第5章 模拟调制系统
通滤波器的滤波，滤除调制信号 带宽fm以外的频率分量，故最 终解调器输出（LPF输出）的噪声 功率（图中阴影部分）为
Nfmfm4?2K2dn02o???fPmd?f?df???fmA2fdf?8?2K2f3dn0m3A2?
计算输出信噪比
于是，FM非相干解调器输出端的输出信噪比为 So3A2K2fm2(t)
?
简明情况
N?o8?2nf30m 考虑m(t)为单一频率余弦波时的情况，即 m(t)?cos?mt 这时的调频信号为
sFM(t)?Acos[?ct?mfsin?mt] 式中
m?Kf???ff???m?mfm 将这些关系代入上面输出信噪比公式，
得到：
So32A2/2N?mfo2n0fm?
制度增益
GFM?So/NoS?32BFM2mf 考虑在宽带调频时，信号带宽为i/Nif m
BFM?2(mf?1)fm?2(?f?fm)36
第5章 模拟调制系统
所以，上式还可以写成
GFM?3m(mf?1)GFM?3m3f2f 当mf >> 1时有近似式
上式结果表明，在大信噪比情况下，宽带调频系统的制度增益是很高的，即抗噪声性能好。例如，调频广播中常取mf ，则制度增益GFM =450。也就是说，加大调制指数，可使调频系统的抗噪声性能迅速改善。 ? 调频系统与调幅系统比较
在大信噪比情况下，AM信号包络检波器的输出信噪比为
Som2(t)?Non0B2Am2(t)?2 若设AM信号为100%调制。且m(t)为单频余弦波信号，则m(t)的平均功率为
因而
SoA2/2?Non0B 式中，B为AM信号的带宽，它是基带信号带宽的两倍，即B = 2fm，故有
将两者相比，得到
SoA2/2?No2n0fm
?
?So/No?FM?So/No?AM?So/No?FM?So/No?AM?3m2f?3m2f讨论
? 在大信噪比情况下，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3mf2 倍。例如，mf =5 时，宽带调频的
37
第5章 模拟调制系统
S0 /N0 是调幅时的75 倍。
? 调频系统的这一优越性是以增加其传输带宽来换取的。因为，对于AM 信号而言，传输带宽是2fm ，而对WBFM 信号而言，相应于mf = 5 时的传输带宽为12fm ，是前者的6 倍。
? WBFM 信号的传输带宽BFM 与AM 信号的传输带宽BAM 之间的一般关系为
?
BFM?2(mf?1)fm?(mf?1)BAMBFM?2(mf?1)fm?(mf?1)BAM当mf >> 1时，上式可近似为
BFM?mfBAMBFMmf?BAM 故有
在上述条件下，
变为
?So/No?FM?So/No?AM?3m2f
可见，宽带调频输出信噪比相对于调幅的改善与它们带宽比的平方成正比。调频是以带宽换取信噪比的改善。
? 结论：在大信噪比情况下，调频系统的抗噪声性能将比调幅系统优越，且其优越程度将随传输带宽的增加而提高。
? 但是，FM系统以带宽换取输出信噪比改善并不是无止境的。随着传输带宽的增加，输入噪声功率增大，在输入信号功率不变的条件下，输入信噪比下降，当输入信噪比降到一定程度时就会出现门限效应，输出信噪比将急剧恶化。
?
?So/No?FM?So/No?AM?BFM??3???BAM?25.4.3 小信噪比时的门限效应
?
当(Si /Ni) 低于一定数值时，解调器的输出信噪比(So /No) 急剧恶化，这种
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第5章 模拟调制系统
现象称为调频信号解调的门限效应。
? 门限值 － 出现门限效应时所对应的输入信噪比值称为门限值，记为(Si /Ni) b 。
? 右图画出了单音调制时在不同 调制指数下，调频解调器的输 出信噪比与输入信噪比的关系 曲线。
? 由此图可见
门限值与调制指数mf 有关。 mf 越大，门限值越高。不过 不同mf 时，门限值的变化不 大，大约在8~11dB 的范围内
变化，一般认为门限值为10 dB 左右。
? 在门限值以上时， (So /No)FM 与(Si /Ni)FM 呈线性关系，且mf 越大，输出信噪比的改善越明显。
? 在门限值以下时， (So /No)FM将随(Si /Ni)FM的下降而急剧下降。且mf越大， (So /No)FM下降越快。
? 门限效应是FM系统存在的一个实际问题。尤其在采用调频制的远距离通信和卫星通信等领域中，对调频接收机的门限效应十分关注，希望门限点向低输入信噪比方向扩展。
? 降低门限值（也称门限扩展）的方法有很多，例如，可以采用锁相环解调器和负反馈解调器，它们的门限比一般鉴频器的门限电平低6~10dB。
? 还可以采用“预加重”和“去加重”技术来进一步改善调频解调器的输出信噪比。这也相当于改善了门限。
?
?
5.4.4 预加重和去加重
?
目的：
鉴频器输出噪声功率谱随f 呈抛物线形状增大。但在调频广播中所传送的语音和音乐信号的能量却主要分布在低频端，且其功率谱密度随频率的增高而下降。因此，在调制频率高频端的信号谱密度最小，而噪声谱密度却是最大，致使高频端的输出信噪比明显下降，这对解调信号质量会带来很大的影响。 ? 为了进一步改善调频解调器的输出信噪比，针对鉴频器输出噪声谱呈抛物线形状这一特点，在调频系统中广泛采用了加重技术，包括“ 预加重和“ 去加重” 措施。“ 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。
?
原理
所谓“去加重”就是在解调器输出端接一个传输特性随频率增加而滚降的线性网络Hd (f) ，将调制频率高频端的噪声衰减，使总的噪声功率减小。但是，由于去加重网络的加入，在有效地减弱输出噪声的同时，必将使传输信号产生频率失真。因此，必须在调制器前加入一个预加重网络Hp(f) ，人为地提升调制信号的高频分量，以抵消去加重网络的影响。显然，为了使传输信号不失真，应该有
?
1Hp(f)?Hd(f) 39
第5章 模拟调制系统
m?t? 这是保证输出信号不变的必要条件。 ? 方框图：加有预加重和去加重的调频系统 FMFMHt信道p 调制器解调器??Hd?t?mo?t?性能
由于采用预加重/去加重系统的输出信号功率与没有采用预加重/去加重系统的功率相同，所以调频解调器的输出信噪比的改善程度可用加重前的输出噪声功率与加重后的输出噪声功率的比值确定，即
fm
?
????fmPd(f)df
上式进一步说明，输出信噪比的改善程度取决于去加重网络的特性。 ? 实用电路：下图给出了一种实际中常采用的预加重和去加重电路，它在保持信号传输带宽不变的条件下，可使输出信噪比提高6 dB左右。
?fm?fmPd(f)Hd(f)df2 预加重网络与网络特性
去加重网络与网络特性
? 5.5 各种模拟调制系统的比较
40
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