Однополосная модуляция

Тип модуляции

Иллюстрация спектра сигналов AM и SSB. Спектр нижней боковой полосы (LSB) инвертирован по сравнению с базовой полосой. Например, аудиосигнал основной полосы частот 2 кГц, модулированный на несущей 5 МГц, будет давать частоту 5,002 МГц, если используется верхняя боковая полоса (USB), или 4,998 МГц, если используется младший бит.

В радиосвязи однополосная модуляция ( SSB ) или однополосная модуляция с подавленной несущей ( SSB-SC ) — это тип модуляции , используемый для передачи информации, такой как аудиосигнал , с помощью радиоволн . Усовершенствованная амплитудная модуляция позволяет более эффективно использовать мощность передатчика и полосу пропускания . Амплитудная модуляция создает выходной сигнал, полоса пропускания которого в два раза превышает максимальную частоту исходного группового сигнала. Однополосная модуляция позволяет избежать увеличения пропускной способности и потери мощности на несущей за счет увеличения сложности устройства и более сложной настройки приемника.

Основная концепция

Радиопередатчики работают путем смешивания радиочастотного (RF) сигнала определенной частоты, несущей волны , с аудиосигналом, который необходимо передать. В АМ-передатчиках такое смешивание обычно происходит в конечном усилителе РЧ (модуляция высокого уровня). Менее распространено и гораздо менее эффективно выполнять микширование на малой мощности, а затем усиливать его в линейном усилителе. Любой метод создает набор частот с сильным сигналом на несущей частоте и с более слабыми сигналами на частотах, превышающих и ниже несущей частоты на максимальную частоту входного сигнала. Таким образом, результирующий сигнал имеет спектр , полоса пропускания которого в два раза превышает максимальную частоту исходного входного аудиосигнала.

SSB использует тот факт, что весь исходный сигнал кодируется в каждой из этих «боковых полос». Нет необходимости передавать обе боковые полосы плюс несущую, поскольку подходящий приемник может извлечь весь исходный сигнал либо из верхней, либо из нижней боковой полосы. Существует несколько методов устранения несущей и одной боковой полосы из передаваемого сигнала. Создание этого однополосного сигнала может осуществляться на высоком уровне в финальном каскаде усилителя, как и в AM ^{[1] [2]} , но обычно он создается на низком уровне мощности и линейно усиливается. Более низкая эффективность линейного усиления частично нивелирует преимущество в мощности, полученное за счет исключения несущей и одной боковой полосы. Тем не менее, передачи SSB значительно эффективнее используют доступную энергию усилителя, обеспечивая передачу на большие расстояния при той же выходной мощности. Кроме того, занимаемый спектр составляет менее половины спектра AM-сигнала с полной несущей.

Прием SSB требует стабильности частоты и избирательности, значительно превосходящих возможности недорогих AM-приемников, поэтому радиовещательные компании редко используют его. При двухточечной связи, где уже широко используются дорогие приемники, их можно успешно настроить для приема любой передаваемой боковой полосы.

История

Первая заявка на патент США на модуляцию SSB была подана 1 декабря 1915 года Джоном Реншоу Карсоном . ^{[3] Перед} Первой мировой войной ВМС США экспериментировали с SSB в своих радиосхемах . ^{[4] [5]} SSB впервые поступил на коммерческую службу 7 января 1927 года на длинноволновой трансатлантической общественной радиотелефонной линии между Нью-Йорком и Лондоном. Мощные передатчики SSB были расположены в Роки-Пойнт, Нью-Йорк , и Регби, Англия . Приемники находились в очень тихих местах в Хоултоне, штат Мэн , и Купаре , Шотландия. ^[6]

SSB также использовался на междугородных телефонных линиях как часть метода, известного как мультиплексирование с частотным разделением каналов (FDM). FDM был впервые использован телефонными компаниями в 1930-х годах. С помощью этой технологии множество одновременных голосовых каналов могут передаваться по одному физическому каналу, например, на L-несущей . При использовании SSB каналы могут быть расположены (обычно) на расстоянии всего 4000  Гц друг от друга, обеспечивая при этом номинальную полосу пропускания речи от 300 Гц до 3400 Гц.

Радисты-любители начали серьезные эксперименты с SSB после Второй мировой войны . Стратегическое авиационное командование установило SSB в качестве стандарта радиосвязи для своих самолетов в 1957 году. ^[7] С тех пор он стал фактическим стандартом для передачи голоса по радио на большие расстояния.

Математическая формулировка

Изображение в частотной области математических шагов, которые преобразуют функцию основной полосы в однополосный радиосигнал.

Однополосный сигнал имеет математическую форму квадратурной амплитудной модуляции (QAM) в особом случае, когда одна из форм модулирующих сигналов является производной от другой, а не является независимым сообщением :

где – сообщение (действительное значение), – его преобразование Гильберта , – несущая частота радиосигнала . ^[8] ${\displaystyle s(t)\,}$ ${\displaystyle {\widehat {s}}(t)\,}$ ${\displaystyle f_{0}\,}$

Чтобы понять эту формулу, мы можем выразить ее как действительную часть комплексной функции без потери информации: ${\displaystyle s(t)}$

${\displaystyle s(t)=\operatorname {Re} \left\{s_{\mathrm {a} }(t)\right\}=\operatorname {Re} \left\{s(t)+j\cdot {\widehat {s}}(t)\right\},}$

где представляет мнимую единицу .  является аналитическим представлением , что   означает, что оно включает только компоненты положительной частоты : ${\displaystyle j}$ ${\displaystyle s_{\mathrm {a} }(t)}$ ${\displaystyle s(t),}$ ${\displaystyle s(t)}$

${\displaystyle {\frac {1}{2}}S_{\mathrm {a} }(f)={\begin{cases}S(f),&{\text{for}}\ f>0,\\0,&{\text{for}}\ f<0,\end{cases}}}$

где и являются соответствующими преобразованиями Фурье и   Следовательно, функция, преобразованная по частоте, содержит только одну сторону   Поскольку она также имеет только компоненты положительной частоты, ее обратное преобразование Фурье является аналитическим представлением ${\displaystyle S_{\mathrm {a} }(f)}$ ${\displaystyle S(f)}$ ${\displaystyle s_{\mathrm {a} }(t)}$ ${\displaystyle s(t).}$ ${\displaystyle S_{\mathrm {a} }\left(f-f_{0}\right)}$ ${\displaystyle S(f).}$ ${\displaystyle s_{\text{ssb}}(t):}$

${\displaystyle s_{\text{ssb}}(t)+j\cdot {\widehat {s}}_{\text{ssb}}(t)={\mathcal {F}}^{-1}\{S_{\mathrm {a} }\left(f-f_{0}\right)\}=s_{\mathrm {a} }(t)\cdot e^{j2\pi f_{0}t},\,}$

и снова действительная часть этого выражения не приводит к потере информации. Используя формулу Эйлера для расширения,     мы получаем уравнение 1 : ${\displaystyle e^{j2\pi f_{0}t},\,}$

${\displaystyle {\begin{aligned}s_{\text{ssb}}(t)&=\operatorname {Re} \left\{s_{\mathrm {a} }(t)\cdot e^{j2\pi f_{0}t}\right\}\\&=\operatorname {Re} \left\{\,\left[s(t)+j\cdot {\widehat {s}}(t)\right]\cdot \left[\cos \left(2\pi f_{0}t\right)+j\cdot \sin \left(2\pi f_{0}t\right)\right]\,\right\}\\&=s(t)\cdot \cos \left(2\pi f_{0}t\right)-{\widehat {s}}(t)\cdot \sin \left(2\pi f_{0}t\right).\end{aligned}}}$

Когерентная демодуляция для восстановления аналогична AM: умножение на   и фильтрация нижних частот для удаления «двухчастотных» составляющих вокруг частоты . Если демодулирующая несущая находится в неправильной фазе (здесь косинусная фаза), то демодулированный сигнал будет представлять собой некую линейную комбинацию и , что обычно приемлемо в голосовой связи (если несущая частота демодуляции не совсем правильная, фаза будет циклический дрейф, что опять же обычно приемлемо в голосовой связи, если ошибка частоты достаточно мала, а радиолюбители иногда терпимы к еще большим ошибкам частоты, которые вызывают неестественно звучащие эффекты смещения высоты тона). ${\displaystyle s_{\text{ssb}}(t)}$ ${\displaystyle s(t)}$ ${\displaystyle \cos \left(2\pi f_{0}t\right),}$ ${\displaystyle 2f_{0}}$ ${\displaystyle s(t)}$ ${\displaystyle {\widehat {s}}(t)}$

Нижняя боковая полоса

${\displaystyle s(t)}$также может быть восстановлен как действительная часть комплексно-сопряженного числа, которая представляет часть отрицательной частоты. Когда достаточно велика и не имеет отрицательных частот, продукт представляет собой другой аналитический сигнал, действительная часть которого представляет собой фактическую передачу нижней боковой полосы : ${\displaystyle s_{\mathrm {a} }^{*}(t),}$ ${\displaystyle S(f).}$ ${\displaystyle f_{0}\,}$ ${\displaystyle S\left(f-f_{0}\right)}$ ${\displaystyle s_{\mathrm {a} }^{*}(t)\cdot e^{j2\pi f_{0}t}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}s_{\mathrm {a} }^{*}(t)\cdot e^{j2\pi f_{0}t}&=s_{\text{lsb}}(t)+j\cdot {\widehat {s}}_{\text{lsb}}(t)\\\Rightarrow s_{\text{lsb}}(t)&=\operatorname {Re} \left\{s_{\mathrm {a} }^{*}(t)\cdot e^{j2\pi f_{0}t}\right\}\\&=s(t)\cdot \cos \left(2\pi f_{0}t\right)+{\widehat {s}}(t)\cdot \sin \left(2\pi f_{0}t\right).\end{aligned}}}$

Сумма двух боковых сигналов равна:

${\displaystyle s_{\text{usb}}(t)+s_{\text{lsb}}(t)=2s(t)\cdot \cos \left(2\pi f_{0}t\right),\,}$

который представляет собой классическую модель двухполосной AM с подавленной несущей.

Практическая реализация

Collins KWM-1 , один из первых приемопередатчиков любительской радиосвязи с возможностью передачи голоса в формате SSB.

Полосовая фильтрация

Одним из методов создания сигнала SSB является удаление одной из боковых полос посредством фильтрации , оставляя только либо верхнюю боковую полосу ( USB ), боковую полосу с более высокой частотой, либо, реже, нижнюю боковую полосу ( LSB ), боковую полосу с более низкой частотой. . Чаще всего несущая уменьшается или полностью удаляется (подавляется), и ее полностью называют несущей с подавлением одной боковой полосы ( SSBSC ). Если предположить, что обе боковые полосы симметричны, что справедливо для обычного AM- сигнала, при этом никакая информация не теряется. Поскольку окончательное радиочастотное усиление теперь сосредоточено в одной боковой полосе, эффективная выходная мощность больше, чем в обычном AM (несущая и резервная боковая полоса составляют более половины выходной мощности AM-передатчика). Хотя SSB использует существенно меньшую полосу пропускания и мощность, его нельзя демодулировать с помощью простого детектора огибающей, такого как стандартный AM.

Модулятор Хартли

Альтернативный метод генерации, известный как модулятор Хартли , названный в честь Р.В.Л. Хартли , использует фазировку для подавления нежелательной боковой полосы. Для генерации сигнала SSB с помощью этого метода генерируются две версии исходного сигнала, сдвинутые по фазе на 90° для любой отдельной частоты в пределах рабочей полосы пропускания. Затем каждый из этих сигналов модулирует несущие волны (одной частоты), которые также сдвинуты по фазе на 90° друг с другом. Путем сложения или вычитания результирующих сигналов получается сигнал нижней или верхней боковой полосы. Преимущество этого подхода заключается в том, что он позволяет получить аналитическое выражение для сигналов SSB, которое можно использовать для понимания таких эффектов, как синхронное обнаружение SSB.

Сдвиг модулирующего сигнала на 90° по фазе невозможен простой его задержкой, поскольку он содержит большой диапазон частот. В аналоговых схемах используется широкополосная 90-градусная фазофазовая сеть ^{[9] .} Этот метод был популярен во времена ламповых радиоприемников, но позже приобрел плохую репутацию из-за плохо адаптированной коммерческой реализации. Модуляция с использованием этого метода снова набирает популярность в области домашнего синтеза и DSP . Этот метод, использующий преобразование Гильберта для сдвига фазы модулирующего звука, может быть реализован без больших затрат с использованием цифровых схем.

Модулятор Вивера

Другой вариант, модулятор Уивера ^[10] , использует только фильтры нижних частот и квадратурные смесители и является предпочтительным методом в цифровых реализациях.

В методе Уивера интересующая полоса сначала переводится в центр нуля, концептуально путем модуляции комплексной экспоненты с частотой в середине голосового диапазона, но реализуется с помощью квадратурной пары синусоидальных и косинусоидальных модуляторов на этой частоте (например, 2 кГц). ). Этот сложный сигнал или пара реальных сигналов затем фильтруется нижних частот для удаления нежелательной боковой полосы, которая не центрирована на нуле. Затем однополосный комплексный сигнал с центром в нуле преобразуется с повышением частоты в реальный сигнал с помощью другой пары квадратурных смесителей до желаемой центральной частоты. ${\displaystyle \exp(j\omega t)}$

Полный, сокращенный и SSB с подавленной несущей

Обычные сигналы с амплитудной модуляцией можно считать расточительными по мощности и полосе пропускания, поскольку они содержат сигнал несущей и две идентичные боковые полосы. Поэтому передатчики SSB обычно проектируются так, чтобы минимизировать амплитуду несущего сигнала. Когда несущая удаляется из передаваемого сигнала, это называется SSB с подавленной несущей .

Однако для того, чтобы приемник воспроизводил передаваемый звук без искажений, он должен быть настроен точно на ту же частоту, что и передатчик. Поскольку на практике этого трудно достичь, передачи SSB могут звучать неестественно, а если ошибка в частоте достаточно велика, это может привести к ухудшению разборчивости. Чтобы исправить это, можно передать небольшой объем исходного сигнала несущей, чтобы приемники с необходимой схемой для синхронизации с передаваемой несущей могли правильно демодулировать звук. Этот режим передачи называется однополосным с уменьшенной несущей .

В других случаях может быть желательно сохранить некоторую степень совместимости с простыми приемниками AM, при этом уменьшая полосу пропускания сигнала. Этого можно достичь путем передачи однополосного сигнала с нормальной или слегка уменьшенной несущей. Этот режим называется совместимым (или с полной несущей) SSB или эквивалентом амплитудной модуляции (AME) . В типичных системах AME гармонические искажения могут достигать 25%, а интермодуляционные искажения могут быть намного выше обычных, но минимизация искажений в приемниках с детекторами огибающей обычно считается менее важной, чем обеспечение им возможности воспроизводить разборчивый звук.

Второе и, возможно, более правильное определение «совместимой одной боковой полосы» (CSSB) относится к форме амплитудной и фазовой модуляции, при которой несущая передается вместе с серией боковых полос, которые преимущественно находятся выше или ниже термина несущей. Поскольку при генерации сигнала присутствует фазовая модуляция, энергия удаляется из несущей и перераспределяется в структуру боковой полосы, аналогично той, которая происходит при аналоговой частотной модуляции. Сигналы, поступающие в фазовый модулятор и модулятор огибающей, дополнительно сдвинуты по фазе на 90° относительно друг друга. Это помещает информационные термины в квадратуру друг с другом; преобразование Гильберта передаваемой информации используется для конструктивного добавления одной боковой полосы и отмены противоположной основной боковой полосы. Поскольку используется фазовая модуляция, также генерируются члены более высокого порядка. Для уменьшения влияния (амплитуды) большинства этих членов более высокого порядка было использовано несколько методов. В одной системе фазомодулированный член фактически представляет собой логарифм значения уровня несущей плюс сдвинутый по фазе термин аудио/информации. Это создает идеальный сигнал CSSB, в котором при низких уровнях модуляции преобладает только член первого порядка на одной стороне несущей. По мере увеличения уровня модуляции уровень несущей снижается, а амплитуда члена второго порядка существенно увеличивается. В точке 100%-ной модуляции огибающей из несущего члена удаляется мощность на 6 дБ, и член второго порядка по амплитуде идентичен несущему. Уровень боковой полосы первого порядка увеличился, пока не достиг того же уровня, что и ранее немодулированная несущая. В точке 100% модуляции спектр выглядит идентичным обычной двухполосной AM-передаче, с центральным членом (теперь основным звуковым термином) на опорном уровне 0 дБ, а оба термина по обе стороны от основной боковой полосы на уровне −6 дБ. Разница в том, что то, что кажется несущей, сместилось в термине звуковой частоты в сторону «используемой боковой полосы». На уровнях модуляции ниже 100% структура боковой полосы выглядит совершенно асимметричной. Когда голос передается источником CSSB этого типа, низкочастотные составляющие преобладают, тогда как высокочастотные составляющие ниже на целых 20 дБ на частоте 3 кГц. В результате сигнал занимает примерно половину нормальной полосы пропускания сигнала DSB с полной несущей. Есть одна загвоздка: аудиотермин, используемый для фазовой модуляции несущей, генерируется на основе логарифмической функции, которая смещается в зависимости от уровня несущей. При отрицательной 100% модуляции член становится равным нулю (0), и модулятор становится неопределенным. Для поддержания стабильности системы и предотвращения брызг необходимо использовать строгий контроль модуляции. Эта система имеет российское происхождение и была описана в конце 1950-х годов. Неизвестно, был ли он когда-либо развернут.

Вторая серия подходов была разработана и запатентована Леонардом Р. Каном . Различные системы Кана устранили жесткое ограничение, налагаемое использованием строгой логарифмической функции при генерации сигнала. Ранее в системах Кана использовались различные методы для уменьшения члена второго порядка за счет введения компонента предыскажения. Один из примеров этого метода также использовался для генерации одного из стереосигналов AM с независимой боковой полосой Кана (ISB). Он был известен как метод возбудителя STR-77 и был представлен в 1977 году. Позже система была дополнительно улучшена за счет использования модулятора на основе арксинуса, который включал член 1-0,52E в знаменатель уравнения генератора арксинуса. E представляет собой термин конверта; примерно половина члена модуляции, применяемого к модулятору огибающей, используется для уменьшения члена второго порядка в «фазовом» модулированном тракте arcsin; тем самым уменьшая член второго порядка в нежелательной боковой полосе. Для генерации точного сигнала arcsin использовался подход многоконтурной обратной связи модулятора/демодулятора. Этот подход был представлен в 1984 году и стал известен как метод STR-84. Его продала компания Kahn Research Laboratories; позже — Kahn Communications, Inc. из Нью-Йорка. Дополнительное устройство обработки звука дополнительно улучшило структуру боковой полосы за счет избирательного применения предыскажения к модулирующим сигналам. Поскольку огибающая всех описанных сигналов остается точной копией информации, подаваемой на модулятор, ее можно демодулировать без искажений с помощью детектора огибающей, например простого диода. В практическом приемнике могут присутствовать некоторые искажения, обычно на низком уровне (в AM-вещании всегда ниже 5%) из-за резкой фильтрации и нелинейной групповой задержки в фильтрах ПЧ приемника, которые усекают боковую полосу совместимости. – те члены, которые не являются результатом линейного процесса простой модуляции сигнала огибающей, как это было бы в случае DSB-AM с полной несущей – и поворота фазы этих членов совместимости так, что они больше не компенсируют член, вызванный квадратурным искажением членом SSB первого порядка вместе с несущей. Небольшое количество искажений, вызванное этим эффектом, обычно довольно незначительно и приемлемо.

Метод Кана CSSB также некоторое время использовался Airphone в качестве метода модуляции, используемого для первых потребительских телефонных звонков, которые можно было передавать с самолета на землю. Это было быстро вытеснено методами цифровой модуляции для достижения еще большей спектральной эффективности.

Хотя CSSB сегодня редко используется в диапазонах вещания AM/MW по всему миру, некоторые радиолюбители все еще экспериментируют с ним.

Демодуляция

Входная часть приемника SSB аналогична входной части приемника AM или FM и состоит из супергетеродинного входного каскада RF , который создает версию радиочастотного (RF) сигнала со сдвигом по частоте в стандартном диапазоне промежуточных частот (ПЧ).

Чтобы восстановить исходный сигнал из сигнала ПЧ SSB, одну боковую полосу необходимо сдвинуть по частоте вниз до исходного диапазона частот основной полосы с помощью детектора продукта , который смешивает его с выходным сигналом генератора частоты биений (BFO). Другими словами, это всего лишь еще один этап гетеродинирования. Чтобы это работало, частота BFO должна быть точно настроена. Если частота BFO отключена, выходной сигнал будет сдвинут по частоте (вверх или вниз), что сделает речь странной, похожей на « Дональда Дака », или неразборчивой.

Для аудиосвязи общепринято считать сдвиг генератора BFO на 1,7 кГц. Голосовой сигнал чувствителен к сдвигу примерно на 50 Гц, но до 100 Гц все еще можно переносить. Некоторые приемники используют систему восстановления несущей , которая пытается автоматически зафиксироваться на точной частоте ПЧ. Восстановление несущей не решает проблему сдвига частоты. Это обеспечивает лучшее соотношение сигнал/шум на выходе детектора. ^{[ нужна цитата ]}

В качестве примера рассмотрим сигнал ПЧ SSB с центральной частотой = 45000 Гц. Частота основной полосы, на которую его необходимо сдвинуть, равна 2000 Гц. Форма выходного сигнала BFO : . Когда сигнал умножается (то есть гетеродинируется с ) формой волны BFO, он сдвигает сигнал на   ,  и на  , что известно как частота биений или частота изображения . Цель состоит в том, чтобы выбрать значение , которое даст частоту   = 2000 Гц. (Нежелательные компоненты можно удалить с помощью фильтра нижних частот ; для этого может служить выходной преобразователь или человеческое ухо ). ${\displaystyle F_{\text{if}}\,}$ ${\displaystyle F_{b}\,}$ ${\displaystyle \cos \left(2\pi \cdot F_{\text{bfo}}\cdot t\right)}$ ${\displaystyle \left(F_{\text{if}}+F_{\text{bfo}}\right)}$ ${\displaystyle \left|F_{\text{if}}-F_{\text{bfo}}\right|}$ ${\displaystyle F_{\text{bfo}}}$ ${\displaystyle \left|F_{\text{if}}-F_{\text{bfo}}\right|=F_{b}\,}$ ${\displaystyle \left(F_{\text{if}}+F_{\text{bfo}}\right)\,}$

Есть два варианта : 43000 Гц и 47000 Гц, называемые впрыском на стороне низкого и высокого уровня . При инжекции по верхнему плечу спектральные компоненты, которые были распределены в районе 45 000 Гц, будут распределяться в районе 2 000 Гц в обратном порядке, что также известно как инвертированный спектр. На самом деле это желательно, когда спектр ПЧ также инвертирован, поскольку инверсия BFO восстанавливает правильные соотношения. Одна из причин этого заключается в том, что спектр ПЧ является выходным сигналом инвертирующего каскада приемника. Другая причина заключается в том, что сигнал SSB на самом деле представляет собой нижнюю боковую полосу, а не верхнюю боковую полосу. Но если обе причины верны, то спектр ПЧ не инвертируется и следует использовать неинвертирующий БФО (43000 Гц). ${\displaystyle F_{\text{bfo}}}$

Если он отключен на небольшую величину, частота биений не совсем соответствует действительности , что может привести к упомянутым ранее искажениям речи. ${\displaystyle F_{\text{bfo}}\,}$ ${\displaystyle F_{b}\,}$

SSB как метод шифрования речи

Методы SSB также могут быть адаптированы к частотному сдвигу и инверсии частоты сигналов основной полосы ( инверсия голоса ). Этот метод скремблирования голоса был реализован путем пропускания звука модулированного аудиосэмпла одной боковой полосы через его противоположный (например, прохождение аудиосэмпла, модулированного LSB, через радиомодуль, использующий модуляцию USB). Эти эффекты использовались в сочетании с другими методами фильтрации во время Второй мировой войны в качестве простого метода шифрования речи . Радиотелефонные разговоры между США и Великобританией были перехвачены и «расшифрованы» немцами; они включали некоторые ранние беседы между Франклином Д. Рузвельтом и Черчиллем . ^{[ нужна цитация ]} Фактически, сигналы могли быть поняты непосредственно обученными операторами. В основном для обеспечения безопасной связи между Рузвельтом и Черчиллем была разработана система цифрового шифрования SIGSALY .

Сегодня такие простые методы шифрования речи на основе инверсии легко расшифровываются с помощью простых методов и больше не считаются безопасными.

Рудиментарная боковая полоса (VSB)

VSB-модуляция

Ограничение однополосной модуляции, используемой для речевых сигналов и недоступной для видео/телевизионных сигналов, приводит к использованию рудиментарной боковой полосы . Рудиментарная боковая полоса (в радиосвязи ) — это боковая полоса , которая лишь частично обрезана или подавлена. Телевизионные передачи (в аналоговых видеоформатах) используют этот метод, если видео передается в формате AM , из-за большой используемой полосы пропускания . Его также можно использовать в цифровой передаче, например, стандартизированный ATSC 8VSB .

Вещательный или транспортный канал телевидения в странах, использующих NTSC или ATSC , имеет полосу пропускания 6 МГц. Для экономии полосы пропускания желательно использовать SSB, но видеосигнал имеет значительную низкочастотную составляющую (среднюю яркость) и прямоугольные синхронизирующие импульсы. Инженерным компромиссом является передача с рудиментарной боковой полосой. В рудиментарной боковой полосе передается вся верхняя боковая полоса полосы W2 = 4,0 МГц, но передается только W1 = 0,75 МГц нижней боковой полосы вместе с несущей. Несущая частота находится на 1,25 МГц выше нижней границы канала шириной 6 МГц. Это эффективно делает систему AM на низких частотах модуляции и SSB на высоких частотах модуляции. Отсутствие нижних боковых составляющих на высоких частотах необходимо компенсировать, и это делается в усилителе ПЧ .

Частоты для LSB и USB в голосовой радиолюбительской связи

Когда в любительской голосовой радиосвязи используется однополосный диапазон, обычно для частот ниже 10 МГц используется нижняя боковая полоса (LSB), а для частот 10 МГц и выше — верхняя боковая полоса (USB). ^[11] Например, в диапазоне 40 м голосовая связь часто осуществляется на частоте около 7,100 МГц с использованием режима LSB. На диапазоне 20 м на частоте 14,200 МГц будет использоваться режим USB.

Исключение из этого правила применяется к пяти дискретным любительским каналам в диапазоне 60 метров (около 5,3 МГц), где правила FCC специально требуют использования USB. ^[12]

Расширенная однополосная полоса (eSSB)

Расширенная однополосная полоса — это любой режим J3E (SSB-SC), который превышает полосу пропускания звука стандартных или традиционных режимов SSB J3E 2,9 кГц (ITU 2K90J3E) для поддержки звука более высокого качества.

Однополосная модуляция с амплитудным компаундированием ( ACSSB )

Однополосная модуляция с амплитудным компаундированием ( ACSSB ) — это метод узкополосной модуляции, использующий одну боковую полосу с пилот-тоном, позволяющий расширителю в приемнике восстановить амплитуду, которая была сильно сжата передатчиком. Он предлагает улучшенную эффективную дальность по сравнению со стандартной модуляцией SSB, одновременно сохраняя обратную совместимость со стандартными радиостанциями SSB. ACSSB также предлагает уменьшенную полосу пропускания и улучшенный диапазон для заданного уровня мощности по сравнению с узкополосной FM-модуляцией.

Однополосная модуляция с управляемой огибающей ( CESSB )

Генерация стандартной SSB-модуляции приводит к большим выбросам огибающей, значительно превышающим средний уровень огибающей для синусоидального тона (даже когда аудиосигнал ограничен по пику). Стандартные пики огибающей SSB обусловлены усечением спектра и нелинейными фазовыми искажениями из-за ошибок аппроксимации практической реализации требуемого преобразования Гильберта. Недавно было показано, что подходящая компенсация перерегулирования (так называемая однополосная модуляция с управляемой огибающей или CESSB ) обеспечивает снижение пика примерно на 3,8 дБ при передаче речи. Это приводит к эффективному увеличению средней мощности примерно на 140%. ^[13] Хотя генерация сигнала CESSB может быть интегрирована в модулятор SSB, возможно отделить генерацию сигнала CESSB (например, в виде внешнего речевого препроцессора) от стандартной радиосвязи SSB. Для этого необходимо, чтобы стандартный радиомодулятор SSB был линейно-фазовым и имел достаточную полосу пропускания для передачи сигнала CESSB. Если стандартный модулятор SSB соответствует этим требованиям, то управление огибающей процессом CESSB сохраняется. ^[14]

Обозначения МСЭ

В 1982 году Международный союз электросвязи (ITU) обозначил виды амплитудной модуляции:

Смотрите также

• ACSSB , одна боковая полоса с амплитудным компандированием
• Независимая боковая полоса
• Модуляция для других примеров методов модуляции
• Боковая полоса для получения более общей информации о боковой полосе.

Рекомендации

1. Майкл Мюррей Эллиотт (1953). Передача по одной боковой полосе путем устранения и восстановления огибающей (Диссертация). Военно-морская аспирантура. hdl : 10945/24839.
2. Леонард Р. Кан (июль 1952 г.). «Однополосная передача путем устранения и восстановления огибающей». Труды ИРЭ . 40 (7): 803–806. дои : 10.1109/JRPROC.1952.273844. S2CID  51669401.
3. США 1449382  Джон Карсон / AT&T: «Метод и средства передачи сигналов с помощью высокочастотных волн», поданный 1 декабря 1915 года; выдан 27 марта 1923 г.
4. История однополосной модуляции. Архивировано 3 января 2004 г. в Wayback Machine , Ing. Питер Вебер
5. IEEE, Ранняя история однополосной передачи, Освальд, А.А.
6. История подводных кабелей (1927)
7. «Любительское радио и рост SSB» (PDF) . Национальная ассоциация любительского радио.
8. Треттер, Стивен А. (1995). «Глава 7, уравнение 7.9». В Lucky, RW (ред.). Проектирование систем связи с использованием алгоритмов DSP . Нью-Йорк: Спрингер. п. 80. ИСБН 0306450321.
9. Earthlink.net, список многочисленных статей.
10. «Третий метод генерации и обнаружения однополосных сигналов» Д.К. Уивер-младший Proc. ИРЭ, декабрь 1956 г.
11. «BRATS - Продвинутый курс обучения радиолюбителю» . Brats-qth.org . Проверено 29 января 2013 г.
12. «FCC Часть 97 — Правила любительской службы» (PDF) . www.fcc.gov.
13. «Однополосный контролируемый конверт» (PDF) . www.arrl.org. 01.11.2014 . Проверено 15 января 2017 г.Дэвид Л. Хершбергер, W9GR, QEX, выпуск ноябрь/декабрь. 2014, стр. 3–13.
14. «Внешняя обработка для однополосной управляемой огибающей» (PDF) . www.arrl.org. 01.01.2016 . Проверено 15 января 2017 г.Дэвид Л. Хершбергер, W9GR, QEX, выпуск за январь/февраль. 2016, стр. 9–12.

Источники

• Частично из федерального стандарта 1037C в поддержку MIL-STD-188.

дальнейшее чтение

• Сгриньоли, Г., В. Бретл, Р. и Читта. (1995). «Модуляция VSB используется для наземного и кабельного вещания». Транзакции IEEE в бытовой электронике. т. 41, вып. 3, с. 367 – 382.
• Дж. Бриттен (1992). «Сканирование прошлого: Ральф В.Л. Хартли», Учеб. IEEE , том 80, стр. 463.
• eSSB — расширенная однополосная полоса