SSB單邊帶調(diào)制與解調(diào)

1、 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計引言 隨著通信業(yè)務(wù)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(shù)日漸受到了人們的重視。本次課設(shè)的目的是通過學(xué)習(xí)和掌握電路設(shè)計于仿真軟件的基礎(chǔ)上，按照要求設(shè)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(yīng)用所學(xué)知識，為今后的學(xué)習(xí)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(xué)生通過該題目的設(shè)計過程，可以初步掌握各種元器件工作原理和電路設(shè)計、開發(fā)原理，得到系統(tǒng)的訓(xùn)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(shè)計與仿真。單邊帶幅度調(diào)制（Single Side Band Amplit

2、ude 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(shè)計方案1.1 設(shè)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(jié)構(gòu)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（SS

3、B）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。 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（）是單邊帶濾波器的系統(tǒng)函數(shù)，即的傅里葉變換。若保留上邊帶，則HSSB（）應(yīng)具有高通特性如圖1.2（b）所示: (1.1)單邊帶信號的頻譜如圖1.2（c）所示:若保留下邊帶，則應(yīng)具有低通特性如圖1.2（d）所示: (1.2)單邊帶

4、信號的頻譜如圖1.2（e）所示: 圖 1.2 濾波法形成單邊帶信號頻譜圖1.1.2 相移法單邊帶信號的時域表達式為： (1.3) (1.4)這里是的希爾伯特變換。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,如圖1.3所示: 圖 1.3 SSB移相法模型希爾伯特變換H（w）及有關(guān)特性為：  定義     式中   顯然，信號通過傳遞函數(shù)為的濾波器，即可得到。具有傳遞函數(shù)的濾波器稱為希爾伯特濾波器。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 90o移相網(wǎng)絡(luò)，是正交變換網(wǎng)絡(luò)。 圖1.4希

5、爾伯特濾波器的傳遞函數(shù)1.2 相干解調(diào)解調(diào)就是把接收到的SSB信號經(jīng)過處理，濾掉載波成分，使之還原成發(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(luò)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(fù)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

6、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，即可得到原始的基帶信號。2 系統(tǒng)設(shè)計2.1 Simulink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：Continuous（連續(xù)模塊）Discrete（離散模塊）Function&Tables（函數(shù)和平臺模塊）Math（數(shù)學(xué)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

7、庫、從而實現(xiàn)全圖形化仿真。Simulink模型庫中的仿真模塊組織成三級樹結(jié)構(gòu)Simulink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 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(gòu)建與參數(shù)設(shè)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，SSB調(diào)制系統(tǒng)模型如圖2.2，調(diào)制信號m（t）參數(shù)設(shè)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。 圖2.2 SSB調(diào)制

8、邊帶濾波器參數(shù)設(shè)置如圖2.3所示: 圖2.3 邊帶濾波器參數(shù)設(shè)置2.2.2 仿真結(jié)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(jié)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。 圖 2.5 輸入信號功率譜 圖 2.6 載波信號功率譜 圖 2.7 DSB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。

9、2.3 SSB相干解調(diào)2.3.1 解調(diào)模型構(gòu)建與參數(shù)設(shè)置相干系統(tǒng)模型如圖2.9: 圖 2.9 相干解調(diào)低通濾波器參數(shù)設(shè)置如圖2.10所示: 圖 2.10 相干解調(diào)低通濾波器參數(shù)設(shè)置2.3.2 仿真結(jié)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。 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(shè)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 圖 2.13 SSB已調(diào)信號功率譜 圖2.14 相干解調(diào)信號功率譜調(diào)制實現(xiàn)

10、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(shè)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(gòu)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(chǔ)上，在調(diào)制信號上加入高斯噪聲，把Simulink噪聲源下的高斯噪聲模塊（Gaussian Noise 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同時對信道的影響，將兩個高斯噪聲模塊參數(shù)設(shè)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(jié)果及分析（1）波形失真與高

11、斯噪聲均值的關(guān)系各低通濾波器均設(shè)置為頻帶邊緣頻率為10，仿真結(jié)果如圖2.16所示: 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(jié)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為相干解調(diào)模塊中加入不同高斯噪聲后各過程信號功率譜。 圖 2.17 理想信道下輸出信號功率譜 圖 2.18 噪聲均值為0.5方差為0輸出信號功率譜 圖 2.19 噪聲均值為1方差為0輸出信號功率譜由仿真結(jié)果得，高斯噪聲均值為0.5，方

12、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(guān)系不同方差下仿真結(jié)果如圖2.20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

13、率譜 圖 2.21 噪聲均值為0 方差為0.1時輸出信號功率譜 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(shè)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

14、率設(shè)置值對濾波性能影響，仿真結(jié)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時信輸出信號波形，可見，濾波器邊緣頻率設(shè)置越小，即濾除高頻成分越多，則濾波效果越好。兩種設(shè)置下輸出信號功率譜如圖2.24所示: 圖 2.24 濾波器邊緣頻率為10時輸出信號功率譜 圖 2.25 濾波器邊緣頻率為8時輸出信號功率譜由圖知，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(shè)置減小時，頻譜上分量減小。當

15、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 2.26 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(jié)本課程設(shè)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

16、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)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(yīng)用在載波通信和短波無線電話通信中。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)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(yīng)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。Simulin

17、k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(jié)果。致謝通過此次的課程設(shè)計，讓我學(xué)到很多書本上學(xué)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(guān)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(xué)好本專業(yè)的基礎(chǔ)，它雖然是一門理論課，但其實踐性很強。通過本次課程

18、設(shè)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(shè)計到具有一定功能的完整模塊設(shè)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(shè)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(dǎo)性充分地體現(xiàn)出來。此次的課程設(shè)計，雖說時間不長，可是它卻讓我們明白，其實知識是要適應(yīng)社會發(fā)展，我們要學(xué)會的不僅是現(xiàn)在的知識，更重要的是以后我們在短時間內(nèi)如何獲得我們所要的知識。我們不僅學(xué)到了很多的的東西，鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。最后，在本次課程設(shè)計中，得到了老師和很多同學(xué)的幫助。在此衷心地感謝各位老師在本次課程設(shè)計中指導(dǎo)以及各位同學(xué)給予我的幫助！ 參考文獻1李敏.MATLAB數(shù)字信號處理工具箱的開發(fā)和應(yīng)用J信息與電腦,2010,6(24):P6723-6724.2樓順天.基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計M.西安：西安電子科技大學(xué)出版.2001