通信射频电路系统噪声和非线性优质PPT.ppt
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V(t)=V0Sin(2f0t+0)=V0Sin(t)V0为正弦时变信号的峰值(电压)为正弦时变信号的峰值(电压)f0为正弦时变信号的频率(为正弦时变信号的频率(Hz)0为正弦时变信号的初始相位(弧度)为正弦时变信号的初始相位(弧度)(t)为正弦时变信号的相角为正弦时变信号的相角&
1.1&
1.1基础知识基础知识二、二、调制信号调制信号在实实际际通通信信系系统统中中V(t)V(t)称称为为载载波波信信号号,其其ff00决决定定了了通通信信系系统统实实际际工工作作的的频频段段(波波段段)。
V(t)V(t)有有一一个个tt变变量量,三三个个参参量量(VV00,ff00,00)实实现现通通信信(信信息息传传输输)需需将将信信息息基基带带信信号号调调制制在在V(t)V(t)中中三三个个参参量量上上,得得到到已已调调制制载载波信号(已调信号)。
波信号(已调信号)。
三、三、调制信号种类调制信号种类模拟调制信号(调幅模拟调制信号(调幅模拟调制信号(调幅模拟调制信号(调幅、调频、调相、复合调制)、调频、调相、复合调制)、调频、调相、复合调制)、调频、调相、复合调制)数字调制信号(调幅数字调制信号(调幅数字调制信号(调幅数字调制信号(调幅、调频、调相、复合调制)、调频、调相、复合调制)、调频、调相、复合调制)、调频、调相、复合调制)1.1.对对VV00进行调制进行调制(AM/ASK)(AM/ASK)中波广播中波广播2.2.对对ff00进行调制进行调制(FM/FSK)(FM/FSK)超短波调频广播超短波调频广播3.3.对对00或或(t)(t)进行调制进行调制(M/MPSK/MSK/GMSK,(M/MPSK/MSK/GMSK,间接调频间接调频)GPS,GSM,PLRSGPS,GSM,PLRS4.4.复合调制对二个以上参量同时进行调制复合调制对二个以上参量同时进行调制(AM+MAM+M,QAM)QAM)短波短波SSBSSB通信通信,WLAN,WLAN香农香农(C.E.Shannon)(C.E.Shannon)信息容量极限理论信息容量极限理论I=BlogI=Blog22(1+S/N)(1+S/N)或或或或I=3.32BlogI=3.32Blog1010(1+S/N)(1+S/N)IIII为信息容量,单位为信息容量,单位为信息容量,单位为信息容量,单位b/s,b/s,b/s,b/s,BBBB为通信系统信号带宽,单位为通信系统信号带宽,单位为通信系统信号带宽,单位为通信系统信号带宽,单位Hz,Hz,Hz,Hz,S/NS/NS/NS/N为信噪功率比。
为信噪功率比。
决定通信系统性能决定通信系统性能(信息容量信息容量,质量质量)的的两个重要参数:
通信系统信道带宽和通信信两个重要参数:
通信系统信道带宽和通信信号信噪比号信噪比(干扰噪声功率谱干扰噪声功率谱)!
)!
四、信息论四、信息论从从而而可可确确定定一一个个通通信信系系统统在在确确定定的的信信噪噪比比条条件件下下传传送送给给定定信信息息容容量量(数数据据量量),需需要要多大的系统信道带宽。
多大的系统信道带宽。
香农公式可改写为香农公式可改写为:
香农公式还可改写为香农公式还可改写为:
可以确定一个通信系统在可以确定一个通信系统在确定带宽条件确定带宽条件下传送给定信息容量下传送给定信息容量(数据量数据量),需要多大的,需要多大的信噪比。
信噪比。
通信系统实际允许传输的信号的最高频通信系统实际允许传输的信号的最高频率与最低频率之差。
率与最低频率之差。
实际通信系统通信带宽实际通信系统通信带宽BB主要取决主要取决于信道于信道“中放中放”带宽。
任何带宽。
任何通信系统不通信系统不能无失真地传输频率变化范围大于信道能无失真地传输频率变化范围大于信道带宽的信号带宽的信号。
语音电话信号带宽语音电话信号带宽语音电话信号带宽语音电话信号带宽:
3KHz,:
3KHz,有线电话信道带宽约为有线电话信道带宽约为有线电话信道带宽约为有线电话信道带宽约为2.7KHz2.7KHz2.7KHz2.7KHz高保真高保真高保真高保真FMFMFMFM音乐信号带宽音乐信号带宽音乐信号带宽音乐信号带宽:
200KHz:
200KHz电视信号带宽电视信号带宽电视信号带宽电视信号带宽:
6MHz,:
6MHz,有线电视信道带宽带宽约为有线电视信道带宽带宽约为有线电视信道带宽带宽约为有线电视信道带宽带宽约为4.5MHz4.5MHz4.5MHz4.5MHz信息信号愈复杂,其带宽就愈大信息信号愈复杂,其带宽就愈大信息信号愈复杂,其带宽就愈大信息信号愈复杂,其带宽就愈大。
五、通信带宽五、通信带宽B(BW)信号噪声功率比信噪比是衡量通信信号质量好坏信号噪声功率比信噪比是衡量通信信号质量好坏信号噪声功率比信噪比是衡量通信信号质量好坏信号噪声功率比信噪比是衡量通信信号质量好坏的重要指标之一!
的重要指标之一!
SNRSNRSNRSNRS/N=PS/N=PS/N=PS/N=Pssss/P/P/P/PnnnnPPPPssss信号功率(信号功率(信号功率(信号功率(WWWW)PPPPnnnn噪声功率(噪声功率(噪声功率(噪声功率(WWWW)PPPPnnnn是指是指是指是指落入通信通带范围内落入通信通带范围内落入通信通带范围内落入通信通带范围内噪声的总功率。
噪声的总功率。
SNR=10logSNR=10log1010(Ps/Pn)dB(Ps/Pn)dB在理论分析中信号功率容易确定,噪声是随机的,在理论分析中信号功率容易确定,噪声是随机的,在理论分析中信号功率容易确定,噪声是随机的,在理论分析中信号功率容易确定,噪声是随机的,不确定的不确定的不确定的不确定的,噪声的功率则不易计算,理论分析中常用,噪声的功率则不易计算,理论分析中常用,噪声的功率则不易计算,理论分析中常用,噪声的功率则不易计算,理论分析中常用噪声功率积分得到,其可通过实际测量得到。
噪声功率积分得到,其可通过实际测量得到。
六、信噪比六、信噪比&
1.2&
1.2无线通信系统无线通信系统噪声及效应噪声及效应A.电路与系统的噪声来源电路与系统的噪声来源电阻内电子的热运动电阻内电子的热运动电阻内电子的热运动电阻内电子的热运动有源器件有源器件有源器件有源器件(晶体管晶体管晶体管晶体管)中电荷粒子的随机运动中电荷粒子的随机运动中电荷粒子的随机运动中电荷粒子的随机运动外界的干扰信号外界的干扰信号外界的干扰信号外界的干扰信号B.电路与系统的噪声电路与系统的噪声种类种类电阻的热噪声电阻的热噪声电阻的热噪声电阻的热噪声PNPNPNPN结的散粒噪声结的散粒噪声结的散粒噪声结的散粒噪声,MESFET,MESFET,MESFET,MESFET的闪烁噪声的闪烁噪声的闪烁噪声的闪烁噪声干扰信号干扰信号干扰信号干扰信号C.电路与系统的噪声效应电路与系统的噪声效应降低信号的信噪比降低信号的信噪比降低信号的信噪比降低信号的信噪比;
降低接收机的灵敏度降低接收机的灵敏度降低接收机的灵敏度降低接收机的灵敏度;
增大误码率增大误码率增大误码率增大误码率;
提高解调器的最低门限提高解调器的最低门限提高解调器的最低门限提高解调器的最低门限;
干扰正常通信干扰正常通信干扰正常通信干扰正常通信D.噪声信号的特征参量噪声信号的特征参量噪声信号频谱噪声信号频谱噪声信号频谱噪声信号频谱(窄带窄带窄带窄带,宽带宽带宽带宽带,白噪声白噪声白噪声白噪声)噪声功率谱噪声功率谱噪声功率谱噪声功率谱(S(S(S(SI/VI/VI/VI/V(f),(f),(f),(f),单位单位单位单位:
dBm/Hz:
dBm/Hz等效噪声带宽等效噪声带宽等效噪声带宽等效噪声带宽一一.起伏噪声起伏噪声描述起伏噪声的描述起伏噪声的几个重要概念:
几个重要概念:
起伏噪声的起伏噪声的特点特点(以电阻热噪声为例):
(以电阻热噪声为例):
随机性、电流脉冲持续时间短、平均值为零随机性、电流脉冲持续时间短、平均值为零
(1)频谱)频谱极宽,几乎占据整个无线电频段极宽,几乎占据整个无线电频段
(2)功率谱密度)功率谱密度单位单位:
dBm/Hz频带频带内的内的功率功率:
噪声噪声电压均方值电压均方值噪声噪声电流均方值电流均方值电流功率谱密度电流功率谱密度电压功率谱密度电压功率谱密度和和代表单位电阻上的功率代表单位电阻上的功率(3)等效噪声带宽)等效噪声带宽白噪声白噪声:
是常数是常数输入输入功率谱密度功率谱密度系统系统传递函数传递函数输出输出功率谱密度功率谱密度白噪声白噪声通过线性系统通过线性系统噪声通过噪声通过线性系统线性系统等效噪声带宽等效噪声带宽定义定义系统系统总输出噪声总输出噪声1.功率谱密度功率谱密度电流电流电压电压白噪声白噪声2.等效电路等效电路串联串联无噪电阻无噪电阻R串噪声电压源串噪声电压源并联并联无噪电阻无噪电阻R并噪声电流源并噪声电流源
(一)
(一)电阻的热噪声及等效电路电阻的热噪声及等效电路有噪电阻有噪电阻(B为系统为系统带宽)带宽)二二.电路器件的噪声电路器件的噪声4.额定噪声功率额定噪声功率条件条件:
噪声源与系统匹配噪声源与系统匹配与噪声源电阻与噪声源电阻R大小无关大小无关与噪声源温度有关与噪声源温度有关特点特点3.有噪电阻的串并联有噪电阻的串并联NAB1.基区电阻基区电阻热噪声热噪声白噪声白噪声2.散粒噪声散粒噪声功率谱密度功率谱密度1.沟道电阻热噪声沟道电阻热噪声3.闪烁噪声闪烁噪声噪声噪声
(二)双极型晶体管的噪声
(二)双极型晶体管的噪声3.噪声等效电路噪声等效电路(三)场效应管的噪声(三)场效应管的噪声2.噪声等效电路噪声等效电路(四)(四)电抗元件的噪声电抗元件的噪声电抗元件的噪声来源于它的损耗电阻电抗元件的噪声来源于它的损耗电阻热噪声热噪声(五)(五)两端口网络的等效输入噪声源两端口网络的等效输入噪声源等效等效串联串联噪声噪声电压源电压源并联并联噪声噪声电流源电流源输入端输入端短路短路,将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值,将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值输入端输入端开路开路,将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值,将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值例例11:
如图所示,场效应管放大器的场效应管输出噪声电流为如图所示,场效应管放大器的场效应管输出噪声电流为负载电阻负载电阻的热噪声的热噪声解:
解:
(11)首先求放大器的增益首先求放大器的增益放大器交流等效电路如图示,放大器交流等效电路如图示,电压增益电压增益
(2)求放大器总输
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- 通信 射频 电路 系统 噪声 非线性