基于SSB单边带调制与解调的信号处理系统

资 源 简 介

该项目旨在通过MATLAB实现完整的单边带（SSB）信号调制与解调链路。功能涵盖了从原始基带信号输入（如正弦波或语音序列）到通过希尔伯特变换实现相移法调制，从而产生抑制载波的上边带（USB）或下边带（LSB）信号。系统集成了高斯白噪声信道模型，用于模拟真实的信号传输环境。接收端采用相干解调技术，通过精确同步的载波和低通滤波处理，实现原始信号的高保真还原。该项目详细展示了基带采样、频谱位移、滤波抑制以及解调还原的数学模型和实验波形。通过时频域分析，深入验证了SSB调制在带宽利用率提升和功率效率优化方面的技术

详 情 说 明

基于MATLAB的SSB单边带调制与解调系统

项目介绍

本项目实现了一个完整的单边带（SSB）通信仿真系统。通过MATLAB平台，演示了从基带信号构建、调制、信道传输、到接收端解调恢复的全过程。该系统采用相移法（Phase-Shift Method）实现单边带调制，能够有效抑制载波并消除其中一个边带，从而实现带宽利用率的最大化。系统不仅包含时域波形分析，还集成了频域功率谱密度分析，用于量化验证SSB信号在频谱上的高效性及其在信噪比影响下的鲁棒性。

功能特性

1. 相移法调制：利用希尔伯特变换生成基带信号的正交分量，通过相移网络合成USB（上边带）或LSB（下边带）信号。
2. 灵活配置：支持自定义采样频率、载波频率、基带频率及信噪比（SNR）参数。
3. 真实信道模拟：集成加性高斯白噪声（AWGN）信道，模拟实际无线传输环境。
4. 相干解调恢复：采用相干解调技术，通过本地载波同步乘法和低通滤波器（LPF）提取原始信息。
5. 延迟与增益补偿：针对FIR滤波器造成的相位延迟进行自动对齐，并对解调后的幅度衰减进行增益还原。
6. 性能评估：自动计算解调后的信号信噪比，量化系统的还原精度。
7. 时频域联动分析：多维度可视化展示，覆盖原始信号、已调信号及恢复信号的时域图与功率谱密度图。

系统要求

1. 运行环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
2. 必备工具箱：Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱）。

算法实现逻辑与步骤说明

本系统的核心逻辑在主程序中按顺序执行：

1. 参数初始化：

设置采样频率为10000Hz，信号时长为1秒。设定载波频率（1000Hz）和基带多频正弦波参数。定义边带模式为上边带（USB）。

1. 基带信号生成：

系统生成一个多频叠加的正弦信号（由50Hz及其倍频组成），用以模拟具有复杂特征的基带信息源。

1. SSB相移法调制：

使用希尔伯特变换（Hilbert Transform）提取基带信号的虚部分量，实现90度移相。 调制过程遵循数学模型：对于USB，通过基带同相分量乘以余弦载波减去正交分量乘以正弦载波实现；对于LSB，则将减号变为加号。这一过程在频域上抵消了一侧边带，实现了单边带传输。

1. 噪声信道分析：

将调制后的SSB信号送入AWGN信道模型，根据预设的SNR_dB值添加随机高斯噪声，以测试系统的抗干扰性能。

1. 接收端相干解调：

将接收到的带噪信号首先与本地相干载波（余弦波）相乘。这一步会将频谱搬移回基带及两倍载波处。

1. 低通滤波与信号处理：

设计一个100阶的FIR低通滤波器，截止频率设为载波频率的一半。通过滤波器滤除高频载波分量，仅保留基带信息。 为修正滤波器引入的群延迟，程序通过下标索引偏移进行延迟补偿（延迟量为滤波器阶数的一半）。 针对相干解调过程中产生的1/2幅度衰减，进行2倍增益补偿，确保恢复信号与原始信号幅度一致。

1. 数据分析与可视化：

利用周期图法（Periodogram）计算信号在各阶段的功率谱密度（PSD）。 计算输出信号的方差与噪声误差方差，最终输出解调后的实际信噪比报告。

关键函数与算法细节

希尔伯特变换应用： 通过hilbert函数获取解析信号，其虚部代表了原始信号精确旋转90度后的结果。这是相移法SSB调制的物理基础。

FIR低通滤波设计： 采用fir1函数设计的窗函数法滤波器具有严格的线性相位特性，这对于保持波形不失真至关重要。

延迟对齐技术： 在数字信号处理中，滤波器会导致信号在时间轴上产生右移。系统通过对输出序列进行切片处理，并补充零值，实现了恢复信号与原始信号在时间轴上的精准重合。

功率谱密度分析： 使用periodogram函数配合矩形窗，能够清晰展示SSB信号只占用载波一侧带宽的物理特性，验证了原本DSB信号带宽减半的结论。