AM信号正交解调方法的性能分析

AM信号正交解调方法的性能分析

【摘要】本文对AM信号正交解调方法进行了介绍，对其进行了性能仿真分析，尤其是对抗载频失配性能进行了重点分析，推导了AM信号正交解调允许的最大载波频偏max。

【关键词】AM信号；正交解调；载波频偏

1.引言

AM调制是短波和超短波通信中的一种主要的调制方式，它具有实现简单的特点，在日常的广播通信中得到广泛应用。

AM信号可用非相干解调（包络检波）和相干解调（同步检测）两种方法进行解调，非相干解调实现简单，使用比较广泛，但是抗噪声性能较差，在输入信噪比较低的情况下，解调急剧恶化，出现“解调门限”现象；而相干解调则有较强的抗噪性能，也不存在解调门限的问题，但要求严格的同频同相载波进行相干解调，这就需要使用复杂的载波恢复过程来实现严格的载波同步，而往往在实现中载波频率估计不是十分精确，容易造成载频失配问题，导致解调严重失真[2]。

为此，采用软件无线电思想中通用的正交解调发对AM信号进行解调，可以在保留相干解调较强抗噪性能并且不增加实现复杂性的前提下，较好的解决载频失配导致的解调失真问题。

2.基于正交解调的AM解调方法

基于正交解调的AM解调框图如图1所示。

令解调端接收AM信号为：

其中，表示调制载波的幅值，表示调制信号，表示调制载波角频率，表示调制载波的初始相位，表示调幅指数，通常。

令接收端本地载波角频率为，相位为，对接收AM信号进行正交分解，得到同相和正交分量：

式中为高频谐波，经过低通滤波器后将被滤除，为低频谐波，经低通滤波后将被保留，从而得到滤波后的信号为：

其中为角频率偏差，对同相和正交分量平方之和开方的2倍可得：

经隔直滤波后滤除直流分量即可得到调制信号，从而成功的避开了角频率偏差的影响实现AM的不失真解调，但是也需要在一定的范围才能保证整个算法

的正确性，这一点将在本文第三节进行详细分析。

3.性能分析及计算机仿真

3.1 解调门限和输出信噪比增益

AM解调的性能通常由解调门限和输出信噪比增益来衡量。非相干解调因为包络信号和噪声的非线性关系存在解调门限的问题，而相干解调则不受非线性关系的影响，因此不存在解调门限的问题[1][3]。

非相干解调在大信噪比情况下理论上最大输出信噪比增益为Gmax=2/3，而在小信噪比情况下由于包络检波器会把有用信号扰乱成噪声，输出信噪比增益急剧恶化；而相干解调不受信噪比的影响，理论上最大输出信噪比增益为Gmax=2/3[1][3]。正交解调方法具有和相干解调相同的抗噪声性能，因此也不存在解调门限的问题，输出信噪比增益最大为Gmax=2/3，具体推导在这里不再赘述。

3.2 抗载频失配能力

根据本文第二节的介绍知道正交解调解决了相干解调因载频估计不准导致的解调失真问题，但是角频率偏差也不能任意大，因此，在正交解调AM信号时，最大频率偏差max可用来衡量此算法的抗载频失配能力。

为了分析方便，我们假定调制信号为一个调制频率为的正弦波，则式（1）、（2）中正交分解后的高频谐波分量可以表示为：

低频谐波分量可以简化表示为：

要想不失真恢复出原始信号，需要高频成分被滤掉并且保留低频成分，也就是说高频成分中的最低频率与低频成分中的最高频率不能混叠，则有：

因此AM解调中允许最大的频率偏差：max=，图2、3、4、5中（a）图示为正交分解后的同相分量频谱图，（b）图示出低通了滤波后的同相分量频谱图，（c）图示为AM解调数据。从图2、3中可以看出，当max时（如图5所示），高频成分和低频成分已经严重混叠，AM解调数据严重失真。

4.结论

本文通过对AM信号正交解调方法的性能分析，重点探讨了载频失配对AM 解调的影响，并对允许的最大载频偏差进行了分析推导，为AM解调实现提供了性能改善的依据。本算法已经通过VHDL语言和C语言设计验证，取得较好的应用效果。

参考文献

[1]樊昌信，等.通信原理（第四版）[M].北京：国防工业出版社，1995.

[2]杨小牛，等.软件无线电原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2001.

[3]Leon W.Couch.数字与模拟通信系统（第六版）[M].北京：电子工业出版社，2005.