Однополосная модуляция

Однополо́сная модуля́ция (амплиту́дная модуляция с одно́й боково́й полосо́й) (ОМ, англ. single-sideband modulation, SSB) — разновидность амплитудной модуляции (AM), широко применяемая в аппаратуре каналообразования для эффективного использования спектра канала и мощности передающей радиоаппаратуры. Однополосная амплитудная модуляция была изобретена в 1915 году Джоном Реншоу Карсоном (англ. John Renshaw Carson)

Спектры сигналов с однополосной модуляцией в сравнении с однополосной АМ

ФормулаПравить

Однополосный сигнал $s_{\text{ом}}(t)$$s_{\text{ом}}(t)$  с подавленной нижней боковой полосой имеет вид:

$s_{\text{ом}}(t)=k_{\text{н}}U\cos <!--\; \; -->({\mathrm{\omega <!--\; \omega \; -->}}_{0}t)+\frac{U}{2|u_m(t){|}_{max}}(u_m(t)cos({\mathrm{\omega <!--\; \omega \; -->}}_{0}t)-<!--\; -\; -->{\stackrel{^<!--\; ^\; -->}{u}}_m(t)sin({\mathrm{\omega <!--\; \omega \; -->}}_{0}t)),$$s_{\text{ом}}(t)=k_{\text{н}}U\cos(\omega _{0}t)+{\frac {U}{2|u_{m}(t)|_{\max }}}(u_{m}(t)cos(\omega _{0}t)-{\widehat {u}}_{m}(t)sin(\omega _{0}t)),$ 

где $k_{\text{н}}$$k_{\text{н}}$  — коэффициент подавления амплитуды $U$$U$  несущего сигнала, ${\mathrm{\omega <!--\; \omega \; -->}}_0$$\omega_0$  — круговая несущая частота, $u_m(t)$$u_{m}(t)$  — модулирующий сигнал, $|u_m(t){|}_{max}$$|u_{m}(t)|_{\max }$  — максимальное значение модуля модулирующего сигнала, ${\stackrel{^<!--\; ^\; -->}{u}}_m(t)$${\widehat {u}}_{m}(t)$  — сигнал, сопряженный по Гильберту с $u_m(t)$$u_{m}(t)$ . В случае подавленной несущей значение $k_{\text{н}}\le <!--\; \le \; -->0.01$$k_{\text{н}}\leq {0.01}$  (– 40 дБ). В случае однополосной модуляции с подавленной несущей для одноканальной аналоговой телефонии такой режим называется J3E. Для подавления верхней боковой полосы перед ${\stackrel{^<!--\; ^\; -->}{u}}_m(t)$${\widehat {u}}_{m}(t)$  ставится знак плюс.

ПринципПравить

В радиосигнале с АМ 70 % мощности передатчика расходуется на излучение сигнала несущей частоты, который не содержит никакой информации о модулирующем сигнале. Остальные 30 % делятся поровну между двумя боковыми частотными полосами, которые представляют собой точное зеркальное отображение друг друга. Таким образом, без всякого ущерба для передаваемой информации можно исключить из спектра сигнала несущую и одну из боковых полос, и расходовать всю мощность передатчика для излучения только информативного сигнала.

В детекторе приёмника для декодирования однополосного сигнала приходится восстанавливать несущую, то есть смешивать однополосный сигнал и частоту специального гетеродина. В супергетеродине для этого ставится отдельный гетеродин, работающий на частоте, равной последней ПЧ; в приёмнике прямого преобразования несущую восстанавливает единственный гетеродин приёмника; приёмники прямого усиления для приема ОМ, вообще говоря, непригодны.

Сигнал с однополосной модуляцией занимает в радиоэфире полосу частот вдвое уже, чем амплитудно-модулированный, что позволяет более эффективно использовать частотный ресурс и повысить дальность связи. Кроме того, когда на близких частотах работают несколько станций с ОМ, они не создают друг другу помех в виде биений, что происходит при применении амплитудной модуляции с неподавленной несущей частотой.

Недостатком метода являются относительная сложность аппаратуры и повышенные требования к частотной точности и стабильности.

Для формирования сигнала ОМ используются различные методы:

• Фильтровый (наиболее распространенный): на выходе смесителя ставится высокодобротный полосовой фильтр с шириной полосы пропускания, равной одной боковой полосе. С этой целью применяются, например, лестничные фильтры на кварцевых резонаторах или электромеханические фильтры.
• Фазоинверсионный (фазокомпенсационный): одна из боковых полос инвертируется по фазе и складывается сама с собой (компенсируется). Несущая при этом подавляется фильтром или балансным модулятором.

ПрименениеПравить

• ОМ (SSB) ввиду своей эффективности широко используется в профессиональной и любительской радиосвязи. АМ в этой сфере уже почти не применяется.
• ОМ используется в аналоговой аппаратуре уплотнения телефонных каналов, например, в таких распространённых аналоговых системах передачи, как К-60П, К-300 и других. В телефонных сетях общего пользования аналоговые системы были вытеснены цифровыми системами передачи на основе ИКМ, однако в ряде ведомственных и военных систем как минимум на территории бывшего СССР применяется до сих пор.
• Использование ОМ (SSB) приводит к существенному усложнению и удорожанию приёмной радиоаппаратуры, поэтому в бытовом радиовещании вещание на однополосной модуляции не получило широкого распространения и было окончательно вытеснено цифровым вещанием в стандарте DRM. Одной из причин отказа от SSB в радиовещании также является требование к высокой стабильности и точности опорных генераторов как передатчика, так и приёмника. В случае невыполнения этого требования возникает характерное искажение звукового сигнала, некая «синтетичность» голоса. Это в меру допустимо для речевой информации, но совершенно неприемлемо для передачи музыки.
• Как правило, в ведомственных, военных и морских коротковолновых радиосетях используется верхняя боковая полоса (USB).
• В любительской радиосвязи принято использовать нижнюю полосу на низкочастотных диапазонах (ниже 10 МГц, что соответствует диапазонам до 40-метрового включительно), и верхнюю — на всех остальных, в том числе на УКВ и СВЧ. Многие приёмо-передающие устройства как профессионального, так и любительского назначения имеют переключатель, позволяющий выбрать любую боковую полосу. Иногда в непрофессиональной аппаратуре ради упрощения схемы подавляют только несущую (такой способ называется DSB — англ. double side band), что позволяет удовлетворительно принимать однополосные сигналы и передавать, хотя и с меньшей эффективностью, сигналы, которые могут быть приняты на приёмник в режиме ОМ. Однако излучать такой вид сигнала разрешено не во всех странах.
• В ведомственных, морских и военных сетях иногда применяется передача разной информации на верхней и нижней боковых полосах или даже дуплексная работа на одной несущей частоте.
• Промежуточный между АМ и ОМ вид модуляции с частично подавленной нижней боковой полосой широко применялся в аналоговом эфирном ТВ-вещании.

Другие обозначенияПравить

Нижнюю боковую полосу частот (НБП) в англоязычной терминологии обозначают аббревиатурой LSB (англ. lower sideband), верхнюю полосу (ВБП) — USB (англ. upper sideband).

В советской аппаратуре:

• A3J-A₁ — ОМ с верхней боковой и несущей не более 3 %;
• A3J-B₁ — ОМ с нижней боковой и несущей не более 3 %;
• A3A-A₁ — ОМ с верхней боковой и 10 % несущей для автоматической подстройки частоты (АПЧ) для борьбы с эффектом Допплера при связи с быстродвижущимися объектами;
• A3A-B₁ — ОМ с нижней боковой и 10 % несущей для автоматической подстройки частоты (АПЧ) борьбы с эффектом Допплера при связи с быстродвижущимися объектами;
• A3H-A₁ — ОМ с верхней боковой и 70 % несущей для возможности приёма сигнала с ОМ обычными приёмниками с двухполосной модуляцией;
• A3H-B₁ — ОМ с нижней боковой и 70 % несущей для возможности приёма сигнала с ОМ обычными приёмниками с двухполосной модуляцией.

ЛитератураПравить

• Бунимович С. Г., Яйленко Л. П. Техника любительской однополосной радиосвязи. — М.: Издательство ДОСААФ, 1970.

СсылкиПравить

• Однополосная модуляция (single side band SSB) Архивная копия от 24 марта 2011 на Wayback Machine