模擬線性調(diào)制課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

1、*實(shí)踐教學(xué)*蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2011年秋季學(xué)期通信系統(tǒng)綜合訓(xùn)練題 目：基于MATLAB 的線性模擬調(diào)制技術(shù)研究 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績： 摘要在本次通信系統(tǒng)綜合訓(xùn)練中，首先描述了調(diào)制與解調(diào)；其次詳細(xì)地介紹了線性模擬調(diào)制（普通調(diào)幅AM調(diào)制、雙邊帶DSB調(diào)制、單邊帶SSB調(diào)制、殘留邊帶VSB調(diào)制）；最后利用利用Matlab軟件進(jìn)行振幅調(diào)制和解調(diào)程序設(shè)計(jì)，對AM、DSB、SSB、VSB進(jìn)行了仿真，輸出顯示調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)以及已調(diào)信號(hào)波形，并輸出顯示三種信號(hào)頻譜圖。并進(jìn)行了分析，與課本上學(xué)到的知識(shí)相符。關(guān)鍵詞：通信系統(tǒng)；線性模擬調(diào)制；Matlab仿真目錄前言1第1章 調(diào)制

2、原理及Matlab簡介21.1 調(diào)制原理21.2 MATLAB簡介31.3 MATLAB仿真技術(shù)在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用3第2章 線性模擬調(diào)制52.1 模擬調(diào)制原理52.2 普通調(diào)幅（AM）原理52.3 雙邊帶調(diào)制（DSB）原理82.4單邊帶調(diào)制（SSB）原理92.5 殘留邊帶（VSB）原理11第3章 仿真實(shí)現(xiàn)133.1 普通調(diào)幅（AM）仿真與分析133.2 雙邊帶調(diào)制（DSB）仿真與分析153.3 單邊帶調(diào)制（SSB）仿真與分析173.4 殘留邊帶（VSB）仿真與分析18第4章 總結(jié)22參考文獻(xiàn)23前言 通信技術(shù)的發(fā)展歷史堪稱突飛猛進(jìn)。載波通信、衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信技術(shù)正在向數(shù)字化、智能化、寬帶化發(fā)

3、展。信息的數(shù)字轉(zhuǎn)換處理技術(shù)走向成熟，為大規(guī)模、多領(lǐng)域的信息產(chǎn)品制造和信息服務(wù)創(chuàng)造了條件。從語音、聲音、圖像等信息源直接轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)是頻率較低的電信號(hào)，其頻譜特點(diǎn)是包括直流分量的低通頻譜。如電話信號(hào)的頻率范圍在0.3-3kHz，這些信號(hào)可以直接通過架空線、電纜等有線信道傳輸，但不可能在無線信道直接傳輸。另外，這些信號(hào)即使可以在有線信道傳輸，但一對線路上只能傳輸一路信號(hào)，對信道的利用不經(jīng)濟(jì)。為了使低頻信號(hào)能夠在像無線信道上傳輸，同時(shí)為了使有線信道上同時(shí)傳輸多路信號(hào)，就需要采用調(diào)制和解調(diào)技術(shù)。 在發(fā)送端把基帶信號(hào)頻譜搬移到給定信道通帶內(nèi)的過程稱為調(diào)制，而在接收端把已搬移到給定信道通帶內(nèi)的頻譜還原

4、為基帶信號(hào)的過程稱為解調(diào)。調(diào)制和解調(diào)在一個(gè)通信系統(tǒng)中是同時(shí)出現(xiàn)的，因此將調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)通稱為調(diào)制系統(tǒng)或調(diào)制方式。 調(diào)制和解調(diào)在通信系統(tǒng)中是一個(gè)極為重要的組成部分，采用什么樣的調(diào)制與解調(diào)方式將直接影響通信系統(tǒng)的性能。而模擬調(diào)制技術(shù)的原理還可以推廣到數(shù)字調(diào)制中，因此我們有必要對模擬調(diào)制技術(shù)進(jìn)行研究。第1章 調(diào)制原理及Matlab簡介1.1 調(diào)制原理調(diào)制: 將各種數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)臄?shù)字調(diào)制信號(hào)(已調(diào)信號(hào)或頻帶信號(hào))； 時(shí)域定義：調(diào)制就是用基帶信號(hào)去控制載波信號(hào)的某個(gè)或幾個(gè)參量的變化，將信息荷載在其上形成已調(diào)信號(hào)傳輸，而解調(diào)是調(diào)制的反過程，通過具體的方法從已調(diào)信號(hào)的參量變化中將恢復(fù)原始的

5、基帶信號(hào)。 頻域定義：調(diào)制就是將基帶信號(hào)的頻譜搬移到信道通帶中或者其中的某個(gè)頻段上的過程，而解調(diào)是將信道中來的頻帶信號(hào)恢復(fù)為基帶信號(hào)的反過程. 根據(jù)所控制的信號(hào)參量的不同，調(diào)制可分為： 調(diào)幅，使載波的幅度隨著調(diào)制信號(hào)的大小變化而變化的調(diào)制方式。 調(diào)頻，使載波的瞬時(shí)頻率隨著調(diào)制信號(hào)的大小而變，而幅度保持不變的調(diào)制方式。 調(diào)相，利用原始信號(hào)控制載波信號(hào)的相位。 調(diào)制的目的是把要傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)變換成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，這就意味著把基帶信號(hào)（信源）轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對基帶頻率而言頻率非常高的代通信號(hào)。該信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)，而基帶信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)。調(diào)制可以通過使高頻載波隨信號(hào)幅度的變化而改變載波的幅度

6、、相位或者頻率來實(shí)現(xiàn)。調(diào)制過程用于通信系統(tǒng)的發(fā)端。在接收端需將已調(diào)信號(hào)還原成要傳輸?shù)脑夹盘?hào)，也就是將基帶信號(hào)從載波中提取出來以便預(yù)定的接受者（信宿）處理和理解的過程。該過程稱為解調(diào)。 計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息是由“0”和“1”組成數(shù)字信號(hào)，而在電話線上傳遞的卻只能是模擬電信號(hào)（模擬信號(hào)為連續(xù)的，數(shù)字信號(hào)為間斷的）。于是，當(dāng)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)要通過電話線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，就需要一個(gè)設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)模的轉(zhuǎn)換。這個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器就是我們這里要討論的Modem。計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先由Modem把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)，這個(gè)過程稱為“調(diào)制”，也成D/A轉(zhuǎn)換。經(jīng)過調(diào)制的信號(hào)通過電話載波傳送到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)之前，也要經(jīng)由接收方的

7、Modem負(fù)責(zé)把模擬信號(hào)還原為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，這個(gè)過程我們稱“解調(diào)”，也稱A/D轉(zhuǎn)換。正是通過這樣一個(gè)“調(diào)制”與“解調(diào)”的數(shù)模轉(zhuǎn)換過程，從而實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的遠(yuǎn)程通訊。1.2 MATLAB簡介MATLAB是MathWorks公司開發(fā)的一種跨平臺(tái)的，用于矩陣數(shù)值計(jì)算的簡單高效的數(shù)學(xué)語言，與其它計(jì)算機(jī)高級(jí)語言如C，C+，F(xiàn)ortran，Basic，Pascal等相比，MATLAB語言編程要簡潔得多，編程語句更加接近數(shù)學(xué)描述，可讀性好，其強(qiáng)大的圖形功能和可視化數(shù)據(jù)處理能力也是其它高級(jí)語言望塵莫及的。對于具有任何一門高級(jí)語言基礎(chǔ)的讀者來說，學(xué)習(xí)MATLAB十分容易。但是，要用好MATLAB

8、卻不是在短時(shí)間就可以達(dá)到的。這并不是因?yàn)镸ATLAB語言復(fù)雜難懂，而是實(shí)際問題的求解往往更多的是需要使用者具備數(shù)學(xué)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)。MATLAB使得人們擺脫了常規(guī)計(jì)算機(jī)編程的繁瑣，讓人們能夠?qū)⒋蟛糠志ν度氲窖芯繂栴}的數(shù)學(xué)建模上。可以說，應(yīng)用MATLAB這一數(shù)學(xué)計(jì)算和系統(tǒng)仿真的強(qiáng)大工具，可以使科學(xué)研究的效率得以成百倍的提高。目前，MATLAB已經(jīng)廣泛用于理工科大學(xué)從高等數(shù)學(xué)到幾乎各門專業(yè)課程之中，成為這些課程進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的有效工具。在科研部門，MATLAB更是極為廣泛地得到應(yīng)用，成為全球科學(xué)家和工程師進(jìn)行學(xué)術(shù)交流首選的共同語言。在國內(nèi)外許多著名學(xué)術(shù)期刊上登載的論文，大部分的數(shù)值結(jié)果和圖形都是借助

9、MATLAB來完成的。 與其它高級(jí)語言相比較，MATLAB具有獨(dú)特的優(yōu)勢：(1) MATLAB是一種跨平臺(tái)的數(shù)學(xué)語言。(2) MATLAB是一種超高級(jí)語言。(3) MATLAB語法簡單，編程風(fēng)格接近數(shù)學(xué)語言描述，是數(shù)學(xué)算法開發(fā)和驗(yàn)證的最佳工具。(4) MATLAB計(jì)算精度很高。(5) MATLAB具有強(qiáng)大的繪圖功能。(6) MATLAB具有串口操作、聲音輸入輸出等硬件操控能力。(7) MATLAB程序可以直接映射為DSP芯片可接受的代碼，大大提高了現(xiàn)代電子通信設(shè)備的研發(fā)效率。 (8)MATLAB的程序執(zhí)行效率比其它語言低。1.3 MATLAB仿真技術(shù)在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用隨著通信系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,

10、傳統(tǒng)的手工分析與電路板試驗(yàn)等分析設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展的需要,通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)日益顯示出其巨大的優(yōu)越性.。計(jì)算機(jī)仿真是根據(jù)被研究的真實(shí)系統(tǒng)的模型,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一種方法.它具有利用模型進(jìn)行仿真的一系列優(yōu)點(diǎn),如費(fèi)用低,易于進(jìn)行真實(shí)系統(tǒng)難于實(shí)現(xiàn)的各種試驗(yàn),以及易于實(shí)現(xiàn)完全相同條件下的重復(fù)試驗(yàn)等。Matlab仿真軟件就是分析通信系統(tǒng)常用的工具之一。Matlab是一種交互式的、以矩陣為基礎(chǔ)的軟件開發(fā)環(huán)境,它用于科學(xué)和工程的計(jì)算與可視化。Matlab的編程功能簡單,并且很容易擴(kuò)展和創(chuàng)造新的命令與函數(shù)。應(yīng)用Matlab可方便地解決復(fù)雜數(shù)值計(jì)算問題。Matlab具有強(qiáng)大的Simulin

11、k動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境,可以實(shí)現(xiàn)可視化建模和多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。Simulink支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng),也支持多種采樣速率的多速率系統(tǒng);Simulink為用戶提供了用方框圖進(jìn)行建模的圖形接口,它與傳統(tǒng)的仿真軟件包用差分方程和微分方程建模相比,更直觀、方便和靈活。用戶可以在Matlab和Simulink兩種環(huán)境下對自己的模型進(jìn)行仿真、分析和修改。用于實(shí)現(xiàn)通信仿真的通信工具包(Communication toolbox,也叫Commlib,通信工具箱)是Matlab語言中的一個(gè)科學(xué)性工具包,提供通信領(lǐng)域中計(jì)算、研究模擬發(fā)展、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的功能,可以在Matlab環(huán)境下獨(dú)立

12、使用,也可以配合Simulink使用。另外，Matlab的圖形界面功能GUI（Graphical User Interface）能為仿真系統(tǒng)生成一個(gè)人機(jī)交互界面，便于仿真系統(tǒng)的操作。因此，Matlab在通信系統(tǒng)仿真中得到了廣泛應(yīng)用，本文也選用該工具對線性調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。第2章 線性模擬調(diào)制2.1 模擬調(diào)制原理模擬調(diào)制是指用來自信源的基帶模擬信號(hào)去調(diào)制某個(gè)載波，而載波是一個(gè)確知的周期性波形。模擬調(diào)制可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制，本文主要研究線性調(diào)制。線性調(diào)制的原理模型如圖2.1所示。設(shè)c(t)=Acos2,調(diào)制信號(hào)為m(t),已調(diào)信號(hào)為s(t)。m(t)H(t)A oscs(t)圖2.1 線性調(diào)

13、制的遠(yuǎn)離模型調(diào)制信號(hào)m(t)和載波在乘法器中相乘的結(jié)果為：，然后通過一個(gè)傳輸函數(shù)為H(f)的帶通濾波器，得出已調(diào)信號(hào)為。從圖2.1中可得已調(diào)信號(hào)的時(shí)域和頻域表達(dá)式為： （2-1）式（2-1）中，M(f)為調(diào)制信號(hào)m(t)的頻譜。由于調(diào)制信號(hào)m(t)和乘法器輸出信號(hào)之間是線性關(guān)系，所以成為線性調(diào)制。帶通濾波器H(f)可以有不同的設(shè)計(jì)，從而得到不同的調(diào)制種類。2.2 普通調(diào)幅（AM）原理1、AM信號(hào)調(diào)制設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)疊加直流分量A后與載波相乘，濾波器為全通濾波器，就形成了AM（調(diào)幅）信號(hào)。AM調(diào)制器模型如下圖所示。圖2.2 AM調(diào)制器模型AM信號(hào)的時(shí)域和頻域表達(dá)式分別為 （2-2） （2-3）

14、式中，為外加的直流分量；m(t)可以是確知信號(hào)也可以是隨機(jī)信號(hào)，但通常認(rèn)為其平均值為0，即。AM信號(hào)的典型波形和頻譜分別如下圖2.2、2.3所示，圖中假定調(diào)制信號(hào)m(t)的上限頻率為。顯然，調(diào)制信號(hào)m(t)的帶寬為。圖2.3 AM信號(hào)的典型波形和頻譜圖由圖2.3可見，AM信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)m(t)成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。 但為了保證包絡(luò)檢波時(shí)不發(fā)生失真，必須滿足 ，否則將出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而帶來失真。由它的頻譜圖可知，AM信號(hào)的頻譜是由載頻分量和上、下兩個(gè)邊帶組成（通常稱頻譜中畫斜線的部分為上邊帶，不畫斜線的部分為下邊帶）。上邊帶的頻譜與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同

15、，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號(hào)的完整信息。故AM信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬為基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即 式中，為調(diào)制信號(hào)m(t)的帶寬，為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。2、 AM信號(hào)解調(diào)調(diào)制過程的逆過程叫做解調(diào)。AM信號(hào)的解調(diào)是把接收到的已調(diào)信號(hào)還原為調(diào)制信號(hào)。 AM信號(hào)的解調(diào)方法有兩種：相干解調(diào)和包絡(luò)檢波解調(diào)。1）相干解調(diào) 由AM信號(hào)的頻譜可知，如果將已調(diào)信號(hào)的頻譜搬回到原點(diǎn)位置，即可得到原始的調(diào)制信號(hào)頻譜，從而恢復(fù)出原始信號(hào)。解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時(shí)的相乘運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。相干解調(diào)的原理框圖圖2.4 相干解調(diào)原理圖將已調(diào)信號(hào)乘上一個(gè)與調(diào)制器同頻同相的載波

16、，得 （2-4）由24知，只要用一個(gè)低通濾波器，就可以將第1項(xiàng)與第2項(xiàng)分離，無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào) （2-5）相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個(gè)與調(diào)制器同頻同相位的載波。如果同頻同相位的條件得不到滿足，則會(huì)破壞原始信號(hào)的恢復(fù)。2）包絡(luò)檢波法 由的波形可見，AM信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)成正比，故可以用包絡(luò)檢波的方法恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。包絡(luò)檢波器一般由半波或全波整流器和低通濾波器組成，如圖2.5所示。 圖2.5包絡(luò)檢波原理圖上圖為串聯(lián)型包絡(luò)檢波器的具體電路及其輸出波形，電路由二極管D、電阻R和電容C組成。當(dāng)RC滿足條件 (2-6)時(shí)，包絡(luò)檢波器的輸出與輸入信號(hào)的包絡(luò)十分相近，即的波紋，可由LPF

17、濾除。 (2-7)包絡(luò)檢波器輸出的信號(hào)中，通常含有頻率為的波紋，可由LPF濾除。圖2.6 串聯(lián)型包絡(luò)檢波器電路及其輸出波形包絡(luò)檢波法屬于非相干解調(diào)法，其特點(diǎn)是：解調(diào)效率高，解調(diào)器輸出近似為相干解調(diào)的2倍；解調(diào)電路簡單，特別是接收端不需要與發(fā)送端同頻同相位的載波信號(hào)，大大降低實(shí)現(xiàn)難度。故幾乎所有的調(diào)幅（AM）式接收機(jī)都采用這種電路。綜上所述，可以看出，采用常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制傳輸信息的好處是解調(diào)電路簡單，可采用包絡(luò)檢波法。缺點(diǎn)是調(diào)制效率低，載波分量不攜帶信息，但卻占據(jù)了大部分功率，白白浪費(fèi)掉。如果抑制載波分量的傳送，則可演變出另一種調(diào)制方式，即抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）。2.3 雙邊帶調(diào)制（D

18、SB）原理1、DSB信號(hào)調(diào)制在幅度調(diào)制的一般模型中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)，調(diào)制信號(hào)m(t)中無直流分量，則輸出的已調(diào)信號(hào)就是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，或稱抑制載波雙邊帶（DSB）調(diào)制信號(hào)，簡稱雙邊帶（DSB）信號(hào)。DSB調(diào)制器模型如圖2.7所示。可見DSB信號(hào)實(shí)質(zhì)上就是基帶信號(hào)與載波直接相乘，其時(shí)域和頻域表示式分別為圖2.7 DSB調(diào)制模型器圖 （2-8） （2-9）可見 ，DSB信號(hào)的包絡(luò)不再與m(t)成正比，故不能進(jìn)行包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)；除不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號(hào)的頻譜與AM信號(hào)的完全相同，仍由上下對稱的兩個(gè)邊帶組成。故DSB信號(hào)是不帶載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬與AM

19、信號(hào)相同，也為基帶信號(hào)帶寬的兩倍， 即 式中，為調(diào)制信號(hào)帶寬，為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。2、 DSB信號(hào)解調(diào)DSB信號(hào)只能運(yùn)用相干解調(diào)，其模型與AM信號(hào)相干解調(diào)時(shí)完全相同，如圖2.8所示。此時(shí)，乘法器輸出 （2-10）經(jīng)低通濾波器濾除高次項(xiàng)，得即無失真地恢復(fù)出原始電信號(hào)。抑制載波的雙邊帶幅度調(diào)制的好處是，節(jié)省了載波發(fā)射功率，調(diào)制效率高；調(diào)制電路簡單，僅用一個(gè)乘法器就可實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是占用頻帶寬度比較寬，為基帶信號(hào)的2倍。2.4單邊帶調(diào)制（SSB）原理由于DSB信號(hào)的上、下兩個(gè)邊帶是完全對稱的，皆攜帶了調(diào)制信號(hào)的全部信息，因此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，僅傳輸其中一個(gè)邊帶就夠了。這就又演變出另一種新的調(diào)制

20、方式單邊帶調(diào)制（SSB）。1、SSB信號(hào)調(diào)制產(chǎn)生SSB信號(hào)的方法很多，其中最基本的方法有濾波法和相移法。（1）用濾波法形成SSB信號(hào)用濾波法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制的原理圖如圖所示，圖中的為單邊帶濾波器。產(chǎn)生SSB信號(hào)最直觀方法的是，將設(shè)計(jì)成具有理想高通特性或理想低通特性的單邊帶濾波器，從而只讓所需的一個(gè)邊帶通過，而濾除另一個(gè)邊帶。產(chǎn)生上邊帶信號(hào)時(shí)即為，產(chǎn)生下邊帶信號(hào)時(shí)即為。顯然，SSB信號(hào)的頻譜可表示為 (2-11)圖2.8 SSB信號(hào)的濾波法產(chǎn)生用濾波法實(shí)現(xiàn)SSB信號(hào)，原理框圖簡潔、直觀，但存在的一個(gè)重要問題是單邊帶濾波器不易制作。這是因?yàn)?，理想特性的濾波器是不可能做到的，實(shí)際濾波器從通帶到阻帶總有

21、一個(gè)過渡帶。濾波器的實(shí)現(xiàn)難度與過渡帶相對于載頻的歸一化值有關(guān)，過渡帶的歸一化值愈小，分割上、下邊帶就愈難實(shí)現(xiàn)。而一般調(diào)制信號(hào)都具有豐富的低頻成分，經(jīng)過調(diào)制后得到的DSB信號(hào)的上、下邊帶之間的間隔很窄，要想通過一個(gè)邊帶而濾除另一個(gè)，要求單邊帶濾波器在附近具有陡峭的截止特性即很小的過渡帶，這就使得濾波器的設(shè)計(jì)與制作很困難，有時(shí)甚至難以實(shí)現(xiàn)。為此，實(shí)際中往往采用多級(jí)調(diào)制的辦法，目的在于降低每一級(jí)的過渡帶歸一化值，減小實(shí)現(xiàn)難度。（2）用相移法形成SSB信號(hào) 可以證明，SSB信號(hào)的時(shí)域表示式為 （2-12）式中，“”對應(yīng)上邊帶信號(hào)，“+”對應(yīng)下邊帶信號(hào)；表示把的所有頻率成分均相移， 稱是的希爾伯特變換。

22、根據(jù)上式可得到用相移法形成SSB信號(hào)，如圖3-12所示。圖中，為希爾伯特濾波器，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)寬帶相移網(wǎng)絡(luò)，對中的任意頻率分量均相移。圖2.9 相移法形成SSB信號(hào)的模型相移法形成SSB信號(hào)的困難在于寬帶相移網(wǎng)絡(luò)的制作，該網(wǎng)絡(luò)要對調(diào)制信號(hào)的所有頻率分量嚴(yán)格相移，這一點(diǎn)即使近似達(dá)到也是困難的。2、SSB信號(hào)解調(diào)從SSB信號(hào)調(diào)制原理圖中不難看出，SSB信號(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)成正比，因此SSB信號(hào)的解調(diào)也不能采用簡單的包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)，如圖所示。圖2.10 SSB信號(hào)的相干解調(diào)此時(shí)，乘法器輸出 （2-13）經(jīng)低通濾波后的解調(diào)輸出為綜上所述，單邊帶幅度調(diào)制的好處是，節(jié)省了載波發(fā)射功率，調(diào)制效

23、率高；頻帶寬度只有雙邊帶的一半，頻帶利用率提高一倍。缺點(diǎn)是單邊帶濾波器實(shí)現(xiàn)難度大。2.5 殘留邊帶（VSB）原理 1、VSB信號(hào)調(diào)制VSB調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)：解調(diào)時(shí)不需要本地載波，容許調(diào)制信號(hào)含有很低頻率和直流分量。原理：VSB仍為線性調(diào)制。調(diào)制信號(hào)和載波相乘后的頻譜為 （2-14）設(shè)調(diào)制器的濾波器的傳輸函數(shù)為H( f )，則濾波輸出的已調(diào)信號(hào)頻譜為 H(f) (2-15)2、VSB信號(hào)解調(diào)殘留邊帶調(diào)幅是介于單邊帶信號(hào)和已知雙邊帶調(diào)幅之間的一種調(diào)幅方式，對低頻信號(hào)保留雙邊帶，對高頻分量部分采用單邊帶方式傳輸。其濾波器的特性應(yīng)滿足如下特性：） （2-16） 殘留邊帶調(diào)制主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)比較簡單，不似單邊帶

24、調(diào)幅的具體實(shí)現(xiàn)那樣困難，又比抑制載波雙邊帶調(diào)幅節(jié)省頻帶。其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)幅調(diào)制的傳播特性。由于實(shí)現(xiàn)比較困難，其應(yīng)用并不廣泛。第3章 仿真實(shí)現(xiàn)3.1 普通調(diào)幅（AM）仿真與分析 調(diào)用函數(shù)function f, sf=FFT_SHIFT(t, st)%This function is FFT to calculate a signals Fourier transform%Input: t: sAMpling time , st : signal data. Time length must greater thean 2%output: f : sAMpling frequency ,

25、sf: frequen%output is the frequency and the signal spectrumdt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;N=length(t);f=-N/2:N/2-1*df;sf=fft(st);sf=T/N*fftshift(sf);AM調(diào)制程序如下：dt=0.001; %時(shí)間采樣頻譜fmax=1; %信源最高頻譜fc=10; %載波中心頻率T=5; %信號(hào)時(shí)長N=T/dt;t=0:N-1*dt;mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fmax*t); %信源A=2;s_AM=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t);f,Xf=F

26、FT_SHIFT(t,s_AM); %調(diào)制信號(hào)頻譜PSD=(abs(Xf).2)/T; %調(diào)制信號(hào)功率譜密度figure(1)subplot(311);plot(t,s_AM);hold on; %畫出AM信號(hào)波形plot(t,A+mt,r-); %表示AM包絡(luò)title(AM調(diào)制信號(hào)及其包絡(luò));xlabel(t);rt=s_AM.*cos(2*pi*fc*t); %相干解調(diào)rt=rt-mean(rt);f,rf= FFT_SHIFT (t,rt);t,rt=lpf(f,rf,2*fm); %低通濾波subplot(312)plot(t,rt);hold on;plot(t,mt/2,r-);

27、title(相干解調(diào)后的信號(hào)波形與輸入信號(hào)的比較)xlabel(t)subplot(313); %畫出功率譜圖形plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*fc 0 1.5*max(PSD);title(AM信號(hào)頻譜);xlabel(f);仿真波形圖3.1：圖3.1 AM仿真波形圖分析：由頻譜可以看出，AM信號(hào)的頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成。上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。因此，AM信號(hào)是帶有載波分量的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的2倍。對AM信號(hào)的解調(diào)采取乘積型同步檢波。實(shí)現(xiàn)方式是使調(diào)制信號(hào)與相干載波相乘，然后通過低通濾波器。3.2

28、雙邊帶調(diào)制（DSB）仿真與分析DSB調(diào)制程序如下：dt=0.001; %時(shí)間采樣頻譜fmax=1; %信源最高頻譜fc=10; %載波中心頻率T=5; %信號(hào)時(shí)長t=0:dt:T;mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fmax*t); %信源s_DSB=mt.*cos(2*pi*fc*t);f,sf=FFT_SHIFT(t,s_DSB); %調(diào)制信號(hào)頻譜PSD=(abs(sf).2)/T; %調(diào)制信號(hào)功率譜密度figure(1)subplot(311)plot(t,s_DSB);hold on; %畫出DSB信號(hào)波形plot(t,mt,r-); %標(biāo)示mt波形title(DSB調(diào)制信號(hào));x

29、label(t);rt=s_DSB.*cos(2*pi*fc*t);rt=rt-mean(rt);f,rf= FFT_SHIFT (t,rt);t,rt=lpf(f,rf,2*fm);subplot(312)plot(t,rt);hold on;plot(t,mt/2,r-);title(相干解調(diào)后的信號(hào)波形與輸入信號(hào)的比較)xlabel(t);subplot(313)plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*fc 0 max(PSD);title(DSB信號(hào)頻譜);xlabel(f);仿真波形圖如下：圖3.2 DSB仿真波形圖分析：由圖可以看出DSB調(diào)制有如下特點(diǎn)：（1）DSB信號(hào)的

30、幅值仍隨調(diào)制信號(hào)變化，但與普通調(diào)幅波不同，它的包絡(luò)不再在載波振幅上下變化；（2）DSB信號(hào)的高頻載波相位在調(diào)制電壓零交點(diǎn)處（調(diào)制電壓正負(fù)交替時(shí)候）要突變180度；(3)DSB調(diào)制，信號(hào)仍集中在載頻附近，由于DSB調(diào)制抑制了載波，它的全部功率為邊帶占有，輸出功率都是有用信號(hào)，它比普通調(diào)幅波經(jīng)濟(jì)，但在頻帶利用率上沒有改進(jìn)；（4）DSB的頻譜相當(dāng)于從AM波頻譜圖中將載頻去掉后的頻譜。進(jìn)一步觀察DSB信號(hào)的仿真圖形可見，上下半軸對稱，這是因?yàn)樯舷聝蓚€(gè)邊帶所含的消息完全相同，故從消息傳送的角度看，發(fā)送一個(gè)邊帶即可，這樣不僅可以節(jié)省發(fā)射功率，而且頻帶的寬度也縮小一半。3.3 單邊帶調(diào)制（SSB）仿真與分析

31、SSB調(diào)制程序如下：dt=0.001; %時(shí)間采樣頻譜fmax=1; %信源最高頻譜fc=10; %載波中心頻率T=5;t=0:dt:T;mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fmax*t); %信源s_SSB=real(hilbert(mt).*exp(j*2*pi*fc*t);f,sf=FFT_SHIFT(t,s_SSB); %單邊帶信號(hào)頻譜PSD=(abs(sf).2)/T; %單便帶信號(hào)功率譜figure(1)subplot(311)plot(t,s_SSB);hold on; %畫出SSB信號(hào)波形plot(t,mt,r-); %標(biāo)示mt 的包絡(luò)title(SSB調(diào)制信號(hào));xlab

32、el(t);rt=s_SSB.*cos(2*pi*fc*t);%相干解調(diào)rt=rt-mean(rt);f,rf= FFT_SHIFT (t,rt);t,rt=lpf(f,rf,2*fm);%低通濾波subplot(312)plot(t,rt);hold on;plot(t,mt/2,r-);title(相干解調(diào)后的信號(hào)波形與輸入信號(hào)的比較)xlabel(t)subplot(313)plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*fc 0 max(PSD);title(SSB信號(hào)功率譜);xlabel(f);仿真波形圖3.4：圖3.3 SSB仿真波形圖分析：SSB信號(hào)的解調(diào)和DSB一樣，不能采

33、用簡單的包絡(luò)檢波，因?yàn)镾SB信號(hào)也是抑制載波的已調(diào)信號(hào)，它的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化，所以采用相干解調(diào)法，即對SSB信號(hào)的解調(diào)采取乘積型同步檢波。實(shí)現(xiàn)方法是使調(diào)制信號(hào)與相干載波相乘，然后通過低通濾波器。單頻調(diào)制信號(hào)仍是等幅波，但它與原載波的電壓是不同的。SSB的振幅與調(diào)制信號(hào)的幅度成正比，它的頻率隨調(diào)制信號(hào)的頻率不同而不同，因而它含消息特征。單邊帶信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)形狀相同。3.4 殘留邊帶（VSB）仿真與分析調(diào)用函數(shù)：function t,st=IFFT_SHIFT(f,Sf)df=f(2)-f(1);fmax=(f(end)-f(1)+df);dt=1/fmax;N=leng

34、th(f);t=0:N-1*dt;Sf=fftshift(Sf);st=fmax*ifft(Sf);st=real(st);function t,st=VSBmd(f,sf,B1,B2,fc)% This function is a residual bandpass filter% Inputs f: sAMple frequency, sf: frequency spectrum data% B1: residual bandwidth, B2: highest freq of the baseband signal% Outputs t:sAMple time, st: signal d

35、atadf=f(2)-f(1);T=1/df;hf=zeros(1,length(f);bf1=floor(fc-B1)/df):floor(fc+B1)/df);bf2=floor(fc-B1)/df)+1:floor(fc+B2)/df);f1=bf1+floor(length(f)/2);f2=bf2+floor(length(f)/2);stepf=1/length(f1);hf(f1)=0:stepf:1-stepf;hf(f2)=1;f3=-bf1+floor(length(f)/2);f4=-bf2+floor(length(f)/2);hf(f3)=0:stepf:(1-stepf);hf(f4)=1;yf=hf.*sf;t,st=IFFT_SHIFT(f,yf);st=real(st);VSB調(diào)制程序：% Signaldt=0.001;fmax=5;fc=20;T=5;N=T/dt;t=0:N-1*dt;mt=sqrt(2)*(cos(2*pi*fmax*t)+sin(2*pi*0.5*fmax*t);% VSB modulations_VSB=mt.*cos(2*pi*fc*t);B1=0.2*fmax;B2=1.2*fmax;f