SSB傳輸系統(tǒng)及仿真

SSB傳輸系統(tǒng)及仿真SSB傳輸系統(tǒng)及仿真摘要SSB（單邊帶調(diào)制）是幅度調(diào)制的一種，SSB調(diào)制在當(dāng)今通信迅速發(fā)展的社會(huì)當(dāng)中，應(yīng)用已經(jīng)十分普及。其主要是應(yīng)用在了我們生活當(dāng)中常見的音樂高保真?zhèn)鬏?、電視伴音相關(guān)信號(hào)之間的傳輸，以及多用于車載的衛(wèi)星通信，還有通話的蜂窩電話系統(tǒng)等等。本設(shè)計(jì)主要是通過SystemView仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)SSB調(diào)制系統(tǒng)仿真模型圖并運(yùn)行。利用SystemView，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)和各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真[1]。關(guān)鍵詞：SSB（單邊帶調(diào)制）；SystemView仿真平臺(tái)；幅度調(diào)制SSBtransmissionsystemandsimulationAbstractSSB(single-sidebandmodulation)isakindofamplitudemodulation,SSBmodulationintoday'srapiddevelopmentofcommunicationsinsociety,applicationshavebeenverypopular.Itismainlyusedinourdailylifeinthecommonmusichigh-fidelitytransmission,televisionsoundrelatedtothetransmissionofsignals,aswellasmostlyusedinthesatellitecommunications,aswellasthecellulartelephonesystem,andsoon.ThisdesignismainlythroughtheSystemViewsimulationplatform,designSSBmodulationSystemsimulationmodeldiagramandrun.TheSystemViewcanbeusedtoconstructvariouscomplexanalog,digitalandanaloghybridsystemsandvariousmulti-ratesystems,soitcanbeusedforthedesignandsimulationofvariouslinearornonlinearcontroltheorysystems【1】.Keywords：SSB(single-sidebandmodulation);SystemViewsimulationplatform；amplitudemodulation目錄TOC\o"1-3"\h\u276391前言 1119381.1本設(shè)計(jì)的目的、意義及應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求 245881.2本設(shè)計(jì)在國內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問題 2304261.3本設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問題 3106542本設(shè)計(jì) 37232.1設(shè)計(jì)原理 382262.1.1濾波法 654042.1.2移相法 6144462.1.3方案選擇 8196872.2SystemView仿真平臺(tái) 9278732.2.1分析問題 11312032.2.2設(shè)計(jì)過程 118902.3單邊帶傳輸系統(tǒng)工程與應(yīng)用 1577162.3.1用于傳輸射頻載波分配的可見光通信 1592932.3.2用于微型聲頻定向系統(tǒng) 16127143結(jié)論 1830532參考文獻(xiàn) 2029797謝辭 21PAGEPAGE211前言消息的運(yùn)載是通過信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，可以說信號(hào)是消息的載體。隨著無線電技術(shù)的快速發(fā)展和各式各樣的通信設(shè)備不斷的被投入市場，二十一世紀(jì)已經(jīng)步入了人們說的信息時(shí)代，現(xiàn)在生活中的信息傳輸已經(jīng)無處不在，信息技術(shù)的發(fā)展已然為人們的生活帶來了許許多多的便利。在我們傳統(tǒng)的通信中，我們所傳遞的信息是通過信號(hào)來搭載與傳輸?shù)?，我們將所需要傳遞的信息轉(zhuǎn)化成為與之一模一樣的電信號(hào)，通過設(shè)備進(jìn)行傳輸，最后再將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成原始信號(hào)，這便是我們所說的模擬信號(hào)。而模擬信號(hào)在實(shí)際的調(diào)制中，又被人們分為了兩種調(diào)制方式，分別是角度調(diào)制還有幅度調(diào)制。表1.1角度調(diào)制與幅度調(diào)制區(qū)別角度調(diào)制載波的角度改變而幅度不變幅度調(diào)制載波的幅度改變而角度不變其中幅度調(diào)制中，人們又將其分為了幾種常見的調(diào)制方式，分別是最基本的常規(guī)的雙邊帶調(diào)制（AM），通過剔除AM信號(hào)中載波分量從而提高功率利用率的抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB），以及相對(duì)于DSB調(diào)制而言只傳輸單邊帶的單邊帶調(diào)制（SSB）等。表1.2幅度調(diào)制中常見的幾種調(diào)制方式優(yōu)缺點(diǎn)常規(guī)雙邊帶調(diào)制（AM）功耗大、帶寬寬、解調(diào)簡單抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）功耗小、帶寬寬單邊帶調(diào)制（SSB）功耗小、帶寬窄、頻率整體搬移困難殘留邊帶調(diào)制（VSB）功耗小、帶寬較窄、低頻好雖然說已經(jīng)步入了信息時(shí)代，通信技術(shù)發(fā)展快速，但是相應(yīng)的問題也日漸突出，最具代表性的就是通信頻道擁擠的問題。那么，在通信的過程中，如何在一定的頻段里或占用相對(duì)較窄頻段內(nèi)去傳遞和容納更多的信息，這是人們所關(guān)注的。例如，單邊帶通信就是一種目前來說應(yīng)用比較廣泛且具備占用較窄頻帶特點(diǎn)的一種通信方法[2]。在模擬調(diào)制技術(shù)當(dāng)中，有一項(xiàng)十分重要的調(diào)制技術(shù)，那就是單邊帶調(diào)制技術(shù)（SSB），其不同于其他模擬調(diào)制技術(shù)的是，單邊帶調(diào)制的傳輸帶寬，不再和傳統(tǒng)的幅度調(diào)制（AM），雙邊帶調(diào)制（DSB）一樣是調(diào)制信號(hào)的兩倍，單邊帶調(diào)制由于只傳輸其中的一個(gè)邊帶，所以其的帶寬與調(diào)制信號(hào)的一樣。也因此單邊帶調(diào)制在做到提高功率的同時(shí)，也可以節(jié)約信道的帶寬資源。所以，在通信技術(shù)當(dāng)中，對(duì)于單邊帶調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的研究仍然有著十分重大的意義。表1.3SSB與其它調(diào)制方式的帶寬帶寬（設(shè)調(diào)制信號(hào)帶寬為W）常規(guī)雙邊帶調(diào)制（AM）2W抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）2W單邊帶調(diào)制（SSB）W殘留邊帶調(diào)制（VSB）略大于W1.1本設(shè)計(jì)的目的、意義及應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求我們知道，對(duì)于單邊帶調(diào)制（single-sidebandmodulation，簡稱SSB）來說，其僅僅只是眾多幅度調(diào)制中的一種，那么SSB調(diào)制相對(duì)于其他的幅度調(diào)制來說，又有著什么樣不同，亦或者是存在什么優(yōu)點(diǎn)呢？我們知道在通信中，信息傳遞的速率以及是對(duì)信道載體的利用率對(duì)十分重要的，于是在通信的過程中，如何去提高通信中功率利用率或者是減少相應(yīng)的發(fā)射功率就顯得尤為的重要，所以相對(duì)于在幅度調(diào)制中的AM調(diào)制和DSB調(diào)制技術(shù)，SSB調(diào)制技術(shù)所能夠達(dá)到的帶寬和調(diào)制信號(hào)一樣的這種效果，就使得信號(hào)當(dāng)中的功率利用率得到了十分巨大的提高；因此，在如今的通信技術(shù)當(dāng)中，單邊帶調(diào)制技術(shù)得到了相對(duì)于其他幅度調(diào)制技術(shù)更為廣泛的應(yīng)用。那么如何才能夠更加全面、深入的去了解SSB調(diào)制呢？本次設(shè)計(jì)便通過學(xué)習(xí)的相關(guān)通信原理知識(shí)，再結(jié)合上仿真軟件SystemView，去設(shè)計(jì)出一個(gè)SSB仿真系統(tǒng)，通過仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與創(chuàng)建，最后對(duì)仿真系統(tǒng)所達(dá)到的結(jié)果進(jìn)行分析。1.2本設(shè)計(jì)在國內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問題單邊帶調(diào)制技術(shù)的歷史已經(jīng)十分悠久，早在1920年到1929年期間，所屬英國的拉格比電臺(tái)就已經(jīng)與當(dāng)時(shí)的紐約之間展開了第一次的的越洋無線電話業(yè)務(wù)，這就是第一次SSB的信號(hào)實(shí)驗(yàn)。而早在1935年之前，荷蘭這個(gè)國家便將單邊帶調(diào)制技術(shù)運(yùn)用在了當(dāng)時(shí)相對(duì)困難的荷蘭遠(yuǎn)東電路上，這就是單邊帶調(diào)制技術(shù)第一次正式的用于在隔著海洋的遠(yuǎn)距離短波電路上。但隨著1939年，德國閃擊波蘭，導(dǎo)致了為期6年的第二次世界大戰(zhàn)戰(zhàn)爭的爆發(fā)，從而單邊帶調(diào)制的進(jìn)一步發(fā)展就受到了阻礙。因此在那幾年的的戰(zhàn)爭時(shí)期里，更多的戰(zhàn)爭部隊(duì)，例如海軍使用的無線電臺(tái)、空軍使用的軍用飛機(jī)上以及是地面的地表作戰(zhàn)人員，其多數(shù)選擇使用的TSSB發(fā)射機(jī)。雖然戰(zhàn)爭使得單邊帶技術(shù)的發(fā)展受到了限制，但是就單邊帶技術(shù)而言，其在這個(gè)時(shí)期或者之前來說可以算得上是比較的成熟，對(duì)于單邊帶技術(shù)中所存在的問題也被人們所發(fā)現(xiàn)。單邊帶的調(diào)制器和解調(diào)器在實(shí)際的制作當(dāng)中存在著兩大難點(diǎn)：①單邊帶的調(diào)制器需要一個(gè)頻率特性十分陡峭的邊帶濾波器，這是很難做到的；②單邊帶的解調(diào)器需要一個(gè)同步載波信號(hào)，而要做到同頻同相也是十分困難的[2]。表1.4SSB調(diào)制以前的發(fā)展?fàn)顩r1920年到1929年期間越洋無線電業(yè)務(wù)（第一次SSB試驗(yàn)）1935年之前荷蘭遠(yuǎn)東電路第二次世界大戰(zhàn)（1939-1945）受到阻礙1.3本設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問題①已知SSB的調(diào)制器與解調(diào)器在實(shí)際制作當(dāng)中存在著兩大難點(diǎn)，那么如何在仿真設(shè)計(jì)中去避免或者克服這兩個(gè)難點(diǎn)；②在使用SystemView仿真平臺(tái)進(jìn)行SSB仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于所設(shè)計(jì)的SSB仿真系統(tǒng)中的各類元器件，應(yīng)該如何去設(shè)置參數(shù)。2本設(shè)計(jì)在掌握SSB信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理的基礎(chǔ)上，通過美國的systemview仿真平臺(tái)進(jìn)行對(duì)SSB仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與搭建。systemview仿真平臺(tái)包含豐富的庫資源，能夠滿足各種數(shù)字信號(hào)處理和濾波器設(shè)計(jì)，以及復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計(jì)、仿真要求,并可進(jìn)行各種系統(tǒng)時(shí)域和頻域分析[3]。同時(shí)，也因?yàn)镾ystemView仿真平臺(tái)不同與其他的仿真平臺(tái)，他不需要用戶去輸入任何的程序語言，僅僅需要通過器件之間的連接，便可設(shè)計(jì)出仿真系統(tǒng)，可以很大程度的方便用戶的使用，也便于用戶觀察仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真的過程以及結(jié)果，從而對(duì)設(shè)計(jì)的仿真系統(tǒng)的正確性快速的作出判斷。2.1設(shè)計(jì)原理對(duì)于幅度調(diào)制來說，其是發(fā)展最早的，而在幅度調(diào)制中，所用到的基礎(chǔ)技術(shù)便是AM調(diào)制，而AM調(diào)制的時(shí)域表達(dá)式和頻域表達(dá)式為：SAM(t)=[A0+m(t)]cosωc(t)=A0cosωc(t)+m(t)cosωc(t)（式2.1）SAM(ω)=πA0[δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)]+[M(ω+ωc)+M(ω-ωc)]（式2.2）從表達(dá)式中可以看到，常規(guī)雙邊帶調(diào)制（AM）的頻譜是由三部分而組成的，那就是上邊帶、下邊帶以及載頻分量，但是我們可以發(fā)現(xiàn)，在頻譜當(dāng)中，下邊帶和上邊帶是一種相反的關(guān)系，也就是說上下邊帶其實(shí)是互為鏡像的，所攜帶的信息也是一樣的。對(duì)于常規(guī)雙邊帶調(diào)制（AM）來說，它的優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)際制作當(dāng)中，設(shè)備是比較容易制作的，而且設(shè)備的價(jià)格也相對(duì)的較為低廉。但是，因?yàn)锳M信號(hào)的抗噪性能相對(duì)與其他的幅度調(diào)和而言，是比較差的，AM信號(hào)最大的功率利用率也就只有三分之一，因此我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于AM信號(hào)來說，其不攜帶任何信息的載波功率占用了大部分的功率，這些因素都限制了常規(guī)雙邊帶調(diào)制（AM）的進(jìn)一步發(fā)展。因此在后來的時(shí)間里，人們對(duì)于AM信號(hào)中，載波功率占用了大部分的功率利用率，便試著將無用的載波功率所去掉，進(jìn)而只傳送AM信號(hào)中搭載這有效信息的上邊帶和下邊帶信號(hào)，人們便把這種抑制載波信號(hào)的相關(guān)技術(shù)稱之為抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）。對(duì)于DSB調(diào)制的時(shí)域表達(dá)式和頻域表達(dá)式可以表示為：SDSB(t)=m(t)cosωc(t)（式2.3）SDSB(ω)=[M(ω+ωc)+M(ω-ωc)]（式2.4）從表達(dá)式中可以看出，抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）的頻譜中不再存在載頻分量，這就使得其的功率利用率得到了很大的提高，功率利用率可以達(dá)到100%，但這僅僅只是理論值。100%的功率利用率，就意味著DSB信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中，其傳輸?shù)亩际怯行У男盘?hào)，即帶有信息的信號(hào)。但是由于我們對(duì)AM信號(hào)進(jìn)行了保留邊帶信號(hào)，剔除載波分量的操作，所以對(duì)于這時(shí)候的調(diào)制信號(hào)而言，即DSB信號(hào)，其時(shí)域的包絡(luò)相對(duì)于一開始的信源信號(hào)而言，已經(jīng)發(fā)生了很大的差別，所以，在后面的解調(diào)過程中，不再能夠使用包絡(luò)檢波這種方法去進(jìn)行解調(diào)，而是采用結(jié)構(gòu)相對(duì)于包絡(luò)檢波較為復(fù)雜的相干解調(diào)方法來解調(diào)出一開始的原始信號(hào)。我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）而言，雖然因?yàn)樘蕹袅讼鄳?yīng)的載波分量從而使得自身的功率利用率得到很大的提高，但是，由于在DSB調(diào)制技術(shù)當(dāng)中，DSB信號(hào)的帶寬與AM信號(hào)的帶寬一樣，依然是調(diào)制信號(hào)的兩倍，那么如果帶寬受到一定的限制，在有限的情況下，抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）的發(fā)展就受到了一定的限制。也就是在這種情況下，單邊帶調(diào)制（SSB）從而應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于AM調(diào)制、DSB調(diào)制和SSB調(diào)制來說，它們都是屬于線性調(diào)制。為什么AM信號(hào)的功率利用率低，是因?yàn)槠渲写蟛糠值墓β识加糜诓粩y帶任何信息的載波功率上；而DSB信號(hào)雖然說已經(jīng)剔除掉了AM信號(hào)中相應(yīng)的載波功率，將其功率利用率得到很大的提高，但是由于DSB信號(hào)的帶寬和AM信號(hào)一樣，仍然是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，所以鑒于之前說的上下邊帶互為鏡像關(guān)系，其攜帶的信號(hào)是完全相同的，所以我們可以選擇濾除掉其中的一個(gè)邊帶，只傳輸另一個(gè)邊帶，這樣，不僅僅可以完整的傳輸全部信息，同時(shí)也可以節(jié)省了一半的帶寬，這對(duì)于日益相對(duì)擁擠的短波波段（3-30MHz）來說具有著重大的顯示意義。從SSB信號(hào)的定義來說，其就是濾除DSB信號(hào)的其中一個(gè)邊帶所得到的信號(hào)，因此我們可以先生成一個(gè)雙邊帶信號(hào)，然后通過一個(gè)濾波器去濾除掉一個(gè)掉其中的一個(gè)邊帶，這樣，就可以得到一個(gè)單邊帶信號(hào)。SSSB（ωSSSB（ω）ωωc0（a）ωωc0（a）-ωc-ωcHSSBHSSB（ω）ω（b）ω（b）-ωcωc0-ωcωc0SSSBSSSB（ω）ω（c）ω（c）ωc0-ωcωc0-ωcHHSSB（ω）ω（d）ω（d）ωc-ωc0ωc-ωc0SSSSB（ω）（e）ω（e）ωωc-ωc0ωc-ωc0圖2.1單邊帶信號(hào)頻譜圖所以我們可以設(shè)調(diào)制信號(hào)f(t)=Amcosωmt,載波為C(t)=cosωct，則DSB信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：SDSB(t)=Amcos(ωm+ωc)t+Amcos(ωm-ωc)t（式2.5）則SSB信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：SSSB(t)=Amcos(ωmωc)t=Am(cosωmtcosωctsinωmtsinωct)（式2.6）在表達(dá)式中，“+”表示上邊帶，“-”表示下邊帶。，而其中，第一項(xiàng)的“cosωmtcosωct”稱之為同相分量，第二項(xiàng)的“sinωmtsinωct”稱之為正交分量。所以SSB信號(hào)的調(diào)制原理可以用圖2.2表示：從SSB信號(hào)的原理，以及SSB的時(shí)域表達(dá)式中，我們不難發(fā)現(xiàn)，可以先生成一個(gè)DSB信號(hào)，然后使用移相法或者是濾波法來使得DSB信號(hào)轉(zhuǎn)變成SSB信號(hào)。圖2.2SSB調(diào)制原理2.1.1濾波法我們知道，因?yàn)閷?shí)際中的m（t）都具有相對(duì)豐富的低頻成分，所以對(duì)于濾波網(wǎng)絡(luò)來說，想要其具有通阻帶滾降特性高的特點(diǎn)，是具有相當(dāng)高的制作難度的，因此在實(shí)際中的操作當(dāng)中，最常用的便是對(duì)其進(jìn)行多次移頻以及多次濾波，從而來達(dá)到用戶預(yù)期的效果，但是這樣的操作不僅是實(shí)現(xiàn)的難度交大，而且效率也不高。因此，所謂的濾波法，便是利用濾波網(wǎng)絡(luò)來使得開始的雙邊帶信號(hào)去掉其中一個(gè)邊帶的信號(hào)，只保留另一個(gè)邊帶的信號(hào)進(jìn)行傳輸。濾波法的基本思想如下圖2.3所示。圖2.3濾波法產(chǎn)生SSB信號(hào)2.1.2移相法與之前濾波法的理論思想不同，移相法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制的基本原理如下圖2.4所示。在圖2.4中我們可以看到，希爾伯特變換`M（t）是由一個(gè)π/2的移相網(wǎng)絡(luò)電路來實(shí)現(xiàn)的。該電路不再需要像濾波法那樣使用濾波器去濾除掉信號(hào)其中的一個(gè)邊帶，這是因?yàn)樵谡{(diào)制的過程中，移相法就已經(jīng)包含了對(duì)頻率進(jìn)行篩選的一個(gè)功能。移相法的調(diào)制過程，實(shí)際上來說，就是通過一個(gè)相乘器，來使我們的載波和調(diào)制信號(hào)進(jìn)行相乘。所以我們可以得到SSB信號(hào)上下邊帶各自的表達(dá)式。SSB信號(hào)上邊帶的時(shí)域表達(dá)式為：S(t)=M(t)cosωc(t)-`M（t）sinωc(t)（式2.7）SSB信號(hào)下邊帶的時(shí)域表達(dá)式為：S(t)=M(t)cosωc(t)+`M（t）sinωc(t)（式2.8）表達(dá)式中的`M（t）是M(t)的希爾伯特變換。圖2.4移相法產(chǎn)生SSB信號(hào)將載波信號(hào)Acosωct與調(diào)制信號(hào)M(t)=amcosωmt進(jìn)行相乘，即調(diào)制后，會(huì)得到一個(gè)信號(hào)S1，S1的表達(dá)式為：S1(t)=Acosωct×amcosωmt=Aam/2[cos(ωc-ωm)t-cos(ωc+ωm)t]（式2.9）如果將調(diào)制信號(hào)M(t)=amcosωmt和載波信號(hào)Acosωct通過移相網(wǎng)絡(luò)分別都移相90°，它們則變成了一個(gè)余弦式的信號(hào)，sin(ωc+90°)t=cosωct；sin(ωm+90°)t=cosωmt（式2.10）然后我們將分別移相90°之后的調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)一起送入另一個(gè)平衡調(diào)制器中進(jìn)行相乘，將得到S2信號(hào)，S2信號(hào)的表達(dá)式為：S2(t)=Aam/2[cos(ωc-ωm)t+cos(ωc+ωm)t]（式2.11）最后我們將以上兩個(gè)調(diào)制器的輸出信號(hào)，即S1和S2，通過一個(gè)求和器進(jìn)行相加，就可以得到加強(qiáng)了含cos(ωc-ωm)t的下邊帶信號(hào)S(t),而所不需要的上邊帶則被互相抵消掉了，從而獲得一個(gè)SSB信號(hào)。雖然移相法不需要使用到具有陡峭截止頻率的濾波器，但它也是存在著難點(diǎn)的，那就是對(duì)于寬帶相移網(wǎng)絡(luò)的制作，該網(wǎng)絡(luò)要對(duì)調(diào)制信號(hào)M（t）的所有頻率分量都要準(zhǔn)確、穩(wěn)定的相移90°，這是很難實(shí)現(xiàn)的。2.1.3方案選擇對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制(SSB)，其關(guān)鍵點(diǎn)就在于邊帶濾波器的制作，然而不管是對(duì)于低通濾波器（濾除上邊帶），還是高通濾波器（濾除下邊帶）而言，單邊帶技術(shù)都是要求著濾波器具有相當(dāng)陡峭的截止頻率，然而在實(shí)際制作當(dāng)中，想要具有越陡峭的截止頻率的濾波器，其相對(duì)于制作技術(shù)來說要求也就越高。在之前所講到的單邊帶的調(diào)制器和解調(diào)器在實(shí)際的制作當(dāng)中存在著兩大難點(diǎn)：①單邊帶的調(diào)制器需要一個(gè)頻率特性十分陡峭的邊帶濾波器，這是很難做到的；②單邊帶的解調(diào)器需要一個(gè)同步載波信號(hào)，而要做到同頻同相也是十分困難的[2]。所以相對(duì)于濾波法和移相法來說，實(shí)現(xiàn)起來都具有一定的難度，而且在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，多數(shù)的調(diào)制信號(hào)都是話音信號(hào)，因此可以采用濾波法和移相法兩種方法所相結(jié)合的第三種方法進(jìn)行SSB?的調(diào)制和解調(diào)，這種方法叫做維弗法，同時(shí)也稱為混合法。維弗法在技術(shù)上不僅具備移相法利用正交調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)，而且也避免了對(duì)調(diào)制信號(hào)的寬帶移相90°，只需要對(duì)單一頻率的載波移相，同時(shí)邊帶濾波在低頻范圍內(nèi)也較為容易達(dá)到所需要求，如圖2.5所示。圖2.5維弗法產(chǎn)生SSB信號(hào)按圖2.5分析，維弗法產(chǎn)生SSB信號(hào)的電路包含了一個(gè)LPF（低通濾波器）、三個(gè)乘法器和一個(gè)加、減器以及兩個(gè)90°的載波移相電路所組成。設(shè)調(diào)制信號(hào)為M(t)=A0cosω0t，最高頻率為ω，那么在經(jīng)過預(yù)載波正交調(diào)制后，可以得到上下支路的信號(hào)分別為：X1=A0cosω0tcost=A0[cos(ω0+ω)t+cos(ω0-ω)t]（式2.12）X2=A0cosω0tsint=A0[sin(ω+ω0)t+sin(ω-ω0)t]（式2.13）再設(shè)置一個(gè)頻率為ωc的載波，這個(gè)載波與X1和X2相加或者相減所得到的X3進(jìn)行第二次正交調(diào)制，最后經(jīng)過LPF（低通濾波器），便可以得到一個(gè)SSB信號(hào)。SSSB(t)=A0cos(ω0±ωc)t（式2.14）維弗法不同于濾波法，其對(duì)于單邊帶信號(hào)的調(diào)制來說，最大的一個(gè)特點(diǎn)就是對(duì)所需要的濾波器的邊沿陡峭度要求不是很高，因此對(duì)于單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生變得相對(duì)簡單，所以我們可以使用較為簡單的Butterworth型低通濾波器。2.2SystemView仿真平臺(tái)什么是SystemView仿真平臺(tái)？SystemView是一款用戶基于Windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行的仿真軟件，它是由美國的ELANIX公司所推出的一款用于進(jìn)行系統(tǒng)仿真的仿真軟件。在其作用是用于用戶進(jìn)行對(duì)其所需的系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，最終通過仿真結(jié)果，用戶可以進(jìn)行對(duì)仿真的過程以及結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的分析。圖2.6SystemView仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)窗口SystemView仿真平臺(tái)不同于其它的仿真軟件，它不再使用傳統(tǒng)的編程代碼，而是進(jìn)而采用功能模塊（Token）。SystemView仿真平臺(tái)不需要用戶進(jìn)行復(fù)雜的程序代碼編寫，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以不用編寫一句程序代碼就可以完成用戶所需要搭建的仿真系統(tǒng)，用戶可以通過元器件之間的構(gòu)建與連接，更加快速完成所需的仿真系統(tǒng)，同時(shí)還可以更快的對(duì)各個(gè)元器件進(jìn)行參數(shù)的修改、寫入。用戶可以利用SystemView仿真平臺(tái)，創(chuàng)建出自己想要的仿真系統(tǒng)，不管是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)設(shè)計(jì)、亦或者各種的多速率系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這些都可以使用SystemView仿真平臺(tái)快速的完成系統(tǒng)搭建。因此，SystemView仿真平臺(tái)常常被用戶用于的設(shè)計(jì)與創(chuàng)建各種線性或者非線性的控制系統(tǒng)。圖2.7SystemView仿真平臺(tái)的分析窗口SystemView仿真平臺(tái)擁有著十分豐富的庫資源，里面擁有著含有豐富圖標(biāo)的基本庫(MainLibrary)以及專業(yè)庫(OptionalLibrary)，而在基本庫中又有著各種各樣的信號(hào)源、接收器、加法器、乘法器，各種函數(shù)運(yùn)算器等;專業(yè)庫有通訊(Communication)、邏輯(Logic)、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)、射頻/模擬(RF/Analog)等；所以，SystemView仿真平臺(tái)常常用來應(yīng)用于對(duì)現(xiàn)代的各種通信系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)，以及對(duì)仿真設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行論證，并且對(duì)設(shè)計(jì)的仿真系統(tǒng)可以進(jìn)行各種時(shí)域和頻域分析、譜分析，以及可以對(duì)各種射頻/模擬電路、邏輯電路等進(jìn)行相應(yīng)的理論性分析和失真分析，因此常常被應(yīng)用于尋呼機(jī)、無線電話、調(diào)制解調(diào)器以及車載的衛(wèi)星通訊等等的通信系統(tǒng)。在SystemView仿真平臺(tái)中，我們一般可以分為兩個(gè)界面。一個(gè)是設(shè)計(jì)系統(tǒng)和搭建各類器件的設(shè)計(jì)窗口，而另一個(gè)就是提供我們用戶分析的分析窗口。如上圖2.6所示，這就是我們常見的設(shè)計(jì)窗口，可以看到在窗口的左邊就是各類系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中所需要用到的元器件。所有仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和各類器件的搭建，都是在SystemView仿真平臺(tái)內(nèi)的這個(gè)窗口內(nèi)所進(jìn)行操作的。用戶在構(gòu)建仿真系統(tǒng)時(shí)，只需要按照相應(yīng)的原理框架圖，再從這個(gè)設(shè)計(jì)窗口的左邊，找到并選擇相關(guān)的選項(xiàng)，便可得到相關(guān)的元器件，并對(duì)該元器件進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，最后完成各個(gè)元器件之間的連線，便可完成系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)。而分析窗口則如圖2.7所示，對(duì)于創(chuàng)建好的仿真系統(tǒng)，我們可以點(diǎn)擊這個(gè)按鈕，便可彈出仿真系統(tǒng)的分析窗口。在這個(gè)窗口當(dāng)中，我們可以清楚看到對(duì)于我們所設(shè)計(jì)的仿真系統(tǒng)，軟件平臺(tái)最終會(huì)以相應(yīng)時(shí)域波形圖，或者是功率譜等相關(guān)形式向用戶進(jìn)行反饋，用戶可以對(duì)給出的波形圖對(duì)所設(shè)計(jì)的仿真系統(tǒng)的仿真自行分析結(jié)果，驗(yàn)證仿真系統(tǒng)的正確性。2.2.1分析問題本次的SSB傳輸系統(tǒng)及仿真設(shè)計(jì)，通過大學(xué)期間所學(xué)的一些通信原理知識(shí)，再結(jié)合上SystemView仿真平臺(tái)，來進(jìn)行SSB系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)。在前面可以了解到，因?yàn)樵诔Ｓ梅椒ㄖ械臑V波法和移相法在實(shí)際的操作和制作中都存在著各自一定的難度，因此可以將濾波法和移相法這兩種方法相結(jié)合，保留他們的優(yōu)點(diǎn)，而且要盡量去避免實(shí)際操作當(dāng)中難點(diǎn)，所以嘗試著采用維弗法來進(jìn)行SSB仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和搭建，便于更簡單的去設(shè)計(jì)出一個(gè)SSB仿真系統(tǒng)。盡管已經(jīng)學(xué)習(xí)與了解了一些基本的通信原理只是，但對(duì)于SystemView仿真平臺(tái)這些需要實(shí)際操作的軟件而言，則需要個(gè)人自行的在網(wǎng)上查詢資料進(jìn)行了解以及自主學(xué)習(xí)，了解這個(gè)仿真軟件的原理與功能，了解和學(xué)習(xí)仿真軟件內(nèi)的各個(gè)元器件的圖標(biāo)以及相應(yīng)的功能，這樣才能夠與理論知識(shí)相結(jié)合，設(shè)計(jì)SSB仿真系統(tǒng)。最后，通過維弗法的原理框架圖，在SystemView仿真軟件內(nèi)設(shè)計(jì)和搭建SSB的仿真系統(tǒng)，然后需要對(duì)每個(gè)載波以及是每個(gè)（LPF）低通濾波器進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，以達(dá)到所建立的仿真系統(tǒng)是一個(gè)SSB的仿真系統(tǒng)，最后所生成的信號(hào)是我們所需要的SSB信號(hào)。2.2.2設(shè)計(jì)過程首先，打開SystemView仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)窗口，在左邊可以看到許多的元器件，其中的，“Source”，信源庫，即來源的意思，可以用來設(shè)置為我們的調(diào)制信號(hào)，如圖2.8所示。在這其中我們可以通過不同的設(shè)置來調(diào)制出任何我們所需要的信號(hào)。“Adder”，相加器和“multiplier”，乘法器，就如字面的意思一樣，他們是用來進(jìn)行信號(hào)之間的相加或者是相乘的；“Operator”，操作庫，，這個(gè)器件通過不同的選項(xiàng)和設(shè)置，可以得到我們需要的器件，比如可以用來設(shè)置成延遲器或者是之后用到的低通濾波器。如下圖2.9所示：“sink”，信宿庫，，我們用來連接所需要觀察的相應(yīng)器件，信宿庫會(huì)為我們展示連接器件的相應(yīng)的時(shí)域波形、眼圖、功率譜等相關(guān)形式，從而便于用戶簡單方便的了解器件是否達(dá)到所需的功能特性。圖2.8信源的設(shè)置界面圖2.9操作庫的設(shè)置界面在了解學(xué)習(xí)每個(gè)器件的功能用途后，我們便可以根據(jù)上述維弗法的設(shè)計(jì)思路，再結(jié)合圖2.5維弗法產(chǎn)生SSB信號(hào)原理圖和SystemView仿真平臺(tái)，將各類所需的元器件進(jìn)行創(chuàng)建與搭建，最后可以設(shè)計(jì)出一個(gè)SSB的仿真系統(tǒng)。所設(shè)計(jì)搭建的SSB仿真系統(tǒng)如下圖2.10所示?！捌骷?”為調(diào)制信號(hào)，所設(shè)置的參數(shù)為幅度0.5V，頻率為300Hz；“器件1”和“器件10”是正交載波，參數(shù)均為幅度1V，頻率2KHz;“器件12”為LPF（低通濾波器），具體是Butterworth型低通濾波器，其極點(diǎn)個(gè)數(shù)設(shè)置為7，截止頻率為0.3KHz，整個(gè)SSB仿真系統(tǒng)的采樣點(diǎn)數(shù)為256，采樣頻率取的是10KHz。圖2-10SSB仿真系統(tǒng)圖2.12仿真分析的結(jié)果在分析窗口中，我們可以看到所設(shè)計(jì)的仿真系統(tǒng)所產(chǎn)生的每個(gè)波形。sink14為設(shè)計(jì)的SSB仿真系統(tǒng)的輸入波形，如圖2.13所示；sink13為最后的輸出波形如圖2.14所示；sink5為下邊帶信號(hào)，如圖2.15所示；sink9為上邊帶，如圖2.16所示；圖2.13輸入波形圖2.14輸出波形圖2.15下邊帶信號(hào)由圖2.13和圖2.14我們可以分析到，輸出波形的振幅為輸入波形振幅的一半，說明做到了對(duì)調(diào)制信號(hào)的SSB調(diào)制，設(shè)計(jì)的SSB仿真系統(tǒng)是正確的。之前我們提到，單邊帶調(diào)制（SSB）之所以能夠從抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）演變過來，是因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)DSB中上下邊帶所攜帶的信息是一樣的，而如圖2.15和圖2.16可以得知這個(gè)結(jié)論是正確的圖2.16上邊帶信號(hào)2.3單邊帶傳輸系統(tǒng)工程與應(yīng)用2.3.1用于傳輸射頻載波分配的可見光通信LED由于其具有高速的響應(yīng)特性，從而使得“LED在照明的同時(shí)，還能進(jìn)行高速的通信”成為可能，由此可見光通信（vlc）便應(yīng)運(yùn)而生。多模單模細(xì)粗六類五類光纖同軸電纜雙絞線有線傳輸多模單模細(xì)粗六類五類光纖同軸電纜雙絞線有線傳輸圖2.17主要的有線傳輸介質(zhì)可見光通信技術(shù)（VisibleLightCommunication,VLC）,是指我們利用目前的可見光波段的光，來作為一種新型的信息載體，不再使用傳統(tǒng)的有線信道的傳輸介質(zhì)，是一種可以直接在空氣當(dāng)中傳輸光信號(hào)的通信方式。通過載波進(jìn)行分配的可見光通信（ca-vlc），現(xiàn)在已經(jīng)是一種比較新型的技術(shù)，其作用是對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)建。Ca-vlc會(huì)隨著位置的不同，在位置作為基礎(chǔ)的服務(wù)下，將會(huì)提供相應(yīng)的指定信息給到一個(gè)給定區(qū)域，從而做到?jīng)]有碼間干擾。OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)，即正交頻分復(fù)用技術(shù)。而對(duì)于數(shù)字化單邊帶交頻分復(fù)用（OFDM）而言，因?yàn)槠浜辛吮忍睾凸β守?fù)載，所以O(shè)FDM可以用來提高頻譜效率，從而調(diào)制多路信號(hào)，最后以便于在ca-vlc系統(tǒng)當(dāng)中提供一種融合的服務(wù)。圖2.18正交頻分復(fù)用信號(hào)的頻譜示意圖單邊帶正交頻分復(fù)用信號(hào)（SSB-OFDM）的傳輸原理，是由OFDM信號(hào)的實(shí)部和虛部之間的Hilbert變換關(guān)系實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于如何去實(shí)現(xiàn)對(duì)于邊帶的選擇以及是如何產(chǎn)生一個(gè)無線電頻率載波，可以通過數(shù)字信號(hào)的處理和單邊帶正交頻分復(fù)用信號(hào)（SSB-OFDM）的生成，便可容易實(shí)現(xiàn)，這對(duì)于ca-vlc系統(tǒng)的靈活性可以得到很大的提升。因?yàn)閏a-vlc系統(tǒng)能夠提供融合的服務(wù)，而且靈活性也有了很大的提升，所以ca-vlc系統(tǒng)被用來研究作為下一代構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的方法，讓其提供基于位置的服務(wù)（LBS）以及可見光通信的基礎(chǔ)-定位照明功能。2.3.2用于微型聲頻定向系統(tǒng)微型聲頻定向系統(tǒng)，是將聲音控制在狹窄區(qū)域內(nèi)高指向性傳播的一種新型的揚(yáng)聲器。單邊帶調(diào)制技術(shù)，通過動(dòng)態(tài)載波控制以及n階失真補(bǔ)償，被應(yīng)用于微型聲頻定向系統(tǒng)。研究表明，對(duì)于單邊帶調(diào)制使用動(dòng)態(tài)載波控制以及n階失真補(bǔ)償之后，可以讓微型聲頻定向系統(tǒng)相對(duì)于其他聲頻系統(tǒng)而言，得到的逼真度更高，功耗更低。一般的單邊帶調(diào)制方式分析諧波的失真和輸出功率，但是，如何去控制系統(tǒng)中功率的耗散，動(dòng)態(tài)載波控制系統(tǒng)就提出了一個(gè)方法，一個(gè)n階補(bǔ)償方法用來減少失真的問題。X和一階補(bǔ)償動(dòng)態(tài)控制法，調(diào)制算法是由一個(gè)微型聲頻定向揚(yáng)聲器的原型來實(shí)現(xiàn)的?；フ{(diào)失真以及功率損耗被測量，結(jié)果表明，與一般的單邊帶調(diào)制相比，其失真和功率消費(fèi)量大幅減少。在實(shí)際當(dāng)中，我們的音頻信號(hào)大多數(shù)都是在300Hz~3.4KHz這樣一個(gè)低頻頻帶范圍之內(nèi)的，而相對(duì)應(yīng)的高頻成分能量一般都比較的低，而根據(jù)THD（諧波失真）的測試結(jié)果表明，如圖2.20所示。在圖2.20中，雙邊帶算法所產(chǎn)生的可聽聲諧波總失真是最大的，在2KHz的時(shí)候已甚至已經(jīng)超過了90%，而對(duì)于單邊帶算法而言，其可聽聲總諧波失真的最小的，在2KHz的時(shí)候低于40%。由此可見，對(duì)于聲頻系統(tǒng)來說，單邊帶調(diào)制的算法相比較于雙邊帶的算法而言，優(yōu)勢是十分明顯的。首先是單邊帶調(diào)制的帶寬僅為雙邊帶調(diào)制的一半，可以有效的節(jié)約帶寬；其次，單邊帶調(diào)制的熱噪聲功率也是雙邊帶系統(tǒng)的一半。圖2.19單邊帶調(diào)制實(shí)現(xiàn)框圖圖2.20THD測試所以，對(duì)單邊帶使用動(dòng)態(tài)載波控制以及n階失真補(bǔ)償，是可以用來應(yīng)用于微型聲頻定向系統(tǒng)的，這對(duì)于有著大尺寸，或者是高功耗等相關(guān)缺點(diǎn)的聲頻定向揚(yáng)聲器，微型定向揚(yáng)聲器算法是可行的，可以實(shí)現(xiàn)低功耗以及高保真。3結(jié)論通過這次的SSB傳輸系統(tǒng)仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到了對(duì)于任何幅度調(diào)制來說，不論是對(duì)于常規(guī)的雙邊帶調(diào)制（AM），抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB），殘留雙邊帶調(diào)制（VSB）還是單邊帶調(diào)制（SSB）來說，存在一定優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在著相應(yīng)的缺點(diǎn)與難點(diǎn)。比如，常規(guī)的雙邊帶調(diào)制（AM）解調(diào)簡單，但功耗大、帶寬寬；抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）功耗變小，但帶寬仍然是調(diào)制信號(hào)的兩倍；單邊帶調(diào)制（SSB）功耗小、帶寬窄，但是頻率整體的搬移就相對(duì)比較困難；而這些調(diào)制中的難點(diǎn)很大程度的限制了這些調(diào)制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，所以便有了從常規(guī)的雙邊帶調(diào)制（AM）到抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB），然后再到后來的單邊帶調(diào)制（SSB）。雖然每個(gè)調(diào)制都有著各自相對(duì)應(yīng)的缺點(diǎn)或者說在實(shí)際制作當(dāng)中存在著一定的技術(shù)難度，但這也可以使得人們?nèi)シe極的思考，去尋找出一些解決辦法，或者是找到一種更好、更容易去實(shí)現(xiàn)的調(diào)制系統(tǒng)，從而推動(dòng)整個(gè)調(diào)制方式的進(jìn)一步發(fā)展，也不免算是一種好事。雖然，我們知道在幅度調(diào)制的各種方式中，都存在著不可避免的缺點(diǎn)和難點(diǎn)，但其優(yōu)點(diǎn)也是不容我們所忽略的，比如說AM調(diào)制，可以用于調(diào)幅廣播；VSB調(diào)制用于電視；SSB調(diào)制用于車載的衛(wèi)星通信，通話的蜂窩電話系統(tǒng)，可見光傳輸系統(tǒng)以及是微型聲頻系統(tǒng)等方面。所以，只要善于利用每個(gè)調(diào)制方式的優(yōu)點(diǎn)，即使其存在著缺點(diǎn)，但也能將其的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用在實(shí)際的生活當(dāng)中。而對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中所配合使用的SystemView仿真平臺(tái)的使用程度，也是得到了很大的提升，對(duì)于這個(gè)仿真平臺(tái)來說，在大學(xué)期間也用過一次，但是熟悉程度可以說是比較低的了，雖然有著老師簡單的教導(dǎo)，但還是沒有較深入的了解，只是對(duì)照著課本或者是文檔進(jìn)行生拉硬搬而已。但是通過本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)這個(gè)仿真軟件，從遺忘了到自己在網(wǎng)上進(jìn)行查詢，自主學(xué)習(xí)之后，也是慢慢熟悉了，相對(duì)于其他的仿真平臺(tái)不同的是，SystemView沒有了繁瑣的代碼編寫，這對(duì)于那些不會(huì)代碼的同學(xué)而言，是十分之友好的。簡單的操作再加上擁有這豐富的庫資源，可以很好的對(duì)復(fù)雜的線性與非線性模擬系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，SystemView仿真平臺(tái)已日漸受到人們歡迎?；仡欉@次在SSB仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，不僅可以對(duì)大學(xué)期間學(xué)習(xí)的理論知識(shí)進(jìn)行一次復(fù)習(xí)，而且自主學(xué)習(xí)加深了SystemVie