VSB的調(diào)制與解調(diào)

1、目錄1選題背景12方案論證23過程論述23.1 VSB信號(hào)分析23.2 VSB信號(hào)的傳輸方法33.3 基本參數(shù)設(shè)計(jì)33.4 VSB調(diào)制43.5 VSB信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)。44結(jié)果分析44.1 VSB調(diào)制信號(hào)44.2采用相干解調(diào)后的VSB信號(hào)波形54.3 調(diào)制信號(hào)的功率譜密度54.4加上窄帶高斯噪聲后重新解調(diào)64.4.1 用MATLAB仿真64.4.2 窄帶高斯白噪聲的調(diào)制74.4.3 窄帶高斯白噪聲的解調(diào)75結(jié)論8參考文獻(xiàn)9VSB的調(diào)制與解調(diào)1 選題背景調(diào)制是將各種基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)恼{(diào)制信號(hào)(已調(diào)信號(hào)或頻帶信號(hào))，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

2、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)原始的基帶信號(hào)。調(diào)制技術(shù)分為模擬調(diào)制技術(shù)與數(shù)字調(diào)制技術(shù)，其主要區(qū)別是：模擬調(diào)制是對(duì)載波信號(hào)的某些參量進(jìn)行連續(xù)調(diào)制，在接收端對(duì)載波信號(hào)的調(diào)制參量連續(xù)估值，而數(shù)字調(diào)制是用載波信號(hào)的某些離散狀態(tài)來表征所傳送信息，在接收端只對(duì)載波信號(hào)的離散調(diào)制參量進(jìn)行檢測(cè)。主要的數(shù)字調(diào)制方式包括比較傳統(tǒng)的幅移鍵控(ASK)和多電平正交調(diào)幅(mQAM),頻移鍵控(FSK),相移鍵控(PSK)和多相相移鍵控(mPSK)。也包括近期發(fā)展起來的網(wǎng)格編碼調(diào)制(TCM)、殘留邊帶調(diào)制、正交頻分復(fù)用調(diào)制等方法。數(shù)字調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng),中繼時(shí)噪聲及色

3、散的影響不積累,因此可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸。在現(xiàn)在文明高速發(fā)展的今天,人們?cè)絹碓诫x不開數(shù)字信息,數(shù)字通信也越來越重要,因此數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)越來越被廣泛應(yīng)用。由于信道資源的緊張與人們?cè)絹碓较Ｍ斓耐ㄐ潘俣扰c更好通信質(zhì)量的要求的矛盾,將來必然還要尋找更加好的調(diào)制技術(shù),它要求功率效率高,頻帶利用率高,并且易于實(shí)現(xiàn),節(jié)能低碳,環(huán)保。激光調(diào)制通信、衛(wèi)星通信、非恒包絡(luò)調(diào)制等都是研究方向。數(shù)字調(diào)制解調(diào)的發(fā)展,必定會(huì)有力地推進(jìn)通信、數(shù)字技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)步。數(shù)字通信所能夠達(dá)到的傳輸效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬通信,調(diào)制技術(shù)的種類也遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于模擬通信,大大提高了用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要選擇系統(tǒng)配置的靈活性,除此之外,數(shù)字調(diào)制抗干擾能

4、力強(qiáng),中繼時(shí)噪聲及色散的影響不積累,因此可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸。在現(xiàn)在文明高速發(fā)展的今天,人們?cè)絹碓诫x不開數(shù)字信息,數(shù)字通信也越來越重要,因此數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)越來越被廣泛應(yīng)用。殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與DSB之間的一種折中方式；它既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB信號(hào)實(shí)現(xiàn)中的困難。在這種調(diào)制方式中；它不像SSB那樣完全抑制DSB信號(hào)的一個(gè)邊帶，而是逐漸切割，使其殘留一小部分；解調(diào)是調(diào)制的逆過程。調(diào)制方式不同,解調(diào)方法也不一樣。與調(diào)制的分類相對(duì)應(yīng),解調(diào)可分為正弦波解調(diào)(有時(shí)也稱為連續(xù)波解調(diào))和脈沖波解調(diào)。正弦波解調(diào)還可再分為幅度解調(diào)、頻率解調(diào)和相位解調(diào)，此外還有一些變種如單邊帶信號(hào)解調(diào)

5、、殘留邊帶信號(hào)解調(diào)等。同樣，脈沖波解調(diào)也可分為脈沖幅度解調(diào)、脈沖相位解調(diào)、脈沖寬度解調(diào)和脈沖編碼解調(diào)等。對(duì)于多重調(diào)制需要配以多重解調(diào)。解調(diào)過程大體上包含兩個(gè)主要環(huán)節(jié)：首先把位于載波附近攜帶有用信息的頻譜搬移到基帶中，然后用相應(yīng)的濾波器濾出基帶信號(hào)，完成解調(diào)任務(wù)。脈沖調(diào)制信號(hào)的解調(diào)比較簡(jiǎn)單。例如脈幅調(diào)制和脈寬調(diào)制信號(hào)都含有很大的調(diào)制信號(hào)分量，可以用低通濾波器直接從脈沖已調(diào)波中將它們?yōu)V出，實(shí)現(xiàn)解調(diào)；有的脈沖已調(diào)波(如脈位調(diào)制、脈碼調(diào)制等）中的調(diào)制信號(hào)分量較小，通常先把它們變?yōu)槊}幅或脈寬調(diào)制信號(hào)，再用濾波器把有用信號(hào)濾出。正弦波已調(diào)信號(hào)中不包含調(diào)制信號(hào)分量。解調(diào)時(shí)應(yīng)先進(jìn)行頻率變換，把孕含在邊帶中的有

6、用信號(hào)頻譜搬移到適當(dāng)?shù)念l帶之內(nèi)，再用濾波器或適當(dāng)器件，把有用信號(hào)檢出。2 方案論證殘留邊帶調(diào)制是介于單邊帶調(diào)制與抑制載波雙邊帶調(diào)制之間的一種調(diào)制方式，在殘留邊帶調(diào)制中除了傳送一個(gè)邊帶之外，還保留另外一個(gè)邊帶的一部分。對(duì)于具有低頻即直流分量的調(diào)制信號(hào)，用濾波法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制時(shí)所需要的過渡帶是無限陡的理想濾波器，在殘留邊帶調(diào)制中已不再需要，這就避免了實(shí)現(xiàn)上的困難。本次設(shè)計(jì)的主要是總分總思想進(jìn)行，先要知道本實(shí)驗(yàn)的要求和目的，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求了解MATLAB的使用，模擬信號(hào)的調(diào)制，模擬調(diào)制的分類，熟知模擬調(diào)制的工作方式，了解模擬調(diào)制的知識(shí)，本設(shè)計(jì)應(yīng)該分為兩個(gè)主體，首先是對(duì)VSB信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，再是對(duì)已調(diào)的

7、VSB信號(hào)的解調(diào)。用matlab產(chǎn)生一個(gè)頻率分別為5Hz、5/2Hz的余弦和正弦疊加信號(hào)作為信源m（t），兩個(gè)頻率分量功率相同，總信號(hào)功率為2W,設(shè)載波頻率為20Hz。3 過程論述3.1VSB信號(hào)分析殘留邊帶調(diào)制VSB是一種幅度調(diào)制法（AM），它是在雙邊帶調(diào)制的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)濾波器，使信號(hào)一個(gè)邊帶的頻譜成分原則上保留，另一個(gè)邊帶頻譜成分只保留小部分（殘留）。由于該調(diào)制方法介于雙邊帶與單邊帶之間，因此該調(diào)制方法既比雙邊帶調(diào)制節(jié)省頻譜，又比單邊帶易于解調(diào)。由于VSB基本性能接近SSB，而VSB調(diào)制中的邊帶濾波器比SSB中的邊帶濾波器容易實(shí)現(xiàn)，所以VSB調(diào)制在廣播電視、通信等系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。數(shù)

8、字VSB調(diào)制方式輸出的是一種使用單個(gè)載波、采用幅度調(diào)制的、抑制載波的殘留邊帶信號(hào)。VSB系統(tǒng)實(shí)際上提供了一系列調(diào)制等級(jí)，如2-VSB、4-VSB、8-VSB、16-VSB調(diào)制等。這一系列的VSB可以使用相同的導(dǎo)頻、符號(hào)率、數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)、交織過程、R-S編碼及同步脈沖。它可以應(yīng)用于地面廣播和有線電視，如美國(guó)ATSC的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)就是采用的VSB調(diào)制方式。在地面廣播中常用8-VSB調(diào)制，在一個(gè)6MHz模擬帶寬內(nèi)可傳送一路HDTV信號(hào);而在有線電視中常用16-VSB調(diào)制，此時(shí)，在一個(gè)6MHz模擬帶寬內(nèi)可傳送2路HDTV信號(hào)。在6MHz的模擬帶寬上采用4-VSB調(diào)制可以攜帶21.5Mbit/s信息（理想

9、情況為24Mbit/s）,采用16-VSB調(diào)制可以攜帶43Mbit/s信息（理想情況為48Mbit/s）。我們知道，標(biāo)準(zhǔn)的一路HDTV數(shù)字視頻信號(hào)經(jīng)約50倍的壓縮后，其數(shù)碼率約為20Mbit/s。因此，在有線電視的16-VSB調(diào)制情況下，在6MHz的模擬帶寬中，可傳輸兩路HDTV信號(hào)。由于有線電視在電纜中傳輸，因而傳輸環(huán)境較好，不需要對(duì)所傳信號(hào)進(jìn)行冗余的TCM編碼。然而，在數(shù)字電視地面廣播的傳輸條件下，由于空間傳輸?shù)沫h(huán)境較差，因而對(duì)所傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行2/3的TCM編碼，因此，在地面廣播中采用加TCM的8-VSB調(diào)制，其有效數(shù)碼率和4-VSB方式一樣，為21.5Mbit/s，可傳一路HDTV信號(hào)。

10、在高斯白噪聲環(huán)境下，VSB和QAM具有相同的誤碼特性（VSB的功率忽視導(dǎo)頻能量）。8-VSB相當(dāng)于64-QAM，16-VSB相當(dāng)于256-QAM的性能。但從結(jié)構(gòu)來看，VSB要比QAM簡(jiǎn)單，硬件復(fù)雜度低3.2VSB信號(hào)的傳輸方法用濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的原理圖如圖LPFCOS(!ct)SSSi：SAco5(WciL發(fā)送濾浚包劣栓垃圖3-1濾波法實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制原理圖殘留部分下邊帶時(shí)的傳遞函數(shù)殘留部分上邊帶傳遞函數(shù)圖3-3殘留部分上邊帶圖它的幾何含義是，殘留邊帶濾波器的傳輸函數(shù)Hvsb(W)在We附近必須具有互補(bǔ)對(duì)稱性，它可以看作是對(duì)截止頻率為We的理想濾波器進(jìn)行“平滑”的結(jié)果，習(xí)慣上，稱這種

11、“平滑”為“滾降”。顯然，由于“滾降”，濾波器截止頻率特性的“陡度”變緩，實(shí)現(xiàn)難度降低，但濾波器的帶寬變寬。3.3基本參數(shù)設(shè)計(jì)設(shè)抽樣頻率Fs=1000FsHz，抽樣時(shí)長(zhǎng)5秒，對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)數(shù)N=5000NVSB調(diào)制和解調(diào)可以用信號(hào)過系統(tǒng)的方法進(jìn)行仿真。對(duì)信號(hào)進(jìn)行抽樣得到X(n);(2) 對(duì)信號(hào)做離散傅立葉變換X(n)X(w);信號(hào)過系統(tǒng)，頻域相乘Y(w)=X(w)H(w);(4)對(duì)輸出信號(hào)做傅立葉反變換，與輸入信號(hào)做對(duì)比。3.4 VSB調(diào)制殘留邊帶為0.2mf的VSB調(diào)制信號(hào)時(shí)域波形，VSB調(diào)制可等效為輸入基帶信號(hào)先調(diào)制為DSB信號(hào)，再通過一個(gè)特殊的濾波器。對(duì)濾波器的要求：濾波器有過渡帶，其中一個(gè)

12、邊帶損失的恰好能夠被另外一個(gè)邊帶殘留的部分補(bǔ)償。m(t)H(co)圖3-4調(diào)制原理圖3.5VSB信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)。殘留邊帶信號(hào)顯然也不能簡(jiǎn)單采用包絡(luò)檢波，而必須采用下圖所示的相干解調(diào)。Svsb(t)Sp(t)COSWct圖3-5解調(diào)原理圖4結(jié)果分析4.1VSB調(diào)制信號(hào)圖4-1VSB調(diào)制信號(hào)與信源的比較圖由圖可以看出，VSB調(diào)制信號(hào)與信源相比，幅度值和周期都發(fā)生了改變。4.2采用相干解調(diào)后的VSB信號(hào)波形Ji-1.5*100.5相干解調(diào)后的信三泯形與輸入信三的比按VE日信呂朝率譜!1-八1$4-40-30-20-10010203040初頻牽圖4-3調(diào)制信號(hào)的功率譜密度由圖可以看出，輸入信號(hào)(信源

13、)經(jīng)過調(diào)制后，信號(hào)功率譜已發(fā)生變化。符合殘留邊帶濾波器的效果。4.4 加上窄帶高斯噪聲后重新解調(diào)4.4.1用MATLAB仿真N0=0.1noise=noise_nb(fc,B,N0,t);s_vsb2=s_vsb+noise;rt2=s_vsb2.*cos(2*pi*fc*t);figure(2)subplot(211)plot(t,mt,r-);%標(biāo)示mt的波形holdon;title(原始信號(hào)的波形)subplot(212)plot(t,s_vsb2);%畫出s_vsb2信號(hào)波形title(窄帶高斯噪聲加載后的波形);xlabel(t);ylabel(幅度);%窄帶高斯白噪聲的解調(diào)f,rf

14、2=T2F(t,rt2);t,rt2=lpf(f,rf2,2*fm);figure(3)plot(t,rt2,t,mt,r-);holdon;legend(加噪聲重新解調(diào)后的信號(hào),輸入信號(hào)(信源)title(在接收端帶通后加上窄帶高斯噪聲后重新解調(diào)得到的波形);xlabel(t);ylabel(幅度);4.4.2窄帶高斯白噪聲的調(diào)制叫HIIIllI!II!；IIIJ?!HiijflJfl11JJ1IIIJ095115?33541J111i圖4-4在輸入端加窄帶高斯噪聲調(diào)制圖由圖可以看出，此時(shí)調(diào)制信號(hào)已經(jīng)接收窄帶高斯白噪聲影響發(fā)生變化，發(fā)生嚴(yán)重的幅度失真，只能粗略估計(jì)出原VSB信號(hào)的變化規(guī)律。4

15、.4.3窄帶高斯白噪聲的解調(diào)9在接收跚帶通后力上霍帶高斯嗓尹后歪浙解調(diào)得到的演形加噪聲重新解調(diào)后的信號(hào)倚入信h匚倚源；-_5Aly-F1,r0.51.5Z.5r-l33.5y.kilyifl-yfll44.5圖4-5在接收端加入窄帶高斯白噪聲的解調(diào)圖與信源圖的比較在接收端帶通后加上窄帶高斯噪聲后重新解調(diào)后，輸出信號(hào)已經(jīng)發(fā)生幅度失真，但是沒有發(fā)生相位失真。輸出信號(hào)已經(jīng)失去信源的周期性，幅度值發(fā)生不規(guī)律變化，信號(hào)波形比較平坦，幅度大約為調(diào)制信號(hào)的一半。5結(jié)論VSB信號(hào)的調(diào)制可等效為輸入基帶信號(hào)先調(diào)制為DSB信號(hào)，再通過一個(gè)特殊的濾波器。但對(duì)濾波器有要求：濾波器有過渡帶，其中一個(gè)邊帶損失的恰好能夠被

16、另外一個(gè)邊帶殘留的部分補(bǔ)償。選擇合適的載波頻率進(jìn)行相干解調(diào)，可以除幅度減半之外相對(duì)無失真的恢復(fù)原始信號(hào)，但是對(duì)于接收到比較微弱的信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，需要在功率上進(jìn)行補(bǔ)償。調(diào)制信號(hào)-VSB信號(hào)是功率信號(hào)，它的能量無窮大，利用巴塞瓦爾定理和極限的方法得到信號(hào)的單邊功率譜密度近似等于信號(hào)傅里葉變換（頻譜密度）模值的平方除以信號(hào)的周期（在周期近似無窮大的前提下）。若VSB信號(hào)在信道中疊加了窄帶高斯噪聲，經(jīng)接收和相干解調(diào)是無法消除該噪聲的，且該噪聲會(huì)嚴(yán)重影響我們相干解調(diào)的效果，甚至無法看到原始信號(hào)的變化規(guī)律。所以，噪聲在接收方，是需要極力避免的。我們?cè)谶M(jìn)行信號(hào)接收和分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)我們的需要調(diào)整濾波器的設(shè)計(jì)

17、方式、進(jìn)行FFT或IFFT后幅值的大小等，不能拘泥于原理本身，要靈活的應(yīng)用它們，為自己服務(wù)，它們和MATLAB一樣，是服務(wù)于我們的工具。本次仿真就運(yùn)用一個(gè)幅度調(diào)制是正余弦載波的幅度隨調(diào)制信號(hào)線性變化的過程。幅度調(diào)制后的已調(diào)信號(hào)，在時(shí)間波形上，波的幅度隨調(diào)制信號(hào)成線性變化，在頻譜結(jié)構(gòu)上，頻譜已從基帶域搬移到其他一個(gè)頻域，而且他的頻譜結(jié)構(gòu)完全是基帶信號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單的搬移，由于這種搬移是線性的,因此幅度調(diào)制又稱線性調(diào)制，但應(yīng)注意的是線性調(diào)制并不是線性變換，而是一種非線性過程。運(yùn)用matlab中的M文件進(jìn)行編程，首要的目標(biāo)便是確定一個(gè)模型即數(shù)學(xué)函數(shù)。有了數(shù)學(xué)函數(shù)，就有了編程的思想和思路，所寫的每一行代碼都為這個(gè)函數(shù)所用。參考文獻(xiàn)1