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幅度调制系统的抗噪声性能

2015-3-25 09:00| 编辑:电工学习网| 查看: 6060| 评论: 0

  本文研究的问题是信道中存在加性高斯白噪声时,各种线性调制系统的抗噪声性能。考虑到信道中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用解调器的抗噪声性能来衡量。分析模型如图1所示。
图1 解调器的抗噪声模型
  图中,为已调信号(如AM、DSB、SSB、VSB);
  为信道加性噪声,是均值为零的高斯白噪声;
  带通滤波器的作用滤除已调信号频带以外的噪声,因此解调器输入端的信号仍为,噪声变为窄带高斯噪声,表示式为
  且(均值)
(平均功率)
  式中,B是理想带通滤波器的带宽,即为已调信号的带宽,也是解调器输入噪声的带宽;
  是噪声单边功率谱密度;
  是解调器的输入噪声功率。
  解调器可以是相干解调器和非相干解调器。相干解调属于线性解调,故在解调过程中输入信号和噪声可以分开解调;非相干解调属于非线性解调,信号与噪声无法分开解调。
  评价模拟通信系统的质量性能指标可用输出信噪比
  也可用调制制度增益(解调增益)
  其中,为解调器的输入信噪比,定义为
  显然,输出信噪比不仅与调制方式有关也与解调方式有关。在相同的的条件下,输出信噪比越高,解调器的抗噪声性能越好。
  一、DSB系统的抗噪声性能
  DSB信号采用相干解调时的模型。
图2 DSB相干解调抗噪声性能分析模型
  解调器输入信号为
  解调器输出信号为
  解调器最终输出噪声为
  输入信号的平均功率
  解调器输入噪声的平均功率
  其中,为双边带信号的带宽。
  解调器的输入信噪比
  解调器输出信号功率
  解调器输出噪声功率
  解调器输出信噪比
  调制制度增益为
  由此可见,对于DSB调制系统而言,调制制度增益为2。这就是说,DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用相干解调把噪声中的正交分量抑制掉的缘故。
  二、SSB系统的抗噪声性能
  分析模型与DSB相干解调器相同。在抗不同之处在于带通滤波器的带宽是DSB的一半。
  解调器输入端输入单边带信号为
  解调器输入端信号功率为
  解调器输入噪声功率
  其中,为单边带信号的带宽。
  单边带解调器输入信噪比为
  解调器输出信号为
  解调器输出端信号功率为
  解调器输出端噪声功率
  单边带解调器输出端信噪比为
  调制制度增益为
  三、AM系统的抗噪声性能
  AM信号既可以采用相干解调也可以采用非相干解调,不同的解调方式抗噪声性能是不同的。由于AM信号采用非相干解调方式较多,在此介绍采用包络检波器解调AM信号的抗噪声性能。此时,图1所示模型中的解调器为包络解调器,如图3所示。
  解调器输入信号为
图3 AM信号包络检波的抗噪声性能分析模型
  输入信号功率为
  输入噪声为
  输入噪声功率为
  其中
  输入信噪比为
  为了求出包络检波器输出端信噪比,亦即求出包络检波器输出端信号功率和噪声功率,有必要求检波器输入端信号和噪声的混合信号的包络。包络检波器输出端的信号正比于检波器输入混合信号的包络。
  其中
  很明显,便是所求的混合信号的包络,是混合信号的相位。理想包络检波器的输出就是
  1.大信噪比情况
  所谓大信噪比是指满足下列条件,即
  于是式可写为
  可见,包络检波器输出信号为
  输出信号功率为
  输出噪声为
  输出的噪声功率为
  AM解调器输出信噪比为
  AM系统调制制度增益
  对于100%调制(即),且为正弦波时,有
  需要指出,若采用相干解调法解调AM信号,得到的调制制度增益G与包络检波时的相同。由此可见,对于AM调制系统,在大信噪比时,采用包络检波器与相干解调器解调性能几乎一样。
  2.小信噪比情况
  所谓小信噪比是指满足下列条件,即
  在小信噪比情况下,信号无法与噪声分开,而且由于信号“淹没”在噪声中,这时输出信噪比不是按比例随输入信噪比下降,而是急剧恶化。这种现象通常称为“门限效应”。开始出现门限效应的输入信噪比称为“门限”。
  相干解调不存在门限效应。原因是信号与噪声分别解调,故解调器输出端总是单独存在有用信号项。
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