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第五节
残留边带调制

一、残留边带调制的概念

定义:残留边带(Vestigial Side Band,VSB)调制是一种幅度调制(AM)法。在残留边带调制中,除了传送一个边带外,还保留了另外一个边带的一部分。是介于单边带调制与双边带调制之间的一种调制方式,它既克服了双边带调制信号占用频带宽的问题,又解决了单边带滤波器不易实现的难题。

它的几何含义是残留边带滤波器的传输函数在载频附近必须具有互补对称性,它可以看作是对截止频率为理想滤波器的进行平滑的结果,习惯上,称这种平滑为滚降。显然,由于滚降,滤波器截止频率特性的陡度变缓,实现难度降低,但滤波器的带宽会变宽。单边带调制与残留边带调制有密切的关系。

残留边带调制的特点是对于具有低频及直流分量的调制信号,用滤波法实现单边带调制时所需要的过渡带无限陡的理想滤波器,在残留边带调制中已不再需要,这就避免了实现上的困难。

它是在双边带调制的基础上,通过设计滤波器,使信号一个边带的频谱成分原则上保留,另一个边带频谱成分只保留小部分(残留),是介于单边带调制与双边带调制之间的一种调制方式,它既克服了DSB信号占用频带宽的问题,又解决了单边带滤波器不易实现的难题,其结构如图2-26所示。

图2-26 残留边带调制的调制结构图

残留边带信号显然不能简单地采用包络检波,而必须采用相干解调。由于残留边带调制基本性能接近单边带调制,而残留边带调制中的边带滤波器比单边带调制中的边带滤波器容易实现,所以残留边带调制在广播电视、通信等系统中得到广泛应用。

残留边带滤波器的特性 H ω )在+ ω 处必须具有互补奇对称特性,每一种形式的滚降特性曲线并不是唯一的,如图2-27所示。

图2-27 残留边带滤波器互补奇对称特性

二、残留边带调制的频谱分布

图2-28描述了残留边带调制的频谱分布的概况。从图中可见,在所需传送信息 U Ω 的频率为 Ω max 时,如图2-28a所示,双边带调幅波的频谱范围如图2-28 b所示,而对于残留边带调制的频谱范围从除了下边带(或者上边带)完整的频谱外,还残留了一小部分上边带(或者下边带)的频谱,如图2-28 c所示。

图2-28 残留边带调制的频谱分布示意图

其外侧虚线为双边带频谱范围,而内侧虚线部分为残留边带调制的频谱范围。即除了载波中心频率 ω c 左侧的下边带全部存在外,载波中心频率 ω c 右侧的上边带也残留了很少一部分频谱范围。可见,残留边带调制的频谱范围,可以看作是对双边带调制频谱范围的上边带大部分频谱的切割,使之节约一部分频谱范围和载波频率的功率消耗;也可以看作是对单边带调制频谱范围的上边带一小部分频谱的保留,使之大幅度降低了对单边带调制复杂滤波器的严格要求,而使调制器和解调器得以在低功率、窄频谱、易于实现的优势下得到广泛应用。可见,残留边带调制信号的频谱表达式为

关键问题是确定残留边带滤波器的传输特性,即 H VSB ω )应满足的条件。因残留边边带调制信号不能简单地采用包络检波的方法进行解调来恢复原基带信号,而必须采用相干解调。其解调原理图如图2-29所示。

图2-29 残留边带调制信号解调原理图

进行频率与角频率变换

S VSB t )⇔ S VSB ω

cos ω c t ⇔π[ δ ω+ω c ω-ω c )]

从以上公式推导来看,要保证相干解调的输出无失真地恢复调制信号 m t ),则要求满足以下条件:首先是用调制信号、载波信号和残留边带滤波器的傅里叶变换式表示残留边带的傅里叶变换,再利用残留边带的傅里叶变换和载波的傅里叶变换滤除某些项后用来表示解调后的信号,从中找到残留边带滤波器的傅里叶变换表达式。以此用来作为滤波器的设计依据。

三、残留边带调制的基本原理

残留边带调制是介于单边带与抑制载波双边带调制的一种方法。除了传送一个边带之外,还保留了另一个边带的一部分,即过渡带。

为搬移频谱,它们可由解调器中的低通滤波器滤除,则低通滤波器的输出频谱为

式中, ω H 为调制信号的截止角频率。

残留边带调制的优势在于因为其介于双边带调制与单边带调制之间,所以既具有双边带调制电路实现较容易,解调较简单的优点,又具有单边带调制具有的节约频谱宽度、辐射功率和效率较高的优点。

一般地讲,线性调制可以分为广义线性调制和狭义线性调制。其中狭义的线性调制只改变频谱中各分量的频率,但不改变各分量振幅的相对比例,使上边带的频谱结构与调制信号的频谱相同,下边带的频谱结构则是调制信号频谱的镜像。前述的幅度调制、抑制载波双边带调制、单边带调制和残留边带调制均属于狭义的线性调制的范畴。广义的线性调制是指已调波中被调参数随调制信号呈线性变化的调制过程。

残留边带调制同样可以用移相法,而实际上大都采用滤波法。滤波法可分为残留部分上边带的方法和残留部分下边带的方法。残留边带滤波器的传递函数在载频附近必须具有互补对称特性,为了保证相干解调的结果不失真,即

H VSB ω-ω c )+ H VSB ω + ω c )=常数

残留边带滤波器衰减特性可以较陡峭,满足单边带调制信号的要求,也可以较平缓,与双边带调制信号的要求相同,进行合适的选择。滤波器的衰减滚降特性,有直线滚降和余弦滚降(电视信号)。 fxkeK2fPUP/UeyHFYsURA7kRQOXrvbHxhI3klXJ9LCxJ7jwLPYSyHp02BMaTVdzK

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