SSB单边带调制与解调解析

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。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 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。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。

1.1.1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H SSB （ω）是单边带滤波器的系统函数，即)(t H SSB 的傅里叶变换。若保留上边带，则H SSB （ω）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:

若保留下边带，则应具有低通特性如图1.2（d ）所示:

(1.2)

单边带信号的频谱如图1.2（e ）所示:

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:

图 1.3 SSB移相法模型

希尔伯特变换H（w）及有关特性为：

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 90o移相网络，是正交变换网络。

图1.4 希尔伯特滤波器的传递函数

1.2 相干解调

解调就是把接收到的SSB信号经过处理，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 Simulink工作环境

在MATLAB命令窗口，单击工具栏上的按钮可进入Simulik。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。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2.1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，SSB调制系统模型如图2.2，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。

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。