1、2022-3-171現代通信原理第四章 模擬角度調制(2)2022-3-1724.7 4.7 調頻系統的抗噪聲性能一. 基本模型2022-3-173下圖為帶通濾波器特性2022-3-1744.7.1非相干解調的抗噪性能解調器輸入端噪聲功率為：調頻信號為：2022-3-175輸入信噪比解調器輸入端信號功率為：2022-3-176非相干解調器的輸入端加入的總和信號 y(t)=SFM(t)+ni(t) 其中窄帶噪聲ni(t)=nI(t)cosct-nQ(t)sinct=V(t)cosct+(t)2022-3-1771、大信噪比情況2022-3-178 上式中(t)為調頻信號的瞬時相位，V(t)為窄帶

2、高斯噪聲的瞬時幅度，(t)窄帶高斯噪聲的瞬時相位。 上面兩個同頻余弦合成為下面的一個余弦波。這里B(t)對解調器的輸出無影響，只有(t)是需要關心的。2022-3-179三個矢量如下，分別表示信號、噪聲和合成矢量。 大信噪比時，構成如圖所示的矢量關系。2022-3-1710大信噪比2022-3-1711鑒頻器輸出其中上式中，第一項是信號項，第二項是噪聲項。2022-3-1712解調輸出信號為：輸出信號功率為：2022-3-1713 由于窄帶高斯噪聲的瞬時相位在（由于窄帶高斯噪聲的瞬時相位在（- - ， ）范）范圍內服從均勻分布。所以：圍內服從均勻分布。所以：2022-3-1714 則理想微分網

3、絡的為式4-101中，鑒頻后輸出噪聲項為 nd(t)具有功率譜密度n0，噪聲的時域求導對應于頻域乘以j，相當于噪聲通過了一個微分網絡。2022-3-1715所以解調器輸出噪聲的功率譜密度為S Snono()=()=2022-3-17162022-3-1717 LPF 濾除調制信號頻帶以外的頻率分量后，噪聲功率為：2022-3-1718解調器的輸出信噪比2022-3-1719信噪比增益寬帶調制時，fmaxfm ，BFM 2fmax2022-3-1720寬帶單頻調制時DFM=FM2022-3-1721單頻寬帶調頻的信噪比增益 大信噪比時的寬帶調頻系統的解調信噪比增益是很大的，與調頻指數的立方成正比

4、。 例如調頻廣播FM=5，信噪比增益為450。 例4-52022-3-1722FM 與AM 抗噪聲性能比較：單頻調制2022-3-1723 2022-3-1724當AM和FM輸入信號功率相等時，有 當調幅系數AM=1（臨界調幅）時，輸入調幅信號功率 而調頻信號功率為 2022-3-1725信噪比之比：輸出信噪比：2022-3-17264.7.2. 門限效應 對于小信噪比情況，噪聲遠遠大于信號的時候，有門限效應產生，使鑒頻器的輸出信號失真。2022-3-1727小信噪比情況， 上式中第一項主要是噪聲相角，第二項也非常小，信號完全被噪聲淹沒，輸出信噪比急劇下降，稱為。2022-3-1728一、怎樣

5、判斷發生了門限效應 1、只發載波信號，觀察鑒頻器輸出，當信噪比很大時，只輸出如左圖所示的高斯噪聲。 2、減少信號或增加噪聲，當鑒頻器輸出出現了右圖所示的尖脈沖，則判斷出現了“門限效應”。2022-3-1729圖4-23 低信噪比時的矢量圖圖4-24 低信噪比時的相位跳變2022-3-1730單頻正弦調制情況下，門限值以下的輸出信噪比：二、門限效應與調頻指數的關系2022-3-17311.(Si/Ni)FM10dB 時，輸出信噪比和輸入信噪比呈 線性關系，即(Si/Ni)FM 足夠大時2.FM 越大，發生門限效應的轉折點也越高，但轉折點之上輸出信噪比的改善則越明顯。2022-3-17322022

6、-3-1733三. 相干解調(用于窄帶調頻）的抗噪聲性能 窄帶調頻信號采用相干解調，其抗噪聲模型如下圖所示：2022-3-1734經相干解調（與本振相乘、低通濾波和微分）得到：其中第一項為有用信號、第二項為噪聲。因此2022-3-1735輸出信號功率噪聲功率譜輸出噪聲功率輸出信噪比輸入信噪比2022-3-1736得信噪比增益：最大角頻偏2022-3-1737 2022-3-1738 語音和圖像信號低頻段能量大，高頻段信號能量明顯小；而鑒頻器輸出噪聲的功率譜密度隨頻率的平方而增加（低頻噪聲小，高頻噪聲大），造成信號的低頻信噪比很大，而高頻信噪比明顯不足，使高頻傳輸困難。 調頻收發技術中，通常采用

7、預加重和去加重技術來解決這一問題。：發送端對輸入信號高頻分量的提升。 ：解調后對高頻分量的壓低。2022-3-1739 預加重特性的選擇標準解調輸出的噪聲功率譜具有平坦特性。 由于調頻解調的微分作用將使噪聲功率譜呈拋物線特性，所以對于信號也取相同的加重特性。 預加重網絡傳遞函數 去加重網絡傳遞函數 2022-3-17402022-3-1741解調輸出噪聲功率譜去加重傳遞函數去加重后噪聲功率無去加重時噪聲功率信噪比改善值2022-3-1742 2022-3-17434.9 4.9 改善門限效應的解調方法門限擴展技術出現門限效應的轉折點盡可能向低輸 入信噪比方向擴展.基本方法減小鑒頻前的等效帶寬，

8、從而提高等效信 噪比。2022-3-1744一.反饋解調器 壓控振蕩器(Voltage Control Oscillator,VCO)是一個正弦信號發生器，它的瞬時頻率受解調輸出的控制。 如下圖,設中心頻率為C-I ,I是帶通濾波器的中心頻率,是調頻信號的載頻。2022-3-1745VCO 的輸出角頻率 VCO的輸出信號為調頻波解調器的輸入為調頻信號（來自發射機）2022-3-1746相乘后輸出信號2022-3-1747帶通濾波器的輸出鑒頻器的輸出2022-3-1748鑒頻器輸入信號的瞬時角頻率解上式方程，解出SO(t)，得出解調器輸出信號2022-3-1749調頻波的頻偏為原來的1/(1+K

9、DKVCO)倍=BPF 的帶寬是輸入調頻信號的1/(1+KDKVCO)倍=噪聲功率減小為原來的1/(1+KDKVCO)倍=鑒頻器的等效信噪比提高為原來的(1+KDKVCO)倍 從而改善了門限效應2022-3-1750二. 鎖相環解調器2022-3-1751 上圖中壓控振蕩器的的中心頻率設為調頻載波頻率C，但與原載波有-900的相移。瞬時角頻率是對以上兩個式子中瞬時的求導，有 2022-3-1752對于鎖相環路來說，相位鎖定后所以有實現了解調。2022-3-1753這里有兩個問題：1、鎖相過程：因為所以乘法器輸出信號：2022-3-1754環路低通濾波后： 1、當(1- 2)增加時，SO(t)增

10、加，將導致2增加,又使(1- 2)減小，使2總是跟蹤1的變化，實現了鎖相。.2、由于2總是跟蹤1的變化，使得(1- 2)很小，可以將環路濾波器的帶通做的非常小，使噪聲功率降到最小，降低了門限，增加了輸出信噪比。2022-3-1755自測題自測題 （1） 單頻調頻時，調頻指數對調頻信號各頻率分量功率分配有什么影響？ （2） 將窄帶調頻與雙邊帶調幅作一比較。 （3） 用鑒頻器對經過加性白色噪聲信道的調頻信號進行解調時，輸出噪聲功率有什么特點？ （4） 定性解釋采用預加重/去加重可以改善調頻系統信噪比的原因。 （5） 調頻信號中是否一定存在載波分量？2022-3-1756 （6） 用調頻方法傳輸12路載波電話時，為保證各路電話具有相同的信噪比性能，應采取什么措施？ （7） 將常規雙邊帶調幅系統和調頻系統的頻帶和信噪比增益作一比較。人有了知識