通信射频电路系统噪声和非线性.ppt
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通信射频电路系统噪声和非线性.ppt
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第一章通信系统噪声和非线性特性(书中第二章),电子科技大学游长江,无线通信收发机前端结构示意图,本章主要内容:
一、基本信号通信最基本的信号为正弦(余弦)信号。
理想单频正弦信号的数学表征如下:
V(t)=V0Sin(2f0t+0)=V0Sin(t)V0为正弦时变信号的峰值(电压)f0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)(t)为正弦时变信号的相角,&1.1基础知识,二、调制信号,在实际通信系统中V(t)称为载波信号,其f0决定了通信系统实际工作的频段(波段)。
V(t)有一个t变量,三个参量(V0,f0,0)实现通信(信息传输)需将信息基带信号调制在V(t)中三个参量上,得到已调制载波信号(已调信号)。
三、调制信号种类,模拟调制信号(调幅、调频、调相、复合调制)数字调制信号(调幅、调频、调相、复合调制),1.对V0进行调制(AM/ASK)中波广播2.对f0进行调制(FM/FSK)超短波调频广播3.对0或(t)进行调制(M/MPSK/MSK/GMSK,间接调频)GPS,GSM,PLRS4.复合调制对二个以上参量同时进行调制(AM+M,QAM)短波SSB通信,WLAN,香农(C.E.Shannon)信息容量极限理论I=Blog2(1+S/N)或I=3.32Blog10(1+S/N)I为信息容量,单位b/s,B为通信系统信号带宽,单位Hz,S/N为信噪功率比。
决定通信系统性能(信息容量,质量)的两个重要参数:
通信系统信道带宽和通信信号信噪比(干扰噪声功率谱)!
四、信息论,从而可确定一个通信系统在确定的信噪比条件下传送给定信息容量(数据量),需要多大的系统信道带宽。
香农公式可改写为:
香农公式还可改写为:
可以确定一个通信系统在确定带宽条件下传送给定信息容量(数据量),需要多大的信噪比。
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。
实际通信系统通信带宽B主要取决于信道“中放”带宽。
任何通信系统不能无失真地传输频率变化范围大于信道带宽的信号。
语音电话信号带宽:
3KHz,有线电话信道带宽约为2.7KHz高保真FM音乐信号带宽:
200KHz电视信号带宽:
6MHz,有线电视信道带宽带宽约为4.5MHz信息信号愈复杂,其带宽就愈大。
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的重要指标之一!
SNRS/N=Ps/PnPs信号功率(W)Pn噪声功率(W)Pn是指落入通信通带范围内噪声的总功率。
SNR=10log10(Ps/Pn)dB,在理论分析中信号功率容易确定,噪声是随机的,不确定的,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。
六、信噪比,&1.2无线通信系统噪声及效应,A.电路与系统的噪声来源电阻内电子的热运动有源器件(晶体管)中电荷粒子的随机运动外界的干扰信号,B.电路与系统的噪声种类电阻的热噪声PN结的散粒噪声,MESFET的闪烁噪声干扰信号,C.电路与系统的噪声效应降低信号的信噪比;降低接收机的灵敏度;增大误码率;提高解调器的最低门限;干扰正常通信,D.噪声信号的特征参量噪声信号频谱(窄带,宽带,白噪声)噪声功率谱(SI/V(f),单位:
dBm/Hz等效噪声带宽,一.起伏噪声,描述起伏噪声的几个重要概念:
频带内的功率:
和代表单位电阻上的功率,(3)等效噪声带宽,白噪声:
是常数,白噪声通过线性系统,噪声通过线性系统,等效噪声带宽定义,系统总输出噪声,(B为系统带宽),二.电路器件的噪声,4.额定噪声功率,条件:
噪声源与系统匹配,3.有噪电阻的串并联,1.基区电阻热噪声白噪声,2.散粒噪声功率谱密度,1.沟道电阻热噪声,3.闪烁噪声噪声,
(二)双极型晶体管的噪声,3.噪声等效电路,(三)场效应管的噪声,2.噪声等效电路,(四)电抗元件的噪声,电抗元件的噪声来源于它的损耗电阻热噪声,(五)两端口网络的等效输入噪声源,解:
(1)首先求放大器的增益,放大器交流等效电路如图示,,电压增益,
(2)求放大器总输出噪声,求:
该放大器对应的等效输入噪声源和,(4)求等效输入噪声电流源,输入端开路,此时输出端的噪声均由产生:
则,(3)求等效输入噪声电压源,输入端短路,此时输出噪声均由产生,则:
和是相关的,三.噪声系数,1.噪声系数定义,2.噪声系数与等效输入噪声源的关系,1,对噪声系数的理解,例2:
图示的两端口网络只是一个电阻,求该网络的噪声系数。
解:
根据公式,该网络的电压增益为:
等效噪声电路如图,根据噪声系数定义有:
与功率最大传输共轭匹配不同,在带宽B内输出噪声电压均方值为:
3.无源有耗网络的噪声系数,根据噪声系数的定义,结论:
无源有耗网络的噪声系数在数值上等于它的损耗,信号源内阻产生的额定噪声功率为,输出电阻产生的额定噪声功率为,四.等效噪声温度,条件:
有噪线性网络、产生白噪声、匹配,1.等效噪声温度定义,定义:
将网络视为无噪,其内部噪声折合到输入源端,视为由某电阻在温度时产生的白噪声,有噪网络输出噪声和等效噪声温度的关系,2.等效噪声温度与噪声系数的关系,设网络为无噪,总输入噪声为,信号源输入噪声为:
总输出噪声为,五.多级线性网络级联的噪声系数,第二级输出噪声功率是:
求:
总噪声系数、等效噪声温度,两级总的输出噪声功率又可表示为,所以,多级线性网络级联总噪声系数,2.增大第一级的增益可以减少后级对系统噪声系数的影响,解:
例3:
两级级连电路,NF1=2dB,Gp1=12dB,NF2=6dB,Gp2=10dB,求总的噪声系数NF。
一.非线性器件的描述方法,
(1).用解析函数描述,&1.3无线通信系统非线性及效应,差分放大器,双曲正切函数,
(2).幂级数描述,代入,(3).分段折线描述,适用条件:
大信号输入,差分放大器,2.线性化参数,适用条件:
输入为小信号,dB与dBm,dB表示的量是无量纲的,是比值。
电压比的系数是20,功率比是10,注意,a.dB,当输入输出阻抗相同时,b.dBm与dBmV,采用dB的优点,注意,dB与dB可加减,但不能乘除,dBm与dBm不可相加,但可以相减,结果为dB,二.器件非线性的影响,研究有源器件的非线性对线性放大器的影响,研究内容出现的现象、名称定义、衡量性能的指标。
1.输入端仅有一个有用信号,
(1).谐波(harmonics),放大器输入,输出电流,
(2).增益压缩(GainCompression),特点:
考虑对基波分量的影响(只考虑到三次方),基波增益:
输出电流:
线性非线性,仅与放大器工作点不仅与工作点有关有关而且与输入信号幅度有关,跨导,基波电流,常数与信号幅度有关,增益,线性增益,与器件类型和放大器工作点有关,增益1dB压缩点计算:
2.输入端有两个以上信号,设输入两个信号:
由于非线性,问题:
对基波输出有什么影响?
基波分量:
(仅考虑到三次方),二次方产生的组合频率,三次方项产生的组合频率为,
(1).堵塞(Blocking),平均基波跨导,指标强信号堵塞60dB70dB,
(2).交叉调制(CrossModulation),交叉调制现象:
干扰信号幅度转移到有用信号幅度上,结果:
当有用信号是调幅波时,解调后,会听到干扰台的串话音,输出有用信号基波,(3).互相调制(Intermodulation),输入状况:
两等幅输入信号的频率、比较接近,输出电流,互调失真衡量指标,a.互调失真比输出互调与输出基波之比,设(即输入信号较小,可忽略增益压缩),互调失真电压幅度比:
互调失真功率比:
b.三阶互调截点(third-orderinterceptpoint),定义:
三阶互调截点为三阶互调功率和基波功率相等的点,互调干扰在射频系统中出现的形式,(接收),1dB压缩点与三阶截点的关系,即增益压缩点的输入(或输出)电平要比三阶截点电平低约10dB,3.多级非线性级级联特性,讨论:
系统总的非线性与每一级的非线性关系,多级公式:
三.非线性器件在频谱搬移中的应用,什么是频谱搬移?
结论:
频谱搬移是产生两信号的和频与(或)差频,理想的频谱搬移电路乘法器,频谱搬移的特点:
被搬移的信号频谱结构不发生变化,非线性器件实现频谱搬移,非线性器件的二次方项就可实现两信号的相乘,存在问题:
非线性器件用于频谱搬移的最大问题是组合频率太多,四.灵敏度与动态范围,1.灵敏度,定义:
在给定接收机的解调器前端所要求的最低信噪比条件下,接收机所能检测的最低输入电平(功率),灵敏度计算,以dB表示,当时,此时灵敏度:
系统的基底噪声越大要求输出的信噪比越高(输出信号质量好),为保证此输出质量所要输入的信号最低电平就越高,即灵敏度越低。
结论:
灵敏度为,2.动态范围,定义方法,已知接收机,求无杂散动态范围的公式,求无杂散动态范围定义中的,由于,最小输入电平取灵敏度,以dB表示的公式,求:
此子系统的无杂散动态范围,代入公式,作业题,pp91-92.2.4,2.5,2.7,2.13,
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- 通信 射频 电路 系统 噪声 非线性
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