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单边带调制

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调制方式
连续调制
调幅 调频 调角 其他
模拟 AM(SSB|DSB) FM PM SM
数字 ASK(OOK|QAM) FSK(MSK|GFSK) PSK(CPM)
脉冲调制
模拟 PAM · PDM · PPM
数字 PCM · PWM
扩频
CSS · DSSS · THSS · FHSS
参见:调制

单边带调制,是一种可以更加有效的利用电能带宽调幅技术。单边带调制与残留边带调制(VSB)有密切的关系。

调幅技术输出的调制信号带宽为源信号的两倍。单边带调制技术可以避免带宽翻倍,同时避免将能量浪费在载波上,不过因为设备变得复杂,成本也会增加。

单边带调制的专利由John Renshaw Carson于1915年12月1日在美国获得。专利号1,449,382的题目是《产生高频信号的方法和意义》("Method and Means for Signaling with High Frequency Waves")。

单边带调制一般使用在长途电话线路上,是FDM(分频多工)技术的一部分。FDM首先在20世纪30年代被电话公司使用,这一技术使得多路语音信号可以通过一条物理电路进行传输。单边带调制技术通过将信道分为4000Hz的等份,每一份传输频宽为300–3,400Hz的语音信号。

业余无线电爱好者二战之后开始试验单边带调制。从那时起,它就成为了事实上的长距离语音无线电通讯的标准。

信号产生方法[编辑]

带通滤波[编辑]

普通调幅信号频谱图。

一个调幅信号,由载波信号和两个频移后的调制信号构成。两个频移后的调制信号分别在载波信号的两侧,其中频率较低的那个信号是频率反转后的信号。俗称为边带

一种生成单边带调制信号的方法是将其中一个边带通过滤波去除,只留下上边带或者下边带。而且载波一般也需要经过衰减或者完全滤除(抑制)。这通常称为抑制单边带载波。假如原调制信号的两个边带是对称的,那么经过这一变换后,并不会造成任何的信息遗失。因为最终的射频放大器只发射一个边带,这样有效输出功率就会比普通的调幅方式大。单边带调制虽然具有使用带宽小、节省能量的优点,但是它无法被普通的调幅检波器解调。

哈特利调制[编辑]

另外一种产生单边带调制信号的方法为哈特利调制。这种调制方法是根据R. V. L. Hartley命名的。该调制方法使用了相移方法来抑制不需要的边带。具体方法是,先将原始信号相移90°、载波信号也相移90°,再将原信号与原载波信号调制,相移后的信号与相移后的载波信号调制,这样就生成了两个调制后的信号。这两个调制后的信号通过加减,就可以获得边带信号。这种调制方法的一个好处就是,它可以允许解析单边带信号的表达式。这样有利于更好的理解单边带信号的同步检测效果。

将信号相移90°无法依靠简单的延迟信号得到。在模拟电路中,通常使用相移网络来实现。在真空管收音机流行的年代,这种方法非常流行,但后来因为成本的问题,使用的越来越少了。不过,现在这种调制方法在业余无线电数字信号处理器领域很流行。利用希尔伯特变换,可以在数字电路中以低成本实现这种调制方法。

韦瓦调制[编辑]

File:韦瓦调制.PNG
韦瓦调制流程图

另一种实现方法是韦瓦调制,该方法仅使用低通滤波和正交混合就可以实现,是数字化的理想方法。

韦瓦调制的过程是,首先信号经过正交调制,然后再经过低通滤波,再经过正交调制。之后取和,则获得上边带信号,取差,则获得下边带信号。

数学表达[编辑]

s(t)基带波形信号,它的傅里叶变换S(f),且是在f=0处希尔伯特对称的。这是因为s(t)实际值

s(t)在频率F_c处进行双边带调制,将把对称轴移动到f=\pm F_c处,每个轴两侧的信号都被称为边带信号。

\widehat s(t)s(t)希尔伯特变换后的信号

s_a(t) = s(t)+j\cdot \widehat s(t)

下边带[编辑]

载波抑制单边带调制[编辑]

残留边带(VSB)[编辑]

残留边带调制(VSB)是介于单边带调制与双边带调制之间的一种调制方式,它既克服了DSB信号占用频带宽的问题,又解决了单边带滤波器不易实现的难题。 在残留边带调制中,除了传送一个边带外,还保留了另外一个边带的一部分。对于具有低频及直流分量的调制信号,用滤波法实现单边带调制时所需要的过渡带无限陡的理想滤波器,在残留边带调制中已不再需要,这就避免了实现上的困难。

 残留边带滤波器,其特性应按残留边带调制的要求来进行设计。为了保证相干解调时无失真地得到调制信号,残留边带滤波器的传输函数 必须满足:

它的几何含义是,残留边带滤波器的传输函数 在载频 附近必须具有互补对称性,它可以看作是对截止频率为 的理想滤波器的进行“平滑”的结果,习惯上,称这种“平滑”为“滚降”。显然,由于“滚降”,滤波器截止频率特性的“陡度”变缓,实现难度降低,但滤波器的带宽变宽。 残留边带信号显然也不能简单地采用包络检波,而必须采用图3-16所示的相干解调。 由于VSB基本性能接近SSB,而VSB调制中的边带滤波器比SSB中的边带滤波器容易实现,所以VSB调制在广播电视、通信等系统中得到广泛应用。

参考资料[编辑]