基于Matlab 單邊帶系統(tǒng)仿真研究

0 引言

根據(jù)通信理論，單邊帶系統(tǒng)將功率全部轉(zhuǎn)換到了有用信息的邊帶，使用的帶寬只有雙邊帶調(diào)制信號的一半，具有100%理論傳輸效率和2倍的頻帶利用率，成為一種廣泛使用的方式.目前，通信設(shè)備大多采用單邊帶系統(tǒng)，信號處理過程的形象仿真，有助于相關(guān)設(shè)備的學(xué)習(xí)和研究。

1 單邊帶信號的調(diào)制解調(diào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式

單邊帶(SSB)調(diào)制是調(diào)幅(AM)的一種特殊形式。

調(diào)幅信號是載波信號振幅按調(diào)制信號規(guī)律變化的一種振幅調(diào)制信號，調(diào)幅信號頻譜由載頻和上、下邊帶組成，被傳輸?shù)男畔趦蓚€(gè)邊帶中，而且每一邊帶包含有完整的被傳輸?shù)南?。僅傳輸一個(gè)邊帶(上邊帶或下邊帶)的調(diào)幅方式稱為抑制載波的單邊帶調(diào)制，簡稱單邊帶調(diào)制。設(shè)單頻基帶信號為：

單邊帶信號的解調(diào)方法是相干法。在接收機(jī)中，用本地載波與接收的單邊帶信號相乘，輸出的信號經(jīng)過低通濾波器后，高頻分量被濾除，最后得到解調(diào)輸出的低頻基帶信號： 12UΩmUcm cos 2πFt .

2 單邊帶信號調(diào)制解調(diào)的過程

單邊帶調(diào)制的方法主要有濾波法和相移法。濾波法，就是從雙邊帶信號中濾出一個(gè)邊帶信號，相移法則是利用信號的希爾伯特變換來實(shí)現(xiàn)。多頻率實(shí)信號f(t)的希爾伯特變換就是將該信號中所有頻率成分的信號分量移相 -π 2 而得到的新信號，記為 f (t)。 f (t)信號通過傳遞函數(shù)為 -j·sgn(ω) 的濾波器，即可得到f (t) .其中，具有傳遞函數(shù) H(ω) = -j·sgn(ω) 的濾波器稱為希爾伯特濾波器。根據(jù)式(5)、式(6)單邊帶信號的時(shí)域表達(dá)式，可以得到單邊帶調(diào)制信號相移法的一般模型框圖。相移法的主要過程如圖1所示。

3 SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真

Matlab包括許多標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，其信號處理工具可以解決通信中信號變換、調(diào)制解調(diào)、濾波、頻譜估計(jì)、線性系統(tǒng)分析等多項(xiàng)功能，采用相移法調(diào)制、相干法解調(diào)對單邊帶原理進(jìn)行仿真。取載波f=1 000 Hz,基帶信號F=300 Hz,對上邊帶信號解調(diào)，低通濾波器設(shè)計(jì)四階，截止頻率為500 Hz,各部分信號波形如圖3所示。由時(shí)域波形可以看出，仿真結(jié)果和SSB調(diào)制理論相符。Matlab作為一種功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和工程計(jì)算語言，Simu-link是其中一個(gè)可視化方框圖系統(tǒng)建模和仿真平臺，在Simulink中建立單邊帶調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)模型，系統(tǒng)框圖如圖4所示。

信號源模塊采用Simulink 工具箱中用戶自定義庫中的Matlab Function模塊來通過函數(shù)編程實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)任意信號源的輸入。在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮各種噪聲、干擾，各模塊參數(shù)的設(shè)置也要進(jìn)行嚴(yán)格的分析和計(jì)算，以更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的性能。

4 結(jié)語

通過對單邊帶信號處理過程的模擬仿真，得到形象生動的工作波形和實(shí)用的仿真模型，可以模擬各種輸入信號的通信過程，結(jié)合相關(guān)通信設(shè)備的工作過程，能夠取得事半功倍的效果，而且有助于相關(guān)虛擬仿真軟件Matlab的使用。