抑制载波单边带调幅(SSB)和解调的实现 2

1、 任务书课题名称抑制载波单边带调幅（SSB）和解调的实现指导教师（职称） 执行时间20122013 学年第 1 学期 第 16 周学生姓名学号承担任务SSB信号仿真及仿真分析编写SSB功率谱密度与SSB解调的程序SSB调制与解调原理分析子程序的编写编写SSB信号的调制程序编写调制信号及其频谱程序设计目的1. 研究模拟连续信号在SSB线性调制中的信号波形与频谱，了解调制信号是如何搬移到载波附近。2. 加深对模拟线性调制SSB的工作原理的理解。 3. 了解产生调幅波（AM）和抑制载波单边带波（SSBAM）的调制方式，以及两种波之间的关系。 4. 了解用滤波法产生单边带SSBAM的信号的方式和上下边

2、带信号的不同。 5. 了解在相干解调中存在同步误差（频率误差、相位误差）对解调信号的影响从而了解使用同频同相的相干载波在相干解调中的重要性。 设计要求对于信号用matlab产生一个频率为1Hz，功率为1的余弦信号f（t），设载波频率为10Hz。用抑制载波的单边带调幅实现对信号进行调制和解调。要求绘制：（1） 信号f（t）及其频谱；（2） SSB调制信号及其频谱；（3） SSB调制信号的功率谱密度；（4） 相干解调后的信号波形。摘 要 单边带调制从1933年开始，在短波通信中，大多越洋电话和洲际电话都用导频制单边带传输。自1954年以来，载频全抑制单边带调制迅速在军用和许多专用无线电业务中取代调

3、幅制。在载波电话、微波多路传输和地空的电话通信中，单边带技术已得到了广泛的应用，并且已使用在卫星至地面的信道和移动通信系统中。 单边带调制是将消息的频谱从基带移到一个较高的频率上，而且在平移后的信号频谱内原有频率分量的相对关系保持不变的调制技术。单边带(SSB)调制也可看作是调幅(AM)的一种特殊形式。调幅信号频谱由载频cf和上、下边带组成，被传输的消息包含在两个边带中，而且每一边带包含有完整的被传输的消息。因此，只要发送单边带信号，就能不失真地传输消息。显然，把调幅信号频谱中的载频和其中一个边带抑制掉后，余下的就是单边带信号的频谱。 本设计主要是利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来

4、实现SSB解调，并绘制出解调前后的时域和频域波形，再进一步绘制出对SSB信号叠加噪声进行解调后的时域和频域波形，根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及噪声对信号解调的影响。在课程设计中，系统开发平台为Windows Vista，使用工具软件为MATLAB 7.0。在该平台运行程序完成了对SSB信号的解调以及对叠加噪声后解调结果的观察。通过该课程设计，达到了实现SSB信号解调的目的。 关键词： SSB；解调；MATLAB 7.0；噪声目 录第一章 设计目的与意义41、设计内容42、设计目的与意义5第二章 设计原理51、单边带信号的调制52、单边带信号的解调6第三章 详细设计步骤81、调制信

5、号的产生82、画调制信号的频谱93、SSB调制信号的调制94、SSB调制信号的功率谱95、SSB信号的解调96、低通滤波器的设计9第四章 仿真结果101、MATLAB软件介绍102、仿真结果113、仿真分析15第五章 心得与体会16参考文献17附录118程序源码18附录221答辩记录及评分表21第一章 设计目的与意义1、设计内容 对于信号用matlab产生一个频率为1Hz，功率为1的余弦信号f（t），设载波频率为10Hz。用抑制载波的单边带调幅实现对信号进行调制和解调。要求绘制：（1）信号f（t）及其频谱；（2）SSB调制信号及其频谱；（3）SSB调制信号的功率谱密度；（4）相干解调后的信号波

6、形。2、设计目的与意义1. 研究模拟连续信号在SSB线性调制中的信号波形与频谱，了解调制信号是如何搬移到载波附近。2. 加深对模拟线性调制SSB的工作原理的理解。 3. 了解产生调幅波（AM）和抑制载波单边带波（SSBAM）的调制方式，以及两种波之间的关系。 4. 了解用滤波法产生单边带SSBAM的信号的方式和上下边带信号的不同。 5. 了解在相干解调中存在同步误差（频率误差、相位误差）对解调信号的影响从而了解使用同频同相的相干载波在相干解调中的重要性。第二章 设计原理1、单边带信号的调制信号的调制主要是在时域上乘上一个频率较高的载波信号，实现频率的搬移，使有用信号容易被传播。单边带调幅信号可

7、以通过双边带调幅后经过滤波器实现。双边带调制信号频谱中含有携带同一信息的上、下两个边带。因此，我们只需传送一个边带信号就可以达到信息传输的目的，以节省传输带宽、提高信道利用率。这就是单边带调制（SSBSC）。产生SSB信号有移相法和滤波法。本设计采用滤波法，即，将已产生的双边带信号通过一个带通滤波器，根据该滤波器传递函数的不同，可分别得到下边带信号和上边带信号。SSB信号可表示为：式中：是m（t）的所有频率成分移相的-/2信号，称为的希尔伯特信号。式中符号取“-”产生上边带，取“+”产生下边带。 HSSB(w) coswc(t) 图2.1 单边带信号的滤波法形成 滤波法的原理方框图如图2.1所

8、示，图中为单边带滤波器的传递函数，对于保留上边带的单边带调制来说，有对于保留下边带的单边带调制来说，则取为带通滤波器，于是单边带信号的频谱为2、单边带信号的解调在单边带信号的解调中，只需要对上、下边带的其中一个边带信号进行解调，就能够恢复原始信号。这是因为双边带调制中上、下两个边带是完全对称的，它们所携带的信息相同，完全可以用一个边带来传输全部消息。单边带解调通常采用相干解调的方式，它使用一个同步解调器，即由相乘器和低通滤波器组成。在解调过程中，输入信号和噪声可以分别单独解调。相干解调的原理框图如图2-2所示： 低通滤波器 c(t) 图2-2 相干解调原理框图此图表示单边带信号首先乘以一个同频

9、同相的载波，再经过低通滤波器即可还原信号。单边带信号的时域表达式为表示基带信号 其中取“-”时为上边带，取“+”时为下边带。乘上同频同相载波后得表示的希尔伯特变换经低通滤波器可滤除2的分量，所得解调输出为由此便可得到无失真的调制信号。第三章 详细设计步骤1、调制信号的产生 由设计要求要产生一个频率为1Hz，功率为1的余弦信号f(t)。则可以利用matlabe工具箱函数sin()产生满足该指标的信号，由于matlab在进行信号处理的时候不能处理无限长的信号，所以应该把信号离散化，在本设计中对信号进行采样的频率为1000Hz。由于要求信号功率为1，所以信号的最大幅度为V。2、画调制信号的频谱 信号

10、的频谱可以通过求信号的傅里叶变换得到，傅里叶变换又可以用普通傅里叶变换又可以通过快速傅里叶（FFT）得到。在本设计中，傅里叶变换通过调用一个已经编好的利用快速傅里叶变换实现的求信号的频谱函数实现，这样就增加了程序的重用性，以后只要需要求信号的频谱的时候，只需要调用该函数，给出函数的参数即可。函数的入口参数为信号的时间（信号时间长度必须大于二）和信号向量，出口参数为频率和信号频谱。3、SSB调制信号的调制由于SSB是通过滤波法实现。通过公式实现DSB信号，并通过傅立叶变换得其频谱，然后去除上边频分量得到下边频分量LSSB，再通过傅立叶反变换即可产生携带下边频的单边带调幅信号即u信号。4、SSB调

11、制信号的功率谱通信中，调制信号通常是平稳随机过程。其功率谱密度与自相关函数之间是一对付氏变换关系。这样就可以先找到信号的自相关函数，然后通过付氏变换来实现信号的功率谱密度。5、SSB信号的解调 本设计采用相干解调的方式对SSB调制信号进行解调。由前面的分析可知，只需要将SSB调制信号和一个同频同相的本地载波相乘，然后让信号通过一个低通滤波器即可得到无失真的调制信号。6、低通滤波器的设计 低通滤波器要能够滤出调制信号，所以其截至频率不能太高，截至频率太高会让一些带外噪声也进入后面的信号处理部分。由题，截至频率应该低于5Hz。为此，设计了一个实现低通滤波器功能的通用函数。第四章 仿真结果1、MAT

12、LAB软件介绍 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数

13、据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。2、仿真结果(1) 未调信号及其频谱未调制信号的周期为一秒，则频率为1HZ；由于正弦信号的功率与幅值有以下关系：P=1/2Am2 ，频率为1W则可以求出未调信号幅值大约为1.414；与图4-1中未调制信

14、号时域图比较，正好与分析相吻合。由正弦信号的频率特性可知，时域表达式在经过傅里叶变换后，在频率处出现冲击图4-1 未调信号及其频谱(2) 载波信号信号的调制主要是在时域上乘上一个频率较高的载波信号，实现频率的搬移，所以本设计采用了频率为10HZ，幅值为1的载波信号，如下图4-2所示图4-2 载波信号(3) 利用MATLAB产生SSB调制信号及其频谱由抑制载波双边带调幅调制出来的信号是上下两个边带对称且以正弦信号为包络的不等值正弦信号组成的波形，经过单边带滤波器便得到单边带调制信号。而此图是经过设计利用滤波法得到图4-3的上下边带已调信号时域图。调制过程就是对信号源的信息进行处理加到载波上，相当

15、于进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上；与图4-1中调制信号频谱图相吻合，再与图4-1中的频谱图相比较，频域信号明显进行了频谱搬移，符合调制原理。图4-3 已调信号及其频谱(4) SSB功率谱密度与解调信号的产生 功率谱密度函数是表示其频谱分量的单位带宽功率的频率函数，从图4-4可以看出，频域信号的单位带宽功率能量只要集中在载波频率附近，也是随着调制过程功率谱进行着搬移。 最后是将已调信号通过乘以同频同相的载波，即为相干解调。由前面的相干解调原理框图可知，经过滤波器后得到无失真的调制信号。图4为调制信号的时域图与图4-1相比，波形大致相同频率也为1HZ，幅度也一样只是在原始信号上

16、产生了些许相移，由于滤波过程中噪声的干扰信号最终存在一些波动。图4-4的信号频谱图与图4-1完全相同，从而也进一步说明了单边带的相干解调能得到无失真的原始信号。图4-4 功率普密度及解调后的信号3、仿真分析从图4-1中可以看出，未调信号频率为1Hz。从频谱角度上看，在0处出现冲击，这是由正弦信号的频率特性确定的。由抑制载波双边带调幅调制出来的信号是以正弦信号为包络的不等值正弦信号组成的波形，经过滤除上边带后得到图4-3的携带下边带信号的已调信号，及经过滤除下边带后得到图4-3的吓呆上边带信号的已调信号。调制过程就是将信号的频谱进行搬移，将其搬运到载波附近的频率点上。下图是分别对应上、下边带信号

17、的频谱图。与图4-1中的频谱图进行比较能清晰地看出，频域信号已经被搬移到载波的附件。图4-2为载波信号的波形。从图4-4功率普密度图中看到，已调信号的功率主要集中在10Hz附件，主要是因为信号频率已经被搬运到载波附件的原因。经过滤波器后，信号的大致形状已经被恢复，但由于调制和解调的过程中信号产生了相移，所以与未调信号相比，相位发送了较大的变化。第5章 心得与体会 通过这次的高频电子线路课程设计，巩固了很多以前学过但是已经忘了的知识，比如如何利用MATLAB产生一个自己想要的信号，如何利用MATLAB来进行信号的分析与处理等；另外也巩固了刚刚学习的数字信号处理与通信原理这两门课程的相关知识点。如

18、怎样设计一个低通滤波器，信号的功率谱和信号的频谱之间的相关联系等等。加深了对单边带调幅的理解，从理论上对单边带调制系统的工作原理有了进一步的认识，了解了单边带信号的调制与解调方法。对信号进行傅里叶变换及其傅里叶反变换有了更深的认识。 通过本次课程设计也进一步熟悉了MATLAB开发环境，对MATLAB的一些基本操作和应用有了更深入的了解。如：有要求的正弦信号的产生，基本图形的绘制和各种的函数的使用等。学会了如何使用MATLAB对信号进行SSB调制和解调，了解了低通滤波器的设计方法等。 此外，我们学会了如何合理的安排设计所需要的时间以及合理的利用网络资源及图书馆参考资源等普遍实用的学习方法，通过和

19、小组其他成员的探讨，拓宽了每个人的视野，学习了别人的好的设计思路与设计方法等。 最后，经过这次的课程设计，我们也看到了自己本身存在的一些不足之处。主要是在平时的学习过程中对于一些应该掌握的知识点掌握的不够好，一些设计所用到的原理知识不能够很好的理解。在仿真方面对某些的指令语句不能够全面的了解以至于绕了很多的弯路。最后进行仿真时常常不能出现图形或是仿真结果与我们预期的出现太大的偏差。 出现以上的问题时我们就着手认真看书，熟悉其工作原理。查阅相关的参考文献或是上网查找，向老师寻求帮助等。把理论知识分析好后再对所得的结果进行分析。通过再学习，独立的解决课程设计中所遇到的困难。参考文献1 程佩青. 数

20、字信号处理教程（第三版）M. 清华大学出版社，2007.22 刘卫国. MATLAB程序设计教程M. 中国水利水电出版社，20053 曹志刚、钱亚生. 现代通信原理M. 清华大学出版社，19944 余成波. 数字信号处理及其MATLAB实现S . 清华大学出版社，19955 张肃文. 高频电子线路M. 北京高等教育出版社，19846 沈伟慈. 通信电路M. 西安电子科技大学出版社，2011.97 张欲敏. 通信电路.3版M. 北京航空航天大学出版社，19908 曾兴雯，等. 高频电路原理与分析.3版M. 西安电子科技大学出版社，2001附录1程序源码t0=1;ts=0.001;fc=10;fs

21、=1/ts;df=0.3;t=-t0/2:ts:t0/2;m=sqrt(2)*cos(2*pi*t); c=cos(2*pi*fc.*t); %定义载波同相分量b=sin(2*pi*fc.*t); v=m.*c+imag(hilbert(m).*b;u=m.*c-imag(hilbert(m).*b;M,m,dfl=fftseq(m,ts,df);M=M/fs;U,u,dfl=fftseq(u,ts,df);U=U/fs;V,v,dfl=fftseq(v,ts,df);V=V/fs;f=0:dfl:dfl*(length(m)-1)-fs/2;hold on;figure(1)subplot(

22、1,2,1)plot(t,m(1:length(t);axis(-1,1,-2,2);xlabel('时间'); title('未调信号')subplot(1,2,2); plot(f,abs(fftshift(M)xlabel('频率'); title('未调信号的频谱')hold on; figure(2);plot(t,c(1:length(t); axis(-0.1,0.1,-2,2)xlabel('时间'); title('载波')figure(3);subplot(2,2,1)plot(t,u(1:length(t);axis(-0.2,0.2,-1.5,1.5); xlabel('时间');title('上边带已调信号') subplot(2,2,2)plot(t,v(1:length(t)axis(-0.2,0.2,-1.5,1.5); xlabel('时间')title('下边带已调信号'); subplot(2,2,3)