加重技术在FM通信系统中的优化

对于线性调制系统,若要增加输出信噪比一般只能通过增加输入信噪比(如增加发送信号功率或降低噪声电平)的办法来获得。对于FM系统可以通过以下三种方法来提高输出信噪比:

(1)提高输入信噪比。

(2)加大调频指数mf,因为输出信噪比与调频指数的立方成正比。

(3)采用加重技术。

在FM系统中采用加重技术,指的是在系统发送端调制器之前接上一个预加重网络,而在接收机解调器之后接上一个去加重网络来实现降低解调器输出端噪声功率的一种方法。带有加重技术的FM系统方框图如图4.7.1所示。图中的预加重网络特性HT(f)和去加重网络特性HR(f)应是互补关系,这样保证了信号不发生变化。

图4.7.1　带有加重技术的FM系统

由于调频信号用鉴频器解调时,输出噪声功率谱密度函数与频率的平方成正比,即

那么,在解调器输出端接一个传输特性随频率增加而下降的线性网络,将高频的噪声衰减,则总的噪声功率可以减小,因此在解调器输出端加此网络(称为去加重网络)。但是,接收端接了HR(f)后,将会对传输信号带来频率失真,因此,必须在调制器前接一个HT(f)来抵消去加重网络的影响。为使传输信号不失真,HT(f)和HR(f)应是互补关系,即应该有

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在FM通信系统中,当满足式(4.7.2)条件后,对于传输的信号整体来说,预加重网络和去加重网络对它是没有影响的,即没有使传输的信号发生变化,而输出噪声却得到了降低,这样提高了FM通信系统的输出信噪比,改善了系统的整体性能。

实际上,预加重是对输入信号较高频率分量的提升;而解调后的去加重则是对较高频率分量的压低。

系统采用加重技术与没有采用加重技术的信噪比改善量可以用下式来衡量:

式中,因为加重和去加重网络的互补关系,它们对信号不发生变化,所以采用加重技术与没有采用加重技术的信噪比的比值就等于未加重时的输出噪声功率与加重后的输出噪声功率之比,也可以说成是去加重网络前与后的输出噪声功率之比。式中分子是未加重时的输出噪声功率,分母是加重后的输出噪声功率。可见,加重后输出信噪比的改善程度和去加重网络特性HR(f)有关。

加重网络特性的选择是一个必须注意的问题。如果高频分量提升得太大,则调频信号的频带宽度将增宽。通常这样选择特性:去加重网络的传输特性的大小,应该以使其输出的噪声功率谱密度具有平坦的特性曲线为准。去加重和预加重网络传输特性的一种选择形式如下:

实际中通常采用图4.7.2(a)所示的RC网络作为预加重网络电路,采用图4.7.2(b)所示的网络作为去加重网络电路。

图4.7.2　预加重和去加重电路

加重技术不但在调频系统中得到了广泛的应用,而且还可以应用在其他音频传输系统和录音系统中。如在录放音设备系统中,广泛应用的杜比(Dolby)系统就采用了加重技术。采用加重技术后,在保持信号传输带宽不变的条件下,可以使输出信噪比提高6dB左右。