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调频信号的抗噪声性能

2015-3-25 09:17| 编辑:电工学习网| 查看: 5553| 评论: 0

  分析模型如图1所示:
图1 鉴频器解调抗噪声性能模型
  一、输入信噪比
  接收已调信号为
  解调器输入端信号功率
  解调器输入端噪声同线性调制系统解调相同,是窄带噪声,其功率为
  其中
  所以,调频系统的解调器输入端的信噪比为
  为了求出解调器输出端的信噪比,需要求出鉴频器输出端的有用信号和噪声。鉴频器的输出信号正比于输入信号的频偏,所以,为了求出鉴频器输出信号,我们有必要研究鉴频器输入端信号的相位。
  鉴频器输入端信号为调频信号与窄带噪声的叠加,设调频信号为
  窄带噪声为
  则鉴频器输入信号为
图2 矢量合成图
  在三角形OBC中,有
  故有
  二、大信噪比时的解调增益
  大信噪比情况下,即,再利用,可得
  其中是与有用信号有关的项,上式第三项是取决于噪声的项。
  鉴频器的输出
  于是鉴频器输出的有用信号为
  考虑到
  故有
  于是在大信噪比情况下。鉴频器输出的信号功率为
  而鉴频器的输出噪声为
  输出噪声功率为
  显然,为了求出噪声功率,需先求出窄带噪声正交分量微分的平均功率。利用随机过程通过线性系统输入与输出功率之间的关系,并且,微分器的传输函数为,则有
  窄带噪声正交分量的的功率谱密度为
  所以
  则
  鉴频器后低通滤波器的截止频率为,低通滤波器对有用信号没有影响,而噪声的带宽限制在以内,低通滤波器输出噪声为
  得解调器输出信噪比为
  当调制信号为单频信号即
  并且,输出信噪比可表示为
  整理,得
  得到单音调制调频系统的调制制度增益
  上式结果表明,在大信噪比的情况下,宽带调频解调器的调制制度增益是很高的,即抗噪声性能很好。例如,,则调制制度增益。也就是说,加大调制指数,可使系统的抗噪声性能迅速改善。
  三、小信噪比时的门限效应
  在小信噪比的情况下
  上式中没有单独存在的有用信号项,解调器输出几乎完全由噪声决定。同调幅波包络检波器非相干解调相同,调频波鉴频器这种非相干解调方法同样存在“门限效应”。
  图4为调频解调器的输出与输入信噪比性能。图中横轴为解调器输入端的信噪比,纵轴为解调器输出端的信噪比。由图可见,当输入信噪比较大时,调频系统的解调性能随输入信噪比的增加而增加,当输入信噪比减小到某一值分贝时,FM系统开始出现门限效应,若继续降低输入信噪比,则FM解调器的输出信噪比将急剧变坏。
图4 FM解调时的门限效应
  实践和理论计算表明,应用普通鉴频器解调调频信号时,其门限效应与调制指数有关。越大,门限值越高。不过不同时,门限值在8dB~11dB之间变化,一般认为门限值在左右处。
  在实际中,改善门限效应有许多方法,目前用的较多的有锁相环路鉴频器法即调频负回授鉴频法。另外,也可以采用“预加重”和“去加重”技术来改善解调器输出信噪比。

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