VSB的调制与解调

1、选题背景 . 方案论证 . 过程论述 . 3.1 VSB信号分析 3.2 VSB 信号的传输方法 3.3 基本参数设计 3.4 VSB 调制 3.5 VSB 信号进行相干解调。 结果分析 4.1 VSB 调制信号 采用相干解调后的VSB信号波形 调制信号的功率谱密度 加上窄带高斯噪声后重新解调 . . 441 用MATLA仿真 4.4.2 窄带高斯白噪声的调制 . . 4.4.3 窄带高斯白噪声的解调 . . 结论 4.2 4.3 4.4 目录 参考文献 9 VSB的调制与解调 1 选题背景 调制是将各种基带信号转换成适于信道传输的调制信号 （已调信号或频带信号 ），就是 用基带信号去控制载波

2、信号的某个或几个参量的变化，将信息荷载在其上形成已调信号传 输，而解调是调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参量变化中将恢复原始的基带 信号。 调制技术分为模拟调制技术与数字调制技术，其主要区别是：模拟调制是对载波信号 的某些参量进行连续调制，在接收端对载波信号的调制参量连续估值，而数字调制是用载 波信号的某些离散状态来表征所传送信息，在接收端只对载波信号的离散调制参量进行检 测。主要的数字调制方式包括比较传统的幅移键控 （ASK）和多电平正交调幅（mQAM）,频移 键控（FSK），相移键控（PSK）和多相相移键控（mPSK）。也包括近期发展起来的网格编码调制 （TCM） 、残留边带调制、

3、正交频分复用调制等方法。 数字调制的优点是抗干扰能力强，中继时噪声及色散的影响不积累，因此可实现长距 离传输。在现在文明高速发展的今天，人们越来越离不开数字信息，数字通信也越来越重 要，因此数字调制解调技术越来越被广泛应用。 由于信道资源的紧张与人们越来越希望更快的通信速度与更好通信质量的要求的矛 盾，将来必然还要寻找更加好的调制技术，它要求功率效率高，频带利用率高，并且易于 实现，节能低碳，环保。激光调制通信、卫星通信、非恒包络调制等都是研究方向。数字 调制解调的发展，必定会有力地推进通信、数字技术等各个领域的进步。 数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信，调制技术的种类也远远多于模拟

4、 通信，大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性，除此之外，数字调制抗 干扰能力强，中继时噪声及色散的影响不积累，因此可实现长距离传输。在现在文明高速 发展的今天，人们越来越离不开数字信息，数字通信也越来越重要，因此数字调制解调技 术越来越被广泛应用。残留边带调制是介于 SSB 与 DSB 之间的一种折中方式； 它既克服 了 DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了 SSB信号实现中的困难。在这种调制方式中；它 不像 SSB 那样完全抑制 DSB 信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残留 小部分； 解调是调制的逆过程。调制方式不同，解调方法也不一样。与调制的分类相对应，解 调可分为正弦波解

5、调（有时也称为连续波解调）和脉冲波解调。正弦波解调还可再分为幅 度解调、频率解调和相位解调，此外还有一些变种如单边带信号解调、残留边带信号解调 等。同样，脉冲波解调也可分为脉冲幅度解调、脉冲相位解调、脉冲宽度解调和脉冲编码 解调等。对于多重调制需要配以多重解调。 解调过程大体上包含两个主要环节：首先把位于载波附近携带有用信息的频谱搬移到 基带中，然后用相应的滤波器滤出基带信号，完成解调任务。 脉冲调制信号的解调比较简单。例如脉幅调制和脉宽调制信号都含有很大的调制信号 分量，可以用低通滤波器直接从脉冲已调波中将它们滤出， 实现解调；有的脉冲已调波 （如脉位调制、 脉码调制等） 中的调制信号分量较

6、小， 通常先把它们变为脉幅或脉宽调制信号， 再用滤波器把有用信号滤出。 正弦波已调信号中不包含调制信号分量。解调时应先进行频率变换，把孕含在边带中 的有用信号频谱搬移到适当的频带之内，再用滤波器或适当器件，把有用信号检出。 2 方案论证 残留边带调制是介于单边带调制与抑制载波双边带调制之间的一种调制方式，在残留 边带调制中除了传送一个边带之外，还保留另外一个边带的一部分。对于具有低频即直流 分量的调制信号，用滤波法实现单边带调制时所需要的过渡带是无限陡的理想滤波器，在 残留边带调制中已不再需要，这就避免了实现上的困难。 本次设计的主要是总分总思想进行，先要知道本实验的要求和目的，再根据设计要求

7、 了解 MATLAB 的使用，模拟信号的调制，模拟调制的分类，熟知模拟调制的工作方式， 了解模拟调制的知识， 本设计应该分为两个主体， 首先是对 VSB 信号进行调制， 再是对已 调的 VSB 信号的解调。 总信号功率为 2W ，设载波频率为 20Hz。 用 matlab 产生一个频率分别为 5Hz 、5/2Hz 的余弦和正弦叠加信号作为信源 m（t）, 两个 频率分量功率相同， 3 过程论述 VSB 是一种幅度调制法（ AM ），它是在双边带调制的基础上，通过设 个边带的频谱成分原则上保留， 另一个边带频谱成分只保留小部分 （残 3.1 VSB 信号分析 残留边带调制 计滤波器，使信号 留）

8、。由于该调制方法介于双边带与单边带之间，因此该调制方法既比双边带调制节省频 谱，又比单边带易于解调。由于 VSB基本性能接近SSB,而VSB调制中的边带滤波器比 SSB 中的边带滤波器容易实现，所以 VSB 调制在广播电视、通信等系统中得到广泛应用。 数字 VSB 调制方式输出的是一种使用单个载波、 采用幅度调制的、 抑制载波的残留边带信 号。 VSB 系统实际上提供了一系列调制等级，如 2-VSB、4-VSB、8-VSB、16-VSB 调制等。 这一系列的 VSB 可以使用相同的导频、符号率、数据帧结构、交织过程、 R-S 编码及同步 脉冲。它可以应用于地面广播和有线电视，如美国 ATSC

9、的数字电视标准就是采用的 VSB 调制方式。在地面广播中常用 8-VSB 调制，在一个 6MHz 模拟带宽内可传送一路 HDTV 信号；而在有线电视中常用 16-VSB 调制，此时，在一个 6MHz 模拟带宽内可传送 2路 HDTV 信号。 在 6MHz 的模拟带宽上采用 4-VSB 调制可以携带 21.5Mbit/s 信息 （理想情况为 24Mbit/s），采用16-VSB调制可以携带43Mbit/s信息（理想情况为48Mbit/s）。我们知道，标 准的一路HDTV数字视频信号经约50倍的压缩后，其数码率约为 20Mbit/s。因此，在有 线电视的 16-VSB 调制情况下，在 6MHz 的

10、模拟带宽中，可传输两路 HDTV 信号。由于有 线电视在电缆中传输，因而传输环境较好，不需要对所传信号进行冗余的 TCM 编码。然 而，在数字电视地面广播的传输条件下，由于空间传输的环境较差，因而对所传输的信号 进行 2/3 的 TCM 编码，因此，在地面广播中采用加 TCM 的 8-VSB 调制， 其有效数码率和 4-VSB方式一样，为21.5Mbit/s，可传一路HDTV信号。在高斯白噪声环境下，VSB和 QAM 具有相同的误码特性 （VSB 的功率忽视导频能量 ）。 8-VSB 相当于 64-QAM ， 16-VSB 相当于 256-QAM 的性能。但从结构来看， VSB 要比 QAM

11、简单，硬件复杂度低 3.2 VSB信号的传输方法 用滤波法实现残留边带调制的原理图如图 Idfij NW LPF 11 滤波法实现实现残留边带调制原理图 图3-2残留部分下边带图 图3-1 残留部分下边带时的传递函数 残留部分上边带传递函数 图3-3残留部分上边带图 它的几何含义是，残留边带滤波器的传输函数 Hvsb(W)在Wc附近必须具有互补对称 性，它可以看作是对截止频率为 Wc的理想滤波器进行 平滑”的结果，习惯上，称这种 平 滑”为滚降”显然，由于 滚降”滤波器截止频率特性的 陡度”变缓，实现难度降低，但 滤波器的带宽变宽。 3.3基本参数设计 设抽样频率Fs=1OOOFsHz,抽样时

12、长5秒，对应采样点数N=5000N VSB调制和解调可以用信号过系统的方法进行仿真。 对信号进行抽样得到X(n); (2)对信号做离散傅立叶变换 X(n )v-X(w); 信号过系统，频域相乘丫(w)=X(w)H(w); (4)对输出信号做傅立叶反变换，与输入信号做对比。 3.4 VSB 调希y 残留边带为0.2mf的VSB调制信号时域波形，VSB调制可等效为输入基带信号先调 制为DSB信号，再通过一个特殊的滤波器。对滤波器的要求：滤波器有过渡带，其中一个 边带损失的恰好能够被另外一个边带残留的部分补偿。 m(t) K3I sH) = cos H) 图3-4调制原理图 3.5 VSB信号进行相

13、干解调。 残留边带信号显然也不能简单采用包络检波，而必须采用下图所示的相干解调。 COSWcl 图3-5解调原理图 4结果分析 4.1 VSB调制信号 0 1 -0.5 1( VSBW制In号 VSRiEl制信号 信踊 -1. -N -2. 00 5 调制信号与信源的比较图 幅度值和周期都发生了改变。 图 4-1 VSB 由图可以看出，VSB调制信号与信源相比, 4.2采用相干解调后的VSB信号波形 相T解调后的信号疲形与谕入信号的比技 相干解调后的信号 输入信号C信源） -0 5 1 .522.5 图4-2相干解调后的波形与原输入信号的波形 1/2夕卜，波形没 由图可以看出，相干解调后的信号

14、除了幅度值是输入信号（信源）的 有发生变化，也没有发生时延。 4.3调制信号的功率谱密度 0.1 -30 -20 - 10 10 30 30 40 图4-3调制信号的功率谱密度 由图可以看出，输入信号（信源）经过调制后，信号功率谱已发生变化。符合残留边 带滤波器的效果。 4.4加上窄带高斯噪声后重新解调 441用MATLAB仿真 N0=0.1 no ise= n oise_ nb(fc,B,N0,t); s_vsb2= s_vsb+ no ise; rt2 = s_vsb2.*cos(2* pi*fc*t); figure(2) ?subplot(211) plot(t,mt,r-);%标示

15、mt 的波形 hold on; titleC原始信号的波形) sub plot(212) plot(t,s_vsb2);%画出 s_vsb2信号波形 title(窄带高斯噪声加载后的波形); xlabel(t); ylabel (幅度); %窄带高斯白噪声的解调 f,rf2 = T2F(t,rt2); t,rt2 = Ip f(f,rf2,2*fm); figure(3) plot(t,rt2,t,mt,r-); hold on; lege nd(加噪声重新解调后的信号,输入信号(信源) titleC在接收端带通后加上窄带高斯噪声后重新解调得到的波形); xlabel(t); ylabel (

16、幅度); 442窄带高斯白噪声的调制 图4-4在输入端加窄带高斯噪声调制图 由图可以看出，此时调制信号已经接收窄带高斯白噪声影响发生变化，发生严重 的幅度失真，只能粗略估计出原 VSB信号的变化规律。 443窄带高斯白噪声的解调 存折 蚊阳芾迪肩加上吝芾為晰畤 尹主斷解调刖的浪形 加嗓声査需丽调后的佶匚 输入骂信源 -O.b 1( -1 U 输出信号已经发生幅度失真，但 幅度值发生不规律变化，信号波 0 511 522 &33.544.5 图4-5在接收端加入窄带高斯白噪声的解调图与信源图的比较 在接收端带通后加上窄带高斯噪声后重新解调后， 是没有发生相位失真。输出信号已经失去信源的周期性，

17、形比较平坦，幅度大约为调制信号的一半。 5结论 DSB信号，再通过一个特殊的滤波 VSB信号的调制可等效为输入基带信号先调制为 器。但对滤波器有要求：滤波器有过渡带，其中一个边带损失的恰好能够被另外一个边带 残留的部分补偿。选择合适的载波频率进行相干解调，可以除幅度减半之外相对无失真的 恢复原始信号，但是对于接收到比较微弱的信号进行相干解调，需要在功率上进行补偿。 调制信号-VSB信号是功率信号，它的能量无穷大，利用巴塞瓦尔定理和极限的方法得到 信号的单边功率谱密度近似等于信号傅里叶变换（频谱密度）模值的平方除以信号的周期 （在周期近似无穷大的前提下）。若VSB信号在信道中叠加了窄带高斯噪声， 经接收和相 干解调是无法消除该噪声的，且该噪声会严重影响我们相干解调的效果，甚至无法看到原 始信号的变化规律。所以，噪声在接收方，是需要极力避免的。我们在进行信号接收和分 析时，应根据我们的需要调整滤波器的设计方式、进行FFT或IFFT后幅值的大小等，不 能拘泥于原理本身，要灵活的应用它们，为自己服务，它们和MATLAB 样，是服务于 我们的工具。本次仿真就运用一个幅度调制是正余弦载波的幅度随调制信号线性变化的过 程。幅度调制后的已调信号，在时间波形上，波的幅度随调制信号成线性变化，在频谱结 构上，频谱已从基带域搬移到其他一个频域，而且他的频谱结构完全是基带信号频谱在频 域内的简单的搬移，