分析模型DSB系统抗噪声性能模拟调制系统性能分析模拟调制系统课件

第5章模拟调制系统5.1幅度调制5.2角度调制5.3模拟调制系统抗噪声性能1第5章模拟调制系统5.1幅度调制1分析模型DSB系统抗噪声性能模拟调制系统性能分析模拟调制系统性能比较5.3模拟调制系统抗噪声性能2分析模型5.3模拟调制系统抗噪声性能2图中：sm(t)－已调信号

n(t)－加性平稳高斯白噪声

ni

(t)－带通滤波后的噪声

m(t)－输出有用信号

no(t)－输出噪声分析模型目标：分析模拟系统可靠性指标解调器的输入信噪比解调器输出信噪比解调器调制制度增益3图中：sm(t)－已调信号分析模型目标：分析模拟带通滤波器的作用--让有用信号通过，滤除带外噪声。带宽B：等于已调信号的频带宽度对于AM，DSB系统：B=2WH

对于SSB：B=WH对于VSB：B≈WHB当然也是窄带噪声ni(t)的带宽带通滤波器输出噪声功率Ni(即解调器输入噪声ni(t)的功率)为：若白噪声的双边功率谱密度为n0/2，带通滤波器传输特性是幅值为1，带宽为B的理想矩形函数，则：B为带通滤波器的带宽解调器输入噪声功率Ni4带通滤波器的作用--让有用信号通过，滤除带外噪声。B为带通滤分析模型DSB系统抗噪声性能模拟调制系统性能分析模拟调制系统性能比较5.3幅度调制系统抗噪声性能5分析模型5.3幅度调制系统抗噪声性能5DSB系统抗噪声性能DSB相干解调抗噪声性能分析模型解调器6DSB系统抗噪声性能DSB相干解调抗噪声性能分析模型解调器6解调器输入信号功率为输入噪声功率

输入信噪比解调器输入信噪比7解调器输入信号功率为解调器输入信噪比7解调器输入信号为DSB信号：与相干载波cosct相乘后，得经低通滤波器后，输出信号为因此，解调器输出端的有用信号功率为解调器输出信号功率S08解调器输入信号为DSB信号：解调器输出信号功率S08解调器输入端的窄带噪声可表示为它与相干载波相乘后，得经低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为故输出噪声功率为解调器输出噪声功率N09解调器输入端的窄带噪声可表示为解调器输出噪声功率N09由此可见，DSB调制系统的制度增益为2。也就是说，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用相干解调，使输入噪声中的正交分量被消除的缘故。调制制度增益解调器输出信噪比和调制制度增益解调器输出信噪比10由此可见，DSB调制系统的制度增益为2。也就是说，DSB信号分析模型DSB系统抗噪声性能模拟调制系统性能分析模拟调制系统性能比较5.3幅度调制系统抗噪声性能11分析模型5.3幅度调制系统抗噪声性能11模拟调制系统抗噪声性能列表SiNiSi/NiS0N0S0/N0GDSB2SSB1AMFM注：DSB和SSB采用相干解调，AM采用包络检波且在大信噪比下；FM在单音调频大信噪比下；VSB系统的抗噪声性能与SSB类似12模拟调制系统抗噪声性能列表SiNiSi/NiS0N0S0/N1.AM信号的调制制度增益GAM随A0的减小而增加，GAM总是小于1，这说明包络检波器对输入信噪比没有改善，而是恶化了。例如：对于100%的调制，且m(t)是单频正弦信号，这时AM的调制制度增益为2.对于AM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。讨论1：针对AM系统131.AM信号的调制制度增益GAM随A0的减小而增加，GA讨论2：AM系统和FM系统存在门限效应门限效应：在小信噪比时，解调器输出中没有单独的信号项，有用信号m(t)淹没在噪声中，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门限效应。开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。产生原因：解调器的非线性引起。非相干解调存在门限效应，而相干解调不存在门限效应。14讨论2：AM系统和FM系统存在门限效应门限效应：在小信噪比讨论3：表中，GDSB=2，GSSB=1，这能否说明DSB系统的抗噪声性能比SSB系统好呢？回答是否定的。因为，两者的输入信号功率不同、带宽不同，在相同的噪声功率谱密度条件下，输入噪声功率也不同，所以两者的输出信噪比是在不同条件下得到的。如果我们在相同的输入信号功率，相同的输入噪声功率谱密度，相同的基带信号带宽条件下，对这两种调制方式进行比较：比较结果：输出信噪比相等。这就是说，两者的抗噪声性能相同。但SSB所需的传输带宽仅是DSB的一半，因此SSB得到普遍应用。15讨论3：表中，GDSB=2，GSSB=1，这能否说明DFM的调频指数mf越大，抗噪声性能越好。FM系统的带宽和信噪比可以互换，可以牺牲带宽--有效性来换取可靠性的提高。其它模拟调制系统无此特性。mf值的选择要从通信质量和带宽限制两方面考虑。对于高质量通信（高保真音乐广播，电视伴音、双向式固定或移动通信、卫星通信和蜂窝电话系统）采用WBFM，mf值选大些。讨论4：FM系统的带宽和信噪比可以互换16FM的调频指数mf越大，抗噪声性能越好。讨论4：FM系统的带分析模型DSB系统抗噪声性能模拟调制系统性能分析模拟调制系统性能比较5.3幅度调制系统抗噪声性能17分析模型5.3幅度调制系统抗噪声性能17调制方式传输带宽设备复杂程度主要应用AM2fm简单中短波无线电广播DSB2fm中等应用较少SSBfm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fm

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）模拟调制系统性能比较在相同的输入信号功率、输入噪声功率谱密度、基带信号带宽条件下的比较：18调制传输带宽设备复杂程度主要应用AM2fm简单中短波无线电广抗噪声性能

FM最好，DSB、SSB、VSB次之，AM能最差；DSB、SSB性能相同；VSB与SSB性能相近；圆点表示门限点19抗噪声性能圆点表示门限点19频带利用率SSB的带宽最窄，其频带利用率最高；DSB其次；FM占用的带宽随调频指数mf的增大而增大，频带利用率最低。20频带利用率20特点与应用AM：优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。主要用在中波和短波调幅广播。DSB调制：优点是功率利用率高，且带宽与AM相同，但设备较复杂。应用较少，一般用于点对点专用通信。SSB调制：优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM，而带宽只有AM的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。SSB常用于频分多路复用系统中。VSB调制：抗噪声性能和频带利用率与SSB相当。在电视广播、数传等系统中得到了广泛应用。FM：FM的抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通信系统中。缺点是频带利用率低，存在门限效应。21特点与应用21设计一个单边带下边带调制系统，信道白噪声的双边功率谱密度为n0/2=0.5×10-5W/Hz，载波频率fc为100kHz。模拟基带调制信号为m(t),功率为4W，频带在0～fm范围内，fm=4k，求：（1）单边带已调信号的表达式；（2）单边带已调信号所在的频带范围；（3）画出接收端原理方框图；（4）解调器输入端信噪比？输出端信噪比？（5）解调器输出端的噪声功率谱密度？（6）若N路最高频率为fm的信号按SSB方式进行频分复用，再进行调频，最大频偏为△f。求调频后输出信号带宽。

[例5.3-1]22设计一个单边带下边带调制系统，信道白噪声的双边功率谱密度为n（4）

w，=1w，w

（5）=0.01w，N0=PN0(f)*2fm,PN0(f)=N0/(2fm)=0.01/(2*4e3)=1.25e-6（双边谱）（6）B=2(Nfm+△f)（1）（2）通带为96～100kHz；（3）23（4）w，[例5.3-2]信道双边噪声功率谱密度n0/2=0.5×10-6W/Hz,传输抑制载波单边带(下边带)信号。设基带信号m(t)的频带限制在10kHz，功率是20W。载波频率是1MHz。采用相干解调，接收机在输入信号加至解调器之前先经过一理想带通滤波器。试问：(1)解调器输入端的信噪比是多少？(2)解调器输出端的信噪比是多少？调制制度增益是多少？(3)解调器输出端的信号功率是多少？(1)Si/Ni=/[4(n0×B)]=20/[4(2×0.5×10-6×10×103](2)G=1，S0/N0=Si/Ni=500(3)S0=/16=20/16=1.25W。或N0=[n0B]/4=1/400，S0/N0=Si/Ni=500，S0=500×(1/400)=1.25W=50024[例5.3-2]信道双边噪声第5章模拟调制系统5.1幅度调制5.2角度调制5.3模拟调制系统抗噪声性能25第5章模拟调制系统5.1幅度调制1分析模型DSB系统抗噪声性能模拟调制系统性能分析模拟调制系统性能比较5.3模拟调制系统抗噪声性能26分析模型5.3模拟调制系统抗噪声性能2图中：sm(t)－已调信号

n(t)－加性平稳高斯白噪声

ni

(t)－带通滤波后的噪声

m(t)－输出有用信号

no(t)－输出噪声分析模型目标：分析模拟系统可靠性指标解调器的输入信噪比解调器输出信噪比解调器调制制度增益27图中：sm(t)－已调信号分析模型目标：分析模拟带通滤波器的作用--让有用信号通过，滤除带外噪声。带宽B：等于已调信号的频带宽度对于AM，DSB系统：B=2WH

对于SSB：B=WH对于VSB：B≈WHB当然也是窄带噪声ni(t)的带宽带通滤波器输出噪声功率Ni(即解调器输入噪声ni(t)的功率)为：若白噪声的双边功率谱密度为n0/2，带通滤波器传输特性是幅值为1，带宽为B的理想矩形函数，则：B为带通滤波器的带宽解调器输入噪声功率Ni28带通滤波器的作用--让有用信号通过，滤除带外噪声。B为带通滤分析模型DSB系统抗噪声性能模拟调制系统性能分析模拟调制系统性能比较5.3幅度调制系统抗噪声性能29分析模型5.3幅度调制系统抗噪声性能5DSB系统抗噪声性能DSB相干解调抗噪声性能分析模型解调器30DSB系统抗噪声性能DSB相干解调抗噪声性能分析模型解调器6解调器输入信号功率为输入噪声功率

输入信噪比解调器输入信噪比31解调器输入信号功率为解调器输入信噪比7解调器输入信号为DSB信号：与相干载波cosct相乘后，得经低通滤波器后，输出信号为因此，解调器输出端的有用信号功率为解调器输出信号功率S032解调器输入信号为DSB信号：解调器输出信号功率S08解调器输入端的窄带噪声可表示为它与相干载波相乘后，得经低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为故输出噪声功率为解调器输出噪声功率N033解调器输入端的窄带噪声可表示为解调器输出噪声功率N09由此可见，DSB调制系统的制度增益为2。也就是说，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用相干解调，使输入噪声中的正交分量被消除的缘故。调制制度增益解调器输出信噪比和调制制度增益解调器输出信噪比34由此可见，DSB调制系统的制度增益为2。也就是说，DSB信号分析模型DSB系统抗噪声性能模拟调制系统性能分析模拟调制系统性能比较5.3幅度调制系统抗噪声性能35分析模型5.3幅度调制系统抗噪声性能11模拟调制系统抗噪声性能列表SiNiSi/NiS0N0S0/N0GDSB2SSB1AMFM注：DSB和SSB采用相干解调，AM采用包络检波且在大信噪比下；FM在单音调频大信噪比下；VSB系统的抗噪声性能与SSB类似36模拟调制系统抗噪声性能列表SiNiSi/NiS0N0S0/N1.AM信号的调制制度增益GAM随A0的减小而增加，GAM总是小于1，这说明包络检波器对输入信噪比没有改善，而是恶化了。例如：对于100%的调制，且m(t)是单频正弦信号，这时AM的调制制度增益为2.对于AM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。讨论1：针对AM系统371.AM信号的调制制度增益GAM随A0的减小而增加，GA讨论2：AM系统和FM系统存在门限效应门限效应：在小信噪比时，解调器输出中没有单独的信号项，有用信号m(t)淹没在噪声中，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门限效应。开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。产生原因：解调器的非线性引起。非相干解调存在门限效应，而相干解调不存在门限效应。38讨论2：AM系统和FM系统存在门限效应门限效应：在小信噪比讨论3：表中，GDSB=2，GSSB=1，这能否说明DSB系统的抗噪声性能比SSB系统好呢？回答是否定的。因为，两者的输入信号功率不同、带宽不同，在相同的噪声功率谱密度条件下，输入噪声功率也不同，所以两者的输出信噪比是在不同条件下得到的。如果我们在相同的输入信号功率，相同的输入噪声功率谱密度，相同的基带信号带宽条件下，对这两种调制方式进行比较：比较结果：输出信噪比相等。这就是说，两者的抗噪声性能相同。但SSB所需的传输带宽仅是DSB的一半，因此SSB得到普遍应用。39讨论3：表中，GDSB=2，GSSB=1，这能否说明DFM的调频指数mf越大，抗噪声性能越好。FM系统的带宽和信噪比可以互换，可以牺牲带宽--有效性来换取可靠性的提高。其它模拟调制系统无此特性。mf值的选择要从通信质量和带宽限制两方面考虑。对于高质量通信（高保真音乐广播，电视伴音、双向式固定或移动通信、卫星通信和蜂窝电话系统）采用WBFM，mf值选大些。讨论4：FM系统的带宽和信噪比可以互换40FM的调频指数mf越大，抗噪声性能越好。讨论4：FM系统的带分析模型DSB系统抗噪声性能模拟调制系统性能分析模拟调制系统性能比较5.3幅度调制系统抗噪声性能41分析模型5.3幅度调制系统抗噪声性能17调制方式传输带宽设备复杂程度主要应用AM2fm简单中短波无线电广播DSB2fm中等应用较少SSBfm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fm

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）模拟调制系统性能比较在相同的输入信号功率、输入噪声功率谱密度、基带信号带宽条件下的比较：42调制传输带宽设备复杂程度主要应用AM2fm简单中短波无线电广抗噪声性能

FM最好，DSB、SSB、VSB次之，AM能最差；DSB、SSB性能相同；VSB与SSB性能相近；圆点表示门限点43抗噪声性能圆点表示门限点19频带利用率SSB的带宽最窄，其频带利用率最高；DSB其次；FM占用的带宽随调频指数mf的增大而增大，频带利用率最低。44频带利用率20特点与应用AM：优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。主要用在中波和短波调幅广播。DSB调制：优点是功率利用率高，且带宽与AM相同，但设备较复杂。应用较少，一般用于点对点专用通信。SSB调制：优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM，而带宽只有AM的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。SSB常用于频分多路复用系统中。VSB调制：抗噪声性能和频带利用率与SSB相当。在电视广播、数传等系统中得到了广泛应用。FM：FM的抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通信系统中。缺点是频带利用率低，存在门限效应。45特点与应用21设计一个单边带下边带调制系统，信道白噪声的双边功率谱密度为n0/2=0.5×10-5W/Hz，载波频率fc为100kHz。模拟基带调制信号为m(t),功率为4W，频带在0～fm范围内，fm=4k，求：（1）单边带已调信号的表达式；（2）单边带已调信号所在的频带范围；（3）画出接收端原理方框图；（4）解调器输入端信噪比？输出端信噪比？（5）解调器输出