抑制载波单边带你调制解调的实现.docx
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抑制载波单边带你调制解调的实现
西南科技大学
现代通信原理设计报告
课程名称：
现代通信原理课程设计
设计名称：
抑制载波单边带调幅（SSB）和调解的实现
姓名：
黄聪
学号:
20102997
班级：
通信1002
指导教师：
詹曦
起止日期：
2013.6.25-2013.7.6
西南科技大学信息工程学院制
课程设计任务书
学生班级：
通信1002学生姓名：
黄聪学号：
20102997
设计名称：
抑制载波单边带调幅（SSB）和解调的实现
起止日期：
2013.6.25-2013.7.6指导教师：
詹曦
设计要求：
用matlab产生一个频率为1Hz，功率为1的余弦信号
，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。
采用matlab或者其它软件工具实现对信号进行抑制载波单边带调幅（SSB）和解调，并且绘制：
（1）信号
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。
课程设计学生日志
时间
设计内容
2013.7.1
查找资料，整理思路
2013.7.2
阅读相关书籍，了解MATLAB
2013.7.4
确定思路，搜集相关资料
2013-7.5
进行整体设计
2013.7.6
答辩
课程设计考勤表
周
星期一
星期二
星期三
星期四
星期五
课程设计评语表
指导教师评语：
成绩：
指导教师：
年月日
抑制载波单边带调幅（SSB）和解调的实现
一、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，编写程序来实现SSB解调，并绘制出解调前后的时域，频域波形以及功率谱密度，再进一步绘制出对SSB信号进行解调后的时域波形，根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性。
在课程设计中，系统开发平台为Windows7，使用工具软件为MATLAB2012b。
在该平台运行程序完成了对SSB信号的调制以及解调结果的观察。
通过该课程设计，达到了实现SSB信号调幅和解调的目的。
关键词：
SSB；调制；解调；MATLAB2010b
二、设计目的和设计意义
1．设计目的
（1）了解各种调制方式的工作原理，加深对模拟线性调制SSB的工作原理的理解。
。
（2）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
（3）了解已调信号的功率谱密度特征。
（4）了解用滤波法产生抑制载波单边带SSB的信号的方式和上下边带信号的不同。
（5）了解采用相干解调后，输出波形与原信号波形的变化。
2．设计意义
调制就是对信号源的信息进行处理加到载波上去，使其变为适合与信道传输的形式的过程，就是使载波随信号而改变的技术。
调制在通信系统中有十分重要的作用，通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号。
而且调制对系统的传输有效性和传输的可靠性有很大的影响，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。
常见的模拟调制方式有：
AM,DSB-SC.SSB.从频谱分析可以知道，传输双边带调幅信号，所需的带宽是原调制信号的两倍，常规双边带调幅和抑制载波双边带调幅具有相同的带宽，而单边带调制的带宽和原来调制信号相同。
在带宽资源紧张的情况下，需要采用单边带调幅。
本次设计就是对单边带的调制解调进行讨论。
三、设计原理
1.单边带信号的形成方法
（1）滤波法
单边带调制中只传送单边带调制信号中的一个边带，因此产生单边带信号的最直观的方法是让双边带信号通过一个单边带滤波器，滤除不需要的边带信号。
图1:
单边带滤波法调制框图
本次设计信号为频率为1Hz，载波信号的频率为10Hz，在进行单边带调制之后，上边带频率为11Hz，下边带频率为9Hz。
滤波法的原理方框图如图2.1所示，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）相移法
图2：
单边带调制相移法方框图
图中Hh（w）为希尔伯特滤波器，它实质上是一个宽带相移网络，
中的任意分量相移，图中上一行乘法器输出为同相分量，下一行乘法器输出为正交分量。
单频调制时，单频信号为：
f（t）=Acosws*t
载波为：
C（t）=coswc*t
所以f（t）的希尔伯特变换为f（t）=Asin（ws*t）,可得上边带调制信号为
下边带调制信号为
本次设计将采用相移法。
2.功率谱密度计算
由随机信号分析的知识可以知道，时间平均自相关函数与功率谱密度为傅里叶变换对
3.保留上边带调制信号的相干解调
单边带解调不能采用包络检波，因为包络检波不能反映调制信号的波形，因此需要使用相干解调。
相干解调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。
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。
相干解调的原理框图：
图3：
单边带调制信号相干解调系统框图
四、详细设计步骤
1.信号f（t）及其频谱
本设计中需要一个频率为1Hz,功率为1的余弦信号和载波频率为10Hz的载波。
具体代码如下：
ws=2*pi;%频率为1
A=sqrt
（2）;
wc=20*pi;%载波频率为10hz
t=linspace（0,2,1000）;
singal=A*cos（ws*t）;%调制信号
carrier=cos（wc*t）;%载波信号
figure
（1）
subplot（2,1,1）;
plot（t,singal）;
gridon
title（'信号'）;
xlabel（'Time（s）'）;
ylabel（'Mag（v）'）;
subplot（2,1,2）;
plot（t,carrier）;
gridon
title（'载波'）;
xlabel（'Time（s）'）;
ylabel（'Mag（v）'）;
图4：
信号和载波时域波形
本次设计对信号采用500hz的速率进行采用，由采样定理可知，模拟频率最高为250Hz。
%调制信号频谱
singal_fft=fftshift（fft（singal））;
singal_mag=abs（singal_fft）;
singal_phase=angle（singal_fft）;
figure
（2）
w=linspace（-250,250,1000）;
subplot（2,1,1）;
plot（w,singal_mag）;
gridon
title（'幅频'）;
xlabel（'Frequence（Hz）'）;
ylabel（'Mag（v）'）;
subplot（2,1,2）;
plot（w,singal_phase）;
gridon
title（'相频'）;
xlabel（'Frequence（Hz）'）;
ylabel（'phase'）;
图5：
信号的频谱特性
从上面的频谱图分析可以知道，单频余弦信号的频率主要集中在低频段，所以应该主要对20Hz一下的频率进行分析。
%信号在5Hz附近的频谱放大图
figure（3）
w1=linspace（-5,5,21）;
subplot（2,1,1）;
plot（w1,singal_mag（491:
511））;
gridon
title（'幅频'）;
xlabel（'Frequence（Hz）'）;
ylabel（'Mag（v）'）;
subplot（2,1,2）;
plot（w1,singal_phase（491:
511））;
gridon
title（'相频'）;
xlabel（'Frequence（Hz）'）;
ylabel（'phase）'）;
图6：
信号在低频段放大图
2.单边带调制信号及频谱
根据设计原理，代码如下：
%SSB调制信号
carrier_orth=sin（wc*t）;
singal_de=A*sin（ws*t）;
up_ssb=（singal.*carrier-singal_de.*carrier_orth）./2;%上边带
lo_ssb=（singal.*carrier+singal_de.*carrier_orth）./2;%下边带
figure（4）
subplot（2,1,1）;
plot（t,up_ssb）;
gridon
title（'上边带调制'）;
xlabel（'Time（s）'）;
ylabel（'Mag（v）'）;
subplot（2,1,2）;
plot（t,lo_ssb）;
gridon
title（'下边带调制'）;
xlabel（'Time（s）'）;
ylabel（'Mag（v）'）;
图:
7：
保留上下边带时域波形
用信号频谱分析，得到其频谱图。
代码如下：
%上下边带的频谱图
up_ssb_fft=fftshift（fft（up_ssb））;
up_ssb_mag=abs（up_ssb_fft）;
up_ssb_phase=angle（up_ssb_fft）;
lo_ssb_fft=fftshift（fft（lo_ssb））;
lo_ssb_mag=abs（lo_ssb_fft）;
lo_ssb_phase=angle（lo_ssb_fft）;
figure（5）
w2=linspace（-15,15,61）;
subplot（2,2,1）;plot（w2,up_ssb_mag（471:
531））;gridon
title（'上边带幅频'）;
xlabel（'Frequence（Hz）'）;
ylabel（'Mag（v）'）;
subplot（2,2,2）;plot（w2,up_ssb_phase（471:
531））;gridon
title（'上边带相频'）;
xlabel（'Frequence（Hz）'）;
ylabel（'phase'）;
subplot（2,2,3）;plot（w2,lo_ssb_mag（471:
531））;gridon
title（'下边带幅频'）;
xlabel（'Frequence（Hz）'）;
ylabel（'Mag（v）'）;
subplot（2,2,4）;plot（w2,lo_ssb_phase（471:
531））;gridon
title（'下边带相频'）;
xlabel（'Frequence（Hz）'）;
ylabel（'phase'）;
图8：
保留上下边带频域波形
3.SSB调制信号的功率谱密度
由自相关函数可以得到调制信号的功率谱密度。
%SSB调制信号的功率谱密度
figure（6）
w3=linspace（-15,15,121）;
self_relation=xcorr（up_ssb）;
self_power=abs（fftshift（fft（self_relation）））;
plot（w3,self_power（940:
1060））;
gridon
title（'上边带功率谱密度'）;
xlabel（'Frequence（Hz）'）;
ylabel（'Mag'）;
图9：
保留上边带调制信号的功率谱
4.相干解调后的信号
相干解调需要乘以一个同频同相的载波，然后在经过一个低通滤波器即可。
这里主要是选择低通滤波器，来滤出所需要的信号。
调制信号乘以频率为10Hz的载波以后，可以知道在1Hz和19Hz处存在信号的频谱。
现在设计一个巴特沃斯低通滤波器：
%相干解调后的信号
s=tf（'s'）;
low_pass=39.43/（s^2+8.88*s+39.43）;
figure（7）
plot（t,singal,'--r'）;
legend（'原信号'）
holdon
lsim（low_pass,lo_ssb.*carrier,t）
gridon
holdoff
图10：
相干解调后的输出波形
五、设计结果及分析
由所给条件，10Hz的载波对1Hz的余弦信号进行调制，相乘后频谱在9Hz和11Hz处有最大值，保留9Hz处的频谱为保留下边带调制，保留11Hz处的频谱为保留上边带调制。
解调是SSB信号和同频同相的载波相乘后通过低通滤波器就可以得到原始信号。
本设计中，通过使用MATLAB仿真，得到的保留上边带调制和保留下边带调制的频谱和理论分析完全一样。
SSB信号和同频同相的载波相乘后经过低通滤波器后，能恢复为同原始信号大小相同，有一定延迟的信号，但保留了原始信号的特征。
五、体会总结
通过本次课程设计，让我学到了很多知识，有课本上的，也有课本外的。
这学期学习了现代通信原理这门课，在这次课程设计中，将课本上的理论知识一一的验证，分析，收获很大，知识得到了进一步的巩固。
同时，设计中还运用到了数字信号处理方面的知识，虽然自己没有学过，但是在认真阅读书籍后，在同学的讲解下，理解了其原理。
通过对程序的设计，我熟悉了MATLAB开发环境，以前没有学过MATLAB，但是现在很够运用一些简单得功能，对MATLAB的一些基本操作和应用有了更深入的了解。
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，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。
总之，通过自己认真的查阅资料，阅读相关书籍，在同学的帮助下，本次课程设计的困难都得到了解决。
六、参考文献
[1]曹志刚、钱亚生.现代通信原理.清华大学出版社，1994
[2]程佩青.数字信号处理教程（第三版）.清华大学出版社，2007.2
[3]刘卫国.MATLAB程序设计教程.中国水利水电出版社，2005
[4]王薇.MATLAB从基础到精通.电子工业出版社,，2012.5.1
[5]余成波.数字信号处理及其MATLAB实现.清华大学出版社，1995
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