CH频率与相位调制性能

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2009 Copyright,*,Communication,Ch5,调制传输系统性能,5.2,频率与相位调制性能分析,鉴频器,带通,限幅器,检波器,LPF,S,FM,(t),n,i,(t),m,o,(t),n,o,(t),2,、输入信噪比,1,、解调器模型,5.2.1 FM,性能分析,3,、解调原理,1),输出信噪比（大信噪比时）,微分器输出,鉴频特性,噪声,有用信号,鉴频器,微分器,包络,检波器,微分器输出：,噪声功率,噪声功率？,输出信噪比,微分器,由于，,n,d,(t),、,n,s,(t),为低通信号，而,n,i,(t),带通信号，因此,前者的带宽是后者的一半，即,B,FM,/2,。所以有,噪声功率谱变化,所以，鉴频器,(,微分网络输出,),因为,微,分网络传递函数,微分器,噪声功率,输出信噪比,输出信噪比,上式表明，大信噪比时宽带调频系统的制度增益很高，,它与调制指数的立方成正比,。,例如调频广播中常取,m,f,=5,，则制度增益,G,FM,=450,。也就是说，加大调制指数,m,f,，可使调频系统的抗噪声性能迅速改善。 ,小信噪比,2,）小信噪比情况与门限效应,当,(S,i,/N,i,),FM,减小到一定程度时，解调器的输出中不存在单独的有用信号项，信号被噪声扰乱，因而,(S,o,/N,o,),FM,急剧下降。,这种情况与,AM,包检时相似，称之为门限效应。,下图示出了在单音调制的不同调制指数,mf,下，调频解调器的输出信噪比与输入信噪比近似关系曲线。,非湘干解调的门限效应,由图可见：,（,1,）,m,f,不同，门限值不同，,m,f,越大，门限点越高。,（,2,）,(S,i,/N,i,),FM,门限值时，,(S,o,/N,o,),FM,与,(S,i,/N,i,),FM,呈线性关系，,m,f,越大，输出信噪比改善越明显。,（,3,）,(S,i,/N,i,),FM,门限值时，,(S,o,/N,o,),FM,随,(S,i,/N,i,),FM,的下降而急剧下降。,m,f,越大，,(S,o,/N,o,),FM,下降越快，甚至比,DSB,或,SSB,更差。,这表明，,FM,以带宽换取输出信噪比改善并不是无止境的。,改善措施：,采用比鉴频器更优越的一些解调方法可以达到改善门限效应的要求，目前用的较多的有“预加重”和“去加重”技术、锁相环鉴频法和调频负回授鉴频法等。,5.3,各种模拟调制系统的比较,5.2.2 2FSK,系统抗噪声性能分析,接收端带通滤波器输出的波形,y(t),可表成,相当于两路,2ASK,信号叠加，解调原理可表示为,BPF2,判决,BPF1,解调器,2,解调器,1,2ASK,解调,1,2ASK,解调,2,参照,2ASK,分析方法可得到,2FSK,系统误码率,7.2.,2 2FSK,系统的抗噪声性能,试求,: (1),2FSK,信号的带宽；,(2),采用包络检波法解调时系统的误码率；,(3),采用同步检测法解调时系统的误码率。,试求,: (1),2FSK,信号的带宽；,(2),采用包络检波法解调时系统的误码率；,(3),采用同步检测法解调时系统的误码率。,例,7.2.2,采用,2FSK,方式在有效带宽为,2400Hz,的信道上传送二进制数字信息。已知,2FSK,信号的两个频率：,，码元速率,，信道输出端的信噪比为,。,BPF2,判决,BPF1,解调器,2,解调器,1,2400Hz,2R,B,600Hz,7.2.,2 2FSK,系统的抗噪声性能,系统分析,解：,(1),该,2FSK,的信号的带宽为,(2),包络检波法解调时系统的误码率,且,(3),同理，同步检测法解调时系统的误码率,常用同步检测法,(,即极性比较法,),和差分相干检测法,(,即相位比较法,),解调。,5.2. 3,二进制移相键控性能分析,接收端经过带通送入解调器的信号为,每一码元持续时间,内发送端发出的信号表示为,7.2.,2 2DPSK,系统抗噪声性能,1,同步,/,相干检测系统抗噪声性能,(1) 2PSK,同步检测系统误码率,参照,2ASK,同步检测分析方法,，可得到,取最佳判决电平 时有,7.2.,2 2DPSK,系统抗噪声性能,2DPSK,同步检测系统与,2PSK,相比较，只是在接收端增加了一个码变换器。,(2) 2DPSK,同步检测抗噪声性能,2PSK,同步检测,码变换器,7.2.,2 2DPSK,系统抗噪声性能,1,0,1,0,1,1,0,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,0,0,1,1,0,1,1,0,0,1,1,0,1,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,0,0,1,0,变换前,0,1,1,0,1,1,1,0,0,0,1,0,变换前,变换后2个误码,变换后2个误码,变换后2个误码,0,1,1,0,1,0,0,1,0,0,1,0,变换前,从码变换变换关系可以发现，若同步检测输出中有连续,n,个码元错误,(n=1,，,2),，则在码变换器输出中都将引起两个相邻码元错误。,所以，可推导得码变换器对误码率的影响为,所以，,2DPSK,同步检测的误码率为,2. 2DPSK,差分解调时系统误码率,7.2.,2 2DPSK,系统抗噪声性能,例,7.2.3,设用,2DPSK,信号在微波线路上传送二进制数字信息。已知,R,B,=10,6,波特，接收机输入端的高斯白噪声单边功率谱密度为,要求系统的误码率不大于,。试求：,(1),采用差分相干解调时，输入端所需的信号功率,S,；,(2),采用相干解调时， 输入端所需的信号功率,S,。,分析,而,7.2.,2 2DPSK,系统抗噪声性能,解：,1) 2DPSK,差分相干解调时,可得,所以所需信号功率,2),同理可求得相干解调时，所需输入信号功率,接收端带通滤波器输出的噪声功率,5.3.1,各种模拟调制系统的比较,设,：,1.,输入功率相等,S,i,；,3.,基带信号,m(t),2.,加性高斯白噪声，,5.3,性能比较,6.5. 1,第,I,类部分响应系统,输出信噪比,调频系统与调幅系统的抗噪声性能：,调频系统与调幅系统的抗噪声性能：,可见，在高调频指数时，调频系统的输出信噪比远大于调幅系统。,例如，,m,f,=5,时，宽带调频的,S,o,/N,o,是调幅时的,112.5,倍。这也可理解成当两者输出信噪比相等时，调频信号的发射功率可减小到调幅信号的,1/112.5,。,应当指出， 调频系统的这一优越性是,以增加传输带宽来换取的：,因为：,B,FM,=2(m,f,+1)f,m,=(m,f,+1)B,AM,，当,m,f,1,时，,B,FM,m,f,B,AM,所以，又有,说明宽带调频输出信噪比相对于调幅的改善与它们带宽比的平方成正比。,调频系统，增加传输带宽就可以改善抗噪声性能。,调频方式以带宽换取信噪比的特性是十分有益的。在调幅中，信号带宽固定，无法进行带宽与信噪比的互换，这也正是,FM,抗噪声性能优于调幅系统的重要原因。,例题,例,5-1,设调频与,AM,调幅信号均为单音调制，调制信号频率为,5kHz,，调幅信号为,100%,调制，调频指数,m,f,=5,。当两者的接收功率,10mw,相等，信道噪声功率谱密度,10,-8,相同时，分别计算调频系统与调幅系统的抗噪声性能，并进行比较。,各种模拟调制系统的性能曲线,解：,由此可见，在高调频指数时，调频系统的输出信噪比远大于调幅系统。,此题中，宽带调频的,S,o,/N,o,是调幅时的,112.5,倍。这也可理解成当两者输出信噪比相等时，调频信号的发射功率可减小到调幅信号的,1/112.5,。,应当指出，调频系统的这一优越性是以增加传输带宽来换取的。,各种模拟调制系统的性能曲线,比较二者性能，有,各种模拟调制系统的性能曲线,70,60,50,40,30,20,10,0,10,20,30,40,50,FM:,m,=,6,m,=,3,DSB/SSB,AM,综合性能比较,方式,B,设备复杂性,主要应用,DSB,2,m,中等：相干解调,模拟数据传输,;,低带宽信号,FDM,系统,AM,2,m,较小,(,包络与检波,),无线电广播,SSB,m,较大（相干解调,调制器复杂）,语音通信,话音频分多路通信,VSB,m,2,m,较大（相干解调,调制器复杂）,数据传输,;,宽带,(,电视,),系统,FM,2(m,f,+1) ,m,中等,(,调制器较复杂）,数据传输,;,无线广播,微波中继,各种系统综合性能比较及其应用：,FDM,5.3.2,各种二进制数字调制系统性能比较,无,0,