【電子科技大學】《通信原理》精品課 P26 - 26. 3.7.1 噪聲分析方法

你好 今天這一講我們來討論 模擬傳輸系統的噪聲分析方法與性能 我們首先介紹一下 一般模擬傳輸系統的噪聲如何來分析 而後我們將介紹兩個與噪聲性能 密切關聯的參數 解調爭議與系統爭議 最後我們將對前面講解的 各種模擬調整方法的噪聲性能 進行總結 梳理和基本的比較 下面我們就來看一下 模擬傳輸系統的噪聲應該如何來分析 下面我們首先來看一下 如何分析噪聲對於模擬傳輸的影響 我們就從最基本的基帶傳輸說起 在基帶傳輸裏面信號直接送進信道 信道可以是各種各樣的物理信道 但我們知道在大多數情況下 經過適當的簡化 都可以簡化爲高斯白噪聲信道 所以我們可以用AWGN信道模型 來替換它進行分析 這就是信道模型的意義所在 這一點我們在第一章進行了詳細的說明 這樣我們收到的信號就是消息信號加上噪聲 這個噪聲是白噪聲 它在所有的頻率上都有噪聲 非常非常的寬 很自然去除噪聲的最有效簡單的方法 就是用帶通濾波器 這個帶通濾波器做到跟消息信號的帶寬一樣 我們知道消息信號的帶寬是B赫茲 所以這個低通濾波器的截止頻率做到B赫茲 我們假定濾波器是理想的 並且它的增益是1 因此它就能夠完全的去除帶外噪聲 而毫無影響的讓消息信號通過 以後我們非特別說明 我們在採用濾波器的時候 都考慮它是理想的和增益是1的 所以我們輸出的信號是一個完好的消息信號 加上殘留在帶內的噪聲 這部分噪聲我們沒有辦法了 因爲它在帶內 我們來度量最後這個信號的質量 我們度量噪聲有多少 在模擬信號裏面 我們度量信號的質量是相對來度量信噪比 那信噪比就用消息信號的功率除以噪聲的功率 因爲這個噪聲是平坦的 通過低通濾波器以後依然是平坦的 這是一個低通白噪聲 所以計算這個噪聲功率很方便 就是求這個功率譜上的一個矩形的面積 它是0.2的高度 乘上兩個B 所以說0B 瞭解了這樣一個分析模擬信號的基本過程 我們就來分析平帶傳輸中的噪聲問題 在一般的平帶傳輸中 我們可以用框圖這樣來表示 消息信號採用某種調製 這可以是我們前面講過的兩大類中間的任何一種 常規雙鞭帶 單鞭帶 殘留鞭帶或者調頻調向 同樣的 我們用AWGN信道模型來進行分析 這樣我們收到的信號就有噪聲了 因爲調製後我們傳送的是一個平帶信號 我們收到的也是個平帶信號 因此去除噪聲的有效方法 這回我們要用帶通濾波器 帶通濾波器的帶寬 平帶對準我們傳輸信號 帶寬要跟傳輸信號的帶寬一樣 傳輸信號的帶寬假定我們叫BT 這不同於消息信號的帶寬 這要根據不同的傳輸方法而不同 比如常規雙鞭帶它是2B 如果是調頻調向 我們用卡爾森公式來計算 這樣我們輸入到解調器的信號就有一個噪聲 這個噪聲是帶通的 而且平坦的 所以稱爲帶通白噪聲 信號加上噪聲通過解調器 最後輸出消息和殘留一部分噪聲 我們可以先度量一下子 送入這個解調器的信號的質量怎麼樣 同樣我們度量一個信噪筆 我們稱爲解調器的輸入信噪筆 所以這裏用i 我們求信號的功率 求噪聲的功率 同樣這是一個平坦的白噪聲 所以求噪聲的功率很容易 求一個矩形面積 0×BT 注意這是BT了 是傳輸信號的帶寬 然後我們很容易的計算 傳輸信號的功率 傳輸信號根據你具體用哪種調製 比如你如果做調頻 你就是一個橫浮波 橫浮波的功率2分之a水方 跟計算標準的振旋信號的是一樣的 如果是一個雙邊帶信號 雙邊帶信號的功率怎麼計算 我們在雙邊帶那裏討論過了 這個結果就是2分之a水方 身上消息信號的功率 所以我們很容易計算 信號的功率噪聲的功率 從而就很容易計算 解調器輸入處的信噪比 當然我們最後關心的是 輸出的消息信號和殘留的噪聲 在這個信號裏面質量如何 所以說我們要度量輸出信噪比 輸出信噪比是整個系統的 全系統的性能指標 我們要計算其中的消息的功率 和殘留噪聲的功率 然後比較起來 得到輸出信噪比 但是解調器不是一般的濾波器 我們無法一眼就看清楚消息是多少 是什麼樣的 噪聲有多少 甚至於在解調的過程中間 可能會使得消息發生變化 原本是平坦功率譜的消息 可能都會變形 不再是平坦的了 或者我們稱爲不再是白噪聲了 所以你計算噪聲功率 不能夠再利用求矩形面積 那麼簡單的方法 因此我們只能籠統的寫在這裏 同樣消息有多少 我們也籠統的寫一個係數K 所以消息信號的功率寫成是K方 乘上消息信號的功率 甚至於解調可能還有直流 但是直流我們認爲可以理想的去出的 所以我們在這裏不加以考慮 所以這樣看來 我們整個分析的關鍵在 圍繞這個解調器 在輸入處 我們可以找出它的特性是信號 加上一個帶通白噪聲 我們可以度量它的性噪比 叫輸入性噪比 然後我們就必須要設法求除 解調過程所得到的消息和殘留噪聲 因此我們必須要深入的研究 接收信號 接收信號我們指 這個消息信號加上帶通白噪聲 它怎麼樣子經過解調 而得到多少的消息 多少的殘留噪聲 從而我們能夠算出輸出性噪比 系統整個的性能指標 當然如果我們對這樣一個過程 還想具體的再多說兩句 那我們可以再解釋詳細一點 在分析這個解調過程的時候 要針對具體的調製方法 比如我們常規AM 它的解調就是求暴露 如果是雙鞭彈 我們相干解調是神異cos 然後再低通率波 如果是FM 我們是微分 然後再求暴露 我們通過這些各個不同的方法 得到過滯的消息和自己殘留的噪聲 所以我們必須要具體的分析 其中的信號處理的 比如說求暴露 低通率波 微分等等 這些處理有一些是非線性的 有一是線性的 總體來講 暴露減波 FM的解調 整個過程都涉及到非線性處理 相干解調是線性的 非線性的通常都是非相干的相關聯的 如果再細緻一點 我們可以把接收信號具體的形式帶進去 針對不同的調製 比如常規AM 它的傳輸信號是這樣的 那麼它的帶通噪聲 雙鞭彈 調頻 所以我們把這些具體的信號帶進去 我們就可以按部就班的 一步一步的把最後的消息信號 輸出殘留噪聲求出來 計算出最後的性能指標 當然在這裏我們不打算足夠的展開 詳細的討論這樣一個過程 我們雖然看到了這些過程是可以逐步解決的 實際上在教科書和相應的參考文獻中間 都有詳細的說明 接下來我們主要是運用這些討論的結果 並重點介紹兩個重要的參數 說明這兩個重要的參數怎麼用起來 分析平帶傳輸系統的輸出性噪比