孫玉虹

(山西大眾電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

通信干擾方總是試圖用最小的代價達(dá)到破壞敵方的無線電通信的目的。所謂的最小代價歸根到底就是使用的干擾功率最小，且在該干擾功率的作用下，通信接收機的解調(diào)輸出信噪比已降低到使之無法進(jìn)行正常的話音通信，或者通信接收機的解調(diào)誤碼率已上升到足夠大，致使數(shù)據(jù)通信被迫中斷[1]。對于不同的通信體制或不同的通信信號，達(dá)到有效干擾所需要的干擾壓制系數(shù)ki是不一樣的。壓制系數(shù)越小，所需的干擾功率就越小。所謂的最佳干擾理論就是針對不同的通信體制或通信信號，尋求與之相適應(yīng)的、能使壓制系數(shù)達(dá)到最小的干擾樣式的理論[2]。本文從AM信號的調(diào)制與解調(diào)理論入手，采用MATLAB仿真分析AM信號的最佳干擾。

1 AM調(diào)制解調(diào)的原理

1.1 AM調(diào)制原理

幅度調(diào)制是用調(diào)制信號去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化的過程。信號的時域和頻域一般表達(dá)式分別為：

Sm(t)=[m(t)cosωct]*h(t).

(1)

Sm(w)=1/2[M(ω+ωc)+M(ω-ωc)]H(ω).

(2)

式中:m(t)為調(diào)制信號；Sm(t)為已調(diào)信號；h(t)為濾波器的沖激響應(yīng)；M(ω)為調(diào)制信號m(t)的頻譜；ωc為載波角頻率。

若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)(H(ω)=1)，調(diào)制信號m(t)疊加直流A0后再與載波相乘，則輸出的信號就是常規(guī)雙邊帶調(diào)幅(AM)信號。

則AM信號的時域和頻域表示式分別為：

SAM(t)=[A0+m(t)]cosωct=A0cosωct+ m(t)cosωct.

(3)

SAM(w)=ΠA0[δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)]+ 1/2[M(ω+ωc)+M(ω-ωc)].

(4)

式中:A0為外加的直流分量；m(t)可以是確知信號也可以是隨機信號，但通常認(rèn)為其平均值為0，即m(t)=0。

AM信號的典型波形和頻譜分別如圖1(a)、(b)所示，圖中假定調(diào)制信號m(t)的上限頻率為ωH。顯然，調(diào)制信號m(t)的帶寬為Bm=FH。

圖1 AM信號的波形和頻譜

由圖1(a)可見，AM信號波形的包絡(luò)與輸入基帶信號m(t)成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)制信號。但為了保證包絡(luò)檢波時不發(fā)生失真，必須滿足A0≥|m(t)|max，否則將出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而帶來失真。

由頻譜圖可知，AM信號的頻譜SAM(t)是由載頻分量和上、下兩個邊帶組成。上邊帶的頻譜與原調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。故AM信號是帶有載波的雙邊帶信號，它的帶寬為基帶信號帶寬的兩倍，即

BAM=2Bm=2FH.

(5)

式中:Bm=fH為調(diào)制信號m(t)的帶寬；fH為調(diào)制信號的最高頻率。

1.2 AM信號的解調(diào)

調(diào)制過程的逆過程叫做解調(diào)。AM信號的解調(diào)是把接收到的已調(diào)信號SAM(t)還原為調(diào)制信號m(t)。AM信號的解調(diào)方法有兩種：相干解調(diào)和包絡(luò)檢波解調(diào)。

1) 相干解調(diào)

由AM信號的頻譜可知，如果將已調(diào)信號的頻譜搬回到原點位置，即可得到原始的調(diào)制信號頻譜，從而恢復(fù)出原始信號。解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時的相乘運算來實現(xiàn)。

SAM(t)coswct=[A0+m(t)]cos2wct= 1/2[A0+m(t)]+1/2[A0+m(t)]cos2wct.

(6)

由式可知，只要用一個低通濾波器，就可以將第1項與第2項分離，無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號:

M0(t)=1/2[A0+m(t)].

(7)

相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個與調(diào)制器同頻同相位的載波[3]。如果同頻同相位的條件得不到滿足，則會破壞原始信號的恢復(fù)。

2) 包絡(luò)檢波法

由SAM(t)的波形可見，AM信號波形的包絡(luò)與輸入基帶信號m(t)成正比，故可以用包絡(luò)檢波的方法恢復(fù)原始調(diào)制信號。包絡(luò)檢波器一般由半波或全波整流器和低通濾波器組成。

圖2為串聯(lián)型包絡(luò)檢波器的具體電路及其輸出波形，電路由二極管D、電阻R和電容C組成。當(dāng)RC滿足條件:1/WC<

M0(t)=A0+m(t).

(8)

包絡(luò)檢波器輸出的信號中，通常含有頻率為ωc的波紋，可由LPF濾除。

圖2 串聯(lián)型包絡(luò)檢波器電路及其輸出波形

包絡(luò)檢波法屬于非相干解調(diào)法，其特點是：解調(diào)效率高，解調(diào)器輸出近似為相干解調(diào)的2倍；解調(diào)電路簡單，特別是接收端不需要與發(fā)送端同頻同相位的載波信號，大大降低實現(xiàn)難度。故幾乎所有的調(diào)幅式接收機都采用這種電路。

2 AM信號的最佳干擾理論

任意調(diào)幅通信信號為:

SAM(t)=[A+m(t)]cos(ωct+φs).

(9)

式中:m(t)為基帶信號；A為直流成分；ωc為載波頻率。

干擾信號的一般形式可寫成：

j(t)=J(t)cos[ωjt+φj(t)].

(10)

式中:J(t)為干擾振幅;ωj為干擾載頻，φj(t)為干擾相位。并假設(shè)干擾能夠通過接收機的通帶而不被抑制。

綜上分析可以得出結(jié)論：對AM信號的最佳干擾為噪聲調(diào)頻干擾，為使調(diào)頻信號帶寬與AM信號相適應(yīng)，應(yīng)采用窄帶調(diào)頻即調(diào)頻指數(shù)mf<<1,此時的調(diào)頻信號帶寬與AM信號帶寬是一樣的。但考慮到干擾信號載頻與通信信號載頻不可能完全一致，為使干擾信號能量全部進(jìn)入解調(diào)輸出濾波器，調(diào)頻干擾信號帶寬應(yīng)適當(dāng)減小。

3 Matlab下對AM信號干擾的仿真分析

AM信號：SAM(t)=[A+m(t)]cosωct

干擾信號：j(t)=J(t)cos[ωjt+φj(t)]

1) 單頻干擾

圖3所示為單頻干擾干信比sjr分別為0.1和10的仿真數(shù)據(jù)：

圖3 單頻干擾干信比為0.1和10時干擾結(jié)果

由上述比較可得：在對AM信號進(jìn)行單頻干擾時，當(dāng)sjr分別為0.1和10時，干擾對信號的影響程度幾乎一致，所以說當(dāng)干信比增大時，干擾對信號的影響程度不大，說明單頻干擾不易產(chǎn)生好的干擾效果，所以，對AM信號不宜采用單頻干擾。

2) 調(diào)幅干擾

圖4所示為調(diào)幅干信比sjr分別為0.1和10的仿真數(shù)據(jù)：

圖4 調(diào)幅干擾干信比為0.1和10時干擾結(jié)果

由上述比較可得：在對AM信號進(jìn)行調(diào)幅干擾時，當(dāng)sjr分別為0.1和10時，干擾對信號的影響程度逐漸減小，所以說當(dāng)干信比增大時，干擾對信號的影響程度逐漸減小，可見，在調(diào)幅干擾中，AM信號的調(diào)制深度越深，其抗干擾能力越強；同樣AM干擾信號的調(diào)制深度越深，其干擾能力也越強。所以，對AM信號不宜采用調(diào)幅干擾。

3) 雙邊帶干擾

圖5所示為雙邊帶干擾干信比sjr分別為0.1和10的仿真數(shù)據(jù)：

圖5 雙邊帶干擾干信比為0.1和10時干擾結(jié)果

由上述比較可得：在對AM信號進(jìn)行雙邊帶干擾時，當(dāng)sjr分別為0.1和10時，干擾對信號的影響程度逐漸減小，所以說當(dāng)干信比增大時，干擾總是可以壓制信號，可見，雙邊帶干擾和調(diào)幅干擾相比具有更好的干擾效果。所以，對AM信號的干擾，雙邊帶干擾樣式是一種相對比較好的干擾樣式。

4) 調(diào)頻干擾

圖6所示為調(diào)頻干擾干信比sjr分別為0.1和10的仿真數(shù)據(jù)：

圖6 調(diào)頻干擾干信比為0.1和10時干擾結(jié)果

由上述比較可得：在對AM信號進(jìn)行調(diào)頻干擾時，當(dāng)sjr分別為0.1和10時，干擾信號總是可以壓制信號，所以說當(dāng)干信比增大時，干擾對信號的影響程度逐漸減小，可見，在調(diào)頻干擾中，干擾信號總是可以壓制信號[4]。所以，對AM信號的干擾，調(diào)頻干擾樣式是一種相對比較好的干擾樣式。

需要指出的是，對于AM信號雖然雙邊帶干擾樣式與調(diào)頻干擾樣式的效果是一樣的，但由于雙邊帶干擾不是等幅波，其峰值功率將在很大程度上受限于干擾發(fā)射機。所以，實際中對AM干擾使用最多的還是調(diào)頻干擾樣式。

由以上仿真結(jié)果及結(jié)論可以得出：對AM信號的最佳干擾為噪聲調(diào)頻干擾[5]。