單邊帶調製

單邊帶調製（英文是Single-sideband modulation，縮寫為SSB），是一種可以更加有效的利用電能和頻寬的調幅技術。單邊帶調製與殘留邊帶調製（VSB）有密切的關係。 調幅技術輸出的調製信號頻寬為源信號的兩倍。單邊帶調製技術可以避免頻寬翻倍，同時避免將能量浪費在載波上，不過因為設備變得複雜，成本也會增加。

基本介紹

• 中文名：單邊帶調製
• 外文名：Single-sideband modulation
• 縮寫：SSB
• 類型：有效的利用電能和頻寬的調幅技術

定義

將訊息的頻譜從基帶移到一個較高的頻率上，而且在平移後的信號頻譜內原有頻率分量的相對關係保持不變的調製技術。單邊帶 (SSB)調製也可看作是調幅(AM)的一種特殊形式。調幅信號頻譜由載頻fc和上、下邊帶組成，被傳輸的訊息包含在兩個邊帶中，而且每一邊帶包含有完整的被傳輸的訊息。因此，只要傳送單邊帶信號，就能不失真地傳輸訊息。顯然，把調幅信號頻譜中的載頻和其中一個邊帶抑制掉後，餘下的就是單邊帶信號的頻譜。 單邊帶調製從1933年開始，在短波通信中，大多越洋電話和洲際電話都用導頻制單邊帶傳輸。自1954年以來，載頻全抑制單邊帶調製迅速在軍用和許多專用無線電業務中取代調幅制。在載波電話、微波多路傳輸和地空的電話通信中，單邊帶技術已得到了廣泛的套用，並且已使用在衛星至地面的信道和移動通信系統中。

單邊帶調製

分類

單邊帶調製按信號頻譜形式可分為三類。①原型單邊帶:只利用一個邊帶傳輸訊息；②獨立邊帶：仍然傳送雙邊帶信號，但這兩個邊帶各含若干路不同的訊息；③殘留單邊帶：傳送一個邊帶再加上另一個邊帶的一小部分的信號。載頻信號可以傳送，也可以不傳送。

單邊帶調製按載頻傳送電平的大小又分為三類。①載頻全抑制制:只傳送邊帶信號，不傳送載頻信號。②導頻制：除了傳送邊帶信號外，還傳送一個低電平的載頻信號作“導頻”用。它通常用於超音速飛機或人造衛星中的單邊帶設備。發出導頻是為了給收信端的單邊帶裝置中的恢復載頻鎖相環提供參考頻率源。③兼容單邊帶制：即載頻電平全傳送的原型單邊帶。採用兼容單邊帶的電台可以和調幅電台互通。

單邊帶調製

調製和解調

單邊帶調製和解調的方法有多種，其中最常用的是濾波法。用濾波法實現單邊帶調製，是分雙邊帶信號形成和無用邊帶抑制兩步完成的。雙邊帶信號由平衡調製器形成。由於調製器的平衡作用，載頻電平被抑制到很低。對無用邊帶的抑制，是由緊跟在平衡調製器後面的邊帶濾波器完成的。邊帶濾波器是一帶通濾波器，若下邊帶為無用邊帶，則恰當地選擇其中心頻率和通頻寬度，讓上邊帶信號通過而抑制下邊帶。當需要形成多路獨立邊帶信號時，就需要有相應數目的單邊帶信號產生器，它們具有不同的載頻和不同中心頻率的邊帶濾波器。然後把這些占有不同頻段的單邊帶信號線性相加，便可得到多路獨立邊帶信號。

單邊帶調製

單邊帶信號的解調，除了載頻全傳送的兼容單邊帶和殘留單邊帶可以用包絡檢波外，其他各類單邊帶的解調只能用單邊帶產生的相反過程來完成，即仍用平衡調製器完成單邊帶信號頻譜向基帶的平移，並通過緊跟在調製器後面的低通濾波器，提取有用的基帶信號，抑制無用的邊帶信號。

用濾波法產生和解調單邊帶信號，通常都在低於工作頻率的低載頻上進行。因此，在單邊帶產生器後和單邊帶解調器前有一個頻率搬移部分，把單邊帶信號頻譜從低載頻搬移到工作頻率，或相反。除濾波法外，還有相位補償法和合成法可以在工作頻率上直接產生單邊帶信號，但由於性能都不如濾波法，所以很少採用。

特點

除廣播外，單邊帶調製將逐步取代調幅。這是因為前者比後者具有兩個突出的優點：傳輸頻寬不會大於訊息頻寬，為調幅的一半；載頻被抑制（在調幅中，調製指數m=1時,發射功率的三分之二集中在不帶訊息的載頻上）。這不僅節省了功率，而且大大減小了電台相互間的干擾。此外，單邊帶傳輸受傳播中頻率選擇性衰落的影響也較調幅為小，而且沒有門限效應等。這些優點就使單邊帶技術的套用遠遠超出了短波通信的範圍。

單邊帶技術要求有很高的系統頻率精度。對於傳輸話音信號，若只要求Ⅱ級單字清晰度，則系統頻率誤差小於±100赫就已足夠；若要反映較好的自然度,則系統頻率誤差應小於±20赫。對於傳輸數據信號，則要求有更高的頻率精度,通常頻率誤差不允許超過2赫。過高的頻率精度要求，會限制單邊帶調製在廣播業務中的套用。此外，單邊帶調製不能處理比較低的基帶頻帶，在處理過程中必然帶來時間延遲，這些缺點在一定程度上也影響單邊帶技術的套用。

信號產生方法

帶通濾波

一個調幅信號，由載波信號和兩個頻移後的調製信號構成。兩個頻移後的調製信號分別在載波信號的兩側，其中頻率較低的那個信號是頻率反轉後的信號。俗稱為邊帶。

一種生成單邊帶調製信號的方法是將其中一個邊帶通過濾波去除，只留下上邊帶或者下邊帶。而且載波一般也需要經過衰減或者完全濾除（抑制）。這通常稱為抑制單邊帶載波。假如原調製信號的兩個邊帶是對稱的，那么經過這一變換後，並不會造成任何的信息遺失。因為最終的射頻放大器只發射一個邊帶，這樣有效輸出功率就會比普通的調幅方式大。單邊帶調製雖然具有使用頻寬小、節省能量的優點，但是它無法被普通的調幅檢波器解調。

哈特利調製

另外一種產生單邊帶調製信號的方法為哈特利調製。這種調製方法是根據R. V. L. Hartley命名的。該調製方法使用了相移方法來抑制不需要的邊帶。具體方法是，先將原始信號相移90°、載波信號也相移90°，再將原信號與原載波信號調製，相移後的信號與相移後的載波信號調製，這樣就生成了兩個調製後的信號。這兩個調製後的信號通過加減，就可以獲得邊帶信號。這種調製方法的一個好處就是，它可以允許解析單邊帶信號的表達式。這樣有利於更好的理解單邊帶信號的同步檢測效果。

將信號相移90°無法依靠簡單的延遲信號得到。在模擬電路中，通常使用相移網路來實現。在真空管收音機流行的年代，這種方法非常流行，但後來因為成本的問題，使用的越來越少了。不過，現在這種調製方法在業餘無線電和數位訊號處理器領域很流行。利用希爾伯特變換，可以在數字電路中以低成本實現這種調製方法。

韋瓦調製

另一種實現方法是韋瓦調製，該方法僅使用低通濾波和正交混合就可以實現，是數位化的理想方法。

韋瓦調製的過程是，首先信號經過正交調製，然後再經過低通濾波，再經過正交調製。之後取和，則獲得上邊帶信號，取差，則獲得下邊帶信號。

數學表達

設s(t)為基帶波形信號，它的傅立葉變換為S(f)，且是在f = 0處希爾伯特對稱的。這是因為s(t)是實際值。

對s(t)在頻率Fc處進行雙邊帶調製，將把對稱軸移動到處，每個軸兩側的信號都被稱為邊帶信號。

設為s(t)的希爾伯特變換後的信號