【正文】 15 般的雙邊帶信號(hào)，第二個(gè)乘法器的輸入信號(hào)和載波都相移 90? ，最后將上下邊帶合并得到單邊帶信號(hào)，再通過(guò)濾波器輸出所需的單邊帶信號(hào)。 相移法 SSB 調(diào)制系統(tǒng) Matlab 進(jìn)行編程設(shè)計(jì)仿真如圖 310： 2sF 13 0 0 . 5 1 1 . 5 2505調(diào)制信號(hào)波形 2 0 0 2000 . 10 . 20 . 30 . 4調(diào)制信號(hào)功率譜f ( K H z )Pr(f) (w)0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 0020SSB 調(diào)制信號(hào)波形 1 0 0 5 0 0 50 10000 . 511 . 522 . 5SSB 調(diào)制信號(hào)功率譜f ( K H z )Pr(f) (w) 圖 310 相移法 SSB 調(diào)制 Matlab 編程設(shè)計(jì)仿真 由圖 310 可以看出， SSB 調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)不呈比例，在頻譜圖中，SSB 調(diào)制信號(hào)截止特性非常好，達(dá)到了銳截止 特性。 相移法產(chǎn)生 SSB 信號(hào)進(jìn)行 Matlab 設(shè)計(jì)仿真 Matlab 信號(hào)處理工具箱里提供了 firls 函數(shù)和 remez函數(shù) ,它們的調(diào)用格式語(yǔ)法規(guī)則基本一樣 ,只是優(yōu)化的算法有些許的不同 ,函數(shù) firls 利用的是最小二乘法，令期望的頻率響應(yīng)和實(shí)際的頻率響應(yīng)間的誤差變得最?。缓瘮?shù) remez 實(shí)現(xiàn)的是 ParkMcClel lan 算法 ,這種算法利用 remez 交換算法和 Chebyshev 近似理論來(lái)設(shè)計(jì)濾波器 ,使實(shí)際頻率響應(yīng)擬合期望頻率響應(yīng)并且達(dá)到最優(yōu)效果 [8]。 兩路相乘結(jié)果相減時(shí)得到上邊帶信號(hào)，相加時(shí)則得到下邊帶信號(hào)。這類(lèi)濾波器要求濾波器的零頻響應(yīng)為 0, 如果濾波器的階數(shù)為偶 數(shù) , 那么增益在頻率為 0 Hz 和 處必須降為零 , 希爾伯特濾波器必須是一個(gè)帶通濾波器。對(duì)于 Matlab 來(lái)說(shuō)，作為濾波器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)軟件 , 不僅能夠快速有效地進(jìn)行希爾伯特變換器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)分析仿真和最優(yōu)化 , 并且還可以直接計(jì)算出 希爾伯特變換器的系數(shù) , 加之 Matlab 還具有強(qiáng)大的接口功能 , 為后面的設(shè)計(jì)也提供了很大方便。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中 , 希爾伯特變換器一般是由一個(gè)一個(gè)時(shí)延模塊和 FIR濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)的 , 但是也可由一組濾波器對(duì)來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn) , 而對(duì)原型低通濾波器作正弦 /余弦變換是實(shí)現(xiàn) FIR 型希爾伯特變換器的一個(gè)簡(jiǎn)單方法。兩種方法對(duì)濾對(duì)器的苛刻要求都只能在一定條件下近似滿足，不可能?chē)?yán) 格實(shí)現(xiàn)。信號(hào)經(jīng)希爾伯特變換后，信號(hào)頻譜不發(fā)生變化，相位連續(xù)，且相互正交。希爾伯特變換可以提供90176。 ???c o scwt( ) s i n ( )ct w tx??( ) 2cut ( ) s i n cx t w t90 ?? 90 ?? ()SSBSt( ) 2cut? s incwt?相 移??相 移 圖 39 相移法產(chǎn)生 SSB 信號(hào)的原理框圖 ??cut經(jīng)過(guò)相移網(wǎng)絡(luò)后，將所有的頻率成份移相 ,實(shí)際上是一個(gè)希爾伯特(Hilbert)變換 (也 可以用一個(gè)寬帶相移網(wǎng)絡(luò)來(lái)代替 )。所以本文選用占用資源較少的希爾伯特（ Hilbert）正交變換 [6]的方法實(shí)現(xiàn) SSB調(diào)制系統(tǒng)。 濾波法產(chǎn)生單邊帶調(diào)制信號(hào)的 Simulink 建模如圖 34： 圖 34 濾波法設(shè)計(jì) Simulink 建模圖 其中巴特沃斯帶通濾波器 1 與高通濾波器 2 設(shè)置如圖 35 及圖 36： 9 圖 35 巴特沃斯濾波器 1 參數(shù)設(shè)置 圖 36 巴特沃斯濾波器 2 參數(shù)設(shè)置 10 圖 37 SSB 信號(hào)頻譜 圖 38 調(diào)制波形（上） SSB 信號(hào)（下） 11 由圖 34 可以看出，本設(shè)計(jì)采用的兩級(jí)調(diào)制濾波產(chǎn)生 SSB 信號(hào)，先在低載頻上經(jīng)過(guò)帶通濾波器產(chǎn)生單邊帶信號(hào)，然后通過(guò)變頻將頻譜搬移到更高的載頻，通過(guò)高通濾波器得到所需要的單邊帶信號(hào)。使用 Matlab 的 Simulink 工具對(duì)理論上的單邊帶調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行了建模。這里需要的是 Scope 和 Spectum Scope 模塊來(lái)觀察波形和頻譜圖。 用 DSP Builder 模塊設(shè)計(jì)好一個(gè)新的模型后，可以直接在 Simulink 中進(jìn)行算法級(jí)、系統(tǒng)級(jí)仿真驗(yàn)證。而以往 8 FPGA 所需的傳統(tǒng)的基于硬件描述語(yǔ)言 （ HDL） 的設(shè)計(jì)由于要考慮 FPGA 的硬件的 δ延時(shí)與 VHDL 的遞歸算法的銜接，以及補(bǔ)碼運(yùn)算和乘積結(jié)果截取等問(wèn)題，相當(dāng)繁雜。 DSPbuilder 是 Altera 推出的一個(gè) DSP 開(kāi)發(fā)工具，它在 QuartusⅡ FPGA 設(shè)計(jì)環(huán)境中集成了 Mathworks 的 Matlab 和 simulinkDSP 開(kāi)發(fā)軟件 [2]。 Simulink可以利用鼠標(biāo)拖放來(lái)建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，而且 Simulink還提供了 豐富的功能塊以及不同的專(zhuān)業(yè)模塊集合，利用 Simulink 幾乎可以做到不書(shū)寫(xiě)一行代碼就能夠完成整個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模工作 [5]，所以顯得非常的便捷，越來(lái)越受到大家的廣泛使用。 濾波法設(shè)計(jì) Simulink 建模仿真 Matlab 的 Simulink 環(huán)境具有強(qiáng)大的圖形化仿真驗(yàn)證功能。在實(shí)際應(yīng)用中，濾波 器的參數(shù)設(shè)置應(yīng)當(dāng)符合實(shí)際需求，并根據(jù)基帶傳輸信號(hào)和載波信號(hào)的頻率進(jìn)行設(shè)置，以達(dá)到最高性能。實(shí)現(xiàn)濾波器的難易與過(guò)渡帶相對(duì)于載波的歸一化值有關(guān)，過(guò)渡帶的歸一化值愈小，分割上、下邊帶的濾波器就愈難于實(shí)現(xiàn) [4]。濾波器為低通濾波器時(shí)保留下邊帶，濾波器為高通濾波器時(shí)保留上邊帶。 基帶信號(hào)與載波信號(hào)相乘得到雙邊帶信號(hào)，雙邊帶信號(hào)時(shí)域表達(dá)式如下： ? ? ? ? ? ?c o s c o s ( 3 1 )D S B c cu t U w t U w t? ? ? ? ? ? ? 雙邊帶信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)濾波器，可以得到單邊帶信號(hào)。 濾波法產(chǎn)生單邊帶信號(hào) 因?yàn)橐话愕?()mt 具有豐富的低頻成分，因而要求濾波器的截止特性要極為陡峭才行，這給實(shí)際操作帶來(lái)困難，因此，在實(shí)際當(dāng)中，采用多次射頻及多次濾波 [3]的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)是很常用的方法，其結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 Matlab 是由美國(guó) mathworks 公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。 Matlab 發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)成為一個(gè)系列產(chǎn)品 Matlab 主包和各種可選的 toolbox 工具包主包中有數(shù)百個(gè)核心內(nèi)部函數(shù)迄今所有的三十幾個(gè)工具 包又可分為兩類(lèi)功能性工具包和學(xué)科性工具包功能性工具包主要用來(lái)擴(kuò)充 Matlab 的符號(hào)計(jì)算功能圖視建模仿真功能文字處理功能以及硬件實(shí)時(shí)交互功能這種功能性工具包用于多種學(xué)科而學(xué)科性工具包是專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的如控制工具包（ Control Toolbox）、信號(hào)處理工具包 (SignalProcessing Toolbox) 、通信工具包 (Communication Toolbox)等都屬此類(lèi)開(kāi)放性也許是 Matlab 最重要最受人歡迎的特點(diǎn)除內(nèi)部函數(shù)外所有 Matlab 主包文件和各工具包文件都是可讀可改的源文件用戶(hù)可通過(guò)對(duì)源文 件的修改或加入自己編寫(xiě)文件去構(gòu)成新的專(zhuān)用工具包。 5 3 Matlab/Simulink 的 SSB 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 軟 件簡(jiǎn)介 MATLAB 是美國(guó) MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB和 Simulink 兩大部分。根據(jù)濾除方法的不同，產(chǎn)生 SSB 信號(hào)的方法有：濾波法和相移法 [2]。常見(jiàn)的調(diào)幅（ AM）、雙邊帶（ DSB）、殘留邊帶（ VSB）等調(diào)制就是幅度調(diào)制的幾種典型的實(shí)例。幅度調(diào)制是由調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的幅度，使之隨調(diào)制信號(hào)作線性變化的過(guò)程。這種方式稱(chēng)為單邊帶調(diào)制。而我們從它們的頻譜圖上可以看出，上、下兩個(gè)邊帶是完全對(duì)稱(chēng)的，它們所攜帶的信息相同，完全可以只用一個(gè)邊帶來(lái)傳輸全部信息。而這兩個(gè)信號(hào)所包含的信息又相同 ,因此只要傳送一個(gè)邊帶信號(hào)，所要傳送信號(hào)的全部信息也就傳送了。由于對(duì)于非線性元件 ,兩個(gè)不同頻率的信號(hào)頻率 1 和頻率 2 通過(guò)會(huì)出現(xiàn) 4 個(gè)頻率 :兩個(gè)頻率的和、兩個(gè)頻率的差、頻率 頻率 2。調(diào)制音頻幅度變化了，載波幅度也會(huì)跟隨著變化，這就是調(diào)幅波的調(diào)制方式。 由于 AM 信號(hào)的功率利用率最大也只有 ，不攜帶任何信息的載波功率部分占用了大部分利用率，加上抗噪性能差，使用起來(lái)造成了很大浪費(fèi)，限制了 AM 調(diào)制技術(shù)的發(fā)展，基于 AM 信號(hào)中大部分信號(hào)功率都消耗在了載波功率上的這個(gè)特點(diǎn)，可以將載波功率濾除掉，僅僅傳 送邊帶信號(hào)，提高功率利用率，這種技術(shù)就叫做抑制載波的雙邊帶調(diào)制（ DSB），時(shí)域和頻域表達(dá)式為： 13( ) ( ) c o s ( ) ( 2 1 )1( ) [ ( ) ( ) ] ( 2 2 )2D S B cL S B c cS t m t w tS t M w w M w w??? ? ? ? ? 4 從中可以看出， DSB 的頻譜不存在載頻分量，這樣的話功率利用就大大提高了，理論可以達(dá)達(dá) 100%，即傳送的信號(hào)全是攜帶有用信息的信號(hào)， DSB 信號(hào)雖然有效的提高了功率利用率，但是由于其帶寬仍舊是調(diào)制信號(hào)帶寬的 2 倍，在帶寬有限的條件下，其發(fā)展受到限制，而 SSB 信號(hào)是 DSB 信號(hào)中一個(gè)邊帶，比 DSB 信號(hào)節(jié)省了一半的帶寬，于是，單邊帶調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)就出現(xiàn)了。單邊帶通信濾波器，相移法或相移濾波方法一個(gè)邊帶調(diào)幅波，這種調(diào)制方法稱(chēng)為單邊帶調(diào)制（ SSB）。位于高于側(cè)邊帶的載波頻率，稱(chēng)為上邊帶。在模擬調(diào)制方法中的調(diào)制波的頻譜中，除在外的載波頻率兩側(cè)的載波分量外， 在載波頻率兩旁還各有一個(gè)頻帶，因調(diào)制而產(chǎn)生的各頻率分量就落在這兩個(gè)頻帶之內(nèi)。在調(diào)頻相位角也有相應(yīng)變化，但這一相位不隨調(diào)制信號(hào)成比例的變化。調(diào)制波稱(chēng)為相位調(diào)制波。抗干擾性能好，傳輸時(shí)信號(hào)失真小，設(shè)備利用率也較高。調(diào)頻波的振幅保持不變，調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率偏離載波頻率的量與調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)值成比例。 ⑵調(diào)頻 (FM）：用調(diào)制信號(hào)控制載波的振蕩頻率，使載波的頻率隨著調(diào)制信號(hào)變化。調(diào)幅波的頻率仍是載波頻率，調(diào)幅波包絡(luò)的形狀反映調(diào)制信號(hào)的波形。 ⑴調(diào)幅 (AM）：用調(diào)制信號(hào)控制載波的振幅，使載波的振幅隨著調(diào)制信號(hào)變化。幅度調(diào)制在中、短波廣播和通信中使用甚多。其幅度變化曲線與要傳遞的低頻信號(hào)是相似的。如果要控制的參數(shù)是高頻振蕩的振幅，說(shuō)這種調(diào)制為幅度調(diào)制，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)幅；如果要控制的參數(shù)是頻率或高頻振蕩的相位，說(shuō)這種調(diào)制為頻率調(diào)制和相位調(diào)制，簡(jiǎn)稱(chēng)頻率或相位調(diào)制（ FM 和 PM 并稱(chēng)為角度調(diào)制）。 最后進(jìn)行設(shè)計(jì)的總結(jié)與體會(huì)。在通過(guò)前面系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上，提出了具體可行的 FPGA 實(shí)現(xiàn)方法。 2 課題的主要內(nèi)容 本文對(duì)調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并針對(duì) SSB 調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行了 FPGA 實(shí)現(xiàn)。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 近年來(lái)，人們對(duì)單邊帶調(diào)制也進(jìn)行了更廣泛的研究，合 肥電子工程學(xué)院在 20xx年發(fā)表了《基于 System View 的單邊帶調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)》，但只是用了傳統(tǒng)模擬方法實(shí)現(xiàn)的；西安電子科技大學(xué)在 20xx 年提出了《一種單邊帶調(diào)制 /解調(diào)的新方法》，采用的方式是數(shù)字信號(hào)處理，這一處理方法突破了傳統(tǒng)的模擬調(diào)制解調(diào)方法，為以后單邊帶調(diào)制系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；海洋工程大學(xué)的尹敬湘等人在 20xx 年提出的《數(shù)字式單邊帶調(diào)制的關(guān)鍵與實(shí)現(xiàn)方法》提到的方法是單邊帶調(diào)制中的正交調(diào)制以及內(nèi)插等技術(shù)； 20xx 年，南京某部隊(duì)的《基于 FPGA 的載波系統(tǒng)調(diào)制》，提到了本文要設(shè)計(jì)的課題：基于 FPGA 的單 邊帶調(diào)制，發(fā)展的時(shí)間僅僅只有 4 年，所以在 FPGA 進(jìn)行單邊帶調(diào)制方面還是有很大的發(fā)展空間的。而 FPGA 采用并行處理技術(shù)，很大程度上提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度，并且 FPGA 芯片的內(nèi)部邏輯塊和 I/O 可以自主配置，令設(shè)計(jì)變得非常靈活。數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方案，主要是基于FPGA+DSP 的結(jié) 構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字信號(hào)處理。為解決單邊帶調(diào)制方法因在載波調(diào)制技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)而不被廣泛應(yīng)用的問(wèn)題 ,對(duì)單邊帶調(diào)制方法進(jìn)行了研究 ,提出了 基 Hilbert 正交變換的單邊帶調(diào)制算法 ,以及該算法的FPGA(Field Programmable Gate Arrays)實(shí)現(xiàn) .建立了 Matlab 的系統(tǒng)分析模 ,采用 DSP Builder設(shè)計(jì)了單邊帶調(diào)制程序 ,并通過(guò) Modelsim對(duì)該程序進(jìn)行了仿真 ,得到了理想的單邊帶調(diào)制的波形。而在載波調(diào)制技術(shù)中，單邊帶調(diào)制的方法有很多優(yōu)點(diǎn)，比如：占用帶寬小和功耗低等，但是在傳統(tǒng)的通信技術(shù)中，因?yàn)闉V波器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，單邊帶調(diào)制技術(shù)在現(xiàn)在仍舊沒(méi)有廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)中。 simulation。s attention. For example, is a kind of widely used currently and has occ