SSB單邊帶調(diào)制與解調(diào)

1、陜西理工學院課程設計引言隨著通信業(yè)務的不斷發(fā)展，頻道擁擠的問題日益突出，占用較窄頻帶或能在同一頻段內(nèi)容納更 多用戶的通信技術日漸受到了人們的重視。本次課設的目的是通過學習和掌握電路設計于仿真軟件 的基礎上，按照要求設計一個普通調(diào)幅的調(diào)制解調(diào)電路并進行仿真，綜合應用所學知識，為今后的 學習和工作積累經(jīng)驗。此外，該題目涵蓋了通信原理、電路分析、模擬電子、通信電子線路等主要課程的知識點，學生通過該題目的設計過程，可以初步掌握各種元器件工作原理和電路 設計、開發(fā)原理，得到系統(tǒng)的訓練，提高解決實際問題的能力。實現(xiàn)SSB的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設計與仿真。單邊帶幅度調(diào)制(Single Side Band Ampl

2、itude Modulation )只傳輸頻帶幅度調(diào)制信號的一個邊 帶，使用的帶寬只有雙邊帶調(diào)制信號的一半，具有更高的頻率利用率，成為一種廣泛使用的調(diào)制方 式。本文在介紹單邊帶調(diào)制與解調(diào)的方法后，利用Multisim對單邊帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)進行了仿真。1設計方案1.1設計原理單邊帶調(diào)制是幅度調(diào)制中的一種。幅度調(diào)制是由調(diào)制信號去控制高頻載波的幅度，使之隨調(diào)制 信號作線性變化的過程。在波形上，幅度已調(diào)信號的幅度隨基帶信號的規(guī)律而呈正比地變化；在頻 譜結構上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移。常見的調(diào)幅(AM)、雙邊帶(DSB、殘留邊帶(VSB等調(diào)制就是幅度調(diào)制的幾種典型的實例。單邊帶調(diào)制

3、( SSB信號是將雙邊帶信號 中的一個邊帶濾掉而形成的。根據(jù)濾除方法的不同，產(chǎn)生SSB信號的方法有：濾波法和相移法。1.1.1濾波法單邊帶調(diào)制就是只傳送雙邊帶信號中的一個邊帶(上邊帶或下邊帶、。產(chǎn)生單邊帶信號最直接、最常用的是濾波法，就是從雙邊帶信號中濾出一個邊帶信號，圖1.1是濾波法模型的示意圖。m (t)Sdsb (t) S備*hwI載液C圖1.1濾波法SSB信號調(diào)制單邊帶信號的頻譜如圖1.2所示，圖中HSsb(3)是單邊帶濾波器的系統(tǒng)函數(shù)，即H sSB(t)的傅里葉變換。若保留上邊帶，則HSsb ( W )應具有高通特性如圖1.2 ( b )所示:單邊帶信號的頻譜如圖(1.1)1.2(c

4、) 所示:第1頁共1頁陜西理工學院課程設計若保留下邊帶，則應具有低通特性如圖1.2 (d) 所示:(1.2)單邊帶信號的頻譜如圖1.2 (e) 所示:第1頁共2頁陜西理工學院課程設計第3頁共15頁陜西理工學院課程設計f、a叫3祇0叭at叫0叫3J一叫0叫八一叫0斗W中圖1.2濾波法形成單邊帶信號頻譜圖第#頁共15頁陜西理工學院課程設計1.1.2 相移法單邊帶信號的時域表達式為:(1.3)1 1 -(0= +(1.4)第#頁共15頁陜西理工學院課程設計第#頁共15頁陜西理工學院課程設計這里 I是：的希爾伯特變換。從表達式可以得到單邊帶調(diào)制信號相移法的一般模型框圖圖1.3所示：第#頁共15頁陜西理

5、工學院課程設計希爾伯特變換H (w)及有關特性為： 定義斤何=片H(/(切=r同”翻)第4頁共15頁陜西理工學院課程設計第#頁共15頁陜西理工學院課程設計式中rlEil 00第#頁共15頁陜西理工學院課程設計顯然，迪 信號通過傳遞函數(shù)為-戶飄巧的濾波器，即可得到/。具有傳遞函數(shù)上的濾波器稱為希爾伯特濾波器。二傳遞函數(shù)的模和相位特性如圖1.4所示。從圖1.4可見，希爾伯特濾波器是一個寬帶90 0移相網(wǎng)絡，是正交變換網(wǎng)絡。圖1.4 希爾伯特濾波器的傳遞函數(shù)第5頁共15頁陜西理工學院課程設計第#頁共15頁陜西理工學院課程設計1.2相干解調(diào)解調(diào)就是把接收到的SSB言號經(jīng)過處理，濾掉載波成分，使之還原成

6、發(fā)射之前的有用的信息。SSB信號的解調(diào)方法主要有兩種，一個是相干解調(diào)法，另一個是包絡檢波。相干解調(diào)也叫同步檢波。解調(diào)與調(diào)制的實質(zhì)一樣，均是頻譜搬移。調(diào)制是把基帶信號的譜搬到 了載頻位置，這一過程可以通過一個相乘器與載波相乘來實現(xiàn)。解調(diào)則是調(diào)制的反過程，即把在載 波位置的已調(diào)信號的譜搬回到原始基帶位置，因此同樣可以用相乘器與載波相乘來實現(xiàn)。相干解調(diào) 器的一般模型如圖1.5 所示:圖1.5相干解調(diào)一般模型相干解調(diào)時，為了無失真地恢復原基帶星信號，接收端必須提供一個與接收的已調(diào)載波嚴格同 步（同頻同相）的本地載波（稱為相干載波），它與接收的已調(diào)信號相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低 頻分量，即可得到原始的基

7、帶信號。2系統(tǒng)設計2.1 Simuli nk工作環(huán)境在MATLAB命令窗口，單擊工具欄上的按鈕可進入Simulik。模塊庫按功能進行分為以下8類子庫：Co ntin uous （連續(xù)模塊）Discrete （離散模塊）Fun ctio n& Tables （函數(shù)和平臺模塊）Math （數(shù)學模塊）Nonlinear （非線性模塊）Signals&Systems （信號和系統(tǒng)模塊）Sinks （接收器模塊） Sources （輸入源模塊）用戶可以根據(jù)需要混合使用歌庫中的模塊來組合系統(tǒng)，也可以封裝自己的模 塊，自定義模塊庫、從而實現(xiàn)全圖形化仿真。Simuli nk模型庫中的仿真模塊組織成三級樹結構S

8、imulink 子模型庫中包含了 Continous、Discontinus 等下一級模型庫 Continous模型庫中又包含 了若干模塊，可直接加入仿真模型。圖2.1為Simulink工具模塊頁面R RP.TI JT 1-B- R3 -JL D)1 仆in =T NtHixEL-*圖2.1 Simulink 工具頁面2.2 SSB信號調(diào)制2.2.1調(diào)制模型構建與參數(shù)設置在MATLAB的集成仿真環(huán)境Simulink中建立單邊帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)模型并實現(xiàn)對它的動態(tài)仿真，SSE調(diào)制系統(tǒng)模型如圖2.2，調(diào)制信號m( t)參數(shù)設置為，幅值為 2,頻率為1。載波信號c( t )參數(shù) 為幅值為2，頻率為10

9、。E：t；圖2.2 SSB調(diào)制邊帶濾波器參數(shù)設置如圖2.3所示：method : 5utt=rrcrth百4Sr =ifrtjutncy rad m,-圖2.3邊帶濾波器參數(shù)設置2.2.2仿真結果與分析調(diào)制模塊的仿真波形圖如圖2.4所示。第1路是調(diào)制信號波形，第2路是載波信號波形，第3路是DSB調(diào)制后信號波形，第 4路是SSB調(diào)制后信號波形。圖2.4仿真結果圖調(diào)制模塊中各階段波形的功率譜如圖2.5 圖2.8所示。第7頁共15頁陜西理工學院課程設計圖2.5輸入信號功率譜Time histo1 O 1530101520Frequency (rads/sec ；圖2.6載波信號功率譜圖2.7 DSB

10、信號功率譜圖2.8 SSB調(diào)制信號功率譜分析可知，調(diào)制信號頻率為載波的頻率為10。調(diào)制信號先與載波相乘得雙邊帶信號，再通過帶通濾波器得上邊帶信號。調(diào)制過程中信號功率譜的形狀不變，只是頻率的搬移，符合線性調(diào)制的原 理。2.3 SSB相干解調(diào)2.3.1解調(diào)模型構建與參數(shù)設置相干系統(tǒng)模型如圖 2.9:Srr.:F 匸w Sc*cf3lFSc = cfslDensitylFcv-*r SpECtp3lDensity I第9頁共15頁陜西理工學院課程設計第#頁共15頁陜西理工學院課程設計圖2.9相干解調(diào)低通濾波器參數(shù)設置如圖2.10所示:第#頁共15頁陜西理工學院課程設計第#頁共15頁陜西理工學院課程設

11、計圖2.10相干解調(diào)低通濾波器參數(shù)設置2.3.2仿真結果及分析SSB相干解調(diào)仿真波形如圖2.11所示。第1路是輸入信號波形，第2路是已調(diào)信號波形，第3路是通過相乘器后波形，第4路是解調(diào)后的波形圖。第#頁共15頁陜西理工學院課程設計第10頁共15頁陜西理工學院課程設計圖2.11 SSB相干解調(diào)信號波形 分析可知，解調(diào)后的波形和原輸入信號波形一樣，符合設計要求。 相干解調(diào)模塊中各過程信號功率譜如圖2.12 圖2.14所示。圖2.12輸入信號功率譜Time history圖2.13 SSB已調(diào)信號功率譜第11頁共15頁陜西理工學院課程設計第12頁共15頁陜西理工學院課程設計Power Spectra

12、l Density51015202530Frequency (rads/sec)第#頁共15頁陜西理工學院課程設計第#頁共15頁陜西理工學院課程設計圖2.14相干解調(diào)信號功率譜調(diào)制實現(xiàn)了功率譜的搬移，解調(diào)后的信號功率譜和原信號功率譜一樣，實現(xiàn)了設計要求。2.4加入高斯噪聲的調(diào)制與解調(diào)2.4.1模型構建高斯噪聲是指它的概率密度函數(shù)服從高斯分布（即正態(tài)分布）的一類噪聲。在理想信道調(diào)制與解調(diào)的基礎上，在調(diào)制信號上加入高斯噪聲，把Simuli nk噪聲源下的高斯噪聲模塊（GaussianNoise Generator ）加入到模型中。圖 2.15中加了兩個高斯噪聲模塊，為比較高斯噪聲均值不同或 方差不

13、同時對信道的影響，將兩個高斯噪聲模塊參數(shù)設置不同，以作比較。加入高斯噪聲后調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)模型如圖2.15所示：圖2.15加入噪聲后系統(tǒng)模型2.4.2仿真結果及分析（1）波形失真與高斯噪聲均值的關系各低通濾波器均設置為頻帶邊緣頻率為10，仿真結果如圖2.16所示:5T55T12呂121E2010iaaA_juia圖2.16方差相同、不同均值對信號影響第1路為相干解調(diào)信號波形（理想通道下），第2路為加入均值為0.5方差為0的高斯噪聲時解調(diào)信號波形，第3路為均值為1方差為0的高斯噪聲時解調(diào)信號波形。由仿真結果分析得分析得， 加入高斯噪聲方差相同，均值越大，解調(diào)后失真越大。圖2.17-2.19為相干解

14、調(diào)模塊中加入不同高斯噪聲后各過程信號功率譜。圖2.18噪聲均值為0.5方差為0輸出信號功率譜Powens ity51015202530匚Fr&ouenc kads?s&ci.圖2.19噪聲均值為1方差為0輸出信號功率譜由仿真結果得，高斯噪聲均值為0.5，方差為0時，波形相對原波形失真較小。在功率譜上產(chǎn)生了一個比原信號功率小得多的分量。高斯噪聲均值為1,方差為0時，波形較大。在功率譜上產(chǎn)生了一個較大的分量。當高斯噪聲均值大于2時，波形幾乎完全失真，在功率譜上產(chǎn)生了一個比原信號功率大的分量。分析可知，高斯噪聲的均值越大，輸出信號失真越大。（2）波形失真與高斯噪聲方差的關系不同方差下仿真結果如圖 2

15、.20所示，第一路為理想信道下輸出信號波形。第2路為加入噪聲均值為0,方差為0.1時輸出噪聲波形。第3路為加入噪聲均值為0方差為1時輸出噪聲波形。圖2.20均值相同不同方差噪聲對信號影響圖2.21-2.22為相干解調(diào)模塊中加入不同高斯噪聲后各過程信號功率譜圖2.21噪聲均值為0方差為0.1時輸出信號功率譜Power Spectral Density1015202530Frequency （radsJsec圖2.22噪聲均值為0方差為1時輸出信號功率譜高斯噪聲均值為0，方差為0.1時，輸出信號波形相對原波形失真較小。功率譜如圖26所示，在功率譜上產(chǎn)生了一些比原信號功率小得多的分量。高斯噪聲均值為

16、0,方差為1時輸出信號波形失真增大。其功率譜如圖27所示，在功率譜上產(chǎn)生了一些比較大的功率分量。當噪聲方差大于2時,波形輸出信號波形幾乎完全失真，在功率譜上產(chǎn)生了很多比原信號功率大的雜波分量。分析可知， 高斯噪聲的方差越大，輸出信號失真越大。（3）濾波器參數(shù)對信道的影響當濾波器邊緣頻率設置不同值時，加入高斯噪聲參數(shù)相同，在此條件下比較邊緣頻率設置值對 濾波性能影響，仿真結果如圖2.23所示：圖2.23不同濾波器參數(shù)參數(shù)對信道影響第1路為理想信道下信號輸出波形，第2路為高斯噪聲均值為1,方差為0.1，濾波器邊緣頻率為10時信輸出信號波形，第3路為高斯噪聲均值為1，方差為0.1，濾波器邊緣頻率為8

17、時信輸出信號波形，可見，濾波器邊緣頻率設置越小，即濾除高頻成分越多，則濾波效果越好。兩種設置下 輸出信號功率譜如圖2.24所示：01510151202530圖 2.24濾波器邊緣頻率為10時輸岀信號功率譜ftIJ11P2-1一0f V11151015202530圖 2.25濾波器邊緣頻率為8時輸岀信號功率譜由圖知，濾波器邊緣頻率為 10時，在功率譜上產(chǎn)生了一個較大的分量，當濾波器邊緣頻率設置減小時，頻譜上分量減小。當邊緣頻率值為7時，頻譜分量幾乎消失。當邊緣頻率值為5時，波形幾乎能完全無失真解調(diào)出來。2.5不同噪聲對信道影響不同噪聲對信道影響不同，圖2.26為加入高斯噪聲和均衡噪聲的比較。圖2

18、.26不同噪聲對信道影響第1路為理想通道下輸出信號波形；第 2路為加入高斯噪聲時輸出信號波形，高斯噪聲均值或 方差越大，輸出信號失真越厲害；第 3路為加入均衡噪聲后信號輸出波形，噪聲上屆值越大，波形 失真越大；第4路為加入瑞利噪聲后輸出信號波形， sigma值越大，輸出信號波形失真越大。3總結本課程設計是實現(xiàn) SSB的調(diào)制與相干解調(diào)，以及在不同噪聲下對信道的影響。信號的調(diào)制與解調(diào)在通信系統(tǒng)中具有重要的作用。調(diào)制過程是一個頻譜搬移的過程，它是將低頻信號的頻譜搬移到 載頻位置。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，即是將已調(diào)制的信號還原成原始基帶信號的過程。信號的接收端 就是通過解調(diào)來還原已調(diào)制信號從而讀取發(fā)送端發(fā)

19、送的信息。因此信號的解調(diào)對系統(tǒng)的傳輸有效性 和傳輸可靠性有著很大的影響。調(diào)制與解調(diào)方式往往決定了一個通信系統(tǒng)的性能。單邊帶SSB信號的解調(diào)采用相干解調(diào)法，這種方式被廣泛應用在載波通信和短波無線電話通信中。Simuli nk是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于 MATLAB勺框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和 仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供

20、了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口（GUI）,這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結果。第18頁共15頁陜西理工學院課程設計致謝通過此次的課程設計，讓我學到很多書本上學不到的東西，增強了我的實踐動手能力。最大的收獲就是既了解了噪聲對信號傳輸?shù)挠绊?，又回顧了MATLAB的相關知識。對通信工程專業(yè)來說，通信原理是一門核心課程，是學好本專業(yè)的基礎，它雖然是一門理論課，但其實踐性很強。通過本次 課程設計，讓我深層次地了解如何在MATLAB/Simulink中通信系統(tǒng)建模與仿真實例分析。從一個小模塊設計到具有一定功能的完整模塊設計，從單個小問題的判斷調(diào)試到整體化模塊的分析思維，本 次課程設計不但使我對通信原理了解得更透徹，也使我認識到理論當與實際相聯(lián)系時才能使它的指 導性充分地體現(xiàn)出來。此次的課程設計，雖說時間不