5.4调频系统的抗噪声性能

课程代号：27484 课程名称：通信原理与系统编写学校：南京理工大学编写老师：芮义斌审核老师：谢仁宏Ⅰ课程性质与课程目标一、课程性质和特点《通信原理与系统》课程是江苏省高等教育自学考试电子工程专业的必修课，是为培养自学应考者了解和掌握现代通信系统的基本理论和方法而设置的一门重要的专业基础理论课。

现今是高度信息化时代，信息和通信已成为现代社会的“命脉”。

本课程以现代通信系统为背景，主要讨论如何有效而可靠地传输信息。

本课程不针对特定的某种通信系统，而是从一般通信系统的模型入手，讨论通信系统的组成、工作原理和性能分析；以有效性和可靠性为线索，以模拟通信系统为基础，重点讨论数字通信系统，具体包括数字基带传输系统、数字带通传输系统、数字信号的最佳接收、信源编码、差错控制编码及同步原理。

二、课程目标通过本课程的学习，使自学应考者掌握并理解通信的含义和通信系统的组成；掌握模拟通信调制的原理和系统分析方法；掌握并理解数字基带系统、带通系统及最佳接收系统中的传输技术；掌握信源编码、差错控制编码及同步技术；能够运用所学的原理和方法对简单的通信系统进行分析和设计。

三、与相关课程的联系与区别本课程以《模拟电子线路》、《信号与系统》、《随机过程》等课程为先修课，为后续进一步拓展通信理论和通信技术奠定基础。

四、课程的重点和难点本课程的重点包括模拟调制系统、数字基带系统和数字带通系统的调制解调原理及性能分析等知识点；次重点包括数字信号的最佳接收、模拟信号的数字化及差错控制编码等知识点。

本课程的难点主要是模拟通信系统和数字通信系统的性能分析。

Ⅱ考核目标本大纲在考核目标中，按照识记、领会、简单应用和综合应用四个层次规定其应达到的能力层次要求。

四个能力层次是递升的关系，后者必须建立在前者的基础上。

各能力层次的含义是：识记（Ⅰ）：要求考生能够识别和记忆本课程中有关通信、通信系统的相关概念、定义、原理框图、信号表达式、信号波形、重要结论等，并能够根据考核的不同要求，做正确的表述、选择和判断。

通信原理简答题答案2（个⼈整理）第⼀章绪论1-2何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。

模拟信号：电信号的参量取值连续。

两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。

1-3何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利⽤数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。

优点：抗⼲扰能⼒强，⽆噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进⾏处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。

缺点：⼀般需要较⼤的传输带宽；系统设备较复杂。

1-4 数字通信系统的⼀般模型中各组成部分的主要功能是什么？答：信源编码：提⾼信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D转换。

信道编码/译码：增强数字信号的抗⼲扰能⼒。

加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。

数字调制与解调：把数字基带信号的频谱搬移到⾼频处，形成适合在信道中传输的带通信号。

同步：使收发两端的信号在时间上保持步调⼀致。

1-5 按调制⽅式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。

1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。

1-7 按传输信号的复⽤⽅式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CDM。

1-8 单⼯、半双⼯及全双⼯通信⽅式是按什么标准分类的？解释他们的⼯作⽅式。

答：按照消息传递的⽅向与时间关系分类。

单⼯通信：消息只能单向传输。

半双⼯：通信双⽅都能收发消息，但不能同时进⾏收和发的⼯作⽅式。

全双⼯通信：通信双⽅可以同时收发消息。

1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信⽅式？他们的适⽤场合及特点？答：分为并⾏传输和串⾏传输⽅式。

并⾏传输⼀般⽤于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。

串⾏传输使⽤与远距离数据的传输。

1-10 通信系统的主要性能指标是什么？—答：有效性和可靠性。

1-11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率，频带利⽤率。

第四章模拟调制4.1学习指导4.1.1要点模拟调制的要点主要包括幅度调制、频率调制和相位调制的工作原理。

1.幅度调制幅度调制是用调制信号去控制载波信号的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。

在时域上，已调信号的振幅随基带信号的规律成正比变化；在频谱结构上，它的频谱是基带信号频谱在频域内的简单平移。

由于这种平移是线性的，因此，振幅调制通常又被称为线性调制。

但是，这里的“线性”并不是已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。

事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程。

幅度调制包括标准调幅（简称调幅）、双边带调幅、单边带调幅和残留边带调幅。

如果调制信号m(t)的直流分量为0，则将其与一个直流量A0相叠加后，再与载波信号相乘，就得到了调幅信号，其时域表达式为stAmttAtmttAM()0()cosc0cosc()cosc(4-1)如果调制信号m(t)的频谱为M(ω)，则调幅信号的频谱为1S()πA()()M()M()(4-2)AM0cccc2调幅信号的频谱包括载波份量和上下两个边带。

上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。

由波形可以看出，当满足条件|m(t)|A0(4-3)时，其包络与调制信号波形相同，因此可以用包络检波法很容易恢复出原始调制信号。

否则，出现“过调幅”现象。

这时用包络检波将发生失真，可以采用其他的解调方法，如同步检波。

调幅信号的一个重要参数是调幅度m，其定义为m A m(t)Am(t)0max0minAm(t)Am(t)0max0min(4-4)AM信号带宽B AM是基带信号最高频率分量f H的两倍。

AM信号可以采用相干解调方法实现解调。

当调幅度不大于1时，也可以采用非相干解调方法，即包络检波，实现解调。

双边带信号的时域表达式为stmttDSB()()cosc(4-5)其中，调制信号m(t)中没有直流分量。

如果调制信号m(t)的频谱为M(ω)，双边带信号的频谱为1S()M()M()(4-6)DSBcc2与AM信号相比，双边带信号中不含载波分量，全部功率都用于传输用用信号，调制效率达到100%。

1. 调制信道对信号的干扰分为 乘性干扰 和 加性干扰 两种。

2. 根据乘性干扰对信道的影响，可把调制信道分为 恒参信道 和 随参信道 两大类。

3. 随参信道中的多经传播对信号传输的影响有：产生瑞利型衰落、引起频率弥散 、造成频率选择性衰落 。

4. 常见的随机噪声可分为 单频噪声 、 脉冲噪声 和 起伏噪声 三类。

5. 数字基带信号()t S的功率谱密度()ωS P 可能包括两部分即 连续谱 和 离散谱 。

6. 二进制数字调制系统有三种基本信号，分别为 振幅键控 、 频率键控 和 相位键控 。

7. 模拟信号是利用 抽样 、 量化 和 编码 来实现其数字传输的。

8. 模拟信号数字传输系统的主要功能模块是 模数转换器 、 数字传输系统 和 数模转换器 。

9.在数字通信中，同步分为 载波同步 、 位同步 、 群同步 和 网同步 。

10. 通信系统按调制方式可分 连续波调制系统 和 脉冲调制系统 ；按信号特征可分为 模拟通信系统 和 数字通信系统 。

11. 若系统功率传输函数为()ωH，则系统输出功率谱密度()()ωξOP 与输入功率谱密度()()ωξIP 关系为()()ωξOP ＝ ()()ωξIP ｜H （W ）｜212. 随参信道的传输媒质的三个特点分别为 对信号的耗衰随时间而变、传输的时延随时间而变、多径传播 。

13. 二进制振幅键控信号的产生方法有两种，分别为 模拟幅度调制法 和 键控法 。

14. 衡量通信系统的质量指标主要有 有效性 和 可靠性 ，具体对数字通信系统而言，前者常用 码率 来衡量，后者常用 误码率 来衡量。

15. 在数字通信中，产生误码的因素有两个：一是由传输特性不良引起的 码间串扰 ，二是传输中叠加的 加性噪声 。

16. 根据香农公式，理想解调器的输入信噪比i iN S 和带宽c B 与输出信噪比o o N S 和带宽s B 之间满足c B lb(1+ i i N S ) = s B lb(1+ o o N S ) 。

《现代通信原理与技术》简答题第一章1－1、什么是数字信号和模拟信号，两者的区别是什么？凡信号参量的取值连续（不可数，无穷多），则称为模拟信号。

凡信号参量只可能取有限个值，则称为数字信号。

区别：在于信号参量的取值。

1－2、何谓数字通信？简述数字通信系统的主要优缺点。

数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。

优点：①抗干扰能力强，且噪声不积累。

②差错可控。

③易于与各种数字终端接口。

④易于集成化。

⑤易于加密处理。

缺点：占用频带宽，需要同步。

1－3、画出数字通信系统的一般模型，简述各小方框的主要功能。

数字通信系统的一般模型如下图（1）信源编码与译码：数据压缩（减少码元数目和降低码元速率），减小传输带宽，提高通信的有效性。

模/数转换，当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字传输。

（2）信道编码与译码：通过加入监督码元（纠错/检错）提高通信的可靠性。

（3）加密与解密：通过加密保证所传信息的安全性。

（4）数字调制与解调：把数字基带信号转换成适合信道传输的频带信号。

1－4、在数字通信系统中，其可靠性和有效性指的是什么？各有哪些重要指标？有效性——传输速率（传码率、传信率，频带利用率）可靠性——差错率（误码率、误信率）1－5、按信号的流向和时间分类，通信方式有哪些？单工、半双工、全双工。

1－6、何谓码元速率和信息速率？他们之间的关系如何？码元速率（R B）：单位时间内传输码元的数目。

信息速率（R b）：单位时间内传递的平均信息量或比特数。

R b=R B·H(b/s)【信息速率=码元速率×平均信息量】第三章3－1、什么是狭义信道，什么是广义信道？狭义信道：仅是指信号的传输媒质；广义信道：如果信道不仅是传输媒质而且包括通信系统中的一些转换装置。

信道的组成框图：3－2、在广义信道中，什么是调制信道？什么是编码信道？调制信道：调制器的输出端到解调器的输入端所包含的发转换装置、媒质和收转换装置三部分。

调频信号的解调及抗噪声性能分析1 需求分析应用MATLAB语言编写基本的通信系统的应用程序，进行模拟调制系统，数字基带信号的传输系统的建模、设计与仿真。

所有的仿真用MATLAB程序实现，系统经过的信道都假设为高斯白噪声信道，并用程序画出调制信号，载波，已调信号、解调信号的波形。

2 概要设计通信的目的是传输信息。

通信系统的作用就是将信息从信息源发送到一个或多个目的地。

对于任何一个通信系统，均可视为由发送端、信道和接收端三大部分组成<如图1所示）。

图1 通信系统一般模型信息源<简称信源）的作用是把各种信息转换成原始信号。

根据消息的种类不同信源分为模拟信源和数字信源。

发送设备的作用产生适合传输的信号，即使发送信号的特性和信道特性相匹配，具有抗噪声的能力，并且具有足够的功率满足原距离传输的需求。

信息源和发送设备统称为发送端。

发送端将信息直接转换得到的较低频率的原始电信号称为基带信号。

通常基带信号不宜直接在信道中传输。

因此，在通信系统的发送端需将基带信号的频谱搬移<调制）到适合信道传输的频率范围内进行传输。

这就是调制的过程。

信号通过信道传输后，具有将信号放大和反变换功能的接收端将已调制的信号搬移<解调）到原来的频率范围，这就是解调的过程。

信号在信道中传输的过程总会受到噪声的干扰，通信系统中没有传输信号时也有噪声，噪声永远存在于通信系统中。

由于这样的噪声是叠加在信号上的，所以有时将其称为加性噪声。

噪声对于信号的传输是有害的，它能使模拟信号失真。

在本仿真的过程中我们假设信道为高斯白噪声信道。

调制在通信系统中具有十分重要的作用。

一方面，通过调制可以把基带信号的频谱搬移到所希望的位置上去，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号。

另一方面，通过调制可以提高信号通过信道传输时的抗干扰能力，同时，它还和传输效率有关。

具体地讲，不同的调制方式产生的已调信号的带宽不同，因此调制影响传输带宽的利用率。

调频系统的抗噪声性能1．输入端性能分析输入调频信号（FM）为进行非相干解调。

（1）输入信号功率（2）输入噪声功率N i＝n0B FM式中，B FM为调频信号的带宽，即带通滤波器（BPF）的带宽。

（3）输入信噪比2．大信噪比时输出端性能分析（1）输出信号功率（2）输出噪声功率（3）输出信噪比当时，得到输出信噪比为（4）制度增益当时，得到制度增益为在宽带调频时，制度增益为当m f＞＞1时，制度增益近似为则加大调制指数m f时，可使调频系统的抗噪声性能迅速改善。

（5）调频系统与调幅系统的比较①输出信噪比在大信噪比情况下，调频系统与调幅系统的输出信噪比关系为若系统接收端的输入A和n0相同，则宽带调频系统解调器的输出信噪比是调幅系统的倍。

调频方式是以带宽换取信噪比的。

②带宽WBFM信号的传输带宽B FM与AM信号的传输带宽B AM之间的一般关系为当m f＞＞1时，上式近似为B FM≈m f B AM3．小信噪比时的门限效应（1）门限效应的定义门限效应是当S i/N i低于一定数值时，解调器的输出信噪比S o/N o急剧恶化的现象。

（2）门限效应的参量门限值：出现门限效应时所对应的输入信噪比值，记为(S i／N i)b。

（3）门限效应的原理①原理图调频解调器的输出信噪比与输入信噪比的关系曲线如图5-25所示。

图5-25 输出信噪比与输入信噪比的关系曲线②图形分析a．门限值与调制指数m f有关，m f越大，门限值越高。

b．在门限值以上时，(S o／N o)FM与(S i／N i)FM呈线性关系，m f越大，输出信噪比的改善越明显。

c．在门限值以下时，(S o／N o)FM随(S i／N i)FM的下降而急剧下降，m f越大，输出信噪比下降越快。

4．预加重和去加重（1）加重的原因针对鉴频器输出噪声呈抛物线形状的特点，采用加重技术来改善调频解调器的输出信噪比。

（2）加重的设计思想预加重和去加重的设计思想是保持输出信号不变，有效降低输出噪声，以达到提高输出信噪比的目的。

模拟通信中调频系统的抗噪声性能分析作者姓名：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，卫星通信和蜂窝电话系统。

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范围内变化，其幅值则是一个常数。