SSB单边带调制与解调

1、引言随着通信业务的不断发展，频道拥挤的问题日益突出，占用较窄频带或能在同一频段容纳更多 用户的通信技术日渐受到了人们的重视。本次课设的目的是通过学习和掌握电路设计于仿真软件的 基础上，按照要求设计一个普通调幅的调制解调电路并进行仿真，综合应用所学知识，为今后的学 习和工作积累经验。此外，该题目涵盖了通信原理、电路分析、模拟电子、通信电子线路等主要课程的知识点，学生通过该题目的设计过程，可以初步掌握各种元器件工作原理和电路设计、开发原理，得到系统的训练，提高解决实际问题的能力。实现SSB的调制解调系统的设计与仿真。单边带幅度调制（Single Side Band Amplitude Modula

2、tion ）只传输频带幅度调制信号的一个边带，使 用的带宽只有双边带调制信号的一半，具有更高的频率利用率，成为一种广泛使用的调制方式。本 文在介绍单边带调制与解调的方法后，利用Multisim对单边带调制与解调系统进行了仿真。1设计方案1.1设计原理单边带调制是幅度调制中的一种。幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制 信号作线性变化的过程。在波形上，幅度已调信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化；在频 谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域的简单搬移。常见的调幅（AM）、双边带（DSB、残留边带（VSB等调制就是幅度调制的几种典型的实例。单边带调制（ SSB信号是将双边带信

3、号中 的一个边带滤掉而形成的。根据滤除方法的不同，产生SSB信号的方法有：滤波法和相移法。滤波法单边带调制就是只传送双边带信号中的一个边带（上边带或下边带）。产生单边带信号最直接、最常用的是滤波法，就是从双边带信号中滤出一个边带信号，图1.1是滤波法模型的示意图。图1.1滤波法SSB信号调制单边带信号的频谱如图1.2所示，图中HbsB（3、是单边带滤波器的系统函数，即H SSB（t）的傅里叶变换。若保留上边带，则HSsb （ W、应具有高通特性如图1.2 （b）所示：(1.1)单边带信号的频谱如图1.2 (c)所示:(1.2)单边带信号的频谱如图1.2 (e)所示：JZVXvt咯a八rv rJ

4、pfl!八-何轉筒叫0%凹科图1.2滤波法形成单边带信号频谱图1.1.2 相移法单边带信号的时域表达式为:(1.3)(1.4)这里是的希尔伯特变换。从表达式可以得到单边带调制信号相移法的一般模型框图，如图1.3所示：定义式中显然，信号通过传递函数为的滤波器，即可得到。具有传递函数的滤波器称为希尔伯特滤波器。传递函数的模和相位特性如图1.4所示。从图1.4可见，希尔伯特滤波器是一个宽带90 0移相网络,是正交变换网络。1.2相干解调解调就是把接收到的SSB言号经过处理，滤掉载波成分，使之还原成发射之前的有用的信息。SSB信号的解调方法主要有两种，一个是相干解调法，另一个是包络检波。相干解调也叫同

5、步检波。解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。调制是把基带信号的谱搬到 了载频位置，这一过程可以通过一个相乘器与载波相乘来实现。解调则是调制的反过程，即把在载 波位置的已调信号的谱搬回到原始基带位置，因此同样可以用相乘器与载波相乘来实现。相干解调 器的一般模型如图1.5所示：图1.5相干解调一般模型相干解调时，为了无失真地恢复原基带星信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同 步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低 频分量，即可得到原始的基带信号。2系统设计2.1 Simuli nk工作环境在MATLAB命令窗口，单击工具栏上的按钮可进入 Si

6、mulik。模块库按功能进行分为以下 8类子 库：Continuous （连续模块）Discrete （离散模块）Function&Tables （函数和平台模块）Math （数 学模块）Nonlinear （非线性模块）Signals&Systems （信号和系统模块）Sinks （接收器模块）Sources（输入源模块）用户可以根据需要混合使用歌库中的模块来组合系统，也可以封装自己的模块，自定义模块库、从而实现全图形化仿真。Simuli nk 模型库中的仿真模块组织成三级树结构Simuli nk子模型库中包含了 Continous、Discontinus 等下一级模型库 C

7、ontinous模型库中又包含了若干模块， 可直接加入仿真模型。图2.1为Simulink工具模块页面图 2.1 Simulink 工具页面2.2 SSB 信号调制2.2.1 调制模型构建与参数设置在MATLAB的集成仿真环境Simulink中建立单边带调制与解调系统模型并实现对它的动态仿真，SSE调制系统模型如图 22，调制信号m( t)参数设置为，幅值为 2,频率为1。载波信号c( t )参数 为幅值为 2，频率为 10。图2.2 SSB 调制边带滤波器参数设置如图 2.3 所示:图 2.3 边带滤波器参数设置2.2.2 仿真结果与分析调制模块的仿真波形图如图 2.4 所示。第 1 路是调

8、制信号波形,第 2 路是载波信号波形,第 3 路是DSB调制后信号波形，第 4路是SSB调制后信号波形。图 2.4 仿真结果图 调制模块中各阶段波形的功率谱如图 2.5 图 2.8 所示。图 2.5 输入信号功率谱图 2.6 载波信号功率谱图 2.7 DSB 信号功率谱图 2.8 SSB 调制信号功率谱分析可知，调制信号频率为载波的频率为10。调制信号先与载波相乘得双边带信号，再通过带通滤波器得上边带信号。调制过程号功率谱的形状不变，只是频率的搬移，符合线性调制的原理。2.3 SSB 相干解调2.3.1 解调模型构建与参数设置相干系统模型如图 2.9:图 2.9 相干解调 低通滤波器参数设置如

9、图 2.10 所示 :图 2.10 相干解调低通滤波器参数设置2.3.2 仿真结果及分析SSB相干解调仿真波形如图 2.11所示。第1路是输入信号波形，第2路是已调信号波形，第 3路是通过相乘器后波形，第 4 路是解调后的波形图。图 2.11 SSB 相干解调信号波形 分析可知，解调后的波形和原输入信号波形一样，符合设计要求。 相干解调模块中各过程信号功率谱如图 2.12 图 2.14 所示。图 2.12 输入信号功率谱图 2.13 SSB 已调信号功率谱图 2.14 相干解调信号功率谱调制实现了功率谱的搬移，解调后的信号功率谱和原信号功率谱一样，实现了设计要求。2.4 加入高斯噪声的调制与解

10、调2.4.1 模型构建 高斯噪声是指它的概率密度函数服从高斯分布(即正态分布)的一类噪声。在理想信道调制与解调的基础上，在调制信号上加入高斯噪声，把 Simulink 噪声源下的高斯噪声模块( Gaussian Noise Generator )加入到模型中。图 2.15 中加了两个高斯噪声模块，为比较高斯噪声均值不同或 方差不同时对信道的影响，将两个高斯噪声模块参数设置不同，以作比较。加入高斯噪声后调制与解调系统模型如图 2.15 所示 :图 2.15 加入噪声后系统模型仿真结果及分析 （1）波形失真与高斯噪声均值的关系 各低通滤波器均设置为频带边缘频率为10，仿真结果如图 2.16 所示

11、:图 2.16 方差相同、不同均值对信号影响第 1 路为相干解调信号波形 （理想通道下） ，第 2 路为加入均值为 0.5 方差为 0 的高斯噪声时解 调信号波形，第 3路为均值为 1 方差为 0的高斯噪声时解调信号波形。由仿真结果分析得分析得， 加入高斯噪声方差相同，均值越大，解调后失真越大。图 2.17-2.19 为相干解调模块中加入不同高斯噪声后各过程信号功率谱。图 2.17 理想信道下输出信号功率谱图 2.18 噪声均值为 0.5 方差为 0 输出信号功率谱图 2.19 噪声均值为 1方差为 0输出信号功率谱由仿真结果得，高斯噪声均值为 0.5 ，方差为 0 时，波形相对原波形失真较小

12、。在功率谱上产生了一个比原信号功率小得多的分量。高斯噪声均值为1，方差为 0 时，波形较大。在功率谱上产生了一个较大的分量。当高斯噪声均值大于 2 时，波形几乎完全失真，在功率谱上产生了一个比原 信号功率大的分量。分析可知，高斯噪声的均值越大，输出信号失真越大。（ 2）波形失真与高斯噪声方差的关系不同方差下仿真结果如图 2.20 所示，第一路为理想信道下输出信号波形。 第 2路为加入噪声均值 为0，方差为 0.1时输出噪声波形。第 3路为加入噪声均值为 0方差为 1时输出噪声波形。图 2.20 均值相同不同方差噪声对信号影响图2.21-2.22 为相干解调模块中加入不同高斯噪声后各过程信号功率

13、谱图 2.21 噪声均值为 0 方差为 0.1 时输出信号功率谱图 2.22 噪声均值为 0方差为 1时输出信号功率谱高斯噪声均值为 0，方差为 0.1 时，输出信号波形相对原波形失真较小。功率谱如图26 所示，在功率谱上产生了一些比原信号功率小得多的分量。高斯噪声均值为0，方差为 1 时输出信号波形失真增大。 其功率谱如图 27 所示，在功率谱上产生了一些比较大的功率分量。 当噪声方差大于 2 时， 波形输出信号波形几乎完全失真，在功率谱上产生了很多比原信号功率大的杂波分量。分析可知， 高斯噪声的方差越大，输出信号失真越大。（3）滤波器参数对信道的影响 当滤波器边缘频率设置不同值时，加入高斯

14、噪声参数相同，在此条件下比较边缘频率设置值对 滤波性能影响，仿真结果如图 2.23 所示 :图 2.23 不同滤波器参数参数对信道影响第 1 路为理想信道下信号输出波形，第 2 路为高斯噪声均值为 1，方差为 0.1 ，滤波器边缘频率 为 10 时信输出信号波形，第 3 路为高斯噪声均值为 1 ，方差为 0.1 ，滤波器边缘频率为 8 时信输出 信号波形，可见，滤波器边缘频率设置越小，即滤除高频成分越多，则滤波效果越好。两种设置下 输出信号功率谱如图 2.24 所示 :图 2.25 滤波器边缘频率为 8 时输出信号功率谱 由图知，滤波器边缘频率为 10 时，在功率谱上产生了一个较大的分量，当滤

15、波器边缘频率设置 减小时，频谱上分量减小。当边缘频率值为 7 时，频谱分量几乎消失。当边缘频率值为 5 时，波形 几乎能完全无失真解调出来。2.5 不同噪声对信道影响不同噪声对信道影响不同，图 2.26 为加入高斯噪声和均衡噪声的比较。图 2.26 不同噪声对信道影响第 1 路为理想通道下输出信号波形；第 2 路为加入高斯噪声时输出信号波形，高斯噪声均值或 方差越大，输出信号失真越厉害；第 3 路为加入均衡噪声后信号输出波形，噪声上届值越大，波形 失真越大；第 4 路为加入瑞利噪声后输出信号波形， sigma 值越大，输出信号波形失真越大。3 总结本课程设计是实现 SSB的调制与相干解调，以及

16、在不同噪声下对信道的影响。信号的调制与解 调在通信系统中具有重要的作用。调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到 载频位置。解调是调制的逆过程，即是将已调制的信号还原成原始基带信号的过程。信号的接收端 就是通过解调来还原已调制信号从而读取发送端发送的信息。因此信号的解调对系统的传输有效性 和传输可靠性有着很大的影响。调制与解调方式往往决定了一个通信系统的性能。单边带SSB信号的解调采用相干解调法，这种方式被广泛应用在载波通信和短波无线通信中。Simulink 是 MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于 MATLAB勺框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件

17、包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink 可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系 统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口 (GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供 了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。致谢通过此次的课程设计，让我学到很多书本上学不到的东西，增强了我的实践动手能力。最大的 收获就是既了解了噪声对信号传输的影响，又回顾了MATLAB的相关知识。对通信工程

18、专业来说，通信原理是一门核心课程，是学好本专业的基础，它虽然是一门理论课，但其实践性很强。通过本次 课程设计，让我深层次地了解如何在 MATLAB/Simulink 信系统建模与仿真实例分析。从一个小模块 设计到具有一定功能的完整模块设计，从单个小问题的判断调试到整体化模块的分析思维，本次课 程设计不但使我对通信原理了解得更透彻，也使我认识到理论当与实际相联系时才能使它的指导性 充分地体现出来。此次的课程设计，虽说时间不长，可是它却让我们明白，其实知识是要适应社会发展，我们要 学会的不仅是现在的知识，更重要的是以后我们在短时间如何获得我们所要的知识。我们不仅学到 了很多的的东西，巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过 这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学 的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动 手能力和独立思考的能力。最后，在本次课程设计中，得到了老师和很多同学的帮助。在此衷心地感谢各位老师在本次课 程设计中指导以及各位同学给予我的帮助！参考文献1 敏.MATLAB数字信号处理工具箱的开发和应用J信息与电脑，2010,6(24):P6723-6724.2 楼顺天.基于MATLAB的系统分析与设计M