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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: 21869| 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

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。