Modulacja jednostronna - Single-sideband modulation

Ilustracja widma sygnałów AM i SSB. Widmo dolnego pasma bocznego (LSB) jest odwrócone w porównaniu z pasmem podstawowym. Jako przykład, sygnał audio pasma podstawowego 2 kHz modulowany na nośnej 5 MHz wytworzy częstotliwość 5,002 MHz, jeśli stosuje się górne pasmo boczne (USB), lub 4,998 MHz, jeśli stosuje się LSB.

W komunikacji radiowej modulacja jednopasmowa ( SSB ) lub modulacja jednopasmowa z tłumieniem nośnej ( SSB-SC ) to rodzaj modulacji używany do przesyłania informacji, takich jak sygnał audio , za pomocą fal radiowych . Udoskonalenie modulacji amplitudy , bardziej efektywnie wykorzystuje moc nadajnika i szerokość pasma . Modulacja amplitudy wytwarza sygnał wyjściowy, którego szerokość pasma jest dwukrotnie większa od maksymalnej częstotliwości oryginalnego sygnału pasma podstawowego . Modulacja jednowstęgowa pozwala uniknąć tego wzrostu przepustowości i marnowania energii na nośnik, kosztem większej złożoności urządzenia i trudniejszego dostrojenia odbiornika.

Podstawowy pomysł

Nadajniki radiowe działają poprzez mieszanie sygnału częstotliwości radiowej (RF) o określonej częstotliwości, fali nośnej , z nadawanym sygnałem audio. W nadajnikach AM to miksowanie odbywa się zwykle w końcowym wzmacniaczu RF (modulacja wysokiego poziomu). Mniej powszechne i znacznie mniej wydajne jest miksowanie przy małej mocy, a następnie wzmacnianie go we wzmacniaczu liniowym. Każda z metod wytwarza zestaw częstotliwości z silnym sygnałem na częstotliwości nośnej i słabszymi sygnałami na częstotliwościach przekraczających i poniżej częstotliwości nośnej o maksymalną częstotliwość sygnału wejściowego. W ten sposób wynikowy sygnał ma widmo, którego szerokość pasma jest dwukrotnie większa od maksymalnej częstotliwości oryginalnego wejściowego sygnału audio.

SSB wykorzystuje fakt, że cały oryginalny sygnał jest zakodowany w każdej z tych „wstęg bocznych”. Nie jest konieczne przesyłanie obu wstęg bocznych i nośnej, ponieważ odpowiedni odbiornik może wydobyć cały oryginalny sygnał z górnej lub dolnej wstęgi bocznej. Istnieje kilka metod eliminacji nośnej i jednej wstęgi bocznej z przesyłanego sygnału. Wytwarzanie tego pojedynczego sygnału wstęgi bocznej jest zbyt skomplikowane, aby można go było wykonać w końcowej fazie wzmacniacza, jak w przypadku AM. Modulacja SSB musi być wykonana na niskim poziomie i wzmocniona we wzmacniaczu liniowym, w którym niższa wydajność częściowo kompensuje przewagę mocy uzyskaną przez wyeliminowanie nośnej i jednej wstęgi bocznej. Niemniej jednak transmisje SSB znacznie wydajniej wykorzystują dostępną energię wzmacniacza, zapewniając transmisję o większym zasięgu przy tej samej mocy wyjściowej. Ponadto zajęte widmo jest mniejsze niż połowa pełnego sygnału AM z pełną nośną.

Odbiór SSB wymaga stabilności częstotliwości i selektywności znacznie przewyższającej niedrogie odbiorniki AM, dlatego nadawcy rzadko z nich korzystają. W komunikacji punkt-punkt, gdzie drogie odbiorniki są już w powszechnym użyciu, można je z powodzeniem dostosować do odbierania dowolnej transmitowanej wstęgi bocznej.

Historia

Pierwsze amerykańskie zgłoszenie patentowe dotyczące modulacji SSB zostało złożone 1 grudnia 1915 r. przez Johna Renshawa Carsona . Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych eksperymentowała z SSB nad obwodami radiowymi przed I wojną światową . SSB po raz pierwszy weszło do służby komercyjnej 7 stycznia 1927 r. na długofalowym transatlantyckim publicznym obwodzie radiotelefonicznym między Nowym Jorkiem a Londynem. Nadajniki SSB dużej mocy znajdowały się w Rocky Point w Nowym Jorku i Rugby w Anglii . Odbiorniki znajdowały się w bardzo cichych lokalizacjach w Houlton, Maine i Cupar Scotland.

SSB był również używany na długich liniach telefonicznych , jako część techniki znanej jako multipleksacja z podziałem częstotliwości (FDM). FDM był pionierem w firmach telefonicznych w latach 30. XX wieku. Dzięki tej technologii wiele jednoczesnych kanałów głosowych może być transmitowanych w jednym fizycznym obwodzie, na przykład w L-carrier . Dzięki SSB kanały mogą być oddalone (zwykle) tylko o 4000  Hz , oferując szerokość pasma mowy od 300 Hz do 3400 Hz.

Krótkofalowcy rozpoczęli poważne eksperymenty z SSB po II wojnie światowej . Air Command Strategiczne powstała SSB jako standard radiowego dla swoich samolotów w 1957 roku stał się de facto standardem dla długodystansowych transmisji radiowych głos od tamtej pory.

Sformułowanie matematyczne

Przedstawienie w domenie częstotliwości kroków matematycznych, które przekształcają funkcję pasma podstawowego na sygnał radiowy z jedną wstęgą boczną.

Pojedyncza wstęga boczna ma matematyczną postać kwadraturowej modulacji amplitudy (QAM) w szczególnym przypadku, gdy jeden z przebiegów pasma podstawowego pochodzi od drugiego, zamiast być niezależnymi wiadomościami :

 

 

 

 

( Równanie 1 )

gdzie jest komunikat (o wartości rzeczywistej), jest jego transformacją Hilberta i jest częstotliwością nośną radiową .

Aby zrozumieć tę formułę, możemy wyrazić jako rzeczywistą część funkcji o wartościach zespolonych, bez utraty informacji:

gdzie reprezentuje jednostkę urojoną .  jest analityczne przedstawienie z   co oznacza, że zawiera tylko składniki dodatnim częstotliwości :

gdzie i są odpowiednimi transformatami Fouriera i   Dlatego funkcja z translacją częstotliwości zawiera tylko jedną stronę   Ponieważ ma również tylko składowe o dodatniej częstotliwości, jej odwrotna transformata Fouriera jest analityczną reprezentacją

i znowu prawdziwa część tego wyrażenia nie powoduje utraty informacji. Mając wzór Eulera do rozwinięcia     otrzymujemy równanie 1 :

Spójna demodulacja w celu odzyskania jest taka sama jak AM: pomnóż   i dolnoprzepustowy, aby usunąć składowe „podwójnej częstotliwości” wokół częstotliwości . Jeśli demodulująca nośna nie jest we właściwej fazie (tutaj faza cosinusowa), to demodulowany sygnał będzie pewną liniową kombinacją i , która jest zwykle akceptowalna w komunikacji głosowej (jeśli częstotliwość nośnej demodulacji nie jest całkiem właściwa, faza będzie cykliczne dryfowanie, co znowu jest zwykle akceptowalne w komunikacji głosowej, jeśli błąd częstotliwości jest wystarczająco mały, a radiooperatorzy amatorscy czasami tolerują nawet większe błędy częstotliwości, które powodują nienaturalnie brzmiące efekty zmiany wysokości tonu).

Dolna wstęga boczna

można również odzyskać jako rzeczywistą część sprzężenia zespolonego, która reprezentuje ujemną część częstotliwościową Gdy jest wystarczająco duża, aby nie zawierała ujemnych częstotliwości, produktem jest inny sygnał analityczny, którego rzeczywistą częścią jest rzeczywista transmisja w dolnym paśmie bocznym :

Suma dwóch sygnałów wstęgi bocznej wynosi:

który jest klasycznym modelem AM z podwójną wstęgą boczną z tłumieniem nośnym .

Praktyczne wdrożenia

Collins KWM-1 , wczesny Amateur Radio nadawczo-odbiorczy, który opisuje możliwości głosowe SSB

Filtrowanie pasmowe

Jedną z metod wytwarzania sygnału SSB jest usunięcie jednej z wstęg bocznych poprzez filtrowanie , pozostawiając tylko górną wstęgę boczną ( USB ), wstęgę boczną o wyższej częstotliwości lub rzadziej dolną wstęgę boczną ( LSB ), wstęgę boczną o niższej częstotliwości . Najczęściej nośna jest redukowana lub całkowicie usuwana (tłumiona), co jest w całości określane jako nośna z tłumieniem pojedynczej wstęgi bocznej ( SSBSC ). Zakładając, że obie wstęgi boczne są symetryczne, co ma miejsce w przypadku normalnego sygnału AM , w procesie nie dochodzi do utraty informacji. Ponieważ końcowe wzmocnienie RF jest teraz skoncentrowane w pojedynczej wstędze bocznej, efektywna moc wyjściowa jest większa niż w normalnym AM (nośna i nadmiarowa wstęga boczna stanowią znacznie ponad połowę mocy wyjściowej nadajnika AM). Chociaż SSB zużywa znacznie mniej pasma i mocy, nie może być demodulowany przez prosty detektor obwiedni, taki jak standardowy AM.

Modulator Hartleya

Alternatywna metoda generowania, znana jako modulator Hartleya , nazwana na cześć RVL Hartleya , wykorzystuje fazowanie do tłumienia niepożądanej wstęgi bocznej. Aby wygenerować sygnał SSB tą metodą, generowane są dwie wersje oryginalnego sygnału, wzajemnie przesunięte w fazie o 90° dla dowolnej pojedynczej częstotliwości w zakresie pasma roboczego. Każdy z tych sygnałów moduluje następnie fale nośne (o jednej częstotliwości), które są również przesunięte w fazie o 90° . Dodając lub odejmując otrzymane sygnały, otrzymuje się sygnał wstęgi bocznej dolnego lub górnego. Zaletą tego podejścia jest umożliwienie analitycznej ekspresji sygnałów SSB, która może być wykorzystana do zrozumienia efektów, takich jak synchroniczna detekcja SSB.

Przesunięcia sygnału pasma podstawowego o 90° poza fazę nie można wykonać po prostu przez jego opóźnienie, ponieważ zawiera on duży zakres częstotliwości. W obwodach analogowych stosowana jest szerokopasmowa sieć różnicowa 90 stopni. Metoda była popularna w czasach radiotelefonów lampowych , ale później zyskała złą reputację z powodu źle dostosowanych komercyjnych implementacji. Modulacja tą metodą ponownie zyskuje na popularności w dziedzinie homebrew i DSP . Ta metoda, wykorzystująca transformację Hilberta do przesunięcia fazy dźwięku w paśmie podstawowym, może być wykonana przy niskich kosztach za pomocą obwodów cyfrowych.

Modulator tkacki

Inna odmiana, modulator Weaver , wykorzystuje tylko filtry dolnoprzepustowe i miksery kwadraturowe i jest preferowaną metodą w implementacjach cyfrowych.

W metodzie Weavera pasmo zainteresowania jest najpierw tłumaczone tak, aby było wyśrodkowane na zero, koncepcyjnie przez modulację złożonego wykładnika z częstotliwością w środku pasma głosu, ale zaimplementowane przez parę kwadraturową modulatorów sinus i cosinus na tej częstotliwości (np. 2 kHz ). Ten złożony sygnał lub para sygnałów rzeczywistych jest następnie filtrowana dolnoprzepustowo w celu usunięcia niepożądanej wstęgi bocznej, która nie jest wyśrodkowana na zero. Następnie złożony sygnał jednowstęgowy wyśrodkowany na zero jest konwertowany w górę do sygnału rzeczywistego przez inną parę mikserów kwadraturowych do pożądanej częstotliwości środkowej.

Pełny, zredukowany i wygaszony nośny SSB SS

Konwencjonalne sygnały o modulowanej amplitudzie można uznać za marnotrawstwo mocy i szerokości pasma, ponieważ zawierają sygnał nośny i dwie identyczne wstęgi boczne. Dlatego nadajniki SSB są generalnie zaprojektowane tak, aby zminimalizować amplitudę sygnału nośnego. Kiedy nośna jest usunięta z nadawanego sygnału, nazywana jest tłumioną nośną SSB .

Aby jednak odbiornik mógł odtwarzać przesyłany dźwięk bez zniekształceń, musi być dostrojony do dokładnie tej samej częstotliwości, co nadajnik. Ponieważ w praktyce jest to trudne do osiągnięcia, transmisje SSB mogą brzmieć nienaturalnie, a jeśli błąd częstotliwości jest wystarczająco duży, może powodować słabą zrozumiałość. Aby to skorygować, można przesłać niewielką ilość oryginalnego sygnału nośnej, tak aby odbiorniki z niezbędnymi obwodami do synchronizacji z przesyłaną nośną mogły prawidłowo demodulować dźwięk. Ten tryb transmisji nazywa się jednostronną wstęgą o zredukowanej nośnej .

W innych przypadkach może być pożądane utrzymanie pewnego stopnia kompatybilności z prostymi odbiornikami AM, przy jednoczesnym zmniejszeniu szerokości pasma sygnału. Można to osiągnąć przez nadawanie wstęgi bocznej z normalną lub nieznacznie zmniejszoną nośną. Ten tryb jest nazywany zgodnym (lub pełnonośnym) SSB lub odpowiednikiem modulacji amplitudy (AME) . W typowych systemach AME zniekształcenia harmoniczne mogą sięgać 25%, a zniekształcenia intermodulacyjne mogą być znacznie wyższe niż normalnie, ale minimalizowanie zniekształceń w odbiornikach z detektorami obwiedni jest ogólnie uważane za mniej ważne niż umożliwienie im wytwarzania zrozumiałego dźwięku.

Druga i być może bardziej poprawna definicja „zgodnej pojedynczej wstęgi bocznej” (CSSB) odnosi się do formy modulacji amplitudy i fazy, w której nośna jest transmitowana wraz z szeregiem wstęg bocznych, które są przeważnie powyżej lub poniżej terminu nośnej. Ponieważ modulacja fazowa jest obecna podczas generowania sygnału, energia jest usuwana z członu nośnego i rozprowadzana w strukturze wstęgi bocznej podobnej do tej, która występuje w analogowej modulacji częstotliwości. Sygnały zasilające modulator fazy i modulator obwiedni są dalej przesunięte w fazie o 90° względem siebie. To umieszcza terminy informacyjne w kwadraturze ze sobą; transformacja Hilberta informacji do przesłania jest wykorzystywana do powodowania konstruktywnego dodania jednej wstęgi bocznej i anulowania przeciwnej wstęgi pierwotnej. Ponieważ stosowana jest modulacja fazowa, generowane są również człony wyższego rzędu. Zastosowano kilka metod w celu zmniejszenia wpływu (amplitudy) większości tych terminów wyższego rzędu. W jednym systemie składnik o modulacji fazowej jest w rzeczywistości logarytmem wartości poziomu nośnej plus przesunięty w fazie składnik audio/informacyjny. Daje to idealny sygnał CSSB, gdzie przy niskich poziomach modulacji dominuje tylko człon pierwszego rzędu po jednej stronie nośnej. Wraz ze wzrostem poziomu modulacji, poziom nośnej jest redukowany, podczas gdy człon drugiego rzędu znacznie wzrasta pod względem amplitudy. W punkcie 100% modulacji obwiedni, 6 dB mocy jest usuwane z członu nośnego, a człon drugiego rzędu ma identyczną amplitudę jak człon nośny. Poziom wstęgi bocznej pierwszego rzędu wzrósł, aż teraz znajduje się na tym samym poziomie, co poprzednio niemodulowana nośna. W punkcie 100% modulacji widmo wydaje się identyczne z normalną dwupasmową transmisją AM, z członem centralnym (teraz główny człon audio) na poziomie odniesienia 0 dB, a oba człony po obu stronach głównej wstęgi bocznej przy -6 dB. Różnica polega na tym, że to, co wydaje się być nośnikiem, zostało przesunięte przez określenie częstotliwości dźwięku w kierunku „wstęgi bocznej w użyciu”. Na poziomach poniżej 100% modulacji struktura wstęgi bocznej wydaje się dość asymetryczna. Kiedy głos jest przenoszony przez źródło CSSB tego typu, komponenty o niskiej częstotliwości są dominujące, podczas gdy składniki o wyższej częstotliwości są niższe nawet o 20 dB przy 3 kHz. W rezultacie sygnał zajmuje około 1/2 normalnej szerokości pasma sygnału DSB o pełnej nośnej. Jest jeden haczyk: termin audio wykorzystywany do modulacji fazy nośnej jest generowany w oparciu o funkcję logarytmiczną, która jest obciążona poziomem nośnej. Przy ujemnej modulacji 100%, termin jest doprowadzony do zera (0), a modulator staje się niezdefiniowany. Aby utrzymać stabilność systemu i uniknąć rozprysków, należy zastosować ścisłą kontrolę modulacji. Ten system ma rosyjskie pochodzenie i został opisany pod koniec lat pięćdziesiątych. Nie ma pewności, czy kiedykolwiek został wdrożony.

Druga seria podejść została zaprojektowana i opatentowana przez Leonarda R. Kahna . Różne systemy Kahna usunęły sztywny limit narzucony przez użycie funkcji ścisłego dziennika w generowaniu sygnału. Wcześniejsze systemy Kahna wykorzystywały różne metody, aby zredukować człon drugiego rzędu poprzez wprowadzenie składnika redukcji nieliniowości. Jeden z przykładów tej metody został również wykorzystany do wygenerowania jednego z sygnałów stereofonicznych AM z niezależną wstęgą boczną Kahna (ISB). Znana była jako metoda wzbudzania STR-77, która została wprowadzona w 1977 roku. Później system został dodatkowo ulepszony przez zastosowanie modulatora opartego na łuku sinusoidalnym, który zawierał człon 1-0,52E w mianowniku równania generatora arcsin. E oznacza termin koperty; w przybliżeniu połowa składowej modulacji zastosowanej do modulatora obwiedni jest wykorzystywana do redukcji składowej drugiego rzędu ścieżki modulowanej „fazą” arcsin; zmniejszając w ten sposób człon drugiego rzędu w niepożądanej wstędze bocznej. Do wygenerowania dokładnego sygnału arcsin zastosowano podejście sprzężenia zwrotnego modulatora/demodulatora z wieloma pętlami. To podejście zostało wprowadzone w 1984 roku i stało się znane jako metoda STR-84. Został sprzedany przez Kahn Research Laboratories; później Kahn Communications, Inc. z Nowego Jorku. Dodatkowe urządzenie do przetwarzania dźwięku dodatkowo poprawiło strukturę wstęgi bocznej poprzez selektywne zastosowanie pre-emfazy do sygnałów modulujących. Ponieważ obwiednia wszystkich opisanych sygnałów pozostaje dokładną kopią informacji wprowadzonej do modulatora, można ją demodulować bez zniekształceń za pomocą detektora obwiedni, takiego jak prosta dioda. W praktycznym odbiorniku mogą występować pewne zniekształcenia, zwykle na niskim poziomie (w transmisji AM, zawsze poniżej 5%), ze względu na ostre filtrowanie i nieliniowe opóźnienie grupowe w filtrach IF odbiornika, które działają w celu obcięcia pasma bocznego kompatybilności – te składniki, które nie są wynikiem liniowego procesu prostego modulowania obwiedni sygnału, jak miałoby to miejsce w przypadku pełnej nośnej DSB-AM – i rotacji fazy tych składników kompatybilności tak, że nie anulują już składnika zniekształcenia kwadraturowego spowodowanego terminem SSB pierwszego rzędu wraz z przewoźnikiem. Niewielka ilość zniekształceń wywołanych tym efektem jest generalnie dość niska i akceptowalna.

Metoda Kahna CSSB była również krótko stosowana przez Airphone jako metoda modulacji stosowana do wczesnych połączeń telefonicznych, które można było nawiązać z samolotu na ziemię. Zostało to szybko wyparte przez cyfrowe metody modulacji, aby osiągnąć jeszcze większą wydajność widmową.

Chociaż CSSB jest dziś rzadko używany w pasmach nadawczych AM/MW na całym świecie, niektórzy radioamatorzy wciąż z nim eksperymentują.

Demodulacja

Przedni koniec odbiornika SSB jest podobny do odbiornika AM lub FM , składający się z superheterodynowego przedniego końca RF, który wytwarza przesuniętą częstotliwość wersję sygnału częstotliwości radiowej (RF) w standardowym paśmie częstotliwości pośredniej (IF).

Aby odzyskać oryginalny sygnał z sygnału IF SSB, pojedyncza wstęga boczna musi zostać przesunięta w dół do oryginalnego zakresu częstotliwości pasma podstawowego za pomocą detektora produktu, który miesza go z wyjściem oscylatora częstotliwości dudnień (BFO). Innymi słowy, to tylko kolejny etap heterodynowania. Aby to zadziałało, częstotliwość BFO musi być dokładnie wyregulowana. Jeśli częstotliwość BFO jest wyłączona, sygnał wyjściowy będzie przesunięty w częstotliwości (w górę lub w dół), przez co dźwięk mowy będzie dziwny i podobny do „kaczora Donalda ” lub niezrozumiały.

W przypadku komunikacji audio istnieje powszechna zgoda co do przesunięcia oscylatora BFO o 1,7 kHz. Sygnał głosowy jest wrażliwy na przesunięcie o około 50 Hz, przy czym do 100 Hz nadal można znieść. Niektóre odbiorniki używają systemu odzyskiwania nośnej , który próbuje automatycznie zablokować dokładną częstotliwość IF. Odzyskiwanie nośnej nie rozwiązuje przesunięcia częstotliwości. Daje lepszy stosunek S/N na wyjściu detektora.

Jako przykład rozważmy sygnał IF SSB wyśrodkowany na częstotliwości = 45000 Hz. Częstotliwość pasma podstawowego, do której należy ją przesunąć, wynosi 2000 Hz. Przebieg wyjściowy BFO to . Kiedy sygnał jest mnożony przez (inaczej heterodynowany z ) przebieg BFO, przesuwa sygnał do   ,  i do  , co jest znane jako częstotliwość dudnienia lub częstotliwość obrazu . Celem jest wybranie takiego, który daje w wyniku   = 2000 Hz. (Niepożądane elementy można usunąć przez filtr dolnoprzepustowy ; do którego może służyć przetwornik wyjściowy lub ludzkie ucho ).

Istnieją dwie opcje : 43000 Hz i 47000 Hz, zwane wtryskiem low-side i high-side . W przypadku wstrzykiwania high-side, składowe widmowe, które były rozłożone wokół 45000 Hz, będą rozłożone wokół 2000 Hz w odwrotnej kolejności, znanej również jako widmo odwrócone. W rzeczywistości jest to pożądane, gdy widmo IF jest również odwrócone, ponieważ inwersja BFO przywraca prawidłowe relacje. Jednym z powodów jest to, że widmo IF jest wyjściem stopnia odwracającego w odbiorniku. Innym powodem jest to, że sygnał SSB jest w rzeczywistości dolną wstęgą boczną, a nie górną wstęgą boczną. Ale jeśli oba powody są prawdziwe, to widmo IF nie jest odwrócone i należy użyć nieodwracającego BFO (43000 Hz).

Jeśli jest przełączona o niewielką wartość, to częstotliwość dudnienia nie jest dokładnie , co może prowadzić do wspomnianego wcześniej zniekształcenia mowy.

SSB jako technika kodowania mowy

Techniki SSB mogą być również przystosowane do kształtów fal pasma podstawowego z przesunięciem częstotliwości i odwróceniem częstotliwości ( odwrócenie głosu ). Ta metoda szyfrowania głosu została wykonana przez przepuszczenie dźwięku próbki modulowanej wstęgi bocznej przez jej przeciwną stronę (np. uruchomienie próbki dźwięku z modulacją LSB przez radio z modulacją USB). Efekty te były używane w połączeniu z innymi technikami filtrowania podczas II wojny światowej jako prosta metoda szyfrowania mowy . Rozmowy radiotelefoniczne między USA a Wielką Brytanią zostały przechwycone i „odszyfrowane” przez Niemców; zawierały kilka wczesnych rozmów między Franklinem D. Rooseveltem a Churchillem . W rzeczywistości sygnały mogą być rozumiane bezpośrednio przez przeszkolonych operatorów. W dużej mierze, aby umożliwić bezpieczną komunikację między Rooseveltem i Churchillem, opracowano system szyfrowania cyfrowego SIGSALY .

Obecnie takie proste techniki szyfrowania mowy oparte na inwersji można łatwo odszyfrować za pomocą prostych technik i nie są już uważane za bezpieczne.

Szczątkowa wstęga boczna (VSB)

Modulacja VSB

Ograniczenie modulacji pojedynczej wstęgi bocznej stosowanej dla sygnałów głosowych, a niedostępnej dla sygnałów wideo/TV prowadzi do wykorzystania szczątkowej wstęgi bocznej . Szczątkowy bocznej (w radiowej komunikacji) jest bocznej , który został tylko częściowo odcięte lub stłumione. Transmisje telewizyjne (w analogowych formatach wideo) wykorzystują tę metodę, jeśli wideo jest przesyłane w AM , ze względu na używane duże pasmo . Może być również stosowany w transmisji cyfrowej, np. w znormalizowanym 8VSB ATSC .

Kanał nadawczy lub transportowy dla telewizji w krajach, w których używany jest NTSC lub ATSC, ma szerokość pasma 6 MHz. Aby zachować szerokość pasma, pożądane byłoby SSB, ale sygnał wideo ma znaczną zawartość o niskiej częstotliwości (średnia jasność) i ma prostokątne impulsy synchronizujące. Kompromisem inżynieryjnym jest szczątkowa transmisja wstęgi bocznej. W szczątkowej wstędze bocznej transmitowana jest pełna górna wstęga boczna szerokości pasma W2 = 4,0 MHz, ale transmitowana jest tylko W1 = 0,75 MHz z dolnej wstęgi bocznej, wraz z nośną. Częstotliwość nośna wynosi 1,25 MHz powyżej dolnej krawędzi kanału o szerokości 6 MHz. To skutecznie sprawia, że ​​system AM przy niskich częstotliwościach modulacji i SSB przy wysokich częstotliwościach modulacji. Brak dolnych składowych wstęgi bocznej przy wysokich częstotliwościach musi być skompensowany, i jest to robione we wzmacniaczu IF .

Częstotliwości dla LSB i USB w amatorskiej komunikacji głosowej radiowej

Gdy w amatorskiej radiowej komunikacji głosowej używana jest pojedyncza wstęga boczna, powszechną praktyką jest, że dla częstotliwości poniżej 10 MHz używana jest dolna wstęga boczna (LSB), a dla częstotliwości od 10 MHz i powyżej górna wstęga boczna (USB). Na przykład w paśmie 40 m komunikacja głosowa często odbywa się w okolicach 7.100 MHz przy użyciu trybu LSB. W paśmie 20 m przy 14.200 MHz używany byłby tryb USB.

Wyjątek od tej reguły dotyczy pięciu dyskretnych kanałów amatorskich w paśmie 60 metrów (blisko 5,3 MHz), gdzie przepisy FCC wyraźnie wymagają USB.

Rozszerzona pojedyncza wstęga boczna (eSSB)

Rozszerzona pojedyncza wstęga boczna to dowolny tryb J3E (SSB-SC), który przekracza szerokość pasma audio standardowego lub tradycyjnego trybu SSB J3E 2,9 kHz (ITU 2K90J3E), aby zapewnić wyższą jakość dźwięku.

Rozszerzone tryby SSB Pasmo Pasmo przenoszenia Desygnator ITU
ESB (wąski-1a) 3 kHz 100 Hz ~ 3,10 kHz 3K00J3E
ESB (wąski-1b) 3 kHz 50 Hz ~ 3,05 kHz 3K00J3E
eSSB (wąskie-2) 3,5 kHz 50 Hz ~ 3,55 kHz 3K50J3E
eSSB (średni-1) 4 kHz 50 Hz ~ 4,05 kHz 4K00J3E
eSSB (średni-2) 4,5 kHz 50 Hz ~ 4,55 kHz 4K50J3E
eSSB (szeroki-1) 5 kHz 50 Hz ~ 5,05 kHz 5K00J3E
eSSB (szeroki 2) 6 kHz 50 Hz ~ 6,05 kHz 6K00J3E

Modulacja jednowstęgowa z amplitudą ( ACSSB )

Pojedyncza wstęga boczna skompresowana amplitudą ( ACSSB ) to metoda modulacji wąskopasmowej wykorzystująca pojedynczą wstęgę boczną z tonem pilota, umożliwiającą ekspanderowi w odbiorniku przywrócenie amplitudy mocno skompresowanej przez nadajnik. Oferuje lepszy efektywny zasięg w porównaniu ze standardową modulacją SSB, jednocześnie zachowując kompatybilność wsteczną ze standardowymi radiotelefonami SSB. ACSSB oferuje również zmniejszoną przepustowość i lepszy zasięg dla danego poziomu mocy w porównaniu z wąskopasmową modulacją FM.

Modulacja jednowstęgowa z kontrolowaną obwiednią ( CESSB )

Generowanie standardowej modulacji SSB skutkuje dużymi przeregulowaniami obwiedni znacznie powyżej średniego poziomu obwiedni dla tonu sinusoidalnego (nawet gdy sygnał audio jest ograniczony szczytowo). Standardowe piki obwiedni SSB są spowodowane obcięciem widma i nieliniowym zniekształceniem fazowym z błędów aproksymacji praktycznej realizacji wymaganej transformacji Hilberta. Niedawno wykazano, że odpowiednia kompensacja przeregulowania (tzw. modulacja jednopasmowa z kontrolowaną obwiednią lub CESSB ) osiąga około 3,8 dB redukcji szczytów dla transmisji mowy. Skutkuje to efektywnym wzrostem średniej mocy o około 140%. Chociaż generowanie sygnału CESSB może być zintegrowane z modulatorem SSB, możliwe jest oddzielenie generowania sygnału CESSB (np. w postaci zewnętrznego preprocesora mowy) od standardowego radia SSB. Wymaga to, aby modulator standardowego radia SSB był w fazie liniowej i miał wystarczającą szerokość pasma do przepuszczania sygnału CESSB. Jeżeli standardowy modulator SSB spełnia te wymagania, to zachowana jest kontrola obwiedni przez proces CESSB.

Oznaczenia ITU

W 1982 roku Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU) wyznaczył rodzaje modulacji amplitudy:

Przeznaczenie Opis
A3E Pełna nośna z podwójną wstęgą boczną – podstawowy schemat modulacji amplitudy
R3E Zredukowany nośnik z jedną wstęgą boczną
H3E Jedna wstęga boczna z pełnym nośnikiemcar
J3E Wytłumiony nośnik z jedną wstęgą boczną
B8E Niezależna emisja wstęgi bocznej
C3F Szczątkowa wstęga boczna
Lincompex Połączony kompresor i ekspander

Zobacz też

Bibliografia

  1. ^ US 1449382  John Carson / AT & T: „Metoda i środki do sygnalizacji falami o wysokiej częstotliwości” złożony w dniu 1 grudnia 1915; przyznany 27 marca 1923 r.
  2. ^ Historia modulacji pojedynczej wstęgi bocznej zarchiwizowana 2004-01-03 w Wayback Machine , inż. Peter Weber
  3. ^ IEEE, wczesna historia transmisji jednowstęgowej , Oswald, AA
  4. ^ Historia kabli podmorskich (1927)
  5. ^ „Radio amatorskie i powstanie SSB” (PDF) . Krajowe Stowarzyszenie Krótkofalowców.
  6. ^ Tretter, Steven A. (1995). „Rozdział 7, równanie 7,9”. W Lucky, RW (red.). Projektowanie systemów komunikacyjnych z wykorzystaniem algorytmów DSP . Nowy Jork: Springer. str. 80. Numer ISBN 0306450321.
  7. ^ Earthlink.net , wymieniający liczne artykuły.
  8. ^ „Trzecia metoda generowania i wykrywania sygnałów jednowstęgowych” DK Weaver Jr. Proc. IRE, grudzień 1956
  9. ^ "BRATS - Zaawansowany kurs krótkofalarstwa" . Brats-qth.org . Pobrano 29.01.2013 .
  10. ^ „FCC Część 97 - Zasady amatorskie usługi” (PDF) . www.fcc.gov.
  11. ^ „Kontrolowana wstęga boczna koperty” (PDF) . www.arrl.org. 2014-11-01 . Pobrano 15.01.2017 .David L. Hershberger, W9GR, QEX, wydanie listopad/grudzień. 2014, s. 3–13.
  12. ^ „Zewnętrzne przetwarzanie dla kontrolowanej wstęgi bocznej koperty” (PDF) . www.arrl.org. 2016-01-01 . Pobrano 15.01.2017 .David L. Hershberger, W9GR, QEX, wydanie styczeń/luty. 2016, s. 9–12.

Źródła

Dalsza lektura

  • Sgrignoli, G., W. Bretl, R. i Citta. (1995). „Modulacja VSB używana do transmisji naziemnych i kablowych”. Transakcje IEEE dotyczące elektroniki użytkowej. w. 41, nr 3, s. 367 - 382.
  • J. Brittain, (1992). „Skanowanie przeszłości: Ralph VL Hartley”, Proc. IEEE , tom 80, s. 463.
  • eSSB — rozszerzona pojedyncza wstęga boczna