SSB调制系统仿真(滤波法)通信原理课程设计报告

1、SSB调制系统仿真（滤波法）学生姓名： 指导老师：摘 要 SSB调制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。所以功率利用率和频带利用率都较高，成为一种广泛使用的调制方式，常用于频分多路复用系统中。本课程设计主要利用滤波法进行SSB调制系统的设计。单边带调制信号是将双边带信号中的一个边带滤掉而形成的。产生SSB信号最直观的方法是滤波法。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。解调采用相干解调，可以用相乘器与载波相乘来实现。在课程设计中，利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，程序运行平台为Windows 98/2

2、000/XP。程序通过调试运行，初步实现了设计目标，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性调制成功，所以需要将信号分两级调制。在这里，我们只进行一级调制。关键词 程序设计；SSB调制；SSB解调；滤波法；MATLAB；Simulink1 引 言产生SSB信号最直观的方法是，产生一个双边带信号，然后让其通过一个边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号，我们把这种方法称为滤波法，它是最简单也是最常用的方法。解调采用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。

3、解调是调制的反过程，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1。课程设计要正确构建仿真模型图，根据理论课中学习的原理，正确设置各模块参数，直至能正常运行。将模型中各点信号输入示波器，根据显示结果分析所设计的模型是否正确，并用频谱仪观察分析前后信号频谱的变化。在信号传输信道加上噪声源，模拟信号叠加噪声后的传输：用高斯白噪声模拟非理想信道，并记录示波器和频谱仪的波形，观察分析加噪声前后信号波形的变化。要求在未叠加噪声时，解调无失真，解调后的波形和原输入信号波形一样，解调后的信号功率谱和原信号功率谱一样。在叠加高斯白噪声后，尽可能滤除噪声，并解调叠加入噪声

4、后，解调后的波形相对原波形有失真，解调后的功率谱相对原功率谱也有失真，且分析高斯噪声的均值和方差对解调结果的影响。本课程设计利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，用滤波法设计SSB调制系统仿真模型图并运行，同时将模型中各点信号输入示波器，并用频谱仪对原始信号及最后输出信号运行仿真结果输入显示器，根据显示结果分析所设计的系统性能。Simulink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

5、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2。1.1 课程设计目的用滤波法，实现SSB调制解调仿真。仿真结果要便于对比分析，得出结论。课程设计要正确构建仿真模型图，根据理论课中学习的原理，正确设置各模块参数，直至能正常运行。将模型中各点信号输入示波器，根据显示结果分析所设计的模型是否正确，并用频谱仪观察分析前后信号频谱的变化。在信号传输信道

6、加上噪声源，模拟信号叠加噪声后的传输，并在信道中加入不同噪声，运行后对比分析：用高斯白噪声模拟非理想信道，并记录示波器和频谱仪的波形，观察分析加噪声前后信号波形的变化。在未叠加噪声时，解调无失真，在叠加高斯白噪声后，尽可能滤除噪声，并解调。若仿真正确。未加入噪声时，解调后的波形要和原输入信号波形一样，解调后的信号功率谱要和原信号功率谱一样。叠加入噪声后，能观察出，解调后的波形相对原波形有失真，解调后的功率谱相对原功率谱也有失真，而且高斯噪声的均值和方差均会影响解调结果。1.2 课程设计的步骤（1）分析课题，查找有关SSB调整解调的相关资料，弄清楚原理，掌握滤波法，相干解调；（2）熟悉MATLA

7、B集成环境下的Simulink仿真平台，掌握自己需要用到的仿真模块和器件，例如高斯白噪声，频谱仪等；（3）先设计调制部分，将基带信号与调整信号相乘形成双边带信号，然后通过滤波器形成单边带信号。并用示波器和频谱仪观察分析，得出结论，验证是否仿真成功；（4）再设计解调部分，用相干解调法，将调整信号与相干载波相乘，并通过低通滤波器，得到解调信号；并用示波器和频谱仪观察分析，得出结论，验证是否仿真成功；（5）然后再在信道中加入高斯白噪声，改变其均值和方差，运行后对比分析，得出结论；（6）独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。2 基本原理2.1 幅度调

8、制原理单边带调制是幅度调制的一种。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（精确到常数因子）。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为线性调制。但应注意，这里的“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程3。2.2 单边带调制原理单边带调制（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1。本课程设计采用滤波法。1.

9、单边带调制信号的产生及频域表示产生SSB信号最直观的方法是，先产生一个双边带信号，然后让其通过一个边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号。我们把这种方法称为滤波法，它是最简单也是最常用的方法，其原理框图如图2-1所示。 H(w) m(t) sDSB(t) sSSB(t) 载波c(t)图2-1 利用滤波法产生单边带信号滤除下边带，保留上边带（USB），H（w）具有理想高通特性,其频谱图如图2-2所示： 1 |w|wc (2.2-1)0 |w|wc 滤除上边带，保留下边带（LSB），H（w）具有理想低通特性,其频谱图如图2-3所示： 1 |w|wc (2.2-2)0 |w|wc SDSB(

10、w) SDSB(w) -wc 0 wc w -wc 0 wc w HUSB(w) HLSB(w) -wc 0 wc w -wc 0 wc w SUSB(w) SLSB(w)-wc 0 wc w -wc 0 wc w 图2-2 滤波法形成上边带信号的频谱图 图2-3 滤波法形成下边带信号的频谱图 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2-4所示。LPF s

11、m(t) sP(t) sd(t) c(t)=cos wct 图2-4 相干解调一般模型相干解调时，为了无失真地恢复原基带信号，接受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调制信号1。相干解调器适用于所有所有线性调制信号的解调。所以单边带调试可以适用相干解调，本实验使用相干解调。2.3 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，单击工具栏上的按钮也可进入Simulink，模块库按功能进行分为以下8个子库：Con

12、tinuous（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2-5 Simulink工具箱（2

13、）设计仿真模型在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2-6所示）。图2-6 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4。3 系统设计3.1 单边带调制 （1）

14、调制模块和参数设置单边带调制模块如图3-1。调制信号与载波相乘，形成DSB信号，DSB信号经过低通滤波器，滤除上边带，保留下边带（LSB），得到下边带信号；经过高通滤波器，滤除下边带，保留上边带（USB），得到上边带信号。基带信号（调制信号）幅度为2，频率为2，如图3-2。载波信号幅度为2，频率为10，如图3-3。滤波器参数设置如图3-4，图3-5所示。图3-1 单边带调制模块 图3-2 基带信号参数设置 图3-3 载波信号参数设置图3-4 单边带调制中低通滤波器参数设置图3-5 单边带调制中高通滤波器参数设置 （2）仿真结果及分析调制模块的仿真波形图如图3-6所示。图3-6 调制模块中各阶段

15、时域波形图 第1路是基带信号波形，第2路是载波信号波形，第3路是双边带信号波形，第4路是通过低通滤波器后的下边带信号波形。 调制模块的仿真波形图如图3-7所示。第1路是通过滤波器后的上边带信号波形，第2路是双边带信号波形，第3路是载波信号波形，第4路是基带信号波形。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至图3-12所示。调制信号先与载波相乘得DSB信号，再通过滤波器得下SSB信号。分析观察可知，调制过程中信号功率谱的形状不变，只是频率的搬移，符合线性调制的的原理。 图3-8 调制信号功率谱 图3-9 载波信号功率谱 图3-10 双边带调制信号功率谱 图3-

16、11 通过低通滤波器后的下边带调制信号功率谱图3-12 通过高通滤波器后的上边带调制信号功率谱3.2 SSB相干解调 （1）相干解调模块及参数设置SSB的相干解调模块如图3-13所示。在SSB的相干解调模块中，SSB调制信号，与相干载波相乘，再经过低通滤波器，得到解调信号。相干载波幅度为2，频率为10。下边带信号经过的低通滤波器参数设计如图3-14，上边带信号经过的低通滤波器参数设计如图3-15。 图3-13 SSB调制解调模块 图3-14 SSB相干解调中滤波器参数设置 图3-15 SSB相干解调中滤波器参数设置（2） 仿真结果及分析SSB相干解调仿真波形如图3-16所示。第1路是输入信号波

17、形，第2路是调制信号与载波相乘后的信号，第3路是单边带信号波形（下边带信号），第4路是单边带信号与相干载波相乘后的信号，第5路是解调后的波形图。解调后的信号功率谱如图3-19，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3-16 SSB调制解调各过程时域波形图SSB相干解调仿真波形如图3-17所示。第1路是解调后的波形图，第2路是单边带信号与相干载波相乘后的信号，第3路是单边带信号波形（上边带信号），第4路是调制信号与载波相乘后的信号，第5路是输入信号波形。解调后的信号功率谱如图3-20，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3-17 SSB调制解调各

18、过程时域波形图 相干解调模块中各过程信号功率谱如图3-18至图3.-20所示。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3-18 未解调前信号功率谱图3-19 SSB解调后信号功率谱图3-20 SSB解调后信号功率谱3.3 加入噪声的SSB调制解调 由于在上面，已分别讨论过上下边带信号，且上下边带使用的高斯噪声参数相同，所以这里只讨论下边带信号。 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。加入噪声

19、的SSB调制解调模块如图3-21所示。示波器Scope1中，第1路为调制信号波形，第2路为调制信号与载波信号相乘后的双边带信号波形，第3路为经过低通滤波器形成的单边带信号波形，第4路为叠加高斯噪声后的单边带信号波形，第5路为经过带通滤波器的信号单边带信号波形，第6路为单边带信号与相干载波相乘后的信号波形，第7路为解调出的信号。 图3-21加入噪声的SSB调制解调（1） 波形失真与高斯噪声均值的关系高斯噪声均值为0.1，方差为0时，SSB调制解调各过程时域波形如图3-23。输出信号时域波形如示波器第7路所示可见波形相对原波形失真较小，功率谱如图3-25所示，相对原信号功率谱失真较小。高斯噪声均值

20、为5，方差为1时，SSB调制解调各过程时域波形如图3-27。输出信号时域波形如示波器第 7路所示，可见波形失真较大。其功率谱如图3-28，相对原信号功率谱失真较大。 分析可知，高斯白噪声的均值越大，输出信号失真越大。 图3-22 高斯噪声参数设置 图3-23 SSB调制解调各过程时域波形图 图3-24 输入信号功率谱图3-25 噪声均值为0.1，方差为1时的输出信号功率谱 图3-26 高斯噪声参数设置图3-27 SSB调制解调各过程时域波形图 图3-28 输入信号功率谱 图3-29 噪声均值为5，方差为1时输出信号的功率谱（2） 波形失真与高斯噪声方差的关系 高斯噪声均值为0.1，方差为0时，

21、SSB调制解调各过程时域波形如图3-23。输出信号时域波形如示波器第7路所示，可见波形相对原波形失真较小，功率谱如图3-25所示，相对原信号功率谱失真较小。高斯噪声均值为0.1，方差为10时，SSB调制解调各过程时域波形如图3-31。输出信号时域波形如示波器第7路所示，可见波形相对原波形失真较大。功率谱如图3-33所示，相对原信号功率谱失真较大。 分析可知，高斯噪声的方差越大，输出信号失真越大。 图3-30 高斯噪声参数设置图3-31 SSB调制解调各过程时域波形图图3-32 输入信号功率谱图3-33 噪声均值为0.1，方差为10时输出信号的功率谱4 仿真电路分析与总结在仿真过程中遇到了一些问

22、题。不过通过查阅资料，寻求老师和同学的帮助，最终得到解决。由于对SSB调整解调原理了解的不够透彻，一开始就遇到了问题，不知道如何通过simulink正确仿真调制解调过程。后来通过将调制解调过程分为调制模块，解调模块，分别分析仿真，然后再将调制解调模块组合到一起，得到了正确的仿真电路，最后再加入高斯白噪声，得到叠加了噪声的SSB调制解调系统仿真电路。在最开始，我本来只仿真了上边带SSB调制解调过程，即将双边带信号通过一个高通滤波器。但为了让仿真更精确，便于对比分析，得出结论，最后决定同时仿真上下边带SSB调制解调过程，即分为两路，双边带信号在上路通过低通滤波器，得到下边带信号，下路通过高通滤波器

23、，得到上边带信号。最后得到两路的仿真波形和频谱可以相互对比分析。仿真过程中，我将调制信号的频率设为了10，载波信号的频率设为了20，由于调制信号的频率太高，与载波信号的频率差距较小，仿真结果不明显，不利于分析比较得出结论。在黄老师的建议下，最终将调制信号的频率改为2，载波信号的频率改为10后，仿真结果容易观察分析。在设置频谱仪的参数时也遇到了一些问题。为了让波形和功率谱更容易观察，必须要调整坐标，但是由于从未在simulink中使用过频谱仪，所以对于频谱仪的参数设置不太了解。但是，经过查阅资料，和同学讨论，然后对参数的调试仿真，最后找到了合适参数设置。在分析高斯白噪声对仿真的影响时，也遇到了问

24、题。均值和方差同时对仿真结果有影响，所以最后采用的控制变量法。先保持均值不变，改变方差，观察波形和功率谱的变化，得出结论，然后再保持方差不变，改变均值，观察波形和功率谱的变化，得出结论。未加入噪声时，对示波器和频谱仪分析可知，解调后的波形和原输入信号波形一样，解调后的信号功率谱和原信号功率谱一样，所以符合设计要求，实现了设计要求。叠加入噪声后，能观察到，解调后的波形相对原波形有失真，解调后的功率谱相对原功率谱也有失真，而且高斯噪声的均值和方差均会影响解调结果。分析可知，均值不变，高斯噪声的方差越大，输出信号失真越大；方差不变，高斯噪声的均值越到，输出信号失真越大，所以也符合设计要求。5 结束语

25、两周的课程设计说长不长说短不短，如果好好利用，我们不仅可以巩固学过的知识，也能拓宽自己的视野，提升自己的能力。从一开始的无从下手，到最后的自我提升，无可否认，这是对我们自身能力的重新认识和提升挑战。通信原理是通信、电子、信息领域中最重要的专业基础课之一，通信原理对于我们通信工程的学生来说是一门很重要的科目，不仅仅因为它涵盖了通信工程的许多理论知识，是考研的科目，而且其实践性很强。 通信系统作为一个实际系统，是为了满足社会与个人的需求而产生的，目的就是传送消息（例如数据、语音和图像等）。通信技术的发展，特别是近30年来形成了通信原理的主要理论体系，即信息论基础、编码理论、调制与解调理论、同步和信道复用等。本课程教学的重点是介绍数字通信系统中各种通信信号的产生、传输和解调的基本理论和方法，使学生掌握和熟悉通信系统的