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1、 李其旺 2级SSB调制与相干解调系统仿真 第23页 共23页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内容纳更多用户的通信技术日渐受到了人们的重视。单边带幅度调制（Single Side Band Amplitude Modulation）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。本文在介绍单边带幅度调制信号的产生方法后，利用MATLAB的集成仿真环境Simulink对单边带幅度调制系统进行了仿真。在实际应用中，有时需要将信号调制到较高频率的载波上进行传输，但一般设备很难一次
2、性调制成功，所以这时需要将信号分两级调制。Simulink2是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，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。
3、2 设计原理2.1 2级单边带调制原理单边带调制1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内的简单搬移。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。（1） 单边带调制单边带调制（SSB）信号是将双边带信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
4、波法，就是从双边带信号中滤出一个边带信号，图1是滤波法模型的示意图。单边带信号的频谱如图2所示，该图能说明滤波法的基本原理，图中HSSB（）是单边带滤波器的系统函数，即的傅里叶变换。图2.1滤波法模型 若保留上边带，则HSSB（）应具有高通特性如图2（b）所示。 单边带信号的频谱如图2（c）所示。 若保留下边带，则应具有低通特性如图2（d）所示。 单边带信号的频谱如图2（e）所示。图2.2单边带信号频谱图相移法单边带信号的时域表达式为：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3所示。 希尔伯特变换H（w）及有关特性为： 定义 式中 图2.3SSB移相法模型
5、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4所示。从图可见，希尔伯特滤波器是一个宽带 90o移相网络，是正交变换网络。图2.4希尔伯特滤波器的传递函数（2）相干解调相干解调也叫同步检波。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2.5所示。图2.5 相干解调器的一般模型（3）2级单边带调制解调在实际应用中，有时需要将信号
6、调制到较高频率的载波上进行传输，但一般设备很难一次性调制成功，所以这时需要将信号分两级调制。第1级调制时，信号先与频率相对较低1级载波相乘，再通过带通滤波器滤除下边带频谱得单边带调制信号；第2级调制时，2级载波频率相对第1级较高，再通过带通滤波器后输出高频单边带信号。解调时，1级解调时先与2级载波相乘，再通过低通滤波器，2级解调时与1级载波相乘再通过低通滤波器，最后得解调信号。2.2 Simulink工作环境（1）模型库在MATLAB命令窗口输入“simulink”并回车，就可进入Simulink模型库3，单击工具栏上的 按钮也可进入Simulik，模块库按功能进行分为以下8类子库：Conti
7、nuous（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。Simulink模型库中的仿真模块组织成三级树结构Simulink子模型库中包含了Continous、Discontinus等下一级模型库Continous模型库中又包含了若干模块，可直接加入仿真模型。图2.6 Simulink工具箱（2）设计
8、仿真模型在MATLAB子窗口或Simulink模型库的菜单栏依次选择“File” | “New” | “Model”，即可生成空白仿真模型窗口（如图2.7所示）。图2.7 新建仿真模型窗口（3）运行仿真两种方式分别是菜单方式和命令行方式，菜单方式：在菜单栏中依次选择Simulation | Start 或在工具栏上单击。命令行方式：输入“sim”启动仿真进程。比较这两种不同的运行方式：菜单方式的优点在于交互性，通过设置示波器或显示模块即可在仿真过程中观察输出信号。命令行方式启动模型后，不能观察仿真进程，但仍可通过显示模块观察输出，适用于批处理方式。3 设计步骤3.1 2级单边带调制（1）模块及
9、参数设置2级单边带（SSB）调制模块如图3.1所示。调制信号幅度为2，频率为1（如图3.2）。1级载波幅度为2，频率为10（如图3.3）。2级载波幅度为2，频率为20（如图3.4）。1级调制中滤波器参数设置如图3.5所示。2级调制中滤波器参数设置如图3.6所示。图3.1 2级SSB调制图3.2 未调信号模块参数设置图3.3 1级载波信号模块参数设置图3.4 2级载波信号模块参数设置图3.5 1级调制中滤波器模块参数设置图3.6 2级调制中滤波器模块参数设置（2） 仿真结果及分析调制模块的仿真波形图如图3.7所示。第1路是调制信号波形，第2路是1级载波，第3 路是2级载波，第4路是DSB调制后信
10、号波形，第5路是1级SSB调制后信号波形，第6路是1级调制后信号与2级载波相乘后的波形，第7路是2级SSB调制后信号波形。图3.7 调制模块中各阶段时域波形图调制模块中各阶段波形的功率谱如图3.8图3.14所示。分析可知，调制信号频率为1,1级载波和2级载波的频率分别为10和20。第1级时调制信号先与1级载波相乘得双边带信号，再通过带通滤波器得上边带信号；2级调制中，上边带信号先与2级载波相乘，再通过带通滤波器实现得到更高频率得上边带信号。调制过程中信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。图3.8 未调信号功率谱图3.9 1级载波信号功率谱图3.10 2级载波信号功率谱图3.
11、11 DSS调制信号功率谱图3.12 1级SSB调制信号功率谱图3.13 2级DSB调制信号功率谱图3.14 2级SSB调制信号功率谱3.2 2级SSB相干解调（1）相干解调模块及参数设置2级SSB的相干解调模块如图3.15所示。解调和调制一样也是分两级实现的。第1级采用2级载波，第2级采用1级载波。两级解调中低通滤波器参数设置如图3.16和图3.17所示。图3.15 2级SSB调制和解调图图3.16 1级SSB解调中滤波器模块参数设置图3.17 2级SSB解调中滤波器模块参数设置（2）仿真结果及分析2级SSB相干解调仿真波形如图3.18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
12、是1级解调后的波形图，第4路是2级解调后的波形图。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。图3.18 2级SSB调制解调各过程时域波形图相干解调模块中各过程信号功率谱如图3.19图3.22所示。2级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。图3.19 未解调前信号功率谱图3.20 图3.21 1级SSB解调后信号功率谱图3.22 2级SSB解调后信号功率谱3.3 加入噪声的2级SSB调制解调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（Gaussi
13、an Noise Generator）加入到模型中。图3.23中加了两个高斯噪声模块，参数设置不同。图3.23 加入高斯噪声的2级SSB调制解调模块图（1）波形失真与高斯噪声均值的关系图3.24 第1个高斯噪声模块参数设置 图3.25 第2个高斯噪声模块参数设置输入信号时域波形如图3.26中示波器第1路所示，其功率谱如图3.27所示。高斯噪声均值为0.1，方差为0时，输出信号时域波形如图3.26中示波器第2路所示，可见波形相对原波形失真较小。功率谱如图3.28所示，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3，方差为0时输出信号时域波形如图3.26中示波器第3路所示，可见波形
14、完全失真。其功率谱如图3.29所示，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。图3.26 高斯噪声均值不同时信号的输出波形图3.27 输入信号功率谱图3.28 噪声均值为0.1时输出信号的功率谱图3.29 噪声均值为3时输出信号的功率谱（2）波形失真与高斯噪声方差的关系图3.30 第1个高斯噪声模块参数设置 图3.31 第2个高斯噪声模块参数设置输入信号时域波形如图3.32中示波器第1路所示，其功率谱如图3.27所示。高斯噪声均值为0，方差为0.5时，输出信号时域波形如图3.32中示波器第2路所示，可见波形相对原波形失真较小。功率谱如图3.33所
15、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10时输出信号时域波形如图3.32中示波器第3路所示，可见波形完全失真。其功率谱如图3.34所示，在功率谱上产生了一些比较大的功率分量。分析可知，高斯噪声的方差越大，输出信号失真越大。图3.32 高斯噪声方差不同时信号的输出波形 图3.33 噪声方差为0.5时输出信号的功率谱图3.34 噪声方差为10时输出信号的功率谱4 结束语经过为期两周的努力和学习，本次课程设计已接近尾声。这次课程设计，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。对通信工程专业来说，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
16、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中通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。最后，在本次课程设计中，得到了老师和很多同学的帮助。在此特别感谢黄老师在本次课程设计中指导，纠正了我很多错误和一些以前对本课程的误解。5 参考文献1 樊昌信，曹丽娜. 通信原理. 北京：国防工业出版社，20062邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析. 北京：清华大学出版社，20083 张化光, 孙秋野. MATLAB/Simulink实用教程. 北京：人民邮电出版社，20094 姚俊，马松辉.Simulink建模与仿真基础. 北京：西安电子科技大学出版社，20025 邓华MATLAB通信仿真及应用实例详解北京：国防工业出版社，2003