AM信号的最佳干扰波形设计

孙玉虹

(山西大众电子信息产业集团有限公司，山西 太原 030024)

通信干扰方总是试图用最小的代价达到破坏敌方的无线电通信的目的。所谓的最小代价归根到底就是使用的干扰功率最小，且在该干扰功率的作用下，通信接收机的解调输出信噪比已降低到使之无法进行正常的话音通信，或者通信接收机的解调误码率已上升到足够大，致使数据通信被迫中断[1]。对于不同的通信体制或不同的通信信号，达到有效干扰所需要的干扰压制系数ki是不一样的。压制系数越小，所需的干扰功率就越小。所谓的最佳干扰理论就是针对不同的通信体制或通信信号，寻求与之相适应的、能使压制系数达到最小的干扰样式的理论[2]。本文从AM信号的调制与解调理论入手，采用MATLAB仿真分析AM信号的最佳干扰。

1 AM调制解调的原理

1.1 AM调制原理

幅度调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。信号的时域和频域一般表达式分别为：

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)为调制信号；Sm(t)为已调信号；h(t)为滤波器的冲激响应；M(ω)为调制信号m(t)的频谱；ωc为载波角频率。

若假设滤波器为全通网络(H(ω)=1)，调制信号m(t)叠加直流A0后再与载波相乘，则输出的信号就是常规双边带调幅(AM)信号。

则AM信号的时域和频域表示式分别为：

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为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即m(t)=0。

AM信号的典型波形和频谱分别如图1(a)、(b)所示，图中假定调制信号m(t)的上限频率为ωH。显然，调制信号m(t)的带宽为Bm=FH。

图1 AM信号的波形和频谱

由图1(a)可见，AM信号波形的包络与输入基带信号m(t)成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足A0≥|m(t)|max，否则将出现过调幅现象而带来失真。

由频谱图可知，AM信号的频谱SAM(t)是由载频分量和上、下两个边带组成。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。故AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即

BAM=2Bm=2FH.

(5)

式中:Bm=fH为调制信号m(t)的带宽；fH为调制信号的最高频率。

1.2 AM信号的解调

调制过程的逆过程叫做解调。AM信号的解调是把接收到的已调信号SAM(t)还原为调制信号m(t)。AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。

1) 相干解调

由AM信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。

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

(6)

由式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项分离，无失真的恢复出原始的调制信号:

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

(7)

相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的载波[3]。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。

2) 包络检波法

由SAM(t)的波形可见，AM信号波形的包络与输入基带信号m(t)成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。

图2为串联型包络检波器的具体电路及其输出波形，电路由二极管D、电阻R和电容C组成。当RC满足条件:1/WC<

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

(8)

包络检波器输出的信号中，通常含有频率为ωc的波纹，可由LPF滤除。

图2 串联型包络检波器电路及其输出波形

包络检波法属于非相干解调法，其特点是：解调效率高，解调器输出近似为相干解调的2倍；解调电路简单，特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实现难度。故几乎所有的调幅式接收机都采用这种电路。

2 AM信号的最佳干扰理论

任意调幅通信信号为:

SAM(t)=[A+m(t)]cos(ωct+φs).

(9)

式中:m(t)为基带信号；A为直流成分；ωc为载波频率。

干扰信号的一般形式可写成：

j(t)=J(t)cos[ωjt+φj(t)].

(10)

式中:J(t)为干扰振幅;ωj为干扰载频，φj(t)为干扰相位。并假设干扰能够通过接收机的通带而不被抑制。

综上分析可以得出结论：对AM信号的最佳干扰为噪声调频干扰，为使调频信号带宽与AM信号相适应，应采用窄带调频即调频指数mf<<1,此时的调频信号带宽与AM信号带宽是一样的。但考虑到干扰信号载频与通信信号载频不可能完全一致，为使干扰信号能量全部进入解调输出滤波器，调频干扰信号带宽应适当减小。

3 Matlab下对AM信号干扰的仿真分析

AM信号：SAM(t)=[A+m(t)]cosωct

干扰信号：j(t)=J(t)cos[ωjt+φj(t)]

1) 单频干扰

图3所示为单频干扰干信比sjr分别为0.1和10的仿真数据：

图3 单频干扰干信比为0.1和10时干扰结果

由上述比较可得：在对AM信号进行单频干扰时，当sjr分别为0.1和10时，干扰对信号的影响程度几乎一致，所以说当干信比增大时，干扰对信号的影响程度不大，说明单频干扰不易产生好的干扰效果，所以，对AM信号不宜采用单频干扰。

2) 调幅干扰

图4所示为调幅干信比sjr分别为0.1和10的仿真数据：

图4 调幅干扰干信比为0.1和10时干扰结果

由上述比较可得：在对AM信号进行调幅干扰时，当sjr分别为0.1和10时，干扰对信号的影响程度逐渐减小，所以说当干信比增大时，干扰对信号的影响程度逐渐减小，可见，在调幅干扰中，AM信号的调制深度越深，其抗干扰能力越强；同样AM干扰信号的调制深度越深，其干扰能力也越强。所以，对AM信号不宜采用调幅干扰。

3) 双边带干扰

图5所示为双边带干扰干信比sjr分别为0.1和10的仿真数据：

图5 双边带干扰干信比为0.1和10时干扰结果

由上述比较可得：在对AM信号进行双边带干扰时，当sjr分别为0.1和10时，干扰对信号的影响程度逐渐减小，所以说当干信比增大时，干扰总是可以压制信号，可见，双边带干扰和调幅干扰相比具有更好的干扰效果。所以，对AM信号的干扰，双边带干扰样式是一种相对比较好的干扰样式。

4) 调频干扰

图6所示为调频干扰干信比sjr分别为0.1和10的仿真数据：

图6 调频干扰干信比为0.1和10时干扰结果

由上述比较可得：在对AM信号进行调频干扰时，当sjr分别为0.1和10时，干扰信号总是可以压制信号，所以说当干信比增大时，干扰对信号的影响程度逐渐减小，可见，在调频干扰中，干扰信号总是可以压制信号[4]。所以，对AM信号的干扰，调频干扰样式是一种相对比较好的干扰样式。

需要指出的是，对于AM信号虽然双边带干扰样式与调频干扰样式的效果是一样的，但由于双边带干扰不是等幅波，其峰值功率将在很大程度上受限于干扰发射机。所以，实际中对AM干扰使用最多的还是调频干扰样式。

由以上仿真结果及结论可以得出：对AM信号的最佳干扰为噪声调频干扰[5]。