基于SSB調制與解調實驗的三種仿真分析

【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SSB調制與解調實驗進行仿真它們是基于SyStemView采用移相法對單邊帶調制信號進行仿真，基于Simulink軟件對各個階段進行了仿真，基于multiSim軟件對輸入信號和輸出信號進行仿真。

【關鍵詞】Simulink;MultiSim;SyStemView;調制解調

引言

仿真軟件在電路等方面的應用越來越廣泛，應用軟件仿真可以使復雜的電路問題簡單化，也可以使抽象的電路結論變得可視化，也可以與實際試驗進行比對，進行驗證，SyStemView，Simulink，multiSim是常用的三種仿真軟件。SSB通信是僅發送單個邊帶的調制和解調， 有節省頻帶和受傳播條件影響小等優點。本文應用三種軟件對SSB調制和解調進行仿真，結果對于SSB通信通訊的理解具有指導意義。

1.SSB調制解調原理

SSB調制信號就是將信號中DSB其中的一個邊帶濾掉從而形成的。依據方法的不同，產生SSB信號的方法有濾波和相移法。由于濾波法在技術上比較難實現所以在此我們將用相移法對SSB調制與解調系統進行討論與設計。SSB信號的頻域表示直觀、簡明，但其時域表示式的推導比較困難，需要借助希爾伯特（Hilbert）變換來表述。為簡單起見，我們以單頻調制為例，然后推廣到一般情況。設單頻調制信號為：

M（t）=AmcoSwmt

載波為：C（t）=coSwct

其雙邊帶信號DSB時域表達式為：

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

信號通過一單邊帶低通濾波器：

（1）保留上邊帶信號：

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

（2）保留下邊帶信號：

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

由希爾伯特變換：AmcoS^wmt=AmSinwmt

故單邊帶信號經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為：

Hh（w）=M^（w）/M（w）=-jSgnw

希爾伯特濾波器實際上是個寬帶相移網絡，對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調制器的一般模型，如圖1所示。

圖1 相移法SSB信號調制器

相移法是利用相移網絡，對載波和調制信號進行適當的相移，以便在合成過程中將其中的一個邊帶抵消而獲得SSB信號。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，均可一次實現SSB調制。

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的框圖設計環境，是實現動態系統建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統、非線性系統、數字控制及數字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統，也就是系統中的不同部分具有不同的采樣速率。Simulink是用于動態系統和嵌入式系統的多領域仿真和基于模型的設計工具。在仿真過程中能夠隨意改變參數，從而實時觀察系統行為的變化，具有很好的交互性。

2.2 電路圖

圖2 仿真電路

2.3 仿真結果

圖3 仿真結果

由圖3我們可看到原始信號在經過帶通濾波器之后，只能允許在一定頻率范圍的信號，再解調之后的信號的外包絡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環境下運行的用于系統仿真分析的可視化軟件工具，快速地建立和修改系統、訪問與調整參數，方便地加入注釋。用于電路和通信系統的設計、仿真。它可用于各種線性或非線性控制系統的設計和仿真。用戶在進行系統設計時，只需從SyStem View配置的圖標庫中調出有關圖標并進行參數設置，完成圖標間的連線，然后運行仿真操作，最終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統的仿真分析結果。SyStemView 仿真雖然軟件比較小，但是功能很強大，是通信系統分析和設計領域的優秀軟件。

3.2 電路圖

圖4 移相法單邊帶調制的SyStemView 仿真設計

3.3 仿真結果

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，通過單邊帶調制解調系統的設計，可以得到較理想的解調信號。

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計更名為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。仿真設計的結果更加精確、更可靠、更具有實用性。

4.2 電路圖

圖6 SSB的調制電路部分

圖7 SSB的解調電路部分

4.3 仿真結果

圖8 同步檢波器輸入的單邊帶信號（上）

及其輸出信號（下）

通過觀察波形可以得知，示波器中的紅線是高頻載波，綠線為調制信號，載波信號把調制信號搬移到更高頻帶處，與書中SSB信號的調制理論一致。通過觀察解調波形我們可以知道，示波器中的紅線為同步檢波器輸入的單邊帶信號，綠線為解調輸出的信號，與調制信號一致，實現了用multiSim軟件對單邊帶信號的調制與解調。

5.結論

（1）MultiSim的仿真軟件具有強大的元件庫和虛擬的實驗儀器與儀表，能直接建立電路原理圖，逼真再現實驗環境，可直接分析電路的內部和外部特性，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，其分析精度和測量范圍比用實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，可以作為實驗平臺。由圖我們可以看到輸入與輸出在一個圖形中顯示，而且在下方還有設置的參數，方便比較。

（2）Matlab運用編程，且其運行時將數據處理單元視作矩陣，增強了它的運算功能。Matlab信號和數據處理及計算能力強，圖形可視化功能好，功能模塊豐富，用于系統仿真更方便一些，并且通過研究電路的外特性，可驗證電路定理和定律。從圖中可以很明顯的看出解調過程，原始信號經過帶通濾波器之后形成的信號，最后被解調出來。

（3）利用SyStemView可以構建復雜的模擬，數字，模數結合的多種系統，還可進行參數設置，實現圖標間的連線。

通過對各種仿真方法的分析與比較，都與理論相一致，同時我們還可以很清楚地看出各種方法的優缺點以及各自的適用范圍和領域，multiSim能直接分析電路的內外部特性;Matlab運用編程更方便;SyStemView可進行參數設置，同時還可模擬多種系統。相信SSB調制在將來會得到更加廣泛的應用和發展。

參考文獻

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基金項目：棗莊學院2014年大學生SRT項目。