SSBSC（单边带抑制载波）传输

SSB表示**单边带**，即只有一个边带。如果载波被抑制或移除，则调制称为**SSBSC**（单边带抑制载波）。否则，调制称为**SSBC**（带载波单边带）。SSBSC用于传输音频信号，例如**语音信号**和**无线电波**。

SSBSC传输不需要额外的边带即可恢复信号。单个边带足以进行传输。这导致频谱范围窄、带宽小，从而提高了信号的效率。

SSB常用于语音信号的**长距离传输**。语音信号的带宽范围在300 Hz和3400 Hz之间。SSB中两个信道之间的最大间隔可以是4000 Hz。

我们已经讨论过，可以通过将基带信号第二次乘以相同的载波来从双边带抑制载波（DSBSC）中恢复基带信号。那么，如果只有一个边带会发生什么？基带恢复过程是否相同？

让我们讨论一下。

基带信号的频谱分量在DSB中产生两个边带，频率分别为ω + ω_c和ω - ω_c。

其中，

ω_c是载波频率

ω是基带频率

如果我们将下边带与载波信号相乘并滤除，我们将得到频率ω + 2ω_c。如果我们将上边带与载波信号相乘并滤除，我们将得到频率2ω_c- ω。在这两种情况下，基带信号都可以很容易地恢复。因此，从单个边带恢复基带信号是可能的。这节省了**频谱空间**，这是SSB调制的一个额外优势。在SSB中，需要两个单独的调制系统来占用频谱范围，而以前单个DSBSC传输系统就占用了这个范围。

单边带传输系统仅由单个正弦波组成。在此，不能使用二极管调制器来恢复基带信号。没有这样的幅度变化可以让调制器响应。

单边带生成示意图如下所示

其中，

DSB：双边带

USB：上边带

LSB：下边带

USB表示当边带的上半部分被滤除时的SSB调制。

LSB表示当边带的下半部分被滤除时的SSB调制。

SSBSC的数学表示

希尔伯特变换

它由下式给出

X_h(t) = H {x(t)}

其中，

X(t)是消息信号

其中，

Alpha是用于积分的变量。

希尔伯特变换几乎就像卷积，即x(t) * h(t)

h(t) = 1/πt

任何具有90度相移的消息信号m(t)都会经历希尔伯特变换（m_h(t)）。

希尔伯特变换的傅里叶分析如下

m_h(t)的傅里叶变换是-jsgn(ω)M(ω)

M(ω)是原始信号m(t)的傅里叶变换。

信号与载波相乘时的DSB表示如下

M_DSB = 0.5[M(ω + ω_c) + M(ω - ω_c)]

下边带信号与载波相乘时的SSB表示如下

M_SSB = 0.5 M_DSB [sgn(ω + ω_c) - sgn(ω - ω_c)]

M_SSB = 0.5 x 0.5[M(ω + ω_c) + M(ω - ω_c)] [sgn(ω + ω_c) - sgn(ω - ω_c)]

M_SSB = 0.25 [M(ω + ω_c) + M(ω - ω_c)] [sgn(ω + ω_c) - sgn(ω - ω_c)]

相乘后，我们得到

M_SSB = 0.25 [M(ω + ω_c) sgn(ω + ω_c) + M(ω + ω_c) - sgn(ω - ω_c) + M(ω - ω_c) sgn(ω + ω_c) + M(ω - ω_c) - sgn(ω - ω_c)

代入值- sgn(ω - ω_c) = 1 和 sgn(ω + ω_c) = 1，我们得到；

M_SSB = 0.25 [M(ω + ω_c) + M(ω - ω_c)] + = 0.25 [M(ω + ω_c) sgn(ω + ω_c) - M(ω - ω_c) sgn(ω - ω_c)

第一项的逆变换将产生DSBSC信号0.5m(t) cosω_ct。

第二项的逆变换将产生SSBSC下边带信号0.5m(t) cosω_ct + 0.5m_h(t) sinω_ct。

同样，SSBSC上边带信号的逆变换可以表示为0.5m(t) cosω_ct - 0.5m_h(t) sinω_ct。

SSBSC调制器

有两种技术可以生成单边带抑制载波。第一种技术使用**平衡调制器、滤波器、振荡器**等来生成SSBSC。另一种方法是相移法。在这里，我们将详细讨论这两种方法。

SSBSC调制器的框图如下所示

它由两个平衡调制器、两个带通滤波器和两个振荡器组成。

带有载波的基带信号首先应用于**平衡调制器**。调制器的输出将是两个边带，分别称为上边带和下边带。平衡调制器之后的下一个模块是**带通滤波器**。在SSBSC中，滤波器只需要选择一个边带。滤波器H1(f)选择任一边带（上边带或下边带）。在SSBSC中，滤波器只需要选择一个边带。滤波器的截止频率应足够强，以便将选定的边带与另一个边带分离。其分离频率由下式给出

分离频率 = 2（基带信号的最低频率频谱分量）

例如：

如果最低频率频谱分量 = 400 Hz

分离频率 = 2 x 400 = 800 Hz

人类语音的范围是从300 Hz到3000 Hz。边带滤波器被选择到这个频率范围。SSB中的这种限制有助于节省带宽。此通带范围之外的响应急剧下降。两个通道之间的最大间隙为4000 Hz。

载波与信号不会出现在平衡调制器的输出端，即它被抑制了。在SSBC（带载波单边带）传输的情况下，它可以进一步添加。平衡调制器不能有效地平衡基带信号和载波信号。它还会导致随时间的变化。

这里，在平衡调制器中使用两个载波频率为100k Hz和10M Hz的振荡器。如果只使用一个10M Hz载波频率的振荡器，频率变化将为0.006%，由下式给出

分离频率 = 2 x 最低频率分量

= 2 x 300 Hz

= 600 Hz

对于10M Hz振荡器，600 Hz的分离频率导致百分比为600 Hz/10M Hz

= 600/10⁷ x 100

= 6 x 10⁴ / 10⁷%

= 0.006 %

建造具有这种百分比的滤波器非常困难。因此，在电路中使用两个振荡器至关重要。选择第一个载波频率为100k Hz的振荡器。

USB（上边带）的范围将是

（载波频率 + 下限）到（载波频率 + 上限）

= (100000 + 300) 到 (100000 + 3000)

= (100300) 到 (103000)

= 100.3k Hz 到 103k Hz

第一个平衡调制器输出的百分比将是

600 Hz/100k Hz

= 600/10⁵ x 100

= 6 x 10⁴ / 10⁵ %

= 0.6%

第一个调制器的输出施加到滤波器。假设滤波器选择100.3 kHz的上边带频率。

分离频率 = 2 x 最低频率分量

= 2 x 100.3

= 200.6k Hz

滤波器的输出现在施加到第二个平衡调制器。此时的频率变化百分比约为2%。

= 200.6k Hz/ 10M Hz x 100

= 2%（约）

在这种情况下，频率转换可以在两个阶段实现。我们不需要使用超过两个阶段。如果基带信号具有低频频谱分量，则第一阶段之后的后续阶段可以使用混频器而不是平衡调制器。

例如：

假设第二阶段是混频器而不是平衡调制器。平衡调制器的输出将是下边带和上边带以及振荡器载波频率。范围将变为（10M Hz + 100.3k Hz）到（10M Hz + 103k Hz）。选定的第二个滤波器需要通过该范围内的上边带频率。频率变化将约为1%，这也是可能的。

相移法

顾名思义，可以使用90度相移生成单边带。它源自SSBSB调制的数学表示。该电路由两个90度相移网络、两个平衡调制器和一个加法器或减法器组成。

相移法的框图如下所示

假设基带信号是正弦波。第一个相移网络的输出将是cosω_ct。进一步的90度相移将在第二个相移网络的输出端产生sinω_ct。

两个平衡调制器的输出将是

cosω_ct cosω_mt = ½ [cos (ω_c - ω_m)t + cos (ω_c + ω_m)t]

sinω_ct sinω_mt = ½ [cos (ω_c - ω_m)t - cos (ω_c + ω_m)t]

如果使用加法器将这些波形相加，则会产生下边带。如果使用减法器相减，则会产生上边带。

需要两个相移器、适当的平衡调制器、加法器和减法器，这使得SSB传输更加复杂。

SSBSC解调器

在第一次乘法中，基带信号与载波信号相乘以改善信号的频率。这被称为调制。当它再次与载波信号相乘时，这被称为解调。解调用于从已调信号中恢复基带信号。这意味着第二次与载波信号相乘有助于恢复基带信号。

SSB的解调有两种方法。第一种方法是使用**相干检测**进行解调。第二种方法是使用用于带载波SSB的包络检测器进行解调。在这里，我们将讨论在SSBSC中恢复基带信号的第一种方法。

相干检测

在DSBSC中，基带信号通过在接收端乘以载波信号来恢复。载波信号应与发射机使用的载波**相干**。但是，SSB中的同步过程与DSB不同。信号中的相移可能会影响信号的幅度或仅影响相位。对信号幅度的影响可能会导致完全丢失。在另一种情况下，相位变化不会产生太大的信号损失。人耳对幅度偏移误差比对相位误差更敏感。因此，SSB用于传输音频信号，因为相位误差不会产生太大变化。

如果载波频率非常高，振荡器将很难保持频率。因此，载波对于与基带信号一起传输是必要的。它可以使用接收端的滤波器进行分离。它也可以以降低的功率水平传输以进行同步。

SSBSC的方程由下式给出

M_SSB (t) = 0.5m(t) cosω_ct + 0.5m_h(t) sinω_ct

其中，

m_h(t)是具有90度相移的消息信号

已调信号乘以载波信号cosω_ct。

M_SSB (t) cosω_ct = [0.5m(t) cosω_ct + 0.5m_h(t) sinω_ct] cosω_ct

M_SSB (t) cosω_ct = 0.5m(t) cosω_c²t + 0.5m_h(t) sinω_ct cosω_ct

Y(t) = 0.25 m(t) [1 + cos2ω_ct] + 0.25m_h(t) sin2ω_ct

信号进一步通过低通滤波器。它恢复信号并抑制2ω_ct附近的组件。第一个项（消息信号）将被恢复。

SSB解调器的框图如下所示

其中，

M(t)是消息信号

Y(t)是SSBSC解调器的输出

M_SSB (t)是SSBSC调制器的输出

cosω_ct是相干载波信号

SSBSC的效率

SSBSC的效率为100%。它是最有效的调幅类型。DSBC（带载波双边带）的效率为33.33%，DSBSC（抑制载波双边带）的效率为50%。

为什么SSB的效率是100%？

我们知道，由于缺少额外的边带，SSB的带宽减少了一半。它只需要一个边带即可高效传输音频信号。

在DSBSC中，由于功率在两个边带之间分配，效率为50%。在这里，一个边带和载波都被抑制了。功率没有分配的途径。因此，SSBSC的效率为100%。

为什么视频信号不能使用SSBSC传输？

视频信号传输对带宽的要求非常大。SSBSC的带宽很小。发射机、接收机的复杂性以及SSB的低带宽使其不适合视频传输。因此，SSB通常仅用于传输音频信号。

SSBSC的噪声分析

SSBSC调制器的输入由基带信号和载波信号组成，载波信号被滤波器抑制。SSBSC解调器的输出只有基带信号。解调器的输入由已调基带信号和同步本地生成的载波cos2πf_ct组成。

考虑下图框图

它有两个滤波器和一个乘法器。第一个滤波器是载波滤波器，用于抑制载波以实现高效传输。第二个滤波器是基带滤波器，用于恢复基带信号。乘法器位于两个滤波器之间。它将已调信号与相干载波信号相乘，以帮助恢复基带信号。

滤波器的频率范围从f_c 到 f_m。

载波滤波器的输出是

Si(t) = A cos2π(f_c + f_m)t

乘法器的输出是

S₂(t) = Si(t) cosω_ct = A/2 cos2π(2f_c + f_m) t + A/2 cos2πf_mt

输出信号是

So(t) = A/2 cos2πf_mt

已调信号被因子1/2放大

输入信号功率是

Si = A²/2

输出信号功率是

So = ½ (A/2)²

So = A²/8 = Si/4

输出信号功率与输入信号功率之比由下式给出

So/Si = 1/4

输入噪声是白噪声，频谱密度为n/2。

当噪声分量f与载波信号相乘时，它被两个频率为f_c + f和f_c - f的分量取代。

SSBSC的总噪声输出由下式给出

No = 2f_M n/8

No = nf_M/4

SSBSC的优点

SSBSC的优点如下

• 高效率
  SSBSC的效率为100%。它是最有效的调幅方式。
• 占用频谱空间少
  由于仅存在单个边带，SSB占用较少的频谱空间。
• 信号衰落小
  由于带宽窄，SSB的衰落比其他调制类型小。DSBSC带宽宽，因此衰落大。
• 低功耗
  由于抑制了载波、高效率和单个边带，SSB功耗低。
• 长距离传输
  SSB由于其高效率和低功耗，用于长距离传输。DSBSC适用于短距离传输，而SSBSC适用于长距离传输。

SSBSC的缺点

SSBSC的缺点如下

• 接收机和发射机复杂
  SSBC的生成很复杂，需要在发射机和接收机处使用复杂的电路。SSB避免了带宽的增加，从而导致功率浪费。这进一步导致调谐问题。
  SSBSC还需要高频稳定性的发射机和接收机。否则，信号质量可能会受到影响。

应用

它用于各种需要低功耗、低带宽和长距离传输的应用中。SSBSC的应用列举如下

• 军事通信
• 电视通信
• 航空通信
• 海上通信
• P2P（点对点）通信
• 无线电通信
• 雷达通信