Single-sideband modulation - Single-sideband modulation

Ilustrace spektra signálů AM a SSB. Spektrum dolního bočního pásma (LSB) je invertováno ve srovnání se základním pásmem. Jako příklad lze uvést, že 2kHz audio signál základního pásma modulovaný na 5 MHz nosnou bude produkovat frekvenci 5,002 MHz, pokud se použije horní postranní pásmo (USB), nebo 4,998 MHz, pokud se použije LSB.

V rádiové komunikaci je modulace s jedním postranním pásmem ( SSB ) nebo modulace s potlačeným nosičem s jedním postranním pásmem ( SSB-SC ) druh modulace používané k přenosu informací, jako je zvukový signál , pomocí rádiových vln . Zdokonalení amplitudové modulace využívá efektivněji výkon vysílače a šířku pásma . Amplitudová modulace produkuje výstupní signál, jehož šířka pásma je dvojnásobkem maximální frekvence původního signálu v základním pásmu . Modulace s jedním postranním pásmem zabrání tomuto zvýšení šířky pásma a plýtvání energií na nosiči za cenu zvýšené složitosti zařízení a obtížnějšího ladění na přijímači.

Základní koncept

Rádiové vysílače fungují smícháním vysokofrekvenčního (RF) signálu určité frekvence, nosné vlny , se zvukovým signálem, který má být vysílán. U vysílačů AM toto míchání obvykle probíhá v koncovém RF zesilovači (modulace na vysoké úrovni). Méně časté a mnohem méně efektivní je směšování při nízkém výkonu a následné zesílení v lineárním zesilovači. Každá z těchto metod produkuje sadu frekvencí se silným signálem na nosné frekvenci a se slabšími signály na frekvencích rozšiřujících se nad a pod nosnou frekvencí o maximální frekvenci vstupního signálu. Výsledný signál má tedy spektrum, jehož šířka pásma je dvojnásobkem maximální frekvence původního vstupního zvukového signálu.

SSB využívá skutečnosti, že v každé z těchto „postranních pásem“ je zakódován celý původní signál. Není nutné vysílat obě postranní pásma plus nosnou, protože vhodný přijímač může extrahovat celý původní signál z horního nebo spodního postranního pásma. Existuje několik metod pro eliminaci nosné a jednoho postranního pásma z přenášeného signálu. Produkce tohoto signálu s jedním postranním pásmem je příliš komplikovaná, než aby byla provedena v konečné fázi zesilovače, jako u AM. Modulace SSB musí být provedena na nízké úrovni a zesílena v lineárním zesilovači, kde nižší účinnost částečně kompenzuje energetickou výhodu získanou eliminací nosné a jednoho postranního pásma. Přenosy SSB nicméně využívají dostupnou energii zesilovače podstatně efektivněji a poskytují přenos na delší dosah pro stejný výkon. Obsazené spektrum je navíc méně než poloviční oproti plnému nosnému AM signálu.

Příjem SSB vyžaduje frekvenční stabilitu a selektivitu mnohem vyšší než u levných přijímačů AM, a proto je provozovatelé vysílání zřídka používali. V komunikaci typu point-to-point, kde se drahé přijímače již běžně používají, je možné je úspěšně upravit tak, aby přijímaly jakékoli vysílané postranní pásmo.

Dějiny

První americkou patentovou přihlášku pro modulaci SSB podal 1. prosince 1915 John Renshaw Carson . Americké námořnictvo před první světovou válkou experimentovalo s SSB na svých rádiových obvodech . SSB poprvé vstoupila do komerční služby 7. ledna 1927 na dlouhovlnném transatlantickém veřejném radiotelefonním okruhu mezi New Yorkem a Londýnem. Vysílače SSB s vysokým výkonem byly umístěny v Rocky Point v New Yorku a v anglickém Rugby . Přijímače byly na velmi klidných místech v Houltonu, Maine a Cupar Scotland.

SSB byl také používán na dálkových telefonních linkách , jako součást techniky známé jako multiplexování s frekvenčním dělením (FDM). FDM byl průkopníkem telefonních společností ve 30. letech. S touto technologií by bylo možné přenášet mnoho simultánních hlasových kanálů na jednom fyzickém obvodu, například v L-nosné . U SSB by kanály mohly být rozmístěny (obvykle) pouze 4 000 Hz od sebe, přičemž nabízejí šířku pásma řeči nominálně 300 Hz až 3 400 Hz.

Po druhé světové válce začali amatérští radisté s SSB vážně experimentovat . Strategic Air Command založena SSB jako norem pro rádiovou komunikaci na jeho letadle v roce 1957. Stala se de facto standardem pro dálkové hlasu rádiové přenosy od té doby.

Matematická formulace

Zobrazení frekvenčních domén matematických kroků, které převádějí funkci základního pásma na rádiový signál s jedním postranním pásmem.

Jednopásmové pásmo má matematickou formu kvadraturní amplitudové modulace (QAM) ve zvláštním případě, kdy je jedna z křivek základního pásma odvozena od druhé, místo aby byla nezávislými zprávami :

{\ displaystyle s _ {\ text {ssb}} (t) = s (t) \ cdot \ cos \ left (2 \ pi f_ {0} t \ right) - {\ widehat {s}} (t) \ cdot \ sin \ left (2 \ pi f_ {0} t \ right), \,}

( Rov. 1 )

kde je zpráva (se skutečnou hodnotou), je její Hilbertova transformace a je frekvence rádiového nosiče . ${\ displaystyle s (t) \,}$ ${\ displaystyle {\ widehat {s}} (t) \,}$ ${\ displaystyle f_ {0} \,}$

Abychom pochopili tento vzorec, můžeme jej vyjádřit jako skutečnou součást funkce s komplexní hodnotou bez ztráty informací: ${\ displaystyle s (t)}$

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

kde představuje imaginární jednotku . je analytická znázornění na což znamená, že obsahuje pouze pozitivní-frekvenčních složek : ${\ displaystyle j}$ ${\ displaystyle s _ {\ mathrm {a}} (t)}$ ${\ displaystyle s (t),}$ ${\ displaystyle s (t)}$

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

kde a jsou příslušné Fourierovy transformace a Proto frekvenčně přeložená funkce obsahuje pouze jednu stranu Vzhledem k tomu, že má také pouze kladně-frekvenční složky, je její inverzní Fourierova transformace analytickou reprezentací ${\ displaystyle S _ {\ mathrm {a}} (f)}$ ${\ displaystyle S (f)}$ ${\ displaystyle s _ {\ mathrm {a}} (t)}$ ${\ displaystyle s (t).}$ ${\ displaystyle S _ {\ mathrm {a}} \ vlevo (f-f_ {0} \ vpravo)}$ ${\ displaystyle S (f).}$ ${\ displaystyle s _ {\ text {ssb}} (t):}$

{\ 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}, \,}

a opět skutečná část tohoto výrazu nezpůsobuje žádnou ztrátu informací. S Eulerovy rovnice rozšířit získáme Eq.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}}}

Koherentní demodulace pro zotavení je stejná jako AM: vynásobte a dolní propust, abyste odstranili „dvojfrekvenční“ složky kolem frekvence . Pokud demodulační nosná není ve správné fázi (kosinová fáze zde), pak demodulovaný signál bude nějakou lineární kombinací a , což je obvykle přijatelné v hlasové komunikaci (pokud frekvence demodulační nosné není zcela v pořádku, bude fáze cyklické driftování, což je v hlasové komunikaci obvykle přijatelné, pokud je frekvenční chyba dostatečně malá, a amatérští operátoři jsou někdy tolerantní k ještě větším frekvenčním chybám, které způsobují nepřirozeně znějící efekty posunu výšky tónu). ${\ displaystyle s _ {\ text {ssb}} (t)}$ ${\ displaystyle s (t)}$ ${\ displaystyle \ cos \ left (2 \ pi f_ {0} t \ right),}$ ${\ displaystyle 2f_ {0}}$ ${\ displaystyle s (t)}$ ${\ displaystyle {\ widehat {s}} (t)}$

Dolní postranní pásmo

${\ displaystyle s (t)}$ lze také získat jako skutečnou část komplexního konjugátu, která představuje část záporné frekvence Když je dostatečně velká, že nemá žádné záporné frekvence, produkt je dalším analytickým signálem, jehož skutečnou částí je skutečný přenos dolního pásma : ${\ displaystyle s _ {\ mathrm {a}} ^ {*} (t),}$ ${\ displaystyle S (f).}$ ${\ displaystyle f_ {0} \,}$ ${\ displaystyle S \ left (f-f_ {0} \ right)}$ ${\ displaystyle s _ {\ mathrm {a}} ^ {*} (t) \ cdot e ^ {j2 \ pi f_ {0} t}}$

{\ 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} \ vpravo \} \\ & = s (t) \ cdot \ cos \ vlevo (2 \ pi f_ {0} t \ right) + {\ widehat {s}} (t) \ cdot \ sin \ left (2 \ pi f_ {0} t \ right). \ end {aligned}}}

Součet dvou signálů postranního pásma je:

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

což je klasický model dvojitého postranního pásma AM s potlačeným nosičem .

Praktické implementace

Collins kWm-1 , časný amatérský rozhlasový vysílač, který uváděl hlasové schopnosti SSB

Filtrování pásma

Jedním ze způsobů výroby signálu SSB je odstranění jednoho z postranních pásem pomocí filtrování , přičemž zůstane pouze horní postranní pásmo ( USB ), postranní pásmo s vyšší frekvencí nebo méně často spodní postranní pásmo ( LSB ), postranní pásmo s nižší frekvencí . Nejčastěji je nosič redukován nebo zcela odstraněn (potlačen), přičemž je zcela označován jako potlačený nosič s jedním postranním pásmem ( SSBSC ). Za předpokladu, že jsou obě postranní pásma symetrická, což je případ normálního signálu AM , v procesu nedojde ke ztrátě žádné informace. Vzhledem k tomu, že konečné RF zesílení je nyní soustředěno v jediném postranním pásmu, je efektivní výstupní výkon větší než v normálním AM (nosný a redundantní postranní pásmo tvoří více než polovinu výstupního výkonu vysílače AM). Ačkoli SSB používá podstatně menší šířku pásma a výkon, nelze jej demodulovat jednoduchým detektorem obálek, jako je standardní AM.

Hartleyův modulátor

Alternativní generační metoda známá jako Hartleyův modulátor , pojmenovaná po RVL Hartley , používá fázování k potlačení nežádoucího postranního pásma. Pro generování SSB signálu touto metodou jsou generovány dvě verze původního signálu, vzájemně 90 ° mimo fázi pro každou jednotlivou frekvenci v rámci provozní šířky pásma. Každý z těchto signálů pak moduluje nosné vlny (jedné frekvence), které jsou navzájem také o 90 ° mimo fázi . Přidáním nebo odečtením výsledných signálů vznikne signál spodního nebo horního postranního pásma. Výhodou tohoto přístupu je umožnit analytický výraz pro signály SSB, který lze použít k pochopení efektů, jako je synchronní detekce SSB.

Posun signálu základního pásma o 90 ° z fáze nelze provést jednoduše jeho zpožděním, protože obsahuje velký rozsah frekvencí. V analogových obvodech se používá širokopásmová 90stupňová síť s fázovým rozdílem. Tato metoda byla populární v dobách elektronek rádia, ale později získala špatnou pověst kvůli špatně upraveným komerčním implementacím. Modulace pomocí této metody opět získává na popularitě v oborech homebrew a DSP . Tuto metodu, využívající Hilbertovu transformaci k fázovému posunu zvuku základního pásma, lze provést s nízkými náklady s digitálními obvody.

Weaver modulátor

Další variace, modulátor Weaver , používá pouze dolní propusti a kvadraturní směšovače a je oblíbenou metodou v digitálních implementacích.

V Weaverově metodě je zájmové pásmo nejprve přeloženo tak, aby bylo vycentrováno na nulu, koncepčně modulací komplexní exponenciály s frekvencí uprostřed hlasového pásma, ale implementovanou kvadraturní dvojicí sinusových a kosinových modulátorů na této frekvenci (např. 2 kHz ). Tento komplexní signál nebo dvojice reálných signálů se poté filtruje dolní propustí, aby se odstranilo nežádoucí postranní pásmo, které není vycentrováno na nulu. Poté je komplexní signál s jedním postranním pásmem centrovaný na nulu převeden na skutečný signál další dvojicí kvadraturních směšovačů na požadovanou střední frekvenci. ${\ displaystyle \ exp (j \ omega t)}$

Plný, redukovaný a potlačený SSB

Konvenční signály modulované amplitudou lze považovat za plýtvání energií a šířkou pásma, protože obsahují nosný signál a dvě identická postranní pásma. Vysílače SSB jsou proto obecně navrženy tak, aby minimalizovaly amplitudu nosného signálu. Když je nosná odstraněna z přenášeného signálu, nazývá se to SSB s potlačenou nosnou .

Aby však přijímač mohl reprodukovat přenášený zvuk bez zkreslení, musí být naladěn na přesně stejnou frekvenci jako vysílač. Jelikož je to v praxi obtížné dosáhnout, přenosy SSB mohou znít nepřirozeně a pokud je chyba ve frekvenci dostatečně velká, může to způsobit špatnou srozumitelnost. Aby se to napravilo, lze přenášet malé množství původního nosného signálu, takže přijímače s nezbytnými obvody pro synchronizaci s přenášenou nosnou mohou správně demodulovat zvuk. Tento způsob přenosu se nazývá jednopásmové připojení se sníženou nosnou .

V ostatních případech může být žádoucí zachovat určitou míru kompatibility s jednoduchými přijímači AM a přitom stále snižovat šířku pásma signálu. Toho lze dosáhnout přenosem jednopásmového pásma s normálním nebo mírně sníženým nosičem. Tento režim se nazývá kompatibilní (nebo plný nosič) SSB nebo ekvivalent amplitudové modulace (AME) . V typických systémech AME může harmonické zkreslení dosáhnout 25% a intermodulační zkreslení může být mnohem vyšší, než je obvyklé, ale minimalizace zkreslení v přijímačích s obálkovými detektory je obecně považována za méně důležitou než umožnit jim produkovat srozumitelný zvuk.

Druhá, a možná správnější, definice „kompatibilního jediného postranního pásma“ (CSSB) odkazuje na formu amplitudové a fázové modulace, ve které je nosná přenášena spolu s řadou postranních pásem, která jsou převážně nad nebo pod nosnou větou. Jelikož je při generování signálu přítomna fázová modulace, je energie odstraněna z nosného členu a přerozdělena do struktury postranního pásma podobná té, která se vyskytuje při analogové frekvenční modulaci. Signály napájející fázový modulátor a obalový modulátor jsou dále vzájemně fázově posunuty o 90 °. Toto umístí informační termíny do kvadratury navzájem; Hilbertova transformace informací, které mají být přenášeny, je využívána k vyvolání konstruktivního přidání jednoho postranního pásma a zrušení opačného primárního postranního pásma. Protože se používá fázová modulace, generují se také termíny vyššího řádu. Ke snížení dopadu (amplitudy) většiny těchto výrazů vyššího řádu bylo použito několik metod. V jednom systému je fázově modulovaný člen vlastně logem hodnoty nosné úrovně plus audio / informační člen s fázovým posunem. To vytváří ideální signál CSSB, kde na nízkých úrovních modulace převládá pouze člen prvního řádu na jedné straně nosné. Jak se zvyšuje úroveň modulace, úroveň nosné se snižuje, zatímco termín druhého řádu se podstatně zvyšuje v amplitudě. V bodě 100% modulace obálky je z nosného členu odstraněno 6 dB výkonu a člen druhého řádu má stejnou amplitudu jako nosný člen. Postranní pás prvního řádu se zvýšil na úrovni, dokud nyní není na stejné úrovni jako dříve nemodulovaný nosič. V bodě 100% modulace se spektrum jeví jako identické s normálním přenosem AM s dvojitým postranním pásmem, přičemž středový člen (nyní primární zvukový člen) na referenční úrovni 0 dB a oba členy na obou stranách primárního postranního pásma na -6 dB. Rozdíl je v tom, že to, co se jeví jako nosná, se posunulo o audiofrekvenční výraz směrem k „postrannímu pásmu v provozu“. Při úrovních pod 100% modulací se struktura postranního pásma jeví jako zcela asymetrická. Když je hlas přenášen zdrojem CSSB tohoto typu, dominují nízkofrekvenční komponenty, zatímco vysokofrekvenční termíny jsou nižší až o 20 dB při 3 kHz. Výsledkem je, že signál zabírá přibližně 1/2 normální šířky pásma signálu DSB s plnou nosnou. Existuje jeden háček: zvukový výraz používaný k fázové modulaci nosné je generován na základě funkce protokolu, která je předpjatá úrovní nosné. Při záporné 100% modulaci je termín řízen na nulu (0) a modulátor se stává nedefinovaným. K udržení stability systému a zabránění rozstřiku je nutné použít přísnou modulační kontrolu. Tento systém je ruského původu a byl popsán na konci 50. let. Není jisté, zda byla někdy nasazena.

Druhá řada přístupů byla navržena a patentována Leonardem R. Kahnem . Různé Kahnovy systémy odstranily tvrdý limit stanovený použitím přísné logovací funkce při generování signálu. Dříve Kahnovy systémy využívaly různé metody ke snižování termínu druhého řádu prostřednictvím vložení předzkreslené komponenty. Jeden příklad této metody byl také použit ke generování jednoho ze stereofonních signálů Kahn AM s nezávislým postranním pásmem (ISB). Byla známá jako metoda budiče STR-77, která byla zavedena v roce 1977. Později byl systém dále vylepšen použitím modulátoru na bázi arcsinu, který zahrnoval výraz 1-0,52E ve jmenovateli rovnice generátoru arcsinu. E představuje obálkový člen; zhruba polovina termínu modulace aplikovaného na modulátor obálky je použita ke snížení termínu druhého řádu obloukem "fázově" modulované cesty; čímž se redukuje člen druhého řádu v nežádoucím postranním pásmu. Ke generování přesného signálu arcsinu byl použit přístup zpětnovazebního modulátoru / demodulátoru s více smyčkami. Tento přístup byl zaveden v roce 1984 a stal se známý jako metoda STR-84. Byl prodán společností Kahn Research Laboratories; později Kahn Communications, Inc. z NY. Dodatečné zařízení pro zpracování zvuku dále vylepšilo strukturu postranního pásma tím, že selektivně aplikovalo pre-důraz na modulační signály. Protože obálka všech popsaných signálů zůstává přesnou kopií informací aplikovaných na modulátor, lze ji demodulovat bez zkreslení detektorem obálky, jako je jednoduchá dioda. V praktickém přijímači může být přítomno určité zkreslení, obvykle na nízké úrovni (v AM vysílání, vždy pod 5%), kvůli ostré filtraci a nelineárnímu skupinovému zpoždění v IF filtrech přijímače, které zkracují postranní pásmo kompatibility - ty výrazy, které nejsou výsledkem lineárního procesu jednoduše obálky modulující signál, jak by tomu bylo v případě DSB-AM s plnou nosnou - a rotace fáze těchto termínů kompatibility tak, že již nezruší způsob kvadraturního zkreslení způsobený termínem SSB první objednávky spolu s dopravcem. Malé zkreslení způsobené tímto efektem je obecně poměrně nízké a přijatelné.

Metoda Kahn CSSB byla krátce použita také společností Airphone jako metoda modulace používaná pro časné spotřebitelské telefonní hovory, které by mohly být umístěny z letadla na zem. To bylo rychle nahrazeno metodami digitální modulace, aby se dosáhlo ještě vyšší spektrální účinnosti.

Zatímco CSSB se dnes zřídka používá ve vysílacích pásmech AM / MW po celém světě, někteří amatérští rozhlasoví operátoři s tím stále experimentují.

Demodulace

Přední konec přijímače SSB je podobný přednímu konci přijímače AM nebo FM , který se skládá ze superheterodynového RF předního konce, které produkuje frekvenčně posunutou verzi vysokofrekvenčního signálu (RF) v rámci standardního mezifrekvenčního pásma (IF).

Chcete-li obnovit původní signál ze signálu IF SSB, musí být jedno postranní pásmo posunuto dolů na původní rozsah frekvencí základního pásma pomocí detektoru produktu, který jej mísí s výstupem oscilačního kmitočtu (BFO). Jinými slovy, je to jen další fáze heterodyningu. Aby to fungovalo, musí být frekvence BFO přesně nastavena. Pokud je frekvence BFO vypnutá, výstupní signál bude frekvenčně posunut (nahoru nebo dolů), což způsobí, že řeč bude znít divně a jako „ Donald Duck “ nebo jako nesrozumitelná.

U zvukové komunikace existuje společná shoda ohledně posunu BFO oscilátoru o 1,7 kHz. Hlasový signál je citlivý na posun asi 50 Hz, snesitelný je až 100 Hz. Některé přijímače používají systém obnovy nosné , který se pokouší automaticky uzamknout na přesnou frekvenci IF. Obnova nosné neřeší frekvenční posun. Poskytuje lepší poměr S / N na výstupu detektoru.

Jako příklad zvažte signál IF SSB se středem na frekvenci = 45000 Hz. Frekvence základního pásma, kterou je třeba posunout, je = 2000 Hz. Výstupní křivka BFO je . Je-li signál násobí (aka heterodyned s ) Tento BFO průběh, posouvá signál , a na , který je známý jako frekvence tlukotu nebo frekvence obrazu . Cílem je vybrat hodnotu, která vede k = 2 000 Hz. (Nežádoucí součásti lze odstranit nízkofrekvenčním filtrem , pro který může sloužit výstupní měnič nebo lidské ucho ). ${\ displaystyle F _ {\ text {if}} \,}$ ${\ displaystyle F_ {b} \,}$ ${\ displaystyle \ cos \ left (2 \ pi \ cdot F _ {\ text {bfo}} \ cdot t \ right)}$ ${\ displaystyle \ left (F _ {\ text {if}} + F _ {\ text {bfo}} \ right)}$ ${\ displaystyle \ left | F _ {\ text {if}} - F _ {\ text {bfo}} \ doprava |}$ ${\ displaystyle F _ {\ text {BFO}}}$ ${\ displaystyle \ left | F _ {\ text {if}} - F _ {\ text {bfo}} \ doprava | = F_ {b} \,}$ ${\ displaystyle \ left (F _ {\ text {if}} + F _ {\ text {bfo}} \ right) \,}$

Existují dvě možnosti pro : 43 000 Hz a 47 000 Hz, které se nazývají injekce na nízké a vysoké straně . Při injekci na vysoké straně budou spektrální složky, které byly distribuovány kolem 45 000 Hz, distribuovány kolem 2 000 Hz v opačném pořadí, také známém jako obrácené spektrum. To je ve skutečnosti žádoucí, když je také obrácené IF spektrum, protože inverze BFO obnovuje správné vztahy. Jedním z důvodů je to, když je IF spektrum výstupem invertujícího stupně v přijímači. Dalším důvodem je, když signál SSB je ve skutečnosti spodní postranní pásmo, místo horního postranního pásma. Pokud jsou ale oba důvody pravdivé, pak IF spektrum není invertováno a mělo by se použít neinvertující BFO (43000 Hz). ${\ displaystyle F _ {\ text {bfo}}}$

Pokud je vypnuto o malou částku, pak frekvence rytmu není přesně , což může vést k výše zmíněnému zkreslení řeči. ${\ displaystyle F _ {\ text {bfo}} \,}$ ${\ displaystyle F_ {b} \,}$

SSB jako technika kódování řeči

SSB techniky mohou být také přizpůsobeny frekvenční posun a frekvenční pásma klenbou průběhů ( hlas inverze ). Tato metoda kódování hlasu byla vyrobena spuštěním zvuku jednoho zvukového vzorku modulovaného bočním pásmem přes jeho protiklad (např. Spuštěním zvukového vzorku modulovaného LSB přes rádio s USB modulací). Tyto efekty byly použity ve spojení s dalšími filtračními technikami během druhé světové války jako jednoduchá metoda šifrování řeči . Radiotelefonní rozhovory mezi USA a Británi Němci zachytili a „dešifrovali“; zahrnovali některé rané rozhovory mezi Franklinem D. Rooseveltem a Churchillem . Ve skutečnosti mohly signály pochopit přímo vyškolení operátoři. Z velké části umožňující bezpečnou komunikaci mezi Rooseveltem a Churchillem byl vyvinut systém digitálního šifrování SIGSALY.

Dnes se takové jednoduché techniky šifrování řeči založené na inverzi snadno dešifrují pomocí jednoduchých technik a již se nepovažují za bezpečné.

Zakrnělé postranní pásmo (VSB)

Modulace VSB

Omezení modulace s jedním postranním pásmem, které se používá pro hlasové signály a není k dispozici pro video / TV signály, vede k použití zbytkového postranního pásma . Zbytkový postranním pásmem (v rádiové spojení) je postranní pásmo , která byla jen částečně odříznut nebo potlačena. Televizní vysílání (v analogové video formátů) tuto metodu použít v případě, že videa jsou přenášena v AM , vzhledem k velké šířce pásma používaného. Může být také použit v digitálním přenosu, jako je například ATSC standardizovaný 8VSB .

Vysílací nebo dopravní kanál pro televizi v zemích, které používají NTSC nebo ATSC, má šířku pásma 6 MHz. Pro zachování šířky pásma by bylo žádoucí SSB, ale videosignál má významný nízkofrekvenční obsah (průměrný jas) a má obdélníkové synchronizační pulzy. Inženýrským kompromisem je zakořeněný postranní přenos. Ve zbytkovém postranním pásmu se přenáší celé horní postranní pásmo šířky pásma W2 = 4,0 MHz, ale pouze W1 = 0,75 MHz spodního postranního pásma se přenáší spolu s nosnou. Nosná frekvence je 1,25 MHz nad spodní hranou 6MHz širokého kanálu. Díky tomu je systém AM při nízkých modulačních frekvencích a SSB při vysokých modulačních frekvencích. Nepřítomnost komponent dolního postranního pásma na vysokých frekvencích musí být kompenzována, a to se děje v IF zesilovači .

Frekvence pro LSB a USB v amatérské rádiové hlasové komunikaci

Pokud se v amatérské rádiové hlasové komunikaci používá jednopásmové pásmo, je běžnou praxí, že pro frekvence nižší než 10 MHz se používá spodní postranní pásmo (LSB) a pro frekvence 10 MHz a vyšší horní postranní pásmo (USB). Například v pásmu 40 m probíhá hlasová komunikace často kolem 7 100 MHz pomocí režimu LSB. V pásmu 20 m při 14 200 MHz by byl použit režim USB.

Výjimka z tohoto pravidla platí pro pět samostatných amatérských kanálů v pásmu 60 metrů (téměř 5,3 MHz), kde pravidla FCC konkrétně vyžadují USB.

Rozšířené jedno postranní pásmo (eSSB)

Rozšířeným jediným postranním pásmem je jakýkoli režim J3E (SSB-SC), který překračuje šířku pásma standardního nebo tradičního režimu 2,9 kHz SSB J3E (ITU 2K90J3E), aby podporoval zvuk vyšší kvality.

Rozšířené režimy SSB	Šířka pásma	Frekvenční odezva	ITU označení
eSSB (úzký-1a)	3 kHz	100 Hz ~ 3,10 kHz	3K00J3E
eSSB (úzký-1b)	3 kHz	50 Hz ~ 3,05 kHz	3K00J3E
eSSB (úzký-2)	3,5 kHz	50 Hz ~ 3,55 kHz	3K50J3E
eSSB (střední-1)	4 kHz	50 Hz ~ 4,05 kHz	4K00J3E
eSSB (střední-2)	4,5 kHz	50 Hz ~ 4,55 kHz	4K50J3E
eSSB (Wide-1)	5 kHz	50 Hz ~ 5,05 kHz	5K00J3E
eSSB (Wide-2)	6 kHz	50 Hz ~ 6,05 kHz	6K00J3E

Amplituda komprimovaná jednopásmová modulace ( ACSSB )

Jednopásmové postranní pásmo s amplitudou ( ACSSB ) je metoda úzkopásmové modulace využívající jedno postranní pásmo s pilotním tónem, což umožňuje expandéru v přijímači obnovit amplitudu, která byla silně komprimována vysílačem. Nabízí vylepšený efektivní dosah oproti standardní modulaci SSB a současně si zachovává zpětnou kompatibilitu se standardními rádii SSB. ACSSB také nabízí sníženou šířku pásma a vylepšený rozsah pro danou úroveň výkonu ve srovnání s úzkopásmovou FM modulací.

Řízená obálka jednopásmové modulace ( CESSB )

Generování standardní modulace SSB má za následek překročení velkých obálek vysoko nad průměrnou úrovní obálky pro sinusový tón (i když je zvukový signál omezen špičkou). Standardní vrcholy obálek SSB jsou způsobeny zkrácením spektra a nelineárním fázovým zkreslením z aproximačních chyb praktické implementace požadované Hilbertovy transformace. Nedávno bylo prokázáno, že vhodná kompenzace překmitů (takzvaná modulace s jedním bočním pásmem s řízenou obálkou nebo CESSB ) dosahuje pro přenos řeči asi 3,8 dB špičkové redukce. Výsledkem je efektivní průměrné zvýšení výkonu přibližně 140%. Ačkoli generování signálu CESSB lze integrovat do modulátoru SSB, je možné oddělit generování signálu CESSB (např. Ve formě externího preprocesoru řeči) od standardního rádia SSB. To vyžaduje, aby modulátor standardního rádia SSB měl lineární fázi a dostatečnou šířku pásma pro průchod signálu CESSB. Pokud standardní modulátor SSB splňuje tyto požadavky, je řízení obálky procesem CESSB zachováno.

Označení ITU

V roce 1982 určila Mezinárodní telekomunikační unie (ITU) typy amplitudové modulace:

Označení	Popis
A3E	Double-sideband full-carrier - základní schéma amplitudové modulace
R3E	Jednopásmový redukovaný nosič
H3E	Jednopásmový plný nosič
J3E	Potlačený nosič s jedním postranním pásmem
B8E	Nezávislé postranní pásmo s emisemi
C3F	Zakrnělé postranní pásmo
Lincompex	Propojený kompresor a expandér

Viz také

ACSSB , amplitudově komprimované jedno postranní pásmo
Nezávislé postranní pásmo
Modulace pro další příklady modulačních technik
Boční páska pro obecnější informace o postranním pásmu

Reference

^ US 1449382 John Carson / AT & T: „Metoda a prostředky pro signalizaci vysokofrekvenčními vlnami“ podané 1. prosince 1915; udělena 27. března 1923
^ Historie modulace s jedním postranním pásmem archivována 3. 1. 2004 na Wayback Machine , Ing. Peter Weber
^ IEEE, Early History of Single-Sideband Transmission , Oswald, AA
^ Historie podmořských kabelů , (1927)
^ „Amatérské rádio a vzestup SSB“ (PDF) . Národní asociace pro amatérské rádio.
^ Tretter, Steven A. (1995). „Kapitola 7, Rovnice 7.9“. V Lucky, RW (ed.). Návrh komunikačního systému pomocí DSP algoritmů . New York: Springer. p. 80. ISBN 0306450321.
^ Earthlink.net , seznam četných článků.
^ „Třetí metoda generování a detekce signálů s jedním postranním pásmem“ DK Weaver Jr. Proc. IRE, prosinec 1956
^ „BRATS - Pokročilý amatérský kurz výuky rádia“ . Brats-qth.org . Citováno 2013-01-29 .
^ „FCC část 97 - Pravidla amatérské služby“ (PDF) . www.fcc.gov.
^ „Řízená obálka s jedním postranním pásmem“ (PDF) . www.arrl.org. 2014-11-01 . Citováno 2017-01-15 .autor: David L. Hershberger, W9GR, QEX, vydání listopad / prosinec 2014, s. 3–13.
^ „Externí zpracování pro jednopásmové řízené obálky“ (PDF) . www.arrl.org. 2016-01-01 . Citováno 2017-01-15 .David L. Hershberger, W9GR, QEX, vydání leden / únor 2016, s. 9–12.

Zdroje

Částečně z Federal Standard 1037C na podporu MIL-STD-188

Další čtení

Sgrignoli, G., W. Bretl, R. a Citta. (1995). „Modulace VSB používaná pro pozemní a kabelové vysílání.“ Transakce IEEE na spotřební elektroniku. v. 41, číslo 3, str. 367 - 382.
J. Brittain, (1992). „Skenování minulosti: Ralph VL Hartley“, Proc. IEEE , sv. 80, str. 463.
eSSB - Extended Single Sideband

[1] US 1449382 John Carson / AT & T: „Metoda a prostředky pro signalizaci vysokofrekvenčními vlnami“ podané 1. prosince 1915; udělena 27. března 1923

[2] Historie modulace s jedním postranním pásmem archivována 3. 1. 2004 na Wayback Machine , Ing. Peter Weber

[3] IEEE, Early History of Single-Sideband Transmission , Oswald, AA

[4] Historie podmořských kabelů , (1927)

[5] „Amatérské rádio a vzestup SSB“ (PDF) . Národní asociace pro amatérské rádio.

[6] Tretter, Steven A. (1995). „Kapitola 7, Rovnice 7.9“. V Lucky, RW (ed.). Návrh komunikačního systému pomocí DSP algoritmů . New York: Springer. p. 80. ISBN 0306450321.

[7] Earthlink.net , seznam četných článků.

[8] „Třetí metoda generování a detekce signálů s jedním postranním pásmem“ DK Weaver Jr. Proc. IRE, prosinec 1956

[9] „BRATS - Pokročilý amatérský kurz výuky rádia“ . Brats-qth.org . Citováno 2013-01-29 .

[10] „FCC část 97 - Pravidla amatérské služby“ (PDF) . www.fcc.gov.

[11] „Řízená obálka s jedním postranním pásmem“ (PDF) . www.arrl.org. 2014-11-01 . Citováno 2017-01-15 .autor: David L. Hershberger, W9GR, QEX, vydání listopad / prosinec 2014, s. 3–13.

[12] „Externí zpracování pro jednopásmové řízené obálky“ (PDF) . www.arrl.org. 2016-01-01 . Citováno 2017-01-15 .David L. Hershberger, W9GR, QEX, vydání leden / únor 2016, s. 9–12.

Languages

In other projects