现代通信原理6.2:单边带(SSB)调制

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AM调制和DSB-SC调制都属于双边带调制,因此已调信号带宽为基带信号带宽的两倍。那么,我们有没有可能使得调制之后的信号,带宽与基带信号相同呢?这就是所谓的单边带(single sideband, SSB)调制。如图1所示,DSB-SC信号可以看作是下边带信号(LSSB)与上边带信号(USSB)的叠加。

在这里插入图片描述


图1 双边带信号与下边带以及上边带信号



1、滤波法产生SSB信号

那么如何产生SSB信号呢?从图1中不难看出,我们可以采用滤波的方法,从双边带信号中将下边带以及上边带信号分离出来。图(2)中(a)为SSB调制器,其中



h

S

S

B

(

t

)

h_{\rm SSB}(t)







h












S


S


B




















(


t


)





可以为下边带滤波器(图b)或者上边带滤波器(图c),因此单边带信号的波形表达式为





s

S

S

B

(

t

)

=

A

c

m

(

t

)

cos

2

π

f

c

t

h

S

S

B

(

t

)

,

(1)

\tag{1} s_{\rm SSB}(t)=A_cm(t)\cos 2\pi f_ct*h_{\rm SSB}(t),







s












S


S


B




















(


t


)




=









A










c


















m


(


t


)




cos




2


π



f










c


















t














h












S


S


B




















(


t


)


,







(



1



)







其傅立叶变换为





S

S

S

B

(

f

)

=

A

c

2

[

M

(

f

f

c

)

+

M

(

f

+

f

c

)

]

H

S

S

B

(

f

)

.

(2)

\tag{2} S_{\rm SSB}(f)=\frac{A_c}{2}[M(f-f_c)+M(f+f_c)]H_{\rm SSB}(f).







S












S


S


B




















(


f


)




=



















2















A










c




































[


M


(


f














f










c


















)




+








M


(


f




+









f










c


















)


]



H












S


S


B




















(


f


)


.







(



2



)







图3为用滤波法产生下边带(图a)以及上边带(图b)信号示意图。

在这里插入图片描述


图2 SSB调制器模型

在这里插入图片描述


图3 滤波器产生单边带信号示意图



2、相移法产生SSB信号

显然,滤波法是从信号的频谱特性出发,从双边带信号中去掉上或者下边带频率成分,从而产生单边信号。那么是否还有其它方法可以产生单边带信号呢?

我们先来看下边带信号,图2(b)中的下边带滤波器可以表示为





H

L

S

S

B

=

1

2

[

s

g

n

(

f

+

f

c

)

s

g

n

(

f

f

c

)

]

,

(3)

\tag{3} H_{\rm LSSB}=\frac{1}{2}[{\rm sgn}(f+f_c)-{\rm sgn}(f-f_c)],







H












L


S


S


B






















=



















2














1




















[




s


g


n




(


f




+









f










c


















)















s


g


n




(


f














f










c


















)


]


,







(



3



)







带入(2)得到下边带信号频谱密度为





S

L

S

S

B

(

f

)

=

A

c

2

[

M

(

f

f

c

)

+

M

(

f

+

f

c

)

]

H

L

S

S

B

(

f

)

=

A

c

4

[

M

(

f

f

c

)

+

M

(

f

+

f

c

)

]

+

A

c

4

[

M

(

f

+

f

c

)

s

g

n

(

f

+

f

c

)

M

(

f

f

c

)

s

g

n

(

f

f

c

)

]

.

(4)

\tag{4}\begin{aligned} S_{\rm LSSB}(f)&=\frac{A_c}{2}[M(f-f_c)+M(f+f_c)]H_{\rm LSSB}(f)\\ &=\frac{A_c}{4}[M(f-f_c)+M(f+f_c)]+\frac{A_c}{4}[M(f+f_c)\cdot {\rm sgn}(f+f_c)-M(f-f_c)\cdot {\rm sgn}(f-f_c)]. \end{aligned}

















S












L


S


S


B




















(


f


)



































=















2















A










c




































[


M


(


f










f










c


















)




+




M


(


f




+





f










c


















)


]



H












L


S


S


B




















(


f


)












=















4















A










c




































[


M


(


f










f










c


















)




+




M


(


f




+





f










c


















)


]




+















4















A










c




































[


M


(


f




+





f










c


















)











s


g


n




(


f




+





f










c


















)









M


(


f










f










c


















)











s


g


n




(


f










f










c


















)


]


.
























(



4



)







我们可以求得(4)的傅立叶反变换为





s

L

S

S

B

(

t

)

=

A

c

2

[

m

(

t

)

cos

2

π

f

c

t

+

m

^

(

t

)

sin

2

π

f

c

t

]

.

(5)

\tag{5} s_{\rm LSSB}(t)=\frac{A_c}{2}[m(t)\cos 2\pi f_ct+\hat m(t)\sin 2\pi f_ct].







s












L


S


S


B




















(


t


)




=



















2















A










c




































[


m


(


t


)




cos




2


π



f










c


















t




+















m






^







(


t


)




sin




2


π



f










c


















t


]


.







(



5



)







同理,我们可以推得上边带信号时域表达式为





s

U

S

S

B

(

t

)

=

A

c

2

[

m

(

t

)

cos

2

π

f

c

t

m

^

(

t

)

sin

2

π

f

c

t

]

.

(6)

\tag{6} s_{\rm USSB}(t)=\frac{A_c}{2}[m(t)\cos 2\pi f_ct-\hat m(t)\sin 2\pi f_ct].







s












U


S


S


B




















(


t


)




=



















2















A










c




































[


m


(


t


)




cos




2


π



f










c


















t




















m






^







(


t


)




sin




2


π



f










c


















t


]


.







(



6



)







下边带信号的傅立叶变换如图4所示。从图中不难看出,



m

(

t

)

sin

2

π

f

c

t

m(t)\sin 2\pi f_ct






m


(


t


)




sin




2


π



f










c


















t





是将上边带频率部分反相,与双边带信号叠加后,上边带部分被正负抵消,因而被消除掉,只保留下边带部分。

在这里插入图片描述


图4 相移法产生下边带信号频谱示意图

根据(5)和(6),我们可以画出相移法模型如图5所示。

在这里插入图片描述


图5 相移法产生单边带信号模型



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