第４５卷 第４期 河南农业大学学报 Ｖｏ１．４５ ＮＯ．４ ２０１１拄 ８月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｎａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ａｕｇ． ２０１１ 文章编号：１０００—２３４０（２０１１）０４—０４５９—０４ Ｓ 基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ的抗干扰ＡＭ通信系统设计 ｈ ｏ Ｏ Ｏ Ｃ 刘博文 ｏ ｎ （北京理工大学计算机学院，北京１０００８１） ｐ Ｕ ｅ 摘要：分析了抗干扰ＡＭ通信系统原理和抗干扰的方法，并利用Ｍｕｈｉｓｉｍ虚拟仿真软件为试验平台，设计抗干扰 Ｂ ｅ ～Ｕ ＡＭ通信系统电路，利用Ｍｕｌｔｉｓｉｍ提供的示波器模块和频谱分析模块，分别对ＡＭ调制波和干扰抑制后的解调波 ｎ ｇ 进行了波形和频谱分析．结果表明，Ｍｕｈｉｓｉｍ在通信电路仿真中具有快速、准确、灵活的优点，而且所设计的自适 ｎ 应陷波器能够有效的抑制ＡＭ通信系统中的单频连续波干扰． 关键词：抗干扰；陷波器；通信；Ｍｕｈｉｓｉｍ 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标志码：Ａ ㈨ ｗ Ｔ ｅ ｅ ｎ Ｃ ｈ ｎ Ｏ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ ＡＭ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓ０ ｇ Ｖ， ｅｄ ｏｎ Ｍｕｌｔｉｓｉｍ Ｂ ｅ —Ｕ ｎ ｇ Ｏ ０ ０ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｄｅｒ ｂａｎｄ、ｓｍａｌｌｅｒ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ａｎｔｉ—ｊａｍｍｉｎｇ ｐｅｒ８ ｆｏｒｍａｎｃｅ ａｒｅ ｔｈｅ ｋｅｙ ｉｎ－ ｄｅｘｅｓ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＡＭ）ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔｓ ｐｒＣ ｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｈ ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｎ ａ ｅｄ ｏｎ Ｍｕｈｉｓｉｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｗａｖｅｓ ａｎｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｏｓｅｉｌ— ｌｏｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａ— ｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｍｏｒｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ，ｍｏｒｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ａｎｄ ｑｕｉｃｋｅｄ ｕｓｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｓｉｍ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｄａｐ－ ｔｉｖｅ ｎｏｔｃｈ ｆｉｌｔｅｒ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｕｐｐｒｅｓｓ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅｔｏｎ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ＡＭ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｎｔｉ—ｊａｍｍｉｎｇ；ｎｏｔｃｈ ｆｉｌｔｅｒ；ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 调频（ＦＭ）广播以其优越的高保真性能进入了 多种多样的 ，从干扰的频谱特点来看，可分为单 发展的全盛期，受到人们的喜爱．但事实上调幅 频、多频、瞄准式、阻塞式、扫频式干扰等；从波形连 （ＡＭ）广播也有许多地方优于ＦＭ广播，如传播距 续上分又可分为连续波干扰和噪声间断式干扰．本 离远，无静区以及夜间可以获得大面积覆盖等．目 研究设计了ＡＭ通信系统虚拟电路，并增加了陷波 前绝大多数ＡＭ收音机的收音效果较差，生产高保 滤波器电路以抑制来自相邻频道或人为发射的单 真度的ＡＭ收音机有以下３个方面的困难：制造一 频连续波干扰．通过波形分析验证了所设计电路的 个低失真的包络检波器，生产具有宽自动增益控制 正确性，抗干扰性，提高产品的保真度，为ＡＭ通信 范围的低失真射频放大器和中频放大器，以及提供 在干扰情况下的电路分析提供了参考． 足够的选择性以抑制无用信号，同时又保持拥有足 够频带宽度使有用信号具有良好的频率响应．即生 １ 抗干扰ＡＭ通信系统的设计 产频１带宽、失真小和抗干扰性能好的ＡＭ收音 １．１抗干扰ＡＭ通信系统设计流程 机．在实际工作中，无线电接收设备受到的干扰是 Ｍｕｈｉｓｉｍ用软件的方法虚拟电子与电工元器 收稿日期：２０１１—０２—１２ 作者简介：刘博文，１９９０年生，男，河南民权人，硕士研究生，从事信息系统研究 河南农业大学学报 第４５卷 件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即 元器件”和“软件即仪器”．应用Ｍｕｈｉｓｉｍ可以进行 模拟电路、数字电路、模数混合以及射频电路的仿 真，其高频仿真和设计环境是众多通用电路仿真软 接收机都采用这种电路．图２为串联型包络检波器 的具体电路 ．图２表明，当输入电压大于电容上 电压时，电容充电；输入电压小于电容器上电压时， 电容放电，充电快，放电慢；达到平衡时，电容上的 件所不具备的． 本研究建立的通信系统包括发射、接收和陷波 电压将会不失真地跟随已调波的包络线变化，再经 隔直就会输出调制波信号． 滤波３部分．调幅方式常规ＡＭ调制，解调方式采 当ＲＣ满足条件ｌ／∞ ＜＜ＲＣ＜＜１／ｔｏ 时，包络 检波器的输出基本上与输入信号的包络变化呈线 用常用的包络检波器．假设通信系统中存在的干扰 是单频连续干扰，并已知ＡＭ通信系统的载波频 率，这样就可对接收到的信号进行频谱分析，定位 干扰信号频率，并采用陷波滤波的方法进行干扰抑 制．因此该陷波滤波器能够跟踪干扰信号频率的变 化，是自适应的． １．２ ＡＭ调制与解调原理 ＡＭ的数学模型如图１所示．图１表明，ｍ（ｔ） 为基带信号，它可以是确知信号，也可以是随机信 号，但通常认为平均值为０．载波为 Ｃ（ｔ）＝Ａ。ＣＯＳ（ ｔ＋ 。） （１） 式中：Ａ。为载波振幅； 为载波角频率； 。为载波 的初始相位． 州（ｆ） ｓ Ｍ（１１ Ａ ０ ＣＯＳ（∞ ｆ十咖） 图１ ＡＭ信号的数学模型 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ＡＭ 图２ 串联型包络检波器电路 Ｆｉｇ．２ Ｓｅｒｉｅｓ ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ 由图ｌ，ＡＭ信号的时域表达式为 Ｓ ＾ｆ（ｔ）＝［Ａ。＋ｍ（ｔ）］ｃｏｓ（（￡， ｔ＋ 。） （２） 为分析问题的方便，令ｔｐ。＝０． ＡＭ解调的方式有相干解调与非相干解调．相 干解调适用于各种线性调制系统，在模拟通信系统 中，非相干解调指的是包络检波．所谓包络检波就 是在接收端解调信号时不需要本地载波，而是利用 已调信号中的包络信息来恢复原基带信号．因此， 包络检波一般只适用幅度调制（ＡＭ）系统．由于包 络解调器电路简单，效率高，几乎所有的幅度调制 性关系 ，即 ｍ。（ｔ）＝Ａ。＋ｍ（ｔ） （３） 式中：Ａ。≥ｌ ｍ（ｔ）Ｉ…．隔去直流后就得到原信号 ｍ（ ）． １．３ ＡＭ调制与解调电路的设计 利用Ｍｕｈｉｓｉｍ软件设计的ＡＭ调制电路如图 ３，图４所示．图３为二极管平衡调幅电路，其中调 制信号为３ Ｖ，５０ Ｈｚ的正弦信号；高频载波为 ４．５ Ｖ，１ ０００ Ｈｚ的正弦信号；负载为２个ｌ ｋｏｈｍ的 电阻．图４为平衡调幅电路输出波形． 图３二极管平衡调幅电路 Ｆｉｇ．３ ＡＭ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｉｏｄｅ ｂａｌａｎｃｅｄ 图４平衡调幅电路输出波形 Ｆｉｇ．４ Ｂａｌａｎｃｅｄ ｏｕｔｐｕｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ 利用Ｍｕｈｉｓｉｍ软件设计的ＡＭ解调制电路如 图５，图６所示．包络检波电路见图５，检波电路输 出波形见图６． １．４陷波器电路设计 如果ＡＭ通信系统中存在干扰，且该干扰进入 第４期 刘博文：基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ的抗干扰ＡＭ通信系统设计 ４６ｌ 接收机的带宽范围，势必影响ＡＭ解调信号的纯 度．因此有必要引入其他的干扰抑制措施提高系统 的抗干扰能力．频域干扰抑制技术利用了干扰信号 和ＡＭ信号在频率分布上的差异，在接收端，将接 收到的信号和干扰由时域变换到频域，检测出于扰 的位置，按照阈值设置的门限将受干扰的子带置 零，而后将信号反变换回时域进行解调等处理．频 域干扰抑制技术的抗干扰能力取决于干扰位置检 查、干扰阈值选择、子带置零算法，一般采用解调后 输出信噪比衡量．本研究假设ＡＭ通信系统中存在 的干扰为单频连续波干扰，其频率与ＡＭ信号的载 波频率不相等．这时可采用陷波滤波法进行滤除． 图５包络检波电路 Ｆｉｇ．５ Ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ 图６检波电路输出波形 Ｆｉｇ．６ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｕｔｐｕｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ 滤波是在线路中插入一种网络，该网络的转移 阻抗是频率的函数，它使有用的频谱分量（如信 号）能够顺利通过，而限制无用的频谱分量（如噪 声、信号的谐波及边带）的通过．这些网络可以由 ＲＬＣ元件或ＲＣ元件构成无源滤波器，也可以由 ＲＣ元件和有源器件构成有源滤波器． 图７为阻带频率为６０ Ｈｚ带阻滤波器电路．图 ８为带阻滤波器频谱． 图７带阻滤波器电路 Ｆｉｇ．７ Ｂａｎｄ－ｓｔｏｐ ｆｉｌｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ 图８带阻滤波器频谱 Ｆｉｇ．８ Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｂａｎｄ ｓｔｏｐ ｆｉｌｔｅｒ ２抗干扰ＡＭ通信系统仿真分析 由ＡＭ调制电路、解调电路和陷波电路组成的 抗干扰ＡＭ通信系统电路如图９所示 ．图９表 明，左上调幅电路中调制信号为３ Ｖ，５０ Ｈｚ正弦信 号．干扰信号为１ Ｖ，６０ Ｈｚ正弦信号．调制信号、干 扰信号和已调信号波形见图１０．受到干扰的已调 信号、陷波后的已调信号以及解调信号与调制信号 的比较见图１１．图１１表明所设计的陷波器基本上 把干扰信号全部滤除，陷波后的信号与调制信号相 比失真很小．这表明设计电路的正确性． ０ ５３ Ｆ ０ ５３ ＨＦ 图９抗干扰ＡＭ通信系统电路 Ｆｉｇ．９ Ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃｉｒｃｕｉｔ ＡＭ ４６２ 河南农业大学学报 第４５卷 ｝ 一｝ ｆ： ｒ ： ＼： ＼ ｒ ：／＼ ｒ ｒ Ｉ —／ ＼： ／ 、 ／ ／＾＼ 八 《 Ｉ Ｉｉｌ ‘ｉｉ 【ＩＩ．， ＩＩＩｌ ｆ ｆ．Ｉ ｒ＼ ／ ＼Ｖ ／ ＼／ ≯ Ｖ ：√ ０ ＼／ ｌ ｌＩ 。ＩＩ 嘲 １１’ ’’ｌｌ ‘ 量 腧目嬲薯 ‘ｊ ｐ越＾ ｔ． ．ＶＪＩ－ Ｉ ～３ ¨一 凰到薯 …ｌｉ ■．－ 遭 瓣面寻 ｌｌ… 茹Ｉ 柳 摹、毒 扫埘 …一ｌ ｌ。誊、镐。 簪确 ｜… ０ ｌ倒 』｜ｌＩｆ固踊 ｉ ｎ、肘 缸Ｖ 。，瞄Ｆ 惭 ＩｌＪ妻Ｖ Ｉ ： ｌ， 附 咄 ： …｜ 鼍褂均ｐ ｔ 隔剧 ・ ｌｔ一 酬ｏ ｖ￣ｌＯＯ ０ ｌ ； 国酬¨ Ｉ ‰Ｉ－ ｌ 呻・ Ｔ ｌ¨ １． 磷 Ｉ＋＊ｒｔｅｅ＋＋、 鞠ｌ。Ｉ ｌ到 鎏 Ｉ 旦Ｊ簿ｑ ｌ Ｉ Ｆ Ｆ ｌ，ｍ－＋ ｌ瞄 Ｉａｒｉ＂ 酬 ． Ｉ釉Ｊ 型 ａ．正弦调制信号波形 ｂ．干扰信号波形 ｃ．已调信号波形 ａ．Ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｂ．Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｃ．Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ 图１０输入信号和已调信号波形 Ｆｉｇ．１０ Ｉｎｐｕｔ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｌＩ ｎ／ ＼／、＼ ／ ， ／ ㈣ｌ。】 Ｉ｝Ｊｌ １ ｊ １ｔＩ Ｉ 。ｌ Ｉ。 Ｉｆ ｊ ／ 、 ＼／ 矧 ” ： ｒ Ｕ” ’ ｔ ｌ’ ｌ Ｕ ｌ＿’ ‘ ｌ１ ｌｆ １’ Ｉ１ ｛ｔ ｌ ｔ ＼√ ＼ Ｌ ｑ§Ｉ 厢蕊冈 ｐ¨ｖ、矗 槐 ．■ １＂ ｜ Ⅷ ＼１ 薯 ｉ ｔ，Ｉ ＩＡ Ｉ．ｇＶ ∞嘶Ⅵ ＾帕ｌ ｓｑ ｄ．Ｉ嘲１５ ｌ 碾魁薯 ～ 墉Ｉ ｜¨Ｖ Ｏ｜ＪＩＶ、 照 撇 ０ Ｉｌ辘ＩＩ ＾ｖ ｎ—Ｉ 丽霜ｊ ｉ 忙． ｈ ～１２嘶 Ｉ６；盐誊 Ｅ珞 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