模拟调制系统抗噪声性能
第五章模拟调制系统-线性调制系统的抗噪声性能
1 其中 cos 2ω c t • m(t )被滤掉 2 1 ∴输出信号mo (t ) = m(t ) 2
R
邯郸学院
n0(t)
对于输出噪声： no (t ) = ni (t ) cos ωc t = [nc (t ) cos ωc t − ns (t ) sin ωc t ] cos ωc t
1 + cos 2ωc t 1 = nc (t )( ) − ns (t ) sin 2ωc t 2 2
（2）模拟通信系统的主要质量指标是解调器的输出 信噪比： 同样地，信噪比增益
SNRo So N o G= = SNRi Si N i
显然，信噪比增益越大则系统抗噪声性能越好
§5.2线性系统的抗噪声性能 线性系统的抗噪声性能
（3）幅度调制系统的抗噪声能力比较 1.DSB调制系统性能 调制系统性能 2.SSB调制系统性能 调制系统性能 3.普通 普通AM系统性能 普通 系统性能
ni (t ) = nc (t ) cos wcቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt − ns (t ) sin wc t = V (t ) cos( wot + θ (t ))
同相分量 正交分量
− fc
f
c
邯郸学院
§5.2线性系统的抗噪声性能 线性系统的抗噪声性能
回忆窄带随机过程的统计特性：
(t)和 (t)的统计特性 ξc(t)和ξs(t)的统计特性
j (2π ×799×103 t )
}
j (2π ×799×103 t )
}
= 50 Re{(1+ 2 j)e = 25{(1+ 2 j)e
j (2πfct )
j (2π ×799×103 t )
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
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
no (t )
1 nc (t ) 2
9
X
解调器输出信噪比和调制制度增益
解调器输出信噪比
1 2 So 4 m (t ) m2 (t ) 1 No n0 B Ni 4
输入信噪比
Si Ni
1 m 2 (t ) 2 n0 B
7
X
解调器输出信号功率S0 解调器输入信号为DSB信号：
sm (t ) m(t ) cos c t
与相干载波cosct相乘后，得
1 1 m(t ) cos c t m(t ) m(t ) cos 2c t 2 2
2
经低通滤波器后，输出信号为
ni t
解调器
mo t
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
no(t) － 输出噪声
2 Si 解调器输入已调信号的 (t ) 平均功率 sm Ni 解调器输入噪声的平均 功率 ni2 (t )
目标 ：分析模拟系统可靠性指标
S0 N O DSB
|
G
Si N i DSB
|
2
Si n0 B DSB
|
2
Si n0 2 f H
Si n0 f H
S0 N O SSB
|
G
Si N i SSB
|
|
Si N i SSB
|
|
Si n0 B SSB
模拟通信中调频系统的抗噪声性能分析
模拟通信中调频系统的抗噪声性能分析作者：指导老师:摘要：在通信系统中调制扮演着不可或缺的作用，通过调制可以把基带信号频率搬移到合适的频率上，从而达到提高发射效率的作用，也可以通过调制把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，提高信道利用率。
还有扩展信号带宽提高抗干扰能力等。
本文主要通过对模拟通信中正弦波的频率调制（即频率调制FM）过程进行分析，并通过计算在大信噪比下的解调器制度增益然后与调幅系统的作比较来分析调频系统的抗噪声性能（因为相干解调只适用于窄带调频所以暂不分析）。
还有小信噪比下的门限效应以及通过预加重和去加重技术来提高调频系统的抗噪声性能。
最后运用MATLAB软件对模拟通信中调频系统进行仿真设计，并分析和总结仿真结果。
关键字：模拟通信；调频系统; 解调器；门限效应；制度增益；仿真设计。
引言进入21世纪以来，随着国民经济的飞速提升，中国通信行业也得到了快速发展，对通信的技术要求也逐渐提高。
从模拟通信到数字通信，从无线电广播到卫星，光纤通信等等。
而频率调制在通信发展的进程上都占据着重要的作用，比如FM广泛应用于高保真音乐广播，电视伴音信号的传输，卫星通信和蜂窝系统。
频率调制（FM）在电子音乐合成技术中，是最有效的合成技术之一，还有有线频率在多领域应用。
研究模拟通信中调频系统的抗噪声性能能够从理论上认识调频系统的噪声来源和如何改善系统的抗噪声性能。
第一章：调频系统的简介1.1 模拟通信和调频系统的概述在实际的通信中，由于通信业务的多样性，消息的来源也是多种多样的，但基本可以分为两大类：连续的和离散的。
连续的消息如话音，声波振动的幅度也是随时间连续变化的。
若把它转换为随时间连续变化的电压信号，信号幅度也是时间连续函数。
这样的信号称作模拟信号，传输模拟信号的通信就称作模拟通信。
调频定义：幅度不变，载波信号的频率随调试信号幅度变化位变化的调制方式叫着调频。
就是载频的频率不是一个常数，是随调制信号而在一定围变化，其幅值则是一个常数。
通信原理复习题7
通信原理复习题7一、填空题：(每空1分，共30分)1、信源编码的目的是减小信息的冗余度，提高传输的(有效性)；信道编码的目的是增加信息的冗余度，提高传输的(可靠性)。
2、模拟调制系统的抗噪声性能主要用(输出信噪比)来衡量，数字调制系统的抗噪声性能主要用(误码率)来衡量。
3、在信息传输中，出现概率越(小)的消息，其所含的信息量越大；出现概率越(大)的的消息，其所含的信息量越小。
4、变参信道对传输信号的影响可归结为两个基本因素：(乘性干扰)和(加性干扰)的影响。
5、根据香农公式，信道容量C一定时，信道带宽B可以和(信噪比)互换；信息量I一定时，信道宽度B和(时间)互换。
6、把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程叫做(调制)。
7、对AM信号，无门限效应的解调方法是(相干解调)。
8、相干解调要求本地载波和接收到的载波必须保持(同频同相)。
9、PCM过程包括抽样、(量化)、(编码)三个过程。
10、对于低通模拟信号，理论上为了使抽样频率恢复到原来的模拟信号，需要采样频率(大于等于)信号最高频率的两倍。
11、在PCM编码时，美国和日本采用(μ律)压扩特性，中国和欧洲各国采用(A 律)压扩特性，ITU-T规定国际间通信一律采用(A律)。
12、对二进制PCM信号每增加1位码，量化信噪比可提高(6) dB。
13、起补偿作用的可调滤波器称为均衡器，均衡分为(频域均衡)和(时域均衡)。
14、数字基带信号通过基带传输系统时，由于系统传输特性不理想，会使信号发生畸变，在接收端造成判决上的困难，有时会出现误码，这种现象称为(码间串扰)。
15、相对调相２DPSK是为了克服绝对调相2PSK存在的(倒π)现象。
16、(ｎ，k)分组码中，设最小汉明距离为9，则该分组码最多能纠正(4)个比特错误，最多能检测(8)个比特错误。
17、眼图的作用主要是分析(码间串扰)和(加性噪声)对系统性能的影响。
18、HDB3码的全称是三阶高密度双极性码，它克服了AMI的连零过多而丢失同步信息的缺点，使限制的连0的个数不多于(3)个，其中破坏码用(V)表示。
通信原理复习题_13通信解析
13 通讯工程《通讯原理》复习题一、填空1. 某四进制系统，4 秒钟传输 4800 个四进制符号，则此系统的传码率 RB4= ，传信率 Rb= 。
2. 模拟调制系统的抗噪声性能主要用 来权衡；数字调制系统 的抗噪声性能主要用 来权衡。
3.AM 调制的靠谱性用 权衡； DPSK 的靠谱性用 权衡。
4. 某通讯系统采纳四进制数字序传记输方式，每传输一个码元需T=250×10-6s 时间，其传信率为 ，码元速率为 ，若传输了 5s ，检测到 50 个码元 误码，其误码率为 。
5. 八进制数字通讯系统的误码率为 10-5 ，系统的传输速率为 600b/s ，则接收端在 _______h 内能接收到 144 个错误码元。
6. 已知能量信号 f(t) 的傅氏变换为 F(w) ，则依据帕塞瓦尔定理可得其能量为 E= = 。
7. 设一数字传输系统传递 16 进制码元，码元传输速率为 2400 波特，则此时系统 的信息传输速率为 ；假如系统的误码率为 10－ 4，则 1 小时内错误的码 元个数为 ；假如系统的误比特率为 2.5 ×10-5 ，则 10 分钟内错误的比特 个数为 。
1.1200B ，2400b/s2. 信噪比，误码率3. 信噪比，误码率4.8000 ， 4000， 2.5 × 10-35.20f 2 (t )dt 1 26.F ( ) d2，7. 9600b/s ， 864 ，21.61. 在剖析信道时，依据乘性扰乱 k(t) 能否随时间变化，将信道分为 _____ 信道 和 信道。
2. 无失真传输系统的传输函数 H （w ）=____ 。
1. 恒参，随参2. Ke j t d3. 已知调制信号m(t ) cos200 t，载波为2cos104t ，则其 DSB 信号的表达式为。
2 cos 200 t cos104 t4. 将 n 路频率范围为 0.3~4KHz 的话音信号用 FDM 方法进行传输，若采纳 AM 调制方式则 n 路话音信号的最小传输带宽为 ，若采纳 SSB 调制方式则 n 路 话音信号的最小传输带宽为 。
第五章模拟调制系统3 OK概要
第四章 模拟调制系统
11
BFM 2(1 mf ) f m BAM (1 mf )
若 mf 1 （宽带调频）， 则
BFM BAM (1 mf ) BAM mf
So （ ） 2 FM BFM No 2 3m f 3 So BAM （ ） AM No
S o AM S i AM GAM N o AM N i AM
S o FM N o FM GFM Si FM N i AM S o AM GAM Si AM N i FM N o AM
2018/11/6 第四章 模拟调制系统 8
•
SiFM NiAM NiFM GAM GFM
由给定条件可列出以下表达式： SiAM 分 析 2n0 f m 当信道条件相同、接收信号 2n0 (1 m f ) f m 功率相同时，调频系统输出 2 2 2 信噪比是常规调幅系统的 AM 2 2 AM 3 4.5mf2倍，与调频指数的平 3m2 (1 m ) 方成正比。
2018/11/6
•
sAM (t ) A f (t ) cosct
S ( o ) AM No
2 E f (t )
2n0 f m
A2 / 2 2n0 f m
2
So 3 f max A2 / 2 ( ) FM No 2 f m n0 f m
2018/11/6
f f
• 将以上结果代入 的表达式，得： 2 3 m • 9 2 f 1 m f 2n0 f m mf 2 2 2n0 1 m f f m 3 2018/11/6 第四章 模拟调制系统
9
若不是接收信号功率相同，而是系统输入的A相同：
通信原理试卷及答案
05年---06年第2学期《通信原理》期末考试试卷（A ）姓 名： 学 号： 专业班级：一、填空题（32分）1. 若传输一个二进制不归零码序列，每传一个码元需要的时间为s 610417-⨯，其传信率为_______________；若变为八电平传输时，其码元传输速率为________________。
（2分）2. 模拟调制系统的抗噪声性能主要用___________________来衡量；数字调制系统的抗噪声性能主要用___________________来衡量。
（2分）3. 已知某标准音频线路带宽为3.4kHz ，设要求信道的信噪比为30dB ，该信道传输的最大可能信息速率为__________________。
（2分）4. 有一个功率信号的自相关函数为τωτ0cos 21)(=R ，则其功率谱密度)(ωP =_______________________________。
（2分）5. 常用的载波同步方法有__________________和______________，这两种方法又称为外同步法和自同步法。
（2分）6. 已知调频波的表达式V t t t S FM )2000cos 10102cos(10)(6ππ+⨯=，可求出其已调波的带宽为______________，已调波的功率为________________。
（4分）7. 有3路信号进行时分复用，这三路信号的最高频率分别为2kHz 、4kHz 和8kHz ，信号的量化级都是256，在满足抽样定理所规定的抽样速率下，码元传输速率是______________。
（2分）8. 幅度为1V ，频率为2kHz 的单音信号送入量化层V 05.0=∆的M ∆调制器，为了防止过载，其抽样速率最小应为____________Hz 。
（3分）9. 设匹配滤波器的输入端信号为)(t m ，则匹配滤波器的传输特性)(ωH =__________。
匹配滤波器的冲击响应)(t h =____________。
(信息与通信)第3章模拟调制系统
数字调制技术的发展对模拟调制系统的影响
要点一
总结词
要点二
详细描述
随着数字调制技术的不断发展，其对模拟调制系统的影响 越来越大。数字调制技术具有更高的抗干扰性能和频谱利 用率，可能会逐渐取代模拟调制系统。
数字调制技术如OFDM（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，正交频分复用）等在抗干扰和频谱利用率方 面具有明显优势。随着数字信号处理技术的不断进步，数字 调制系统的复杂度和成本也在逐渐降低。因此，未来数字调 制系统可能会逐渐取代模拟调制系统，成为主流的通信调制 方式。
THANKS
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调频（FM）
通过改变载波信号的频率来表示信息。
模拟调制系统的基本组成
调制器
将低频信号转换为高频信号。
载波信号
用于传输信息的信号。
信道
传输调制信号的媒介，可以是 无线电、有线等。
解调器
将调制信号还原为原始的低频 信号。
03
模拟调制系统的性能指标
调制效率
调制效率
调制效率是衡量模拟调制系统传输效率的重要指标，它表示了调制信号的功率与 载波信号的功率之比。调制效率越高，传输效率也越高。
详细描述
目前，低频段资源已经十分紧张，而高频段 资源相对丰富。利用高频段可以有效地缓解 频谱资源紧张的问题，同时高频段信号具有 传输速率高、传输时延低等优点，能够满足 未来通信对高速率和低时延的需求。
高效率调制技术
总结词
高效率调制技术是提高模拟调制系统性能的关键。通过采用先进的调制方式，可以有效地提高频谱利用率和传输 效率。
卫星通信
卫星电视广播
模拟卫星电视广播使用模拟调制技术将视频和音频信号调制到卫星信号上，然后传输给地面接收站和 电视机。
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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
X
5.3 模拟调制系统抗噪声性能
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
2
X
分析模型
sm t
nt
带通 滤波器
sm t ni t
解调器
带宽为B的理想矩形函数，则：
B为带通滤波器的带宽
4
Ni ni2 (t) nc2 (t) ns2 (t) n0B
X
5.3 幅度调制系统抗噪声性能
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
X
DSB系统抗噪声性能
sm (t) n(t)
BPF sm (t)
14
X
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：
sm2 (t) ni2 (t)
解调器输出信噪比 解调器调制制度增益
So No
解调器输出有用信号的平均功率 解调器输出噪声的平均功率
mo2 (t) no2 (t)
G S0 / N0
Si / Ni
3
X
解调器输入噪声功率Ni
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
1 2
nc (t)
1 2
[nc
(t
)
c
os
2c
t
ns (t) sin
2ct ]
经低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为
no
(t)
1 2
nc
(t)
故输出噪声功率为
9
X
解调器输出信噪比和调制制度增益
解调器输出信噪比
So
1 4
m2 (t)
m2 (t)
No
1 4
Ni
n0 B
调制制度增益
GDSB
增益为
(GAM
)max
2 3
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。
13
X
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。
目标 ：分析模拟系统可靠性指标
图中 ：sm (t) － 已调信号
mo t no t
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
解调器的输入信噪比
Si Ni
解调器输入已调信号的平均功率 解调器输入噪声的平均功率
1 2
m(t )
因此，解调器输出端的有用信号功率为
So
mo2 (t)Biblioteka 1 m2 (t) 4
8
X
解调器输出噪声功率N0
解调器输入端的窄带噪声可表示为
ni (t) nc (t) cos ct ns (t) sin ct
它与相干载波相乘后，得
ni (t) cos ct nc (t) cos ct ns (t) sin ct cos ct
ni (t)
解调器
LPF
cos ct
mo (t)
no (t)
DSB相干解调抗噪声性能分析模型
6
X
解调器输入信噪比
解调器输入信号功率为
Si
s
2 m
(t )
m(t )
c os c t 2
1 m2 (t) 2
输入噪声功率
Ni ni2 (t) nc2 (t) ns2 (t) n0B
So / No Si / Ni
2
Si
1 m 2 (t ) 2
Ni
n0 B
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。
10
X
5.3 幅度调制系统抗噪声性能
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
➢对于AM，DSB系统：B=2WH
➢对于SSB： B=WH
➢对于VSB： B≈WH
B当然也是窄带噪声ni(t)的带宽 ni (t) nc (t) cos0t ns (t) sin 0t
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，
VSB系统的抗噪声性能与SSB类似
12
X
讨论1：针对AM系统
uuuuur
GAM
So / No Si / Ni
2m2u(utu)uur A02 m2 (t)
1. 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
输入信噪比
Si
1 m 2 (t ) 2
Ni
n0 B
7
X
解调器输出信号功率S0
解调器输入信号为DSB信号：
sm (t) m(t) cos ct
与相干载波cosct相乘后，得
m(t) cos2
ct
1 2
m(t )
1 2
m(t) cos2ct
经低通滤波器后，输出信号为
mo (t)
11
X
模拟调制系统抗噪声性能列表
Si
DSB 1 m2 (t)
2
SSB 1 m2 (t)
4
AM FM
A02 m2 (t) 2
A2 / 2
Ni
n0 B
n0 B n0 B
n0 BFM
Si/Ni
m2 (t) 2n0 B
m2 (t) 4n0 B
A02 m2 (t) 2n0 B
A2 2n0 BFM
S0
1 m2 (t) 4
1 m2 (t) 16
m2 (t)
N0 1 4 n0B 1 4 n0B
n0 B
S0/N0
m2 (t) n0 B
m2 (t) 4n0 B
m2 (t) n0 B
G
2
1
2m2 (t)
( A02 m2 (t) )
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；