Боковая полоса

редактировать

Мощность радиосигнала AM в зависимости от частоты. fc - несущая частота, fm- максимальная частота модуляции

В радиосвязи боковая полоса - это полоса из частот выше или ниже несущей частоты, которые являются результатом процесса модуляции. Боковые полосы несут информацию, передаваемую радиосигналом. Боковые полосы содержат все спектральные компоненты модулированного сигнала, кроме несущей. Компоненты сигнала выше несущей частоты составляют верхнюю боковую полосу (USB ), а компоненты ниже несущей частоты составляют нижнюю боковую полосу (LSB ). Все формы модуляции создают боковые полосы.

Содержание

1 Создание боковой полосы
- 1.1 Характеристика боковой полосы
2 Амплитудная модуляция
3 Частотная модуляция
4 Эффекты
5 См. Также
6 Ссылки

Создание боковой полосы

Мы можем проиллюстрировать создание боковых полос с одним тригонометрическим тождеством :

cos ⁡ (A) ⋅ cos ⁡ (B) ≡ 1 2 cos ⁡ (A + B) + 1 2 cos ⁡ (A - B) {\ Displaystyle \ соз (А) \ CDOT \ соз (В) \ экв {\ tfrac {1} {2}} \ соз (А + В) + {\ tfrac {1} {2}} \ соз (АВ) }

{\ displaystyle \ cos (A) \ cdot \ cos (B) \ Equiv {\ tfrac {1} {2}} \ cos (A + B) + {\ tfrac {1} {2}} \ cos (AB)}

Добавление $cos ⁡ (A) {\ displaystyle \ cos (A)}$ ${\ displaystyle \ cos (A)}$ к обеим сторонам :

cos ⁡ (A) ⋅ [1 + cos ⁡ (B)] = 1 2 соз ⁡ (A + B) + соз ⁡ (A) + 1 2 соз ⁡ (A - B) {\ displaystyle \ cos (A) \ cdot [1+ \ cos (B)] = {\ tfrac {1 } {2}} \ cos (A + B) + \ cos (A) + {\ tfrac {1} {2}} \ cos (AB)}

{\ displaystyle \ cos (A) \ cdot [1+ \ cos (B)] = {\ tfrac { 1} {2}} \ соз (A + B) + \ соз (A) + {\ tfrac {1} {2}} \ cos (AB)}

Подставляя (например) $A ≜ 1000 ⋅ t {\ displaystyle A \ треугольник q 1000 \ cdot t}$ ${\ Displaystyle А \ треугольник 1000 \ cdot t}$ и $B ≜ 100 ⋅ t, {\ displaystyle B \ Triangleq 100 \ cdot t,}$ ${\ displaystyle B \ треугольник q 100 \ cdot t,}$ где $t {\ displaystyle t}$ $t$ представляет время :

cos ⁡ (1000 t) ⏟ несущая волна ⋅ [1 + cos ⁡ (100 t) ] ⏟ амплитудная модуляция = 1 2 cos ⁡ (1100 t) ⏟ верхняя боковая полоса + cos ⁡ (1000 t) ⏟ несущая волна + 1 2 cos ⁡ (900 t) ⏟ нижняя боковая полоса. {\ 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 {lower sideband}}.}

{\ 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 {carrier wave}} + \ underbrace {{\ tfrac {1} {2}} \ cos (900 \ t)} _ {\ text {нижняя боковая полоса}}.}

Добавление большей сложности и изменения во времени к амплитудной модуляции также добавляет это к боковым полосам, в результате чего их пропускная способность увеличивается и изменяется со временем. Фактически, боковые полосы «несут» информационное содержание сигнала.

Характеристика боковой полосы

В приведенном выше примере взаимная корреляция модулированного сигнала с чистая синусоида, $cos ⁡ (ω t), {\ displaystyle \ cos (\ omega t),}$ ${ \ displaystyle \ cos (\ omega t),}$ равен нулю при всех значениях $ω {\ displaystyle \ omega}$ $\ omega$ кроме 1100, 1000 и 900. И ненулевые значения отражают относительные силы трех компонентов. График этой концепции, называемый преобразованием Фурье (или спектром), является обычным способом визуализации боковых полос и определения их параметров.

Частотный спектр типичного модулированного радиосигнала AM или FM.

Амплитудная модуляция

Амплитудная модуляция сигнала несущей обычно дает две боковые полосы зеркального отображения. Компоненты сигнала выше несущей частоты составляют верхнюю боковую полосу (USB), а компоненты ниже несущей частоты составляют нижнюю боковую полосу (LSB). Например, если несущая 900 кГц модулируется по амплитуде аудиосигналом 1 кГц, в сгенерированном радиочастотном спектре будут компоненты на 899 кГц и 901 кГц, а также 900 кГц; поэтому для полосы пропускания audio , равной (скажем) 7 кГц, потребуется ширина полосы радиоспектра 14 кГц. При обычной передаче AM , используемой радиовещательными станциями AM диапазона, исходный аудиосигнал может быть восстановлен («обнаружен») либо схемами синхронного детектора , 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 с уменьшенной несущей обычно подразумевает, что в передаче остается достаточно несущей, чтобы схема приемника могла регенерировать сильную несущую или, по крайней мере, синхронизировать a контур фазовой автоподстройки частоты, но есть формы, в которых несущая полностью удаляется, создавая двойную боковую полосу с подавленной несущей (DSB-SC). Системы с подавлением несущей требуют более сложных схем в приемнике и некоторого другого метода определения исходной несущей частоты. Примером является информация о стереофонической разнице (LR), передаваемая в стереофоническом FM-вещании на поднесущей 38 кГц, где сигнал малой мощности на половине 38-кГц Несущая частота вставляется между частотами монофонического сигнала (до 15 кГц) и нижней частью поднесущей стереофонической информации (до 38–15 кГц, т.е. 23 кГц). Приемник локально восстанавливает поднесущую, удваивая специальный пилот-тон 19 кГц . В другом примере квадратурная модуляция, исторически использовавшаяся для информации цветности в телевизионных передачах PAL, синхронизирующий сигнал представляет собой короткий пакет из нескольких периодов несущей во время "задней площадки. " часть каждой строки развертки, когда изображение не передается. Но в других системах DSB-SC несущая может регенерироваться непосредственно из боковых полос с помощью петли Костаса или. Это обычное явление в системах цифровой передачи, таких как BPSK, где сигнал присутствует постоянно.

Боковые полосы очевидны на этой спектрограмме широковещательной передачи AM (несущая выделена красным, два зеркальных аудиоспектра (зеленый) - это нижняя и верхняя боковые полосы). Время представлено по вертикальной оси; величина и частота боковых полос изменяются в зависимости от содержания программы.

Если часть одной боковой полосы и все остальные остаются, это называется рудиментарной боковой полосой, используется в основном с телевидением вещание, которое в противном случае заняло бы неприемлемую часть полосы пропускания. Передача, в которой передается только одна боковая полоса, называется однополосной модуляцией или SSB. SSB является преобладающим голосовым режимом на коротковолновом радио, кроме коротковолнового вещания. Поскольку боковые полосы являются зеркальными отражениями, то, какая боковая полоса используется, является условием.

В SSB несущая подавляется, что значительно снижает электрическую мощность (до 12 дБ) без влияния на информацию в боковой полосе. Это позволяет более эффективно использовать мощность передатчика и ширину полосы РЧ, но для восстановления несущей необходимо использовать генератор частоты биений на приемнике. Если восстановленная несущая частота неверна, тогда выход приемника будет иметь неправильные частоты, но для речи небольшие ошибки частоты не являются проблемой для разборчивости. Другой способ взглянуть на приемник SSB - это преобразователь частоты RF в звук : в режиме USB частота набора вычитается из каждой радиочастотной составляющей для создания соответствующей аудиокомпоненты, в то время как в режиме LSB каждый входящий радиочастотный компонент вычитается из частоты набора.

Частотная модуляция

Частотная модуляция также генерирует боковые полосы, ширина полосы которых зависит от индекса модуляции, что часто требует значительно большей полосы пропускания, чем DSB. Функции Бесселя можно использовать для расчета требований к полосе пропускания для FM-передач.

Эффекты

Боковые полосы могут мешать с соседними каналами. Часть боковой полосы, которая перекрывает соседний канал, должна подавляться фильтрами до или после модуляции (часто и тем и другим). В диапазоне широковещания частотная модуляция (FM), поднесущие выше 75 кГц ограничены небольшим процентом модуляции и запрещены выше 99 кГц в целом для защиты границ нормального отклонения ± 75 кГц и границ канала ± 100 кГц . Радиолюбители и общественные FM-передатчики обычно используют девиацию ± 5 кГц.

Для точного воспроизведения модулирующего сигнала 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 до требуемого степень точности.

В нелинейной системе, такой как усилитель, боковые полосы частотных составляющих исходного сигнала могут формироваться из-за искажения. Обычно это минимизируется, но может быть сделано намеренно для музыкального эффекта fuzzbox.

См. Также

Независимая боковая полоса
Внеполосная связь включает канал, отличный от основного канала связи.
Боковой лепесток
Вычисление боковой полосы - это метод распределенных вычислений с использованием канала, отдельного от основного канала связи.
ТВ-передатчик

Ссылки