单边带通信

人们讲话的声音是一种机械振动，这种振动经过话筒变成电振荡称为音频信号。音频信号频率太低，不能用天线有效地发送出去。通常都是把它加到一个高频等幅的正弦振荡上，这个振荡我们把它叫做载频。音频信号附在载频上以后就能够由天线变成无线电波而传到远方。

音频信号加到载频上的方法虽然很多，但是在一般中短波段的无线电通信中主要采用调幅法。调幅就是使载频振荡的幅度按音频信号的规律而变化。图1表示了单音频调幅的情况，经过调幅携带了音频信号的高频振荡叫做调幅波（图1C）。由于调幅波的振幅随音频信号的规律而变化，所以它已经不是一个简单的正弦振荡了。根据分析，图1C表示的调幅波是由三个不同频率的正弦振荡组成的，其中一个就是原来的载频振荡，另外两个对称地分布在载频两边，并和它相差一个音频频率，频率比载频高的叫上边频，频率比载频低的叫下边频。例如，设载频频率为20千赫，单音频信号频率为400赫，调幅以后的上边频就为20千赫+400赫，下边频为20千赫-400赫（如图2a所示）。

语言和音乐并不是单音频信号，而是不同频率的振动组合成的频带，这时上下边频就应该改为上、下边带。图2b表示载频为20千赫，语言频率为（250－300O）赫时，调幅后的上、下边带的情形，其上边带为（20250－23000）赫，下边带为（17000－19750）赫。

调幅发射机必须把整个调幅波（包括载频和上、下边带）都发送出去，其中载频不代表信号，它的作用只是将音频信号搬到边带，以便将它们发送出去。但是载频却耗费了大部分功率。例如图2a所表示的单音频调幅的情况，两个相等的边频电压的幅度小于载频电压的幅度，因为功率和电压幅度的平方成正比，所以载频功率大于每一个边频功率。理论和实践证明，在单音频调幅时，每一个边频功率只占发射总功率的六分之一。既然信号只包含在占功率较小的每一个边带中，而且上下两边带也都是高频振荡，能够用天线发送出去，于是人们就有这样的想法：能否不发射载频而只发射一个边带（上边带或下边带）来传送信号呢？经过多年的研究，这个想法终于实现了，这就是目前广泛应用的单边带通信。

单边带通信最显著的优点就是节省功率和压缩频带。

节省功率方面 前面已经谈到，在单音频调幅时，一个边频功率只占调幅波总功率的六分之一，因此单边带通信和效果相同的调幅通信比较，节省功率很多。从接收机方面来看，接收机的噪声功率和通带宽度成反比。单边带通信，由于只发射一个边带，所以将接收机的通带宽度可压缩一半，因而使噪声功率也减小了一半。这就相当于把发射机的信号功率提高一倍。另外，普通调幅信号由于传输过程中电离层的变化，使它们沿不同途径到达接收机。这样，它们在接收处相加时，会使载频部分抵消或改变载频与边带原来的相位关系，因而使收到的信号强度变弱（相当于降低发射机的功率），这种现象叫选择性衰落。单边带通信不发送载频，选择性衰落的影响很小，因而提高了通信质量。还有一点需要说明，双方利用无线电通话时不可能同时都讲话，当甲方对乙方讲话时，乙方发射机就没有信号发射，而且甲方讲话时也经常会有停顿。采用调幅通信的方式，有语言信号时，发射机要发射载频和上下边带；没有语言信号时，发射机也要发射载频，因而消耗功率很大。单边带发射机的大功率级都是已调波放大，已调波放大级没有信号输入时不工作，这就节省了电源功率，同时也提高了发射机的总效率。

压缩频带方面 单边带通信使用的频带只有调幅通信的一半，因此在同一频段内就可以容纳更多的信号。例如原来发送一路调幅信号的频带，就可以用来发送两路单边带信号（见图3）。压缩频带在通信事业一天天发达的情况下是很有意义的。

保密性 最后，由于单边带发射机不发射载频，普通接收机用直接检波的方法得不到原来的声音，所以它又具有一定程度的保密性。

单边带通信的基本工作过程和调幅通信相同，它们的差别仅在于，采用单边带通信时，发射出去的高频无线电波是单边带信号而不是调幅波。由于存在着这样的差别，就使单边带收发信设备比较复杂。下面我们分别介绍单边带发射机和接收机的基本工作原理。

发射机 单边带信号的产生有各种不同的方法，这里仅介绍应用最广泛的“滤波法”。图4就是采用滤波法而产生单边带信号的原理图，它包括一个平衡调幅器和一个边带滤波器。音频信号和载频电压首先送入平衡调幅器，在这里音频信号对载频电压进行调幅。但是它和一般调幅器不同，调幅后只保留上下两个边带，载频分量在平衡调幅器里被抵消了（图中用虚线表示），这样的信号称为“无载频双边带信号”。无载频双边带信号经过边带滤波器，滤掉其中任意一个边带，剩下的另一个边带就是所需要的单边带信号。需要指出，无载频双边带信号是高频信号，它的频率高低和载频的选择有关系，如果载频选得过高，就会使滤波发生困难。比如一个单音频信号频率为400赫，调制20千赫的载频，其下边频为20千赫-400赫，上边频为20千赫+400赫，两个边频之间的距离是800赫。如果载频不是20千赫，而是100千赫，经过平衡调幅以后，下边频为100千赫-400赫，上过频为100千赫+400赫。这时虽然上下两边频之间的距离仍为800赫，但是这个距离与载频频率的比却变小了，或者说对应于频率较高的载频，上下两边频之间的距离相对地变小了。用滤波器公开载频较高的上下两个边频（或边带），比分开载频较低的上下两个边频（或边带）要困难得多。为了克服这个困难，一般都是把音频信号首先调制到较低的载频上，经过去掉载频和一个边带后，再用变频的方法把它提高到需要的发射频率。

图5为单边带电话发射机的原理图。音频信号首先经过音频放大器，然后和低载频振荡器产生的载频电压一同送到平衡调幅器。平衡调幅器输出的是无载频双边带信号，经过边带滤波器，而得到频率较低的单边带信号。再经过变频器提高频率后，由已调波放大器完成功率放大，最后送到天线发射出去。

接收机 接收机的一个主要工作是把音频信号从高频无线电波中取出来，这个过程叫做检波。调幅接收机利用调幅波的振幅随音频信号规律而变化这一特点，使检波过程很简单。但是在单边带接收机中，由于单边带信号不包含载频和另外一个边带，它的振幅并不直接反映原来音频信号的规律，因此也就不能再用调幅接收机所采用的检波方法。单边带接收机一般采用平衡检波法，这时在单边带接收机中必须首先恢复被失去的载频，并把它和单边带信号一同送到平衡检波器，经平衡检波后才能得到原来的音频信号。

正确地恢复被发射机失去的载频，是单边带接收技术中的一个关键。因为只有当接收机中被恢复的载频频率和发射机的载频频率完全一致的时候，接收机检波后得到的音频信号才能恢复原有面貌而不产生失真。为了解决这个问题，通常有两种方案：第一种方案，在单边带发射机里，不把载频全部去掉，而是剩余一小部分，并把它和单边带信号一同发送出去。接收机把剩余载频接收下来，放大到所需要的电平，作为被恢复的载频使用。这个方案的优点是被恢复的载频和发射机中的载频完全一致，检波后信号不会产生失真。其缺点是当载波有选择性衰落时，检波就很难进行，甚至不能工作。第二种方案是收发双方都采用非常稳定的晶体振荡器，保证在任何情况下双方频率偏差都小于规定的数值。第一种方案性能较差，一般很少使用。第二种方案，由于晶体振荡器的制造技术日臻完美，使用的越来越多了。

图6是单边带电话接收机的原理图，可以看到，接收机的工作过程和发射机是相反的。输入电路把所要接收的单边带信号选择出来，经过高频放大器以后送到变频器。变频器把高频的单边带信号的频率变低，使它和发射机中边带滤波器输出的单边带信号相对应。变频后的信号送到中频放大器，放大后分成两路，上面一路是边带滤波器，它的通频带和发射机中的边带滤波器完全相同，它只让单边带信号通过并送到平衡检波器去。下面一路是窄带滤波器，只有采用第一种方案时才使用。它的作用是选出发射机发射的剩余载频，经过载频放大器以后作为被恢复的载频送到检波器去。当采用第二种方案时，就去掉窄带滤波器，而加一个单独的载频振荡器（图中的虚线方块）。检波后的音频信号，经低频放大再送到终端设备就可听到对方讲话的声音了。

必须指出，前面所画的收发信设备示意图是单路通信的，实际上由于单边带通信所占频带的缩窄而被应用在多路通信上。多路通信的原理和单路通信一样，只不过多几套相同的设备。另外，为便于解释起见，接收机中的自动频率微调和自动增益控制部分也都没有画进去。

目前，单边带通信在技术上还存在着很多困难。单边带接收机和单边带发射机的载频频率一定要保持同步，为此，在收发信设备中就必须采用高稳定度的晶体振荡器和在接收机中采用复杂的自动频率微调系统，实现起来很不容易。单边带通信过去所以不能迅速发展这是一个主要原因。此外，由于在收发信设备中都采用了一系列的滤波器，因而使结构更加复杂庞大起来。但是单边带通信的这些缺点和节省功率、压缩频带两大主要优点比较起来还是居于次要的地位。而且结构复杂的问题也在不断改进着。今后，随着无线电通信事业的迅速发展，无线电频带将会显得更加拥挤。因此，单边带通信是很有发展前途的。（田佳）