技术摘要：
本发明公开了一种语音信号单边带调制方法，将待处理的模拟语音信号转换为数字化语音基带信号；将所述数字化语音基带信号滤除负频率成分，生成第一信号，所述第一信号为复信号，包括实部和虚部；对第一信号的实部和虚部分别进行升采样处理，生成第二信号；对第二信号进  全部
背景技术：
随着海洋资源的不断开发，水下语音通信技术的对于开发海洋资源以及加强国防 建设都有着十分重要的作用。通过水声通信技术，可以在水下的环境中，实现水下设备与水 下设备，水下设备与基站之间的通信，实时将水下设备的工作情况快速、直接、准确的传达 给岸上的基站，对于保障水下人员安全，勘探水下环境等起着重要的作用。 水下通信是利用介质水作为通信信道，而水声信道的特点是可用频率资源有限， 通信速率也比较低；语音信号是基带信号，具有低频分量，在水声信道中存在许多相同频率 范围的低频分量信号，由于频率范围相同，因此语音信号直接在水中进行传播时，容易受到 这些噪声信号的干扰，严重影响语音通信效果，此外用于低频信号发射的设备体积大，不适 合做成便携设备。目前实现语音通信主要方式有OFDM、拼音编码和单边带三种；OFDM方式突 出优点在于传输速率高，并且能够有效抵抗码间干扰和信道选择性衰落，但必须有语音压 缩模块作为辅助，系统相对复杂；拼音编码方式的特点是在通信接收端合成，语言清晰，不 易受环境噪声的影响，但是拼音编码技术语料库的建立相对复杂；与这两种方式相比，单边 带方式具有功耗较低、实现简便并能较好保留原始语音音色和音调的优势，更加适合便携 式水下通信。 单边带调制是将消息的频谱从基带移到一个较高的频率上，且平移后的信号频谱 内原有频率分量的相对关系保持不变；可以看作AM调幅信号的一种特殊形式；AM调幅信号 由载频和上下边带组成，被传输的消息包含在两个边带内，且每个边带包含完整的消息，顾 名思义，单边带信号只包括其中一个边带，即上边带或下边带；单边带调制占用频带资源 少，对于水下可用频带资源有限的应用，单边带通信就显得非常有意义。传统的单边带信号 的产生使用模拟电路搭建，通常有滤波法、移相法和韦弗法。 所谓滤波法，先利用乘法器对基带信号进行AM调制，设计一个带通滤波器，对调制 信号利用滤波器滤出单边带信号，滤波法的原理和方法简单，但存在无法实现陡峭滤波，而 且难以被一般的调幅检波器解调的问题；移相法是模仿下列单边带信号的时域公式实现 的；Sm(t)＝m(t)·cos(ωt) m′(t)·sin(ωt)，m′(t)是m(t)的相移90度信号，首先产生正 交的载频信号，然后使用乘法器对基带信号进行正交调制，将正交调制后的信号相加；但是 移相法存在原始信号的全频率内相移90度难度大的问题；韦弗法虽然结合了滤波法和移相 法这两种技术的优点，不用90度相移调制信号，只需对单一频率的载波进行相移，同时对边 带进行滤波，滤波器在低频范围也易满足要求，但是仍存在计算量大，难以用低功耗的单片 机实现，设备难以小型便携化的问题。 4 CN 111585928 A 说　明　书 2/8 页
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种语音信号单边带调制方法，该方法 容易实现、调试方便、计算量小；同时该方法由于计算量小，可以在低功耗单片机上实现，单 位时间内的耗电量小，整体体积变小，可以做成便携式设备使用，因此更适用于水下通信设 备。。 本发明的第二个目的是提供一种语音信号单边带解调方法，该方法容易实现、调 试方便、计算量小，可以用低功耗的单片机实现。 本发明的第三个目的是提供一种语音信号单边带调制装置。 本发明的第四个目的是提供一种语音信号单边带解调装置。 本发明所采用的第一个技术方案是：一种语音信号单边带调制方法，包括以下步 骤： S1：将待处理的模拟语音信号转换为数字化语音基带信号； S2：将所述数字化语音基带信号滤除负频率成分，生成第一信号，所述第一信号为 复信号，包括实部和虚部； S3：对第一信号的实部和虚部分别进行升采样处理，生成第二信号； S4：对第二信号进行低通滤波处理，生成第三信号； S5：生成正交载波信号，将第三信号与正交载波信号相乘以产生上边带调制信号 或下边带调制信号，完成单边带调制过程。 优选的，步骤S5中是利用以下公式的简化产生上边带调制信号： Sm(t)＝m(t)·cos(ωt) m′(t)·sin(ωt) 式中，m(t)、m′(t)分别为第三信号的实部和虚部；sin(ωt)和cos(ωt)分别为载 波信号的正弦信号和余弦信号。 优选的，步骤S5中是利用以下公式的简化产生下边带调制信号： Sm(t)＝m(t)·cos(ωt)-m′(t)·sin(ωt) 式中，m(t)、m′(t)分别为第三信号的实部和虚部；sin(ωt)和cos(ωt)分别为载 波信号的正弦信号和余弦信号。 优选的，所述步骤S2中使用复杂非线性相位等纹波滤波器函数进行正频率带通滤 波以滤除负频率成分。 优选的，所述正交载波信号频率采用与步骤S3中相同的采样率产生，产生载波时 选择0度、90度、180度、270度四个相位。 优选的，所述步骤S3中使用添0法进行升采样。 本发明所采用的第二个技术方案是：一种语音信号单边带解调方法，包括以下步 骤： S1：将已调制单边带信号和解调用载波信号进行相乘得到第四信号； S2：将第四信号通过低通滤波器进行滤波处理，得到第五信号； S3：将第五信号进行降采样，得到数字化语音基带信号； S4：将数字化语音基带信号转换为模拟语音信号。 优选的，所述步骤S1中解调用载波使用调制载波的同相分量，产生载波时选择0 度、90度、180度、270度四个相位。 5 CN 111585928 A 说　明　书 3/8 页 本发明所采用的第三个技术方案是：一种语音信号单边带调制装置，包括： 模数转换单元，用于将待处理的模拟语音信号转换为数字化语音基带信号； 负频率滤除单元，用于将所述数字化语音基带信号滤除负频率成分，生成第一信 号； 升采样单元，用于对第一信号的实部和虚部分别进行升采样处理，生成第二信号； 滤波单元，用于对第二信号进行低通滤波处理，生成第三信号； 载波生成单元，用于生成正交载波信号； 调制单元，用于将第三信号与正交载波信号相乘以产生上边带调制信号或下边带 调制信号，完成单边带调制过程。 本发明所采用的第四个技术方案是：一种语音信号单边带解调装置，包括： 解调用载波生成单元，用于生成解调用载波信号； 乘法单元，用于将已调制单边带信号和解调用载波信号进行相乘得到第四信号； 滤波单元，用于将第四信号通过低通滤波器进行滤波处理，得到第五信号； 降采样单元，用于将第五信号进行降采样，得到数字化语音基带信号； 数模转换单元，用于将数字化语音基带信号转换为模拟语音信号。 上述技术方案的有益效果： (1)本发明公开的语音信号单边带调制方法与滤波法相比，无需实现陡峭滤波，只 需经过模数转换、滤波形成复信号、滤波处理及正交相乘简化等步骤即可实现单边带调制， 该方法容易实现、调试方便。 (2)本发明公开的语音信号单边带调制方法与移相法相比，通过采用步骤S2中将 数字化语音基带信号(实信号)变为复信号的方法，克服了移相法存在原始信号的全频率内 相移90度难度大的问题，本发明公开的调制方法容易实现、调试方便。 (3)本发明公开的语音信号单边带调制方法与韦弗法相比，主要通过步骤S5中产 生载波信号时选择0度、90度、180度、270度四个相位，使每个周期的四个采样点对于载波信 号分别为正弦信号(0，1，0，-1)，余弦信号(1，0，-1，0)，省略本步骤的正弦计算、余弦计算， 减小计算量；克服了韦弗法计算量大，难以用低功耗的单片机实现的问题。 (4)本发明公开的调制、解调方法保密性好、实时性高。 (5)本发明公开的解调方法容易实现、计算量小。 (6)本发明公开的调制、解调方法由于计算量小，可以在低功耗单片机上实现，使 得通信设备的体积和功耗变小、成本低、可以作为便携式设备使用，更适用于水下通信设 备。 附图说明 图1为本发明一种语音信号单边带调制方法的原理示意图。 图2为正频率带通滤波器示意图。 图3为数字化语音基带信号频谱。 图4为第一信号频谱。 图5为第一信号的时域实部/虚部信号图。 图6为第一信号的时域实部/虚部信号局部放大图。 6 CN 111585928 A 说　明　书 4/8 页 图7为第二信号的频谱。 图8为第三信号的频谱。 图9为上边带调制信号频谱。 图10为本发明一种语音信号单边带解调方法的原理示意图。 图11为第四信号的频谱。 图12为低通滤波器归一化频谱图。 图13为第五信号的频谱。 图14为数字化音频基带信号的时域图。 图15为一种语音信号单边带调制装置。 图16为一种语音信号单边带解调装置。