基于SSB調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)的三種仿真分析

【摘要】本文介紹了SyStemView，Simulink，multiSim三種仿真軟件的主要功能，并基于三種軟件對(duì)SSB調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真它們是基于SyStemView采用移相法對(duì)單邊帶調(diào)制信號(hào)進(jìn)行仿真，基于Simulink軟件對(duì)各個(gè)階段進(jìn)行了仿真，基于multiSim軟件對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)進(jìn)行仿真。

【關(guān)鍵詞】Simulink;MultiSim;SyStemView;調(diào)制解調(diào)

引言

仿真軟件在電路等方面的應(yīng)用越來越廣泛，應(yīng)用軟件仿真可以使復(fù)雜的電路問題簡單化，也可以使抽象的電路結(jié)論變得可視化，也可以與實(shí)際試驗(yàn)進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)行驗(yàn)證，SyStemView，Simulink，multiSim是常用的三種仿真軟件。SSB通信是僅發(fā)送單個(gè)邊帶的調(diào)制和解調(diào)， 有節(jié)省頻帶和受傳播條件影響小等優(yōu)點(diǎn)。本文應(yīng)用三種軟件對(duì)SSB調(diào)制和解調(diào)進(jìn)行仿真，結(jié)果對(duì)于SSB通信通訊的理解具有指導(dǎo)意義。

1.SSB調(diào)制解調(diào)原理

SSB調(diào)制信號(hào)就是將信號(hào)中DSB其中的一個(gè)邊帶濾掉從而形成的。依據(jù)方法的不同，產(chǎn)生SSB信號(hào)的方法有濾波和相移法。由于濾波法在技術(shù)上比較難實(shí)現(xiàn)所以在此我們將用相移法對(duì)SSB調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行討論與設(shè)計(jì)。SSB信號(hào)的頻域表示直觀、簡明，但其時(shí)域表示式的推導(dǎo)比較困難，需要借助希爾伯特（Hilbert）變換來表述。為簡單起見，我們以單頻調(diào)制為例，然后推廣到一般情況。設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為：

M（t）=AmcoSwmt

載波為：C（t）=coSwct

其雙邊帶信號(hào)DSB時(shí)域表達(dá)式為：

SDSB（t）=AmcoSwmtcoSwct=1/2AmcoS （wc+wm）t+1/2AmcoS（wc-wm）t

信號(hào)通過一單邊帶低通濾波器：

（1）保留上邊帶信號(hào)：

SUSB彈（t）=coS（wc+wm）t=1/2AmcoSwmcoSwct -1/2AmSinwmSinwct

（2）保留下邊帶信號(hào)：

SLSB（t）=coS（wc-wm）t=1/2AmcoSwmcoSwct+1/2AmSinwmSinwct

由希爾伯特變換：AmcoS^wmt=AmSinwmt

故單邊帶信號(hào)經(jīng)過希爾伯特變換后得：

SSB（t）=1/2M（t）coSwct±1/2M^（t）Sinwct

（1）

式中：M^（t）是M（t）的希爾伯特變換。

若M（w）是M（t）的傅里葉變換，則M^（t）的傅里葉變換M^（w）I為：

M^（w）=M（w）·[-jSgnw]

即希爾伯特濾波器的傳遞函數(shù)為：

Hh（w）=M^（w）/M（w）=-jSgnw

希爾伯特濾波器實(shí)際上是個(gè)寬帶相移網(wǎng)絡(luò)，對(duì)M（t）中的任意頻率分量均相移/2，即可得到M^（t），由（1）式可畫出相移法SSB調(diào)制器的一般模型，如圖1所示。

圖1 相移法SSB信號(hào)調(diào)制器

相移法是利用相移網(wǎng)絡(luò)，對(duì)載波和調(diào)制信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)南嘁?，以便在合成過程中將其中的一個(gè)邊帶抵消而獲得SSB信號(hào)。相移法不需要濾波器具有陡峭的截止特性，不論載頻有多高，均可一次實(shí)現(xiàn)SSB調(diào)制。

2.Simulink仿真分析

2.1 Simulink仿真軟件

Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。Simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。在仿真過程中能夠隨意改變參數(shù)，從而實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)行為的變化，具有很好的交互性。

2.2 電路圖

圖2 仿真電路

2.3 仿真結(jié)果

圖3 仿真結(jié)果

由圖3我們可看到原始信號(hào)在經(jīng)過帶通濾波器之后，只能允許在一定頻率范圍的信號(hào)，再解調(diào)之后的信號(hào)的外包絡(luò)就已帶通濾波器的頻率范圍為界。

3.SyStemView仿真分析

3.1 SyStemView仿真軟件

SyStemView 是，基于WindowS環(huán)境下運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問與調(diào)整參數(shù)，方便地加入注釋。用于電路和通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真。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。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需從SyStem View配置的圖標(biāo)庫中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，完成圖標(biāo)間的連線，然后運(yùn)行仿真操作，最終以時(shí)域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。SyStemView 仿真雖然軟件比較小，但是功能很強(qiáng)大，是通信系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)領(lǐng)域的優(yōu)秀軟件。

3.2 電路圖

圖4 移相法單邊帶調(diào)制的SyStemView 仿真設(shè)計(jì)

3.3 仿真結(jié)果

圖5 移相法下邊帶與上邊帶頻譜

從圖5中我們可以清楚地看出上邊帶和下邊帶的頻譜，通過單邊帶調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以得到較理想的解調(diào)信號(hào)。

4.MultiSim仿真

4.1 MultiSim仿真軟件

MultiSim軟件前身是加拿大IIT公司在20世紀(jì)八十年代后期推出的電路仿真軟件EWB（ElectronicS Workbench），后來，EWB將原先版本中的仿真設(shè)計(jì)更名為multiSim。包含了電路原理圖的圖形輸入、電路的硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真能力。仿真設(shè)計(jì)的結(jié)果更加精確、更可靠、更具有實(shí)用性。

4.2 電路圖

圖6 SSB的調(diào)制電路部分

圖7 SSB的解調(diào)電路部分

4.3 仿真結(jié)果

圖8 同步檢波器輸入的單邊帶信號(hào)（上）

及其輸出信號(hào)（下）

通過觀察波形可以得知，示波器中的紅線是高頻載波，綠線為調(diào)制信號(hào)，載波信號(hào)把調(diào)制信號(hào)搬移到更高頻帶處，與書中SSB信號(hào)的調(diào)制理論一致。通過觀察解調(diào)波形我們可以知道，示波器中的紅線為同步檢波器輸入的單邊帶信號(hào)，綠線為解調(diào)輸出的信號(hào)，與調(diào)制信號(hào)一致，實(shí)現(xiàn)了用multiSim軟件對(duì)單邊帶信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)。

5.結(jié)論

（1）MultiSim的仿真軟件具有強(qiáng)大的元件庫和虛擬的實(shí)驗(yàn)儀器與儀表，能直接建立電路原理圖，逼真再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可直接分析電路的內(nèi)部和外部特性，MultiSim豐富的分析方法可以了解電路的狀況、分析電路的各種響應(yīng)，其分析精度和測量范圍比用實(shí)際儀器測量的精度高、范圍寬。MultiSim軟件適合元件和電路仿真分析，可以作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。由圖我們可以看到輸入與輸出在一個(gè)圖形中顯示，而且在下方還有設(shè)置的參數(shù)，方便比較。

（2）Matlab運(yùn)用編程，且其運(yùn)行時(shí)將數(shù)據(jù)處理單元視作矩陣，增強(qiáng)了它的運(yùn)算功能。Matlab信號(hào)和數(shù)據(jù)處理及計(jì)算能力強(qiáng)，圖形可視化功能好，功能模塊豐富，用于系統(tǒng)仿真更方便一些，并且通過研究電路的外特性，可驗(yàn)證電路定理和定律。從圖中可以很明顯的看出解調(diào)過程，原始信號(hào)經(jīng)過帶通濾波器之后形成的信號(hào)，最后被解調(diào)出來。

（3）利用SyStemView可以構(gòu)建復(fù)雜的模擬，數(shù)字，模數(shù)結(jié)合的多種系統(tǒng)，還可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)圖標(biāo)間的連線。

通過對(duì)各種仿真方法的分析與比較，都與理論相一致，同時(shí)我們還可以很清楚地看出各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及各自的適用范圍和領(lǐng)域，multiSim能直接分析電路的內(nèi)外部特性;Matlab運(yùn)用編程更方便;SyStemView可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，同時(shí)還可模擬多種系統(tǒng)。相信SSB調(diào)制在將來會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。

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基金項(xiàng)目：棗莊學(xué)院2014年大學(xué)生SRT項(xiàng)目。