【题目编号】MC3-1295
【题目】制作 SDR 发信机时,生成 SSB 信号的算法可以是:
【答案】ABC(多选题)
[A]滤波法
[B]移相法
[C]维弗法
[D]限幅法
考点速览
这道题问用软件无线电的方式做发信机时,生成单边带(single sideband,SSB)信号可以用哪些算法。答案取滤波法、移相法、维弗法三项,限幅法是干扰项。单边带的要害是砍掉一半——把载波和一个边带抑制掉,只留一个边带。围绕这个目标形成了三条成熟路线,数字化之后它们都以算法的形式存在。
单边带要抵消掉什么
双边带信号含有载波与上下两个边带。普通调幅的频谱是载波加两个对称边带,功率大部分浪费在载波上,两个边带又携带完全相同的消息。单边带只发一个边带,功率效率与频谱效率都高得多。要做到这一点,必须在调制过程中把载波和一个边带压下去:载波抑制比与边带抑制比是单边带发射机最关键的指标,通常要求做到几十分贝以上。三条经典路线,走的都是这个目标,差别只在用什么手段把不需要的部分抵消掉。
换个角度看,单边带之所以省,是因为双边带里两个边带携带的是同一份消息——由实信号频谱的对称性决定,上下边带互为镜像,去掉一个不损失信息;载波本身不携带消息,只提供解调参考,抑制它同样不损失信息。于是理想单边带信号的功率几乎全部落在有用的那一个边带上,效率可以接近百分之百。
三条经典路线:滤波、移相与维弗
滤波法先产生双边带信号,再用边带滤波器把不需要的一侧边带滤掉。模拟时代的困难在于边带滤波器要有极陡的过渡带,在数字域里滤波器系数可以精确设计,既能做陡又不牺牲线性相位,实现起来顺手得多。
移相法用两路相差九十度的调制信号与载波,让需要保留的边带同相叠加、需要抵消的边带反相相消。它的核心部件是宽带九十度相移网络,数字域里常用希尔伯特变换器(Hilbert transformer)承担这一角色。
维弗法(Weaver method)另辟蹊径:用两次正交混频配合低通滤波完成单边带调制,既不需要陡峭的边带滤波器,也不需要覆盖整个音频范围的宽带九十度相移网络,只需在较窄的频段上保持正交关系,因此特别适合集成与数字化实现。
维弗法的结构值得多说一句:第一级正交混频把音频搬到某个固定的低中频,两路低通滤掉不需要的组合;第二级再正交混频,把信号搬到射频频段。整个过程中对相位关系的要求只落在本振与低通上,不像移相法那样要求覆盖整个音域的九十度相移网络,因此更容易在芯片里做准。
逐项辨析
选项 A 正确。滤波法是最直观的一条路线,数字滤波器让边带滤波这一步不再困难,至今仍在广泛使用。
选项 B 正确。移相法用两路正交支路对消一个边带,是经典的单边带生成算法,数字化之后以正交网络加对消的形式实现。
选项 C 正确。维弗法用两次正交混频与低通滤波代替陡峭边带滤波和宽带相移,是第三条成熟的单边带生成算法。
选项 D 错误。限幅(limiting)的作用是削掉幅度变化、保留过零信息,用来得到恒定包络,典型用途是把调频信号或等幅电报信号整形。对双边带信号限幅不会消掉任何一个边带,反而会因为非线性产生大量谐波与互调分量,与生成单边带背道而驰。
易混淆点:移相法与维弗法的分工
移相法与维弗法都属于相位对消的思路,区别在于正交关系在哪里建立。移相法在基带与载波两处都要有宽带九十度相移,对相移网络的精度要求很高;维弗法把这件事交给正交本振与低通滤波器,相移只需要在很窄的频段上成立,工程上更容易做得准。滤波法与它们的分工也不同:滤波法靠幅度选择,后两者靠相位相消。
另一个常被混淆的是边带抑制比与载波抑制比:前者衡量不需要的那个边带被压下多少,后者衡量载波残留多少。两条指标各自独立,评价一种生成算法的能力时,看的正是它把这四个成分区分得多干净。
应试要点
单边带三种生成算法记成滤、移、维三个字:滤波法滤掉一个边带,移相法用正交支路对消,维弗法用两次正交混频加低通。看到限幅、鉴频、检波这类词就排除——它们是处理恒定包络或提取调制信息的操作,不负责生成单边带。
再补一句:数字实现下单边带的相位误差与幅度误差都能做得很小,因此数字发信机常能取得比模拟方案更好的边带抑制。