一文看懂單邊帶和雙邊帶的波形及區(qū)別

單邊帶的概念

單邊帶的英語(yǔ)說(shuō)法是：SingleSideBand，縮寫(xiě)為SSB。它將對(duì)信號(hào)的研究從時(shí)域引申到頻域，從而帶來(lái)更直觀(guān)的認(rèn)識(shí)。一個(gè)規(guī)則的非正弦信號(hào)，不論是周期性的還是非周期性的，都可以分解為一系列頻率不同的正弦或余弦分量。

單邊帶涉及的前提就是頻譜。單邊帶它將對(duì)信號(hào)的研究從時(shí)域引申到頻域，從而帶來(lái)更直觀(guān)的認(rèn)識(shí)。一個(gè)規(guī)則的非正弦信號(hào)，不論是周期性的還是非周期性的，都可以分解為一系列頻率不同的正弦或余弦分量。

單邊帶的信號(hào)

單邊帶信號(hào)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)也是一種調(diào)幅信號(hào)，它出自于調(diào)幅又區(qū)別于調(diào)幅。調(diào)幅波是一個(gè)載波幅度跟隨調(diào)制音頻幅度變化而變化的調(diào)制方式。只有清楚的知道調(diào)幅波的頻譜特征才能準(zhǔn)確的掌握單邊帶。如下圖，1KHz的調(diào)制信號(hào)對(duì)10MHz的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將得到一個(gè)調(diào)幅信號(hào)（AM）。

對(duì)這個(gè)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行分解將得到如下的頻譜。頻率低于載頻的譜線(xiàn)為下邊帶（LSB），頻率高于載頻的譜線(xiàn)為上邊帶（USB）

但是，大多數(shù)的單邊帶電臺(tái)都要發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)，情況就要比上面的單頻率調(diào)制的情況復(fù)雜些。單邊帶電臺(tái)一般要傳送300到3000赫茲的音頻信號(hào)。如果載波信號(hào)仍然是10MHz，那么攜帶這樣語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)幅信號(hào)的頻譜就如下圖所示。

由于調(diào)幅波要發(fā)射出去3個(gè)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(fā)射功率中又占了大部分功率份額。所以調(diào)幅波對(duì)電力的利用效率是比較低的。在調(diào)幅波頻譜中的上下兩個(gè)邊帶都含有相同的信息，而且載波并不含有有用信息。那么，只傳送一個(gè)邊帶也就可以完成信息的傳送，為了提高發(fā)射功率的效率，而把其中一個(gè)邊帶和載波都消除掉。這個(gè)過(guò)程就叫做單邊帶調(diào)制，而最終輸出的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)就叫做單邊帶信號(hào)（SSB）。根據(jù)發(fā)送邊帶的不同單邊帶信號(hào)有可分為上邊帶信號(hào)（USB）和下邊帶信號(hào)（LSB）。

單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生一般使用平衡調(diào)制器，它的特點(diǎn)是經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)只包含上邊帶和下邊帶頻率分量，而音頻和載波在調(diào)制器內(nèi)部就被消滅掉了。這樣在調(diào)制器的輸出端，我們就得到了兩個(gè)邊帶的頻率分量，這種含有兩個(gè)邊帶信號(hào)同時(shí)也沒(méi)有載波分量的信號(hào)，我們稱(chēng)它為雙邊帶信號(hào)，簡(jiǎn)稱(chēng)DSB。此時(shí)，DSB也可以被直接發(fā)射出去，但是DSB信號(hào)中含有兩個(gè)邊帶的信號(hào)，這兩個(gè)邊帶攜帶著兩個(gè)完全相同的信息，我們完全可以只發(fā)射其中的一個(gè)。這時(shí)，我們用濾波器過(guò)濾掉其中的一個(gè)邊帶就可以得到單邊帶信號(hào)（LSB或者USB）。由于這兩個(gè)邊帶的頻率都是在很高的高頻波段，而且兩個(gè)邊帶的頻譜靠的很近。顯然只能靠Q值極高的機(jī)械濾波器或晶體濾波器才能很好的把其中一個(gè)邊帶濾除掉。

為了對(duì)單邊帶信號(hào)能有一個(gè)更感性的認(rèn)識(shí)，用一個(gè)雙音頻信號(hào)調(diào)制載波產(chǎn)生的調(diào)幅信號(hào)和上邊帶信號(hào)的波形列于下圖中。

單邊帶信號(hào)的波形及頻譜

在單音正弦調(diào)制下，載波全抑制的單邊帶信號(hào)波形是最簡(jiǎn)單的，因?yàn)閱芜厧盘?hào)這時(shí)只包含一個(gè)振幅固定的頻率分量，如工作于上邊帶時(shí)；

U（t）＝MUom／2cos（ωo+Ω）t

這個(gè)分量的頻率就是fo+F，調(diào)制度越深，此頻率分量的振幅越大，單邊帶信號(hào)波形圖及其對(duì)應(yīng)時(shí)刻的矢量如圖3（d）所示。

由此可以看出，單邊帶信號(hào)的包絡(luò)線(xiàn)絕非調(diào)制信號(hào)的波形，因?yàn)閱芜厧盘?hào)的振幅受調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)振幅所控制，在單音正弦的調(diào)制下，調(diào)制信號(hào)的振幅不變，故而，單邊帶信號(hào)的振幅也不變，呈現(xiàn)為等幅的高頻振蕩，單邊帶信號(hào)的頻率則按照調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)頻率進(jìn)行調(diào)制，信號(hào)為單音正弦的情況下，單邊帶信號(hào)的高頻頻率為fo+F。

當(dāng)調(diào)制信號(hào)為復(fù)音頻時(shí)，同樣可以通過(guò)上述的矢量作圖術(shù)得調(diào)幅波（即全載頻雙邊帶波形），無(wú)載頻雙邊帶信號(hào)波形以及單邊帶信號(hào)的波形圖，不過(guò)作圖較繁，調(diào)制信號(hào)越復(fù)雜，波形圖也越復(fù)雜。

圖6為雙音信號(hào)調(diào)制時(shí)的波形

從單頻信號(hào)和雙載信號(hào)調(diào)制圖中，雖不能看出單邊帶信號(hào)波形與調(diào)制信號(hào)波形有什么直接聯(lián)系，但可以得出：

1）單邊帶信號(hào)包含著調(diào)制信號(hào)的全部特征，即包含著表示信號(hào)各頻率分量的振幅，角效率及初相角，這一情況證實(shí)了單邊帶是可以傳遞信息的。

2）比較單邊帶信號(hào)與調(diào)制信號(hào)的頻譜，可以看出，單邊帶調(diào)制并未改變調(diào)制信號(hào)的頻譜構(gòu)成，所謂調(diào)制只是使調(diào)制信號(hào)的頻譜在頻率或座標(biāo)軸上向右移動(dòng)而已。

雙邊帶的概念

雙邊帶就是正常的調(diào)幅信號(hào)，在頻譜中靠近0點(diǎn)的兩個(gè)包絡(luò)是下邊帶，遠(yuǎn)離的是上邊帶。雙邊帶抑制載波調(diào)幅（DSB-SCAM）是幅度調(diào)制方法中的一種。雙邊帶抑制載波調(diào)幅信號(hào)s（t）是利用均值為零的模擬基帶信號(hào)m（t）與正弦載波c（t）相乘得到。

調(diào)制就是對(duì)信號(hào)源的信息進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)男问降倪^(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，信號(hào)源的信息（也稱(chēng)為信源）含有直流分量和頻率較低的頻率分量，稱(chēng)為基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)往往不能作為傳輸信號(hào)，因此必須把基帶信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)基帶頻率而言頻率非常高的信號(hào)以適合于信道傳輸。這個(gè)信號(hào)叫做已調(diào)信號(hào)，而基帶信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào)。調(diào)制是通過(guò)改變高頻載波即消息的載體信號(hào)的幅度、相位或者頻率，使其隨著基帶信號(hào)幅度的變化而變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而解調(diào)則是將基帶信號(hào)從載波中提取出來(lái)以便預(yù)定的接收者（也稱(chēng)為信宿）處理和理解的過(guò)程。

雙邊帶頻譜特性

雖然實(shí)際模擬基帶信號(hào)m（t）是隨機(jī)的，但我們還是從簡(jiǎn)單如手，先考慮m（t）是確定信號(hào)的調(diào)幅信號(hào)的傅氏頻譜，然后再分析m（t）是隨機(jī)信號(hào)的調(diào)幅信號(hào)功率譜密度。

確定調(diào)制信號(hào)：

若調(diào)制信號(hào)m（t）是確定的，其相應(yīng)的傅氏頻譜為M（f），載波信號(hào)c（t）的傅氏頻譜是C（f）（設(shè)），調(diào)幅信號(hào)s（t）的傅氏頻譜S（f）與C（f）相卷積得到，如圖4.2.3所示。

圖4.2.3描述了M（f）、C（f）及S（f）的振幅頻譜，由該圖看出，經(jīng)幅度調(diào)制后，基帶號(hào)的頻譜被搬移到載頻處。若模擬基帶信號(hào)帶寬為W，則調(diào)幅信號(hào)帶寬為2W，因而傳輸此調(diào)幅信號(hào)s（t）的信號(hào)帶寬。上述調(diào)幅信號(hào)在的頻率分量為的上邊帶，在的頻率分量為的下邊帶。無(wú)論是的上邊帶或下邊帶均與的所有頻率分量相對(duì)應(yīng)，說(shuō)明上、下邊帶攜帶相同的信息，稱(chēng)此調(diào)幅信號(hào)為雙邊帶調(diào)幅信號(hào)。該調(diào)幅信號(hào)的另一特征是它的頻譜中不包含離散的載頻分量，這是由于模擬基帶信號(hào)的頻譜成分中不含離散的直流分量，所以又稱(chēng)此不包含離散載頻分量的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)為雙邊帶抑制載波調(diào)幅信號(hào)。

單邊帶和雙邊帶的區(qū)別

雙邊帶在AM調(diào)制模型中，將直流A0去掉，即可得到一種高效率的調(diào)制方式DSB. 而單邊帶是將雙邊帶信號(hào)中的一個(gè)邊帶濾掉而形成的。