矿大通信原理课件CH 5.2 线性调制系统的抗噪声性能

5.2线性调制系统的抗噪声性能5.2.1分析模型从第4章的有关信道和噪声的内容可知，通信系统把信道加性噪声中的起伏噪声作为研究对象。而起伏噪声又可视为高斯白噪声。因此，本节将要研究的问题是信道存在加性高斯白噪声时，各种线性调制系统的抗噪声性能。

由于加性噪声只对已调信号的接收产生影响，因而调制系统的抗噪声性能可以用解调器的抗噪声性能来衡量。分析解调器的抗噪声性能的模型如图5-14

所示。图中，sm(t)为已调信号，n(t)为传输过程中叠加的高斯白噪声。解调器抗噪声性能分析模型对于不同的调制系统，有不同形式的信号sm(t),但解调器输入端的噪声ni(t)形式是相同的，它是平稳高斯白噪声经过带通滤波器而得到的。当带通滤波器带宽远小于其中心频率ω0时，ni(t)即为平稳高斯窄带噪声。若白噪声的双边功率谱密度为n0/2，则

解调器输入噪声平均功率为：n0/20f-f0f0B设带通滤波器传输特性是高度为1，带宽为B的理想矩形函数

为了使已调信号无失真地进入解调器，同时又最大限度地抑制噪声，带宽B应等于已调信号的频带宽度，当然也是窄带噪声ni(t)的带宽。评价一个模拟通信系统质量的好坏，最终是要看解调器的输出信噪比。输出信噪比定义为

只要解调器输出端有用信号能与噪声分开，则输出信噪比就能确定。输出信噪比与调制方式有关，也与解调方式有关。因此在已调信号平均功率相同，而且信道噪声功率谱密度也相同的情况下，输出信噪比反映了系统的抗噪声性能。

为了便于衡量同类调制系统不同解调器对输入信噪比的影响，还可用输出信噪比和输入信噪比的比值调制制度增益G来表示，即显然，G越大，表明解调器的抗噪声性能越好。下面我们在给出已调信号sm(t)和单边噪声功率谱密度n0的情况下，推导出各种解调器的输入及输出信噪比，并在此基础上对各种调制系统的抗噪声性能作出评述。解调器

5.2.2线性调制相干解调的抗噪声性能

在分析DSB、SSB系统的抗噪声性能时，模型中的解调器为相干解调器，如图所示。相干解调属于线性解调，故在解调过程中，输入信号及噪声可以分别单独解调。带通滤波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)mo(t)no(t)低通滤波器coswct＋1.DSB调制系统的性能解调器1.DSB调制系统的性能带通滤波器SDSB(t)sm(t)n(t)ni(t)mo(t)no(t)低通滤波器coswct＋解调器输入信噪比解调器输出信噪比调制信号带宽SDSB(t)与相干载波cosωct相乘后，得经低通滤波器后，输出信号为解调器输出信噪比因此，解调器输出端的有用信号功率为带通滤波器SDSB(t)sm(t)n(t)ni(t)mo(t)no(t)低通滤波器coswct＋输出噪声解调DSB时，接收机中的带通滤波器的中心频率ω0与调制载频ωc相同，因此解调器输入端的噪声ni(t)可表示为

ni(t)=nc(t)cosωct-ns(t)sinωct

它与相干载波cosωct相乘后，得经低通滤波器后，输出噪声为带通滤波器SDSB(t)sm(t)n(t)ni(t)mo(t)no(t)低通滤波器coswct＋故输出噪声功率为可得解调器的输出信噪比为调制制度增益为调制制度增益为由此可见，DSB调制系统的制度增益为2。这就是说，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用同步解调，使输入噪声中的一个正交分量ns(t)被消除的缘故。

2.SSB调制系统的性能

2.SSB调制系统的性能单边带信号的解调方法与双边带信号相同，其区别仅在于解调器之前的带通滤波器的带宽和中心频率不同。前者的带通滤波器的带宽是后者的一半。由于单边带信号的解调器与双边带信号的相同，故计算单边带信号解调器输入及输出信噪比的方法也相同。单边带信号解调器的输入、出噪声功率可根据DSB的推导直接得到，即解调器的输入及输出信号功率带通滤波器SSSB(t)sm(t)n(t)ni(t)mo(t)no(t)低通滤波器coswct＋对于单边带解调器的输入及输出信号功率：这此时解调器输入信号：输入信号平均功率因为m(t)与幅度相同，所以两者具有相同的平均功率，经推导可得到输入信号平均功率于是，单边带解调器的输入信噪比为求输出信噪比：求输出信噪比：与相干载波相乘后地同输出sm(t)ni(t)mo(t)no(t)低通滤波器coswct再经低通滤波可得解调器输出信号输出信噪比为所以，输出信号平均功率输入信号平均功率因为，单边带解调器的输入信噪比为输出信噪比为因而制度增益为这是因为在SSB系统中，信号和噪声有相同表示形式，所以，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。性能比较GDSB=2GSSB能否说明DSB的抗噪声性能比SSB好呢？回答是否定的。因为对比可知，在上述讨论中，双边带已调信号的平均功率是单边带信号的2倍，所以两者的输出信噪比是在不同的输入信号功率情况下得到的。如果我们在相同的输入信号功率Si，相同输入噪声功率谱密度n0，相同基带信号带宽fH条件下，对这两种调制方式进行比较，可以发现它们的输出信噪比是相等的。因此两者的抗噪声性能是相同的，但双边带信号所需的传输带宽是单边带的2倍。3.VSB调制系统的性能讨论1：讨论2：在DSB中，设本地载波信号与发送载波的频率误差和相位分别为和试分析其对解调结果的影响。

解：

解调器模型为

相乘输出LPFS0(t)S

(t)经LPF后得到

讨论分别设以下两种特殊情况：

设时，输出信号的幅度将受到衰减，衰减程度取决于时，输出信号为零。时，幅度受到衰减，且符号也要改变。

2)设时，当两端的载波只有频率误差时，解调输出仍为双边带调幅信号，但该信号的载波角频率为，输出信号产生明显失真。

通常和两种误差都存在，因此，两种影响也都存在，从而不同程度的影响了通信的质量。3.VSB调制系统的性能

VSB调制系统的抗噪声性能的分析方法与上面的相似。但是，由于采用的残留边带滤波器的频率特性形状不同，所以，抗噪声性能的计算是比较复杂的。但是残留边带不是太大的时候，近似认为与SSB调制系统的抗噪声性能相同。调幅信号包络检波的抗噪声性能5.2.3调幅信号包络检波的抗噪声性能AM信号可采用相干解调和包络检波。相干解调时AM系统的性能分析方法与前面双边带（或单边带）的相同。实际中，AM信号常用简单的包络检波法解调，其检波输出正比于输入信号的包络变化。如图所示：带通滤波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)包络检波器mo(t)no(t)＋输入的信号噪比显然，解调器输入的信号功率Si和噪声功率Ni为输入噪声为输入信号为所以输出的信号噪比带通滤波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)包络检波器mo(t)no(t)＋解调器输入是信号加噪声的混合波形，即其中E(t)分析带通滤波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)包络检波器mo(t)no(t)＋合成包络理想包络检波器的输出就是E(t)，由上式可知，检波输出中有用信号与噪声无法完全分开。因此，计算输出信噪比是件困难的事。

我们来考虑两种特殊情况。

1）大信噪比情况

此时，输入信号幅度远大于噪声幅度，即因而包络可简化为信噪比式中直流分量A被电容器阻隔，有用信号与噪声独立地分成两项，因而可分别计算出输出有用信号功率及噪声功率输出信噪比信噪比增益显然，AM信号的调制制度增益GAM随A的减小而增加。但对包络检波器来说,为了不发生过调制现象,应有A≥|m(t)|max，所以GAM总是小于1。

100%调制(即A0=|m(t)|max)且m(t)又是正弦型信号时，有这是AM系统的最大信噪比增益。这说明解调器对输入信噪比没有改善，而是恶化了。

可得信噪比增益2）小信噪比情况

小信噪比指的是噪声幅度远大于信号幅度时其中R(t)及θ(t)代表噪声ni(t)的包络及相位这时，E(t)中没有单独的信号项，只有受到cosθ(t)调制的m(t)cosθ(t)项。由于cosθ(t)是一个随机噪声，因而，有用信号m(t)被噪声扰乱，致使m(t)cosθ(t)也只能看作是噪声。输出信噪比急剧下降，这