В радиосвязи боковая полоса — это полоса частот выше или ниже несущей частоты , которая является результатом процесса модуляции . Боковые полосы несут информацию, передаваемую радиосигналом. Боковые полосы включают в себя все спектральные компоненты модулированного сигнала, за исключением несущей. Компоненты сигнала выше несущей частоты составляют верхнюю боковую полосу ( USB ), а те, что ниже несущей частоты, составляют нижнюю боковую полосу ( LSB ). Все формы модуляции создают боковые полосы.
Мы можем проиллюстрировать создание боковых полос с помощью одного тригонометрического тождества :
Добавляем к обеим сторонам :
Подставим (например) и , где представляет время :
Добавление большей сложности и временных изменений к амплитудной модуляции также добавляет ее к боковым полосам, заставляя их расширяться в полосе пропускания и изменяться со временем. По сути, боковые полосы «переносят» информационное содержание сигнала. [1]
В приведенном выше примере взаимная корреляция модулированного сигнала с чистой синусоидой равна нулю при всех значениях, кроме 1100, 1000 и 900. А ненулевые значения отражают относительную силу трех компонентов. График этой концепции, называемый преобразованием Фурье (или спектром ), является обычным способом визуализации боковых полос и определения их параметров.
Амплитудная модуляция несущего сигнала обычно приводит к двум зеркальным боковым полосам. Компоненты сигнала выше несущей частоты составляют верхнюю боковую полосу (USB), а те, что ниже несущей частоты, составляют нижнюю боковую полосу (LSB). Например, если несущая 900 кГц амплитудно модулируется аудиосигналом 1 кГц, в сгенерированном радиочастотном спектре будут компоненты на частотах 899 кГц и 901 кГц, а также 900 кГц ; поэтому для полосы пропускания аудиосигнала (скажем) 7 кГц потребуется полоса пропускания радиоспектра 14 кГц. В обычной AM- передаче , используемой АМ-станциями вещательного диапазона , исходный аудиосигнал может быть восстановлен («обнаружен») либо синхронными детекторными схемами, либо простыми детекторами огибающей , поскольку присутствуют несущая и обе боковые полосы. Иногда это называют двухполосной амплитудной модуляцией ( DSB-AM ), но не все варианты DSB совместимы с детекторами огибающей.
В некоторых формах AM несущая может быть уменьшена для экономии энергии. Термин DSB Reduced-carrier обычно подразумевает, что в передаче остается достаточно несущей, чтобы схема приемника могла восстановить сильную несущую или, по крайней мере, синхронизировать контур фазовой автоподстройки частоты , но есть формы, в которых несущая полностью удаляется, создавая двойную боковую полосу с подавленной несущей (DSB-SC). Системы с подавленной несущей требуют более сложных схем в приемнике и некоторого другого метода выведения исходной несущей частоты. Примером является стереофоническая разностная (LR) информация, передаваемая в стерео FM-вещании на поднесущей 38 кГц , где маломощный сигнал на половине несущей частоты 38 кГц вставляется между частотами монофонического сигнала (до 15 кГц) и нижней частью поднесущей стереоинформации (до 38–15 кГц, т. е. 23 кГц). Приемник локально восстанавливает поднесущую, удваивая специальный пилот-тон 19 кГц . В другом примере, квадратурная модуляция, исторически используемая для цветной информации в телевизионных передачах PAL , синхронизирующий сигнал представляет собой короткий всплеск из нескольких циклов несущей во время части "заднего крыльца" каждой строки сканирования, когда изображение не передается. Но в других системах DSB-SC несущая может быть восстановлена непосредственно из боковых полос с помощью петли Костаса или петли квадратуры. Это распространено в цифровых системах передачи, таких как BPSK, где сигнал присутствует постоянно.
Если часть одной боковой полосы и все остальные остаются, это называется остаточной боковой полосой , используемой в основном в телевизионном вещании , которое в противном случае заняло бы неприемлемо большую часть полосы пропускания . Передача, при которой передается только одна боковая полоса, называется однополосной модуляцией или SSB. SSB является преобладающим голосовым режимом на коротковолновом радио, за исключением коротковолнового вещания . Поскольку боковые полосы являются зеркальными отражениями, то, какая боковая полоса используется, является вопросом соглашения.
В SSB несущая подавляется , что значительно снижает электрическую мощность (до 12 дБ) без влияния на информацию в боковой полосе. Это обеспечивает более эффективное использование мощности передатчика и полосы пропускания РЧ, но для восстановления несущей на приемнике должен использоваться генератор частоты биений . Если восстановленная несущая частота неверна, то на выходе приемника будут неправильные частоты, но для речи небольшие ошибки частоты не являются проблемой для разборчивости. Другой способ рассмотреть приемник SSB — это как транспозитор частоты RF-to-audio : в режиме USB частота набора вычитается из каждого компонента радиочастоты для создания соответствующего компонента звука, в то время как в режиме LSB каждый входящий компонент радиочастоты вычитается из частоты набора.
Частотная модуляция также генерирует боковые полосы, потребляемая полоса пропускания зависит от индекса модуляции - часто требуя значительно большую полосу пропускания, чем DSB. Функции Бесселя могут быть использованы для расчета требований к полосе пропускания FM-передач. Правило Карсона является полезным приближением полосы пропускания в нескольких приложениях.
Боковые полосы могут мешать соседним каналам . Часть боковой полосы, которая будет перекрывать соседний канал, должна быть подавлена фильтрами до или после модуляции (часто и то, и другое). В частотной модуляции вещательного диапазона (FM) поднесущие выше 75 кГц ограничены небольшим процентом модуляции и запрещены выше 99 кГц вообще для защиты нормального отклонения ±75 кГц и границ канала ±100 кГц . Любительские радиопередатчики и передатчики FM общественных служб обычно используют отклонение ±5 кГц.
Для точного воспроизведения модулирующей формы волны весь тракт обработки сигнала системы передатчика, тракта распространения и приемника должен иметь достаточную полосу пропускания, чтобы можно было использовать достаточное количество боковых полос для воссоздания модулированного сигнала с желаемой степенью точности.
В нелинейной системе, такой как усилитель, боковые полосы исходных частотных компонентов сигнала могут быть сгенерированы из-за искажения. Это обычно минимизируется, но может быть сделано намеренно для музыкального эффекта fuzzbox .
В этой статье использованы материалы из Федерального стандарта 1037C. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 2022-01-22. (в поддержку MIL-STD-188 ).
![{\displaystyle \cos(A)\cdot [1+\cos(B)]={\tfrac {1}{2}}\cos(A+B)+\cos(A)+{\tfrac {1}{2}}\cos(AB)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e74535a5163ade273c2ea320dc59dc9714790cfb)
![{\displaystyle \underbrace {\cos(1000\ t)} _{\text{несущая волна}}\cdot \underbrace {[1+\cos(100\ t)]} _{\text{амплитудная модуляция}}=\underbrace {{\tfrac {1}{2}}\cos(1100\ t)} _{\text{верхняя боковая полоса}}+\underbrace {\cos(1000\ t)} _{\text{несущая волна}}+\underbrace {{\tfrac {1}{2}}\cos(900\ t)} _{\text{нижняя боковая полоса}}.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/acfd1bddb1316e0f98379c1d0e558d7c3e1ad847)
