幾種AM信號數(shù)字化解調算法比較

摘要：數(shù)字信號與模擬信號相比有很多優(yōu)點，因此信號的數(shù)字化處理應用越來越普遍。作為常用信號，幅度(AM)調制信號的數(shù)字化處理也會得到更廣泛的運用。通過研究3種AM信號數(shù)字化解調的算法，給出相應的解調原理、公式推導以及系統(tǒng)模塊；采用Matlab對一段信號采用3種方法分別進行仿真解調，并對結果進行比較。在原理分析與仿真結果的基礎上，通過比較獲得3種方法各自的優(yōu)缺點及應用場合，具有清晰明了的特點。
關鍵詞：幅度調制；數(shù)字解調；解調算法；Matlab

0 引言
在目前的通信中，因數(shù)字信號與模擬信號相比有易于存儲，可靠性高等優(yōu)點，而得到了越來越廣泛的應用，數(shù)字體制開始逐步取代模擬體制。許多以往的模擬信號處理部分現(xiàn)在正逐步被數(shù)字化變換取代，從而能夠進行數(shù)字信號處理。
幅度調制(AM)方式是常見的信號調制方式之一。其原理是用調制信號去控制有用信號的幅度，使之隨調制信號作變化。它的模擬解調方法有兩種：相干解調和包絡解調(非相干解調)。相干解調也叫同步檢波，是通過接收端提供與接收的已調AM信號載波嚴格同步的相干載波，使其與接收的已調信號相乘后，取出低頻分量得到基帶信號。包絡檢波是通過整流器和低通濾波器直接從已調波的幅度中提取原調制信號。
AM信號的數(shù)字化解調不能使用模擬器件，因而只能采用數(shù)字器件實現(xiàn)解調。目前采用的主要是數(shù)字化正交解調器，本文闡述了其原理及局限性，并探討了另外兩種數(shù)字解調的方法，對這3種方法進行了比較。

1 傳統(tǒng)正交解調法
AM信號數(shù)字化解調中廣泛采用的是數(shù)字正交解調法解調，解調框圖如圖1所示。

收到的已調信號采樣值為：
S(n)=A(n)cos(2πfcn+φ)， -∞≤n≤+∞
式中：A(n)為包含有用信息的調制信號；fc為載波頻率；φ是初相。采樣后信號與正交的兩路本振信號直接相乘，然后經(jīng)濾波器輸出。該濾波器帶寬取決于基帶信號帶寬，從而得到I／Q兩路正交信號：


采用正交解調獲得I／Q兩路正交信號時，可以較容易地獲得信號的三個特征：瞬時幅度、瞬時相位和瞬時頻率，它們都是信號識別解調的基礎。理想情況下，數(shù)字正交解調精度高，誤差小。但其存在很大的局限性，在解調過程中需要本地恢復載波，往往需要用到數(shù)控振蕩器或鎖相環(huán)等器件，電路很復雜，因其恢復本地載波效果直接關系到最后的輸出效果及誤差，所以對器件要求較高，非常耗費資源。

2 AM信號數(shù)字化包絡解調
傳統(tǒng)方法在提取所需本地載波時需要的器件和電路非常復雜，在數(shù)字器件處理中可能會引入系統(tǒng)誤差，甚至使信號失真。因數(shù)字信號處理比較靈活，可以利用一種算法實現(xiàn)AM信號的數(shù)字化包絡解調，而將大大簡化電路。
在AM信號調制中，有用信號包絡是由各個幅值點支撐起來的，因此該算法通過采樣得到幅值點來獲得信號包絡，實現(xiàn)起來較簡單。假設載波頻率為fc，信號采樣率為fs，則在一個載波周期內(nèi)應該有個采樣點，n取使|fc-nfs|最小的正整數(shù)。在所有這些采樣點中存在一個有用信息的幅值點，將存在于所有載波周期內(nèi)的這些幅值點取出，就可得劐幅度信號包絡。通過對每個載波周期內(nèi)的采樣值統(tǒng)計，在周期末輸出這個周期內(nèi)的最大值，可以很方便地對各幅值點之間不等間隔采樣的零值作處理，且可降低倍采樣速率。最后對輸出的各個幅值點進行曲線擬合，即可得到調制信號的表達式。
載波周期末輸出幅值和實際幅值會產(chǎn)生時間上的偏差，引入的相位誤差為，一般載波頻率和采樣率都比較大，調制信號頻率遠小于采樣率，則此相位誤差很微小，通過曲線擬合更是可以忽略不計。如果一個載波周期內(nèi)采樣點數(shù)為整數(shù)時，幅值點的出現(xiàn)具有周期性，則每個周期的幅值點出現(xiàn)對應的樣點數(shù)相同，可對幅值點計數(shù)獲得固定相差，對調制信號修正。當一個載波周期內(nèi)采樣點數(shù)為非整數(shù)時，載波周期樣點數(shù)應選擇靠近實際值的整數(shù)中較小的數(shù)，以避免單周期內(nèi)出現(xiàn)兩個幅值而造成包絡失真。這種解調方法原理簡單，實現(xiàn)起來較容易，且設備資源消耗少，但由于是基于包絡的檢波，它對于噪聲的抑制作用較弱。AM信號數(shù)字化包絡解調框圖如圖2所示。