Wstęga boczna - Sideband

Moc sygnału radiowego AM wykreślona w funkcji częstotliwości. fc to częstotliwość nośna , fm to maksymalna częstotliwość modulacji

W radiowej komunikacji: bocznej jest pasmo o częstotliwości wyższej lub niższej od częstotliwości nośnej , które są rezultatem modulacji procesu. Wstęgi boczne przenoszą informacje transmitowane przez sygnał radiowy. Wstęgi boczne zawierają wszystkie składowe widmowe modulowanego sygnału z wyjątkiem nośnej. Składniki sygnału powyżej częstotliwości nośnej stanowią górną wstęgę boczną ( USB ), a te poniżej częstotliwości nośnej stanowią dolną wstęgę boczną ( LSB ). Wszystkie formy modulacji wytwarzają wstęgi boczne.

Tworzenie wstęgi bocznej

Możemy zilustrować tworzenie wstęg bocznych z jedną tożsamością trygonometryczną :

Dodając po obu stronach :

Zastępowanie (na przykład)     i     gdzie oznacza czas :

Dodanie większej złożoności i zmienności w czasie do modulacji amplitudy dodaje ją również do wstęg bocznych, powodując ich rozszerzanie się w szerokości pasma i zmianę w czasie. W efekcie wstęgi boczne „przenoszą” zawartość informacyjną sygnału.

Charakterystyka wstęgi bocznej

W powyższym przykładzie korelacja krzyżowa modulowanego sygnału z czystą sinusoidą wynosi zero przy wszystkich wartościach z wyjątkiem 1100, 1000 i 900. A wartości niezerowe odzwierciedlają względne siły trzech składników. Wykres tego pojęcia, zwany transformatą Fouriera (lub widmem ), jest zwyczajowym sposobem wizualizacji wstęg bocznych i definiowania ich parametrów.

Widmo częstotliwości typowego modulowanego sygnału radiowego AM lub FM.

Modulacja amplitudy

Modulacja amplitudy z sygnału nośnego normalnie występującej w dwóch bocznych lustrzanym odbiciu. Składniki sygnału powyżej częstotliwości nośnej tworzą górną wstęgę boczną (USB), a te poniżej częstotliwości nośnej tworzą dolną wstęgę boczną (LSB). Na przykład, jeśli  nośna 900 kHz jest modulowana amplitudowo przez  sygnał audio o częstotliwości 1 kHz, w generowanym widmie częstotliwości radiowych występują składowe przy 899  kHz i 901  kHz oraz 900  kHz ; tak więc szerokość pasma audio (powiedzmy) 7 kHz będzie wymagała szerokości pasma widma radiowego 14 kHz. W konwencjonalnej transmisji AM , stosowanej przez stacje AM w paśmie rozgłoszeniowym , oryginalny sygnał audio może być odzyskany („wykryty”) albo przez synchroniczne obwody detektora, albo przez proste detektory obwiedni, ponieważ obecne są nośna i obie wstęgi boczne. Jest to czasami nazywane modulacją amplitudy podwójnej wstęgi bocznej ( DSB-AM ), ale nie wszystkie warianty DSB są kompatybilne z detektorami obwiedni.   

W niektórych formach AM przewoźnik może zostać zmniejszony, aby zaoszczędzić energię. Określenie DSB zmniejszonej nośnik zwykle oznacza wystarczającą ilość pozostałości rozpuszczalnika w transmisji w celu umożliwienia odbiornika do regeneracji silne nośnik lub przynajmniej układ synchronizacji z pętli synchronizacji fazy , ale nie są postacie, w których nośnik jest całkowicie usunięta, wytwarzające podwójną wstęgą boczną z tłumionego nośnika (DSB-SC). Systemy tłumionych nośnych wymagają bardziej wyrafinowanych obwodów w odbiorniku i innej metody wywnioskowania pierwotnej częstotliwości nośnej. Przykładem jest informacja o różnicy stereofonicznej (LR) transmitowana w stereofonicznej transmisji FM na podnośnej 38 kHz, gdzie sygnał o niskiej mocy na połowie częstotliwości nośnej 38 kHz jest wstawiany między częstotliwościami sygnału monofonicznego (do 15  kHz) a dolną podnośnej informacji stereo (do 38–15  kHz, tj. 23  kHz). Odbiornik lokalnie regeneruje podnośną poprzez podwojenie specjalnego tonu pilota 19 kHz . W innym przykładzie, modulacja kwadraturowa stosowana historycznie do informacji o kolorze w transmisjach telewizyjnych PAL , sygnał synchronizujący jest krótką serią kilku cykli nośnej podczas części „tylnej części każdej linii skanowania, gdy nie jest przesyłany żaden obraz. Ale w innych systemach DSB-SC nośna może być regenerowana bezpośrednio z wstęg bocznych za pomocą pętli Costasa lub pętli kwadratowej . Jest to powszechne w cyfrowych systemach transmisji, takich jak BPSK, gdzie sygnał jest stale obecny.

Wstęgi boczne są widoczne w tym spektrogramie transmisji AM (nośna jest podświetlona na czerwono, dwa lustrzane widma audio (zielone) to dolna i górna wstęga boczna). Czas jest przedstawiony wzdłuż osi pionowej; wielkość i częstotliwość pasm bocznych zmienia się wraz z treścią programu.

Jeśli część jednej wstęgi bocznej i wszystkie pozostałe pozostają, nazywa się to szczątkową wstęgą boczną , używaną głównie w transmisji telewizyjnej , która w przeciwnym razie zajęłaby niedopuszczalną ilość pasma . Transmisja, w której transmitowana jest tylko jedna wstęga boczna, nazywana jest modulacją pojedynczej wstęgi bocznej lub SSB. SSB jest dominującym trybem głosowym w radiofonii krótkofalowej, innym niż nadawanie na falach krótkich . Ponieważ wstęgi boczne są odbiciami lustrzanymi, to, która wstęga jest używana, jest kwestią umowną.

W SSB nośna jest tłumiona , co znacznie zmniejsza moc elektryczną (nawet o 12  dB) bez wpływu na informacje w paśmie bocznym. Pozwala to na bardziej efektywne wykorzystanie mocy nadajnika i pasma RF, ale oscylator częstotliwości dudnienia musi być użyty w odbiorniku, aby odtworzyć nośną. Jeśli odtwarzana częstotliwość nośna jest nieprawidłowa, wyjście odbiornika będzie miało niewłaściwe częstotliwości, ale w przypadku mowy małe błędy częstotliwości nie stanowią problemu dla zrozumiałości. Innym sposobem patrzenia na odbiornik SSB jest transpozycja częstotliwości RF na audio : w trybie USB częstotliwość wybierania jest odejmowana od każdej składowej częstotliwości radiowej, aby wytworzyć odpowiednią składową audio, podczas gdy w trybie LSB każda przychodząca składowa częstotliwości radiowej jest odjęte od częstotliwości wybierania.

Modulacja częstotliwości

Modulacja częstotliwości generuje również pasma boczne, zużywane pasmo w zależności od wskaźnika modulacji – często wymagające znacznie większej przepustowości niż DSB. Funkcje Bessela można wykorzystać do obliczenia wymagań dotyczących szerokości pasma transmisji FM.

Efekty

Pasma boczne mogą kolidować z sąsiednimi kanałami . Część wstęgi bocznej, która zachodziłaby na sąsiedni kanał, musi być tłumiona przez filtry przed lub po modulacji (często oba). W modulacji częstotliwości pasma rozgłoszeniowego (FM), podnośne powyżej 75 kHz są ograniczone do niewielkiego procentu modulacji i są zabronione powyżej 99 kHz, aby chronić normalne odchylenie ±75 kHz i granice kanału ±100 kHz . Radioamatorskie i publiczne nadajniki FM zazwyczaj wykorzystują odchylenie ±5 kHz.  

Aby dokładnie odtworzyć kształt fali modulującej, cała ścieżka przetwarzania sygnału systemu nadajnika, ścieżka propagacji i odbiornik musi mieć wystarczającą szerokość pasma, aby można było wykorzystać wystarczającą liczbę wstęg bocznych do odtworzenia zmodulowanego sygnału z pożądanym stopniem dokładności.

W systemie nieliniowym, takim jak wzmacniacz, wstęgi boczne oryginalnych składowych częstotliwości sygnału mogą być generowane z powodu zniekształceń. Jest to generalnie zminimalizowane, ale może być celowo zrobione dla efektu muzycznego fuzzbox .

Zobacz też

Bibliografia

  • Domena publiczna Ten artykuł zawiera  materiał z domeny publicznej z dokumentu General Services Administration : „Federal Standard 1037C” .(na poparcie MIL-STD-188 )
  • Podręcznik techniczny Departamentu Armii TM 11-685 „Podstawy komunikacji wstęgowej pojedynczej”