调频信号的抗噪声性能

2016-10-23 09:59:26 |人围观 | 评论:

　　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 时 　　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 为 　　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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