單邊帶

單邊帶涉及的前提就是頻譜。單邊帶它將對信號的研究從時域引申到頻域，從而帶來更直觀的認識。一個規則的非正弦信號，不論是週期性的還是非週期性的，都可以分解為一系列頻率不同的正弦或餘弦分量。

在通信中處理的信號有話音、數據、圖像等。這些信號最後都轉換為隨着時間而隨機變化的電壓或電流。

一個規則的非正弦信號，無論它是週期性的還是非週期性的，都可以分解為一系列頻率不同的正弦（或餘弦）分量。圖1.1所示的非正弦電流波形中，可以分解為兩個頻率不同的正弦波，其中頻率為1000赫的正弦波，振幅是4毫安，初相角是+90°；另一個頻率為3000赫的正弦波，振幅是1毫安，初相角是-90°，信號中分解出的所有

正弦波，可以按其頻率高低依次排列，將各正弦波的振幅，按其頻率高低順序加以排列，就可以得到信號的振幅頻譜，簡稱幅譜。將各正弦波的初相角，按其頻率順序加以排列，就可以得到信號的相位頻譜，簡稱相譜。頻譜是幅譜和相譜的總稱。由於在大多數情況下知道信號的幅譜就夠了，所以習慣上提到頻譜一般都是指幅譜。

信號的頻譜可以用圖1.2表示，這種圖稱為頻譜圖。圖1.2中縱軸的線段稱為譜線，它的長度代表正弦波的振幅A或相位角

，它的模軸上所處的位置代表該正弦波的頻率

。

單邊帶信號從本質上來説也是一種調幅信號，它出自於調幅又區別於調幅。調幅波是一個載波幅度跟隨調製音頻幅度變化而變化的調製方式。只有清楚的知道調幅波的頻譜特徵才能準確的掌握單邊帶。如圖1.3，1KHz的調製信號對10MHz的載波信號進行調製，將得到一個調幅信號（AM）。

對這個調幅信號進行分解將得到如下的頻譜。頻率低於載頻的譜線為下邊帶（LSB），頻率高於載頻的譜線為上邊帶（USB）

但是，大多數的單邊帶電台都要發送語音信號，情況就要比上面的單頻率調製的情況複雜些。單邊帶電台一般要傳送300到3000赫茲的音頻信號。如果載波信號仍然是10MHz，那麼攜帶這樣語音信號的調幅信號的頻譜就如圖1.4所示。

由於調幅波要發射出去3個頻率分量(載波,上邊帶,下邊帶),而且不攜帶有用信息(音頻)的載波在發射功率中又佔了大部分功率份額.所以調幅波對電力的利用效率是比較低的.在調幅波頻譜中的上下兩個邊帶都含有相同的信息,而且載波並不含有有用信息。那麼,只傳送一個邊帶也就可以完成信息的傳送,為了提高發射功率的效率,而把其中一個邊帶和載波都消除掉。這個過程就叫做單邊帶調製，而最終輸出的無線電信號就叫做單邊帶信號（SSB）。根據發送邊帶的不同單邊帶信號有可分為上邊帶信號（USB）和下邊帶信號（LSB）。

單邊帶信號的產生一般使用平衡調製器，它的特點是經過調製的信號只包含上邊帶和下邊帶頻率分量，而音頻和載波在調製器內部就被消滅掉了。這樣在調製器的輸出端，我們就得到了兩個邊帶的頻率分量，這種含有兩個邊帶信號同時也沒有載波分量的信號，我們稱它為雙邊帶信號，簡稱DSB。此時，DSB也可以被直接發射出去，但是DSB信號中含有兩個邊帶的信號，這兩個邊帶攜帶着兩個完全相同的信息，我們完全可以只發射其中的一個。這時，我們用濾波器過濾掉其中的一個邊帶就可以得到單邊帶信號（LSB或者USB）。由於這兩個邊帶的頻率都是在很高的高頻波段，而且兩個邊帶的頻譜靠的很近。顯然只能靠Q值極高的機械濾波器或晶體濾波器才能很好的把其中一個邊帶濾除掉。

為了對單邊帶信號能有一個更感性的認識，用一個雙音頻信號調製載波產生的調幅信號和上邊帶信號的波形列於圖1.5、圖1.6中。 ^[1] 

由於單邊帶通信只是利用調幅信號中的一個邊帶進行通信，因此能節省頻帶。

設被傳輸的聲頻信號的最高頻率分量為

，並用

，

，

分別表示調幅、單邊帶和調頻時信號的帶寬，則它們分別等於：

式中的

是調頻指數，

/Ω等於最大頻移與最高音頻角頻率之比，其值一般取1.6~5視不同用途而異，以

=3000赫為例，可得：

=6000赫

=3000赫

=18000（取

=2）

從比較看出，單邊帶信號頻譜佔用的頻帶寬度最小，因而對高頻頻譜利用率最經濟，在同樣的有限高頻頻段內，就可以使無線電波道容量比用調幅制時增加一倍，從而部分地解決了短波波段空中頻譜擁擠的問題。

在雙邊帶通信中，由於調幅波是由三個分量合成的，因此調幅波的功率就分配在載頻和兩個邊帶上。載波成分電流振幅最大，而邊頻成份電流振幅最小，因此，一個幅調波的總功率的大部分就消耗在不代表信號意義的載頻上，而真正含有信號意義的每個邊頻的功率則是很少的。

當M=1時，調幅波的總功率是載波功率的150%，其中載波功率佔全部功率的2/3，兩個邊帶共佔全部功率的1/3，每個邊帶只佔全部功率的1/6，也就是説，在調幅波中，不代表信號意義的載波分量白白消耗了2/3的總功率。

而單邊帶信號由於帶寬比調幅的窄一半，因此單邊帶收信機的噪聲功率比調幅的要小一半。這樣，僅由於信號帶寬不同，但邊帶通信比調幅通信，在功率節省上又有2倍即3分貝的好處。總之，在發信機最大功率和收信機輸出端的信噪比S/N相同的條件下，可以得出單邊帶制比調幅制在功率上起碼提高了9分貝的增益。

受傳播條件的影響小

短波通信主要是靠電離層的發射實現天波通信，電離層對幅調波信號中的載頻衰落時，對通信影響較大，而對邊帶中的頻率衰落時，對通信影響較小。由於電離層很不穩定，造成對載頻衰落忽大忽小，這樣接收機接收到的信號也是忽大忽小，甚至使信號中斷，不能保證正常通信。載波的衰落還會引起強烈的非線性失真。

在單邊帶傳輸和解調中，雖然其分量同樣會受到不同程度的衰落，但信號受到選擇性衰落的影響比調幅制卻小的多，首先，是因為它只有一個邊帶，頻率範圍小，而接收機終端輸出並不像調幅機那樣取決於兩邊帶之和，高頻域中的一個邊帶就與音頻輸出邊帶對應着，不存在上述的“邊帶衰落”；其次，更重要的一個原因是它沒有載頻，所以單邊帶也不存在上面所講的“載波衰落”和“載波相位偏移”造成對通信的嚴重影響。至於在一個邊帶範圍內的選擇性衰落，它只是改變了個頻率分量幅度分佈的形狀，即變動了信號的頻率特性。所以單邊帶制受傳播條件影響較小。 ^[2]