第3章模拟线性调制2

由于双边带信号中的任一个边带都包含调制信号的全部信息，因此就信息传输的目的而言，只要传送其中的一个边带就足够了。这种只传送一个边带的通信方式称为单边带通信。相应地，只产生一个边带的调制方式称为单边带调制。单边带调制的方法主要有滤波法、相移法和修正相移法。3.3单边带调制不论单边带调制只产生调幅波的一个边带的调制方式。它既有抑制载波双边带调制的节约发射功率的优点，又减小了占用信道带宽。DSB它上下两个边带携带的是相同的信息，我们只需要其中一个就可以识取我们的基带信号，起带宽比起。单边带调制有两种实现方法滤波法和相移法。1.用滤波法形成单边带信号产生一个抑制载波的双边带信号以后，通过滤波器滤除它的上边带或者下边带就可以得到单边带信号。滤波法是最简单的也是最常用的方法之一。因此，用滤波法产生单边带信号就是用基带信号乘以一个载波c（t），得到一个抑制载波的双边带信号，然后用一个滤波器或者说传递函数滤除一个上边带或者下边带，就可以得到我们需要的单边带调制信号。图中HSSB为单边带滤波器的传递函数。因为边带可取上边带，也可取下边带，所以传递函数有2种形式。上边带滤波器和下边带滤波器的传递函数分别为我们看一下它的频谱变化的特征，如果我们选择了这样一个滤波器，使其下边带阻断，。这就是我们通过滤波法形成的一个单边带信号。再来看看用滤波法产生单边带信号的特点，当然，首先的一个就是简单，只需要构造一个所需要的滤波器，但同时，它的缺点也很明显，就是对滤波器特性要求非常严格，在图上我们看的是理想的滤波器，但像这样没有过渡带的滤波器是不可能存在的，滤波器的频谱没有这样垂直的，普通滤波器的导通和阻断都有一个斜的过渡带，也就是它的导通和阻断不是这样垂直的分隔，而是有一个斜的过渡带，有了过渡带后，这样必然会将上边带内容损耗一点，而下边带内容则包含了一点，显然滤除的信号就不能充分反映基带信号的特征。因此，用滤波法产生单边带信号的时候就必然要考虑到一个过渡带△f。过渡带宽就是实际的滤波器从通带到阻带的过渡带，就叫做滤波器的过渡带宽。因此要求双边带的上、下边带之间有一定的频律间隔ΔB，只有滤波器过渡带Δf≤ΔB时，滤波方可实现，实现滤波法实现单边带调制信号。单边带滤波器的归一化值：cff他反映滤波器衰减特定的陡峭程度，根据理论和实际经验看，只有当310滤波器方可实现。同时我们看到，如果我们的fc增大，则滤波器的过渡带Δf也必须增大，才能满足归一化值310的要求，Δf的增大必然要求ΔB加宽，也就是要求上下边带之间的间隔加宽。滤波法存在的问题用滤波法产生单边带信号时；在上、下边带间隔△B巳经确定的情况下，关键是滤波器能否实现。由滤波器的知识可知，实现滤波器的难易程度和过渡带与工作频率之间的相对值有密切关系。给单边带滤波器定义一个归一化值式中△f为滤波器的过渡带；fc为单边带信号的载频。归一化值反映了滤波器衰减特性的陡峭程度。值愈小；滤波器愈难以实现。一般要求此值不低于上。如果fc提高；则要求△f加宽。一般的调制信号都具有丰富的低频成分，经调制后得到的双边带信号的上、下边带之间的间隔很窄。例如，模拟电话信号的最低频率为300HZ，经过双边带调制后，上、下边带之间的间隔仅有600HZ，这个间隔应是单边带滤波器的过渡带。要求在这样窄的过渡带内阻带衰减上升到40dB以上，才能有效地抑制无用的一个边带。这就使滤波器的设计和制作很困难，有时甚至难以实现。多级滤波法随着载频的提高，采用单级滤波法不能实现SSB调制，可采用多级滤波法，主要是解决滤波法的可实施性。例：某SSB信号要求载频10MHZ，调制信号频带300-3400HZ，实现SSB调制。HzfHzfMHzfHLc3400,300,10这里要注意，由于要解决滤波器的过渡带问题，因此我们要考虑调制信号或者基带信号的低端的问题，由于调制信号的低端不是0，就给我们带来了一个上下边带的间隔，使我们通过滤波法可以实现。前面我们讲带宽的时候，我们都是只考虑了高端的问题，因为我们假设信号都是从0到ωH，而在这里我们要着重考虑低端的问题首先我们考虑用单级滤波法，则技术难点：单边带滤波器要求在fc附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制无用的一个边带。在工程中往往采用多级调制滤波的方法。二、相移法产生单边带信号前面我们讲了滤波法产生单边带信号的方法，虽然滤波法比较直观，但实际实施中，由于滤波器不是理想滤波器，因此有一个归一化要求，这就要求上下边带间有一个间隔，也就是调制信号的低频分量不能太低，但是实际通信中的数据信号，低频分量极为丰富，这是比较常用或者说基本的方法单边带信号的时域表达式的推导比较困难，它需要利用希尔伯特变换，但我们先不考虑一般的情况，先从简单的单频调制出发，来得到它的一个时域表达式，再推广到一般的情况。1、单频调制ttcmcoscos称为同相分量ttcmsinsin称为正交分量，实际上是ttcmcoscos相移-π/2的结果那么有了上面的这些公式，根据这些公式就可以得到用相移法产生单边带信号的物理框图ò??à?÷-2ò??à?÷-2∑f(t)sSSB(t)cosct￡?￡上述关系虽然是在单频调制下得到的，但是它不失一般性，因为任意一个基带波形总可以表示成许多正弦信号之和。因此，把上述表述方法运用到式(4—14)，就可以得到调制信号为任意信号的SSB信号的时域表不式滤波法，主要难点在滤波器的可实施性相移法，通过数学公式把它分成同相分量和正交分量这两个内容，同相分量和正交分量之间相差-π/2的相移。这要求我们找到这样一个相移的电路，也就是说相移法形成单边带信号的困难就在于宽带相移网络的形成，如果要对调制信号的所有频率分量都严格相移-π/2是十分困难的，一般只能近似相移。当然，我们也可以采用混合法或维弗法解决这样一个实际问题，我们这里就不介绍了，综上所诉，单边带调制不仅节省了载波发送功率，而且它占用的频带宽度只有双边带调制的1/2。因此，它目前已经成为短波通信中的一种重要方式。单边带调制信号的解调和抑制载波的双边带调制一样，也不能用简单的包络检波，因为，单边带调制信号仍然是抑制载波的已调信号，它只是滤除了我们不需要的另外一半，所以它的包络不能直接反映调制信号的特征，所以仍然要用相干解调法，也就是通过乘上它的同频率载频来解调。3.4残留边带调制（VSB）残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现上的难题。在VSB中，不是完全抑制一个边带（如同SSB中那样），而是逐渐切割，使其残留一小部分，如图4-8（d）所示。为了解决滤波器的实现困难，适当增加带宽，避免了实现上的困难残留边带信号通常用滤波法形成，相干解调其滤波器的传递函数在载频附近必须有互补对称性表达式ttfttftsccSSBsin)(21cos)(21)(dttfhdttfhdttfhthttftsccccccsinsin)()(coscos)()()(cos)()()(]cos)([)(tththcIcos)()(tththcQsin)()(ttfthttfthtscQcIsin)](*)([cos)](*)([)()()()(tfthtsII)()()(tfthtsQQttsttstscQcIsin)(cos)()(0)()()(0)(1)(QIQIStfSHH)(ˆ21)()(21)()(21)(21)(tfStfSHHHQIhQI)()(21)(ˆ21)()(21)()(ˆ21)(21)(tfthtftStftSHHHQQIQQIttsttststttsttsttstscQcIIccQcIcp2sin)(212cos)(21)(21cos]sin)(cos)([cos)()()()(21)(tftstsId)]2()2([41)]2()2([41)(21)]()([)(21)(cQcQcIcIIccpSSSStSSS)()(21)(FSSId)](cos[)(sin)(cos])([cossin)(cos)()()()(tttAttstAtstAttsttstctstsccQcdIcdcQcIda21222)]()(2)([)(tstsAtsAtAQIdId])()(arctan[)(tsAtstIdQ)t(s)t(s,)(2Q2ImaxddAtsA即21222d)]()(2)([A)(tstsAtsAtAQIdId21212222])(21[])()(2)(1[)(dIddQdIdIdAtsAAtsAtsAtsAtA时当1;2111xxx)()(tsAtAId图相移法产生线性调制的一般模型根据这个模型，我们取不同的HI和HQ的值就得到了不同的调制方式