调器分别计算解调器输入输入/输出输出的信号功率和噪声功率。的信号功率和噪声功率。5.2.1.1 DSB调制系统的性能调制系统的性能噪声描述噪声描述：n(t)是白噪声，是白噪声，ni(t)是窄带高斯白噪声是窄带高斯白噪声6第6页，此课件共33页哦解调器解调器输入信
3、号输入信号为为解调器解调器输入信号平均功率输入信号平均功率为为与相干载波与相干载波cos ct相乘相乘后，得后，得经经低通滤波器低通滤波器后，输出信号为后，输出信号为所以，所以，解调器输出端的有用信号功率解调器输出端的有用信号功率为为5.2.1.1 DSB调制系统的性能调制系统的性能7第7页，此课件共33页哦输入的高斯白噪声与输入的高斯白噪声与相干载波相乘相干载波相乘后，得后，得经经低通滤波器低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为后，解调器最终的输出噪声为故故输出噪声功率输出噪声功率为为或写成或写成5.2.1.1 DSB调制系统的性能调制系统的性能9第9页，此课件共33页哦输入信噪比输入信噪比输
4、出信噪比输出信噪比5.2.1.1 DSB调制系统的性能调制系统的性能DSB信噪比增益信噪比增益 由此可见，由此可见，DSB调制系统的信噪比增益为调制系统的信噪比增益为2。也就是说，。也就是说，DSB信号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。的正交分量被消除的缘故。10第10页，此课件共33页哦解调器解调器输入的输入的SSB信号信号输入信号平均功率输入信号平均功率为为因为因为 与与m(t)的幅度相同，所以有相同的平均功率，输入信号的幅度相同，所以有相同的平均功率，输入信号的平均功率为：的
5、平均功率为：与与相干载波相干载波相乘后，再经低通滤波可得解调器输出信号相乘后，再经低通滤波可得解调器输出信号 输出信号平均功率输出信号平均功率5.2.1.2 SSB调制系统的性能调制系统的性能11第11页，此课件共33页哦输入的高斯白噪声与输入的高斯白噪声与相干载波相乘相干载波相乘后，得后，得经经低通滤波器低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为后，解调器最终的输出噪声为故故输出噪声功率输出噪声功率为为或写成或写成5.2.1.2 SSB调制系统的性能调制系统的性能13第13页，此课件共33页哦输入信噪比输入信噪比输出信噪比输出信噪比5.2.1.2 SSB调制系统的性能调制系统的性能SSB信噪比增益
6、信噪比增益 SSB调制系统的信噪比增益为调制系统的信噪比增益为1。也就是说，。也就是说，SSB信号的解调器没信号的解调器没有使信噪比改善有使信噪比改善。这是因为在相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均。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。被抑制掉，故信噪比没有改善。14第14页，此课件共33页哦SSB和和DSB抗噪声性能讨论抗噪声性能讨论 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？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，原因是相干解调把调制器的信噪比改善了一倍，原因是相干解调把
7、噪声中的噪声中的正交分量抑制掉正交分量抑制掉，从而使噪声功率减半的缘故，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是否说明双边带调制的抗噪声性能比单边带调制的更好？的更好？否否。因为双边带已调信号的平均功率是。因为双边带已调信号的平均功率是单边带的单边带的2倍倍，实际上，双边带和单，实际上，双边带和单边的边的抗噪性能是相同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倍。但双边带信号所需的传输带宽是单边带的倍。5.2.1 相干解调的抗噪声性能相干解调的抗噪声性能 DSB 和和 SSB 两系统发射信号功率均为两系统发射信号功率均为
8、Si 且调制信号的带宽为且调制信号的带宽为B，输出信噪比是否相同？，输出信噪比是否相同？15第15页，此课件共33页哦 【例例5.5】对对DSB和和SSB分别进行相干解调，接收信号功率为分别进行相干解调，接收信号功率为2 mW，噪声噪声双边双边功率谱密度为功率谱密度为210-9W/Hz，调制信号最高频率为，调制信号最高频率为4kHz。(1)比较解调器输入信噪比比较解调器输入信噪比 (2)比较解调器输出信噪比比较解调器输出信噪比5.2.1 相干解调的抗噪声性能相干解调的抗噪声性能16第16页，此课件共33页哦SSB：DSB：5.2.1 相干解调的抗噪声性能相干解调的抗噪声性能输入信噪比的比较输入
9、信噪比的比较:输出信噪比的比较输出信噪比的比较:17第17页，此课件共33页哦1 AM包络检波器分析模型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。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包络检波的抗噪声性能18第18页，此课件共33页哦2 2 输入信噪比计算输入信噪比计算 设解调器输入信号为设解调器输入信号为 解调器输入噪声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解调器输入的信号功率和噪声功率分别为 输入信噪比为输入信噪比为5.2.2 包络检波的抗噪声性能包络检波的抗噪声性能19第19页，此课件共33页哦3 包络计算包络计算 解调器输
10、入是信号加噪声的混合波形，即解调器输入是信号加噪声的混合波形，即 式中式中E(t)便是所求的合成包络便是所求的合成包络。当包络检波器的传输系。当包络检波器的传输系数为数为1时，则检波器的输出就是时，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包络检波的抗噪声性能20第20页，此课件共33页哦4 4 输出信噪比计算输出信噪比计算n大信噪比情况大信噪比情况输入信号幅度输入信号幅度远大于远大于噪声幅度，即噪声幅度，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包络检波的抗噪声性能直流参数21第21页，此课件共33页哦 隔掉
11、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。它们的功率。输出信号功率输出信号功率为为 输出噪声功率为输出噪声功率为 输出信噪比为输出信噪比为 信噪比增益为信噪比增益为相干解调与包相干解调与包络检波器的性络检波器的性能相同能相同5.2.2 包络检波的抗噪声性能包络检波的抗噪声性能22第22页，此课件共33页哦【讨论讨论】1.AM信号的调制制度增益信号的调制制度增益GAM随随A0的减小而增加。的减小而增加。2.GAM总是小于总是小于1，这说明包络检波器对输入信噪比没有改善，这说明包络检波器对输入信噪比没有改善，而是恶化
12、了。而是恶化了。3.例如：对于例如：对于100%的调制，且的调制，且m(t)是单频正弦信号，这时是单频正弦信号，这时AM 的最大信噪比增益为的最大信噪比增益为 4.对对AM调制系统，在大信噪比时，采用包络检波器解调时的调制系统，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。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包络检波的抗噪声性能23第23页，此课件共33页哦n小信噪比情况小信噪比情况 输入信号幅度远小于噪声幅度，即输入信号幅度远小于噪声幅度，即其中其中R(t)和和 (t)代表噪声的包络及相位：代表噪声的包络及相位：5.2.2包络检波的抗噪声
13、性能包络检波的抗噪声性能24第24页，此课件共33页哦因为因为 E(t)进一步近似：进一步近似：【讨论讨论】输出信号输出信号 输出噪声输出噪声 输出信号中没有输出信号中没有单独的信号项单独的信号项 m(t)，被扰乱成随机噪声，使信号功率，被扰乱成随机噪声，使信号功率下降。下降。输出噪声输出噪声 R(t)增强增强5.2.2 包络检波的抗噪声性能包络检波的抗噪声性能25第25页，此课件共33页哦100-100 10 20包络检波器的噪声性能包络检波器的噪声性能5.2.2 包络检波的抗噪声性能包络检波的抗噪声性能26第26页，此课件共33页哦 【结论结论】随着随着 m(t)减小，减小，输出信噪比不是
14、按比例地随着输入信噪比下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降，而是急剧恶化，通常把这种现象称为解调器的门限效应门限效应。开始出现门。开始出现门限效应的输入信噪比称为限效应的输入信噪比称为门限值门限值。这时无法采用包络检波方法进行检波这时无法采用包络检波方法进行检波 【注意注意】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。限效应。由于由于大多数情况输入信噪比较高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，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，量，发射功
15、率都很大，包络检波特别容易实现包络检波特别容易实现，得到广泛应用。，得到广泛应用。5.2.2 包络检波的抗噪声性能包络检波的抗噪声性能27第27页，此课件共33页哦信噪比增益比较信噪比增益比较28第28页，此课件共33页哦 【例例5.6】对单频对单频AM进行包络检波。设进行包络检波。设每个边带功率每个边带功率为为10mW，载波功率为载波功率为100mW。接收机带通滤波器带宽为。接收机带通滤波器带宽为10kHz，信道噪声，信道噪声单单边边功率谱密度为功率谱密度为510-9W/Hz。（1）求解调器输出信噪比）求解调器输出信噪比 （2）如改为发射功率相同的）如改为发射功率相同的DSB-SC，其性能优
16、于，其性能优于AM多少分贝多少分贝综合例题综合例题29第29页，此课件共33页哦解调器输出信噪比解调器输出信噪比综合例题综合例题如改为如改为DSB-SCDSB-SC，其性能优于，其性能优于AMAM多少分贝多少分贝30第30页，此课件共33页哦例题例题5.7：信号信号 ,其中其中f1(t)和和f2(t)频频率范围都是率范围都是3003400Hz，平均功率都为，平均功率都为1W，求，求1）x(t)的带宽和平均功率；的带宽和平均功率；2）x(t)的频谱表达式，并画出示意图；的频谱表达式，并画出示意图；3）设计一个解调系统；）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）如果进入解调器的
17、噪声的单边带功率谱为n0=10-8W/Hz,求求解调器输出的信噪比。解调器输出的信噪比。解：解：1）信号的带宽信号的带宽B=23.4=6.8KHz，平均功率为：，平均功率为：综合例题综合例题31第31页，此课件共33页哦2）设）设 ，则，则x(t)的频谱为：的频谱为：2300 23400 2300 23400 F1()F2()X()c0综合例题综合例题32第32页，此课件共33页哦3）解调系统）解调系统(DSB)如图所示如图所示BPFLPFLPFx(t)f1(t)/2f2(t)/24)对对f1(t)cosctSi=0.5W,Ni=n0B=6.810310-8=6.810-5W同理对同理对f2(t)sinct:综合例题综合例题33第33页，此课件共33页哦