Однополосная модуляция

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

В радио связь, однополосная модуляция (SSB ) или однополосная модуляция с подавленной несущей (SSB-SC ) является типом модуляции , используемой для передачи информации, такой как аудиосигнал, радиоволнами. Усовершенствованный вариант амплитудной модуляции, он более эффективно использует передатчик мощность и полосу пропускания. Амплитудная модуляция создает выходной сигнал, ширина полосы которого в два раза превышает максимальную частоту исходного сигнала baseband. Однополосная модуляция позволяет избежать увеличения полосы пропускания и потери мощности на несущей за счет увеличения сложности устройства и более сложной настройки на приемнике.

• 1 Базовая концепция
• 2 История
• 3 Математическая формулировка
  • 3.1 Нижняя боковая полоса
• 4 Практические реализации
  • 4.1 Полосовая фильтрация
  • 4.2 Модулятор Хартли
  • 4.3 Weaver модулятор
  • 4.4 SSB с полной, уменьшенной и подавленной несущей
• 5 Демодуляция
• 6 SSB как метод скремблирования речи
• 7 Остаточная боковая полоса (VSB)
• 8 Частоты для LSB и USB у любителей голосовая радиосвязь
• 9 Расширенная одинарная боковая полоса (eSSB)
• 10 Однополосная модуляция с амплитудной компенсацией (ACSSB)
• 11 Однополосная модуляция с контролируемой огибающей (CESSB)
• 12 Обозначения ITU
• 13 См. Также
• 14 Ссылки
• 15 Источники
• 16 Дополнительная литература

Радиопередатчики работают, смешивая радиочастотный (RF) сигнал определенная частота, несущая волна, с аудиосигналом, который будет транслироваться. В передатчиках AM это смешение обычно происходит в конечном усилителе RF (модуляция высокого уровня). Менее распространено и гораздо менее эффективно выполнять микширование при малой мощности, а затем усиливать ее в линейном усилителе. Любой метод создает набор частот с сильным сигналом на несущей частоте и с более слабыми сигналами на частотах выше и ниже несущей частоты на максимальную частоту входного сигнала. Таким образом, результирующий сигнал имеет спектр , ширина полосы 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 извлекать весь исходный сигнал из верхней или нижней боковой полосы. Существует несколько методов исключения несущей и одной боковой полосы из передаваемого сигнала. Создание этого сигнала с одной боковой полосой слишком сложно для того, чтобы его можно было выполнить в каскаде оконечного усилителя, как в случае AM. Модуляция SSB должна выполняться на низком уровне и усиливаться в линейном усилителе, где более низкая эффективность частично компенсирует преимущество в мощности, полученное за счет исключения несущей и одной боковой полосы. Тем не менее, SSB-передачи используют доступную энергию усилителя значительно более эффективно, обеспечивая передачу на больший диапазон при той же выходной мощности. Кроме того, занимаемый спектр меньше половины спектра AM-сигнала с полной несущей.

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

Первая заявка на патент США на модуляцию SSB была подана 1 декабря 1915 года Джоном Реншоу Карсоном. ВМС США экспериментировали с SSB по своим радиосхемам до Первой мировой войны. SSB впервые вступил в коммерческую службу 7 января 1927 года на трансатлантической общественной радиотелефонной линии на длинных волнах между Нью-Йорком и Лондоном. SSB-передатчики высокой мощности были расположены в Роки-Пойнт, Нью-Йорк, и Регби, Англия. Приемники находились в очень тихих местах в Хоултоне, Мэн и Купар Шотландия.

SSB также использовался на больших расстояниях телефонные линии, как часть технологии, известной как мультиплексирование с частотным разделением (FDM). Первопроходцами FDM стали телефонные компании в 1930-х годах. С помощью этой технологии многие одновременные голосовые каналы могут передаваться по одному физическому каналу, например, в L-carrier. С SSB каналы могут быть разнесены (обычно) только на 4000 Гц друг от друга, при этом предлагая полосу пропускания речи номинально от 300 Гц до 3400 Гц.

Радисты-любители начали серьезные эксперименты с SSB после Второй мировой войны. Стратегическое воздушное командование установило SSB в качестве стандарта радиосвязи для своих самолетов в 1957 году. С тех пор он стал де-факто стандартом для голосовых радиопередач на большие расстояния.

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

Однополосная полоса имеет математическую форму квадратурной амплитудной модуляции (QAM) в особом случае, когда одна из форм сигнала основной полосы получена из другой, вместо того, чтобы быть независимыми сообщениями :

$s\; ssb\; (t)\; =\; s\; (t)\; \cdot \; cos\; \; (2\; \pi \; е\; 0\; T)\; -\; s\; ^\; (t)\; \cdot \; грех\; \; (2\; \pi \; f\; 0\; T),\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; \_\; \{\backslash \; text\; \{ssb\}\}\; (t)\; =\; s\; (t)\; \backslash \; cdot\; \backslash \; cos\; \backslash \; left\; (2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\; \backslash \; right)\; -\; \{\backslash \; widehat\; \{s\}\}\; (t)\; \backslash \; cdot\; \backslash \; sin\; \backslash \; left\; (2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\; \backslash \; right),\; \backslash ,\}$

(уравнение 1)

где $s\; (t)\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; (t)\; \backslash ,\}$- сообщение (с действительным знаком), $s\; ^\; (t)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; widehat\; \{s\}\}\; (t)\; \backslash ,\}$- это его преобразование Гильберта, а $f\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; f\_\; \{0\}\; \backslash ,\}$- это радио несущая частота.

Чтобы понять эту формулу, мы можем выразить $s\; (t)\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; (t)\}$как действительную часть комплексного значения функция ued без потери информации:

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

где $j\; \{\backslash \; displaystyle\; j\}$представляет мнимую единицу. $sa\; (t)\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{a\}\}\; (t)\}$- это аналитическое представление из $s\; (t),\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; (t),\}$, что означает, что он содержит только компоненты с положительной частотой $s\; (t)\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; (t)\}$:

где $S\; a\; (f)\; \{\backslash \; displaystyle\; S\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{a\}\}\; (f)\}$и $S\; (f)\; \{\backslash \; displaystyle\; S\; (f)\}$- соответствующие преобразования Фурье для $sa\; (t)\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{a\}\}\; (t)\}$и $s\; (т).\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; (t).\}$Следовательно, функция с преобразованием частоты $S\; a\; (f\; -\; f\; 0)\; \{\backslash \; displaystyle\; S\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{a\}\}\; \backslash \; left\; (f-f\_\; \{0\}\; \backslash \; right)\}$содержит только одну сторону $S\; (f).\; \{\backslash \; displaystyle\; S\; (f).\}$Поскольку он также имеет только компоненты с положительной частотой, его обратное преобразование Фурье является аналитическим представлением $s\; ssb\; (t):\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; \_\; \{\backslash \; text\; \{ssb\}\}\; (t):\}$

$s\; ssb\; (t)\; +\; j\; \cdot \; s\; ^\; ssb\; (t)\; =\; F\; -\; 1\; \{S\; a\; (f\; -\; f\; 0)\}\; =\; sa\; (t)\; \cdot \; ej\; 2\; \pi \; f\; 0\; t,\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; \_\; \{\backslash \; text\; \{ssb\}\}\; (t)\; +\; j\; \backslash \; cdot\; \{\backslash \; widehat\; \{s\}\}\; \_\; \{\backslash \; text\; \{ssb\}\}\; (t)\; =\; \{\backslash \; mathcal\; \{F\}\}\; ^\; \{-\; 1\}\; \backslash \; \{S\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{a\}\}\; \backslash \; left\; (f-f\_\; \{0\}\; \backslash \; right)\; \backslash \}\; =\; s\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{a\}\}\; (t)\; \backslash \; cdot\; e\; ^\; \{j2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\},\; \backslash ,\}$

и снова действительная часть этого выражения не вызывает потери информации. С помощью формулы Эйлера для расширения $ej\; 2\; \pi \; f\; 0\; t,\; \{\backslash \; displaystyle\; e\; ^\; \{j2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\},\; \backslash ,\}$получаем Уравнение 1 :

$s\; ssb\; (t)\; =\; Re\; \; \{sa\; (t)\; \cdot \; ej\; 2\; \pi \; f\; 0\; t\}\; =\; Re\; \; \{[s\; (t)\; +\; j\; \cdot \; s\; ^\; (t)]\; \cdot \; [cos\; \; (2\; \pi \; f\; 0\; t)\; +\; j\; \cdot \; sin\; \; (2\; \pi \; f\; 0\; t)]\}\; =\; s\; (t)\; \cdot \; cos\; \; (2\; \pi \; f\; 0\; t)\; -\; s\; ^\; (t)\; \cdot \; sin\; \; (2\; \pi \; f\; 0\; t).\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; begin\; \{align\}\; s\; \_\; \{\backslash \; text\; \{ssb\}\}\; (t)\; =\; \backslash \; operatorname\; \{Re\}\; \backslash \; left\; \backslash \; \{s\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{a\}\}\; (t)\; \backslash \; cdot\; e\; ^\; \{j2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\}\; \backslash \; right\; \backslash \}\; \backslash \backslash \; =\; \backslash \; operatorname\; \{Re\}\; \backslash \; left\; \backslash \; \{\backslash ,\; \backslash \; left\; [s\; (t)\; +\; j\; \backslash \; cdot\; \{\backslash \; widehat\; \{s\}\}\; (t)\; \backslash \; right]\; \backslash \; cdot\; \backslash \; left\; [\backslash \; cos\; \backslash \; left\; (2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\; \backslash \; right)\; +\; j\; \backslash \; cdot\; \backslash \; sin\; \backslash \; left\; (2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\; \backslash \; right)\; \backslash \; right]\; \backslash ,\; \backslash \; right\; \backslash \}\; \backslash \; \backslash \; =\; s\; (t)\; \backslash \; cdot\; \backslash \; cos\; \backslash \; left\; (2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\; \backslash \; right)\; -\; \{\backslash \; widehat\; \{s\}\}\; (t)\; \backslash \; cdot\; \backslash \; sin\; \backslash \; left\; (2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\; \backslash \; right).\; \backslash \; end\; \{align\}\}\}$

Когерентная демодуляция $s\; ssb\; (t)\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; \_\; \{\backslash \; text\; \{ssb\}\}\; (t)\}$для восстановления $s\; (t)\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; (t)\}$совпадает с AM: умножить на $cos\; \; (2\; \pi \; f\; 0\; t),\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; cos\; \backslash \; left\; (2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\; \backslash \; right),\}$и фильтр нижних частот, чтобы удалить "двухчастотные" компоненты около частоты $2\; f\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; 2f\_\; \{0\}\}$. Если демодулирующая несущая не находится в правильной фазе (здесь фаза косинуса), тогда демодулированный сигнал будет некоторой линейной комбинацией $s\; (t)\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; (t)\}$и $s\; ^\; (t)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; widehat\; \{s\}\}\; (t)\}$, что обычно приемлемо в голосовой связи (если несущая частота демодуляции не совсем правильная, фаза будет дрейфовать циклически, что опять же обычно допустимо в голосовой связи, если частотная ошибка достаточно мала, а радиолюбители иногда терпимы к еще большим частотным ошибкам, вызывающим неестественно звучащие эффекты сдвига высоты тона).

Нижняя боковая полоса

$s\; (t)\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; (t)\}$также может быть восстановлена ​​как действительная часть комплексно-сопряженного, $sa\; \ast \; (t),\; \{\backslash \; displaystyle\; s\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{a\}\}\; ^\; \{*\}\; (t),\}$, который представляет отрицательную частотную часть $S\; (f).\; \{\backslash \; displaystyle\; S\; (f).\}$Когда $f\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; f\_\; \{0\}\; \backslash ,\}$достаточно велик, чтобы $S\; (f\; -\; f\; 0)\; \{\backslash \; displaystyle\; S\; \backslash \; left\; (f-f\_\; \{0\}\; \backslash \; right)\}$не имеет отрицательных частот, произведение $sa\; \ast \; (t)\; \cdot \; ej\; 2\; \pi \; f\; 0\; t\; \{\backslash \; displaystyle\; s\_\; \{\backslash \; mathrm\; \{a\}\}\; ^\; \{*\}\; (t)\; \backslash \; cdot\; e\; ^\; \{j2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\}\}$- еще один аналитический сигнал, действительная часть которого представляет собой фактическую передачу нижней боковой полосы :

$sa\; \ast \; (t)\; \cdot \; ej\; 2\; \pi \; f\; 0\; t\; =\; s\; lsb\; (t)\; +\; j\; \cdot \; s\; ^\; lsb\; (t)\; \Rightarrow \; s\; lsb\; (t)\; =\; Re\; \; \{sa\; \ast \; (t)\; \cdot \; ej\; 2\; \pi \; f\; 0\; t\}\; =\; s\; (t)\; \cdot \; cos\; \; (2\; \pi \; f\; 0\; t)\; +\; s\; ^\; (t)\; sin\; \; (2\; \pi \; f\; 0\; t).\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; begin\; \{align\}\; s\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{a\}\}\; ^\; \{*\}\; (t)\; \backslash \; cdot\; e\; ^\; \{j2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\}\; =\; s\; \_\; \{\backslash \; text\; \{lsb\}\}\; (t)\; +\; j\; \backslash \; cdot\; \{\backslash \; widehat\; \{s\}\}\; \_\; \{\backslash \; text\; \{lsb\}\}\; (t)\; \backslash \backslash \backslash \; Rightarrow\; s\; \_\; \{\backslash \; text\; \{lsb\}\}\; (t)\; =\; \backslash \; operatorname\; \{Re\}\; \backslash \; left\; \backslash \; \{s\_\; \{\backslash \; mathrm\; \{a\}\}\; ^\; \{*\}\; (t)\; \backslash \; cdot\; e\; ^\; \{j2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\}\; \backslash \; right\; \backslash \}\; \backslash \backslash \; =\; s\; (t)\; \backslash \; cdot\; \backslash \; cos\; \backslash \; left\; (2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\; \backslash \; right)\; +\; \{\backslash \; widehat\; \{s\}\}\; (t)\; \backslash \; cdot\; \backslash \; sin\; \backslash \; left\; (2\; \backslash \; pi\; f\_\; \{0\}\; t\; \backslash \; right).\; \backslash \; end\; \{align\}\}\}$

Сумма сигналов двух боковых полос:

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

, что является классической моделью подавленная несущая двойная боковая полоса AM.

A Collins KWM-1, ранний радиолюбительский приемопередатчик с возможностью передачи голоса в режиме SSB

Полосовая фильтрация

Одним из методов создания сигнала SSB является удаление одна из боковых полос с помощью фильтрации, оставляя только верхнюю боковую полосу (USB ), боковую полосу с более высокой частотой или, реже, ниже боковая полоса (LSB ), боковая полоса с более низкой частотой. Чаще всего несущая уменьшается или полностью удаляется (подавляется), что полностью упоминается как несущая с подавлением одной боковой полосы (SSBSC ). Предполагая, что обе боковые полосы симметричны, что имеет место для обычного сигнала AM, в процессе не теряется информация. Поскольку окончательное РЧ-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 значительно меньшую полосу пропускания и мощность, он не может быть демодулирован простым детектором огибающей, таким как стандартный AM.

Модулятор Хартли

Альтернативный метод генерации, известный как модулятор Хартли, названный в честь R. В. Л. Хартли, использует фазирование для подавления нежелательной боковой полосы. Чтобы сгенерировать SSB-сигнал этим методом, генерируются две версии исходного сигнала, взаимно 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 на 90 ° не совпадают по фазе друг с другом. Путем сложения или вычитания результирующих сигналов получается сигнал нижней или верхней боковой полосы. Преимущество этого подхода состоит в том, чтобы дать возможность аналитического выражения для сигналов SSB, которое можно использовать для понимания таких эффектов, как синхронное обнаружение SSB.

Сдвиг сигнала основной полосы частот на 90 ° не в фазе не может быть выполнен простой задержкой, так как он содержит большой диапазон частот. В аналоговых схемах используется широкополосная сеть с разностью фаз 90 градусов. Этот метод был популярен во времена радиоприемников на электронных лампах , но позже приобрел плохую репутацию из-за плохо налаженных коммерческих реализаций. Модуляция с использованием этого метода снова набирает популярность в полях homebrew и DSP. Этот метод, использующий преобразование Гильберта для фазового сдвига звука основной полосы частот, может быть реализован с небольшими затратами с помощью цифровых схем.

Модулятор Уивера

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

В методе Уивера интересующая нас полоса сначала переводится, чтобы быть центрированной в нуле, концептуально путем модуляции комплексной экспоненты $exp\; \; (j\; \omega \; t)\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; exp\; (j\; \backslash \; omega\; t)\; \}$с частотой в середине голосового диапазона, но реализуется квадратурной парой синусоидальных и косинусоидальных модуляторов на этой частоте (например, 2 кГц). Этот сложный сигнал или пара реальных сигналов затем фильтруется по нижним частотам, чтобы удалить нежелательную боковую полосу, которая не центрирована на нуле. Затем комплексный сигнал с одной боковой полосой с центром в нуле преобразуется с повышением частоты в реальный сигнал с помощью другой пары квадратурных смесителей до желаемой центральной частоты.

SSB с полной, уменьшенной и подавленной несущей

Обычные сигналы с амплитудной модуляцией могут считаться неэкономичными по мощности и полосе пропускания, поскольку они содержат сигнал несущей и две идентичные боковые полосы. Следовательно, передатчики SSB обычно проектируются так, чтобы минимизировать амплитуду несущего сигнала. Когда несущая удаляется из передаваемого сигнала, это называется suppressed-carrier SSB.

Однако для того, чтобы приемник воспроизводил передаваемый звук без искажений, он должен быть настроен на точно такую ​​же частоту, что и передатчик. Поскольку на практике этого трудно достичь, передачи SSB могут звучать неестественно, и если ошибка в частоте достаточно велика, это может вызвать плохую разборчивость. Чтобы исправить это, можно передать небольшой объем исходного несущего сигнала, чтобы приемники с необходимой схемой для синхронизации с переданной несущей могли правильно демодулировать звук. Этот режим передачи называется односторонней полосой с уменьшенной несущей.

В других случаях может быть желательно поддерживать некоторую степень совместимости с простыми приемниками AM, при этом уменьшая полосу пропускания сигнала. Это может быть достигнуто путем передачи односторонней полосы с нормальной или немного 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, чем обычно, но минимизация искажений в приемниках с детекторами огибающей обычно считается менее важной, чем разрешение им воспроизводить разборчивый звук.

Второе и, возможно, более правильное определение «совместимой одинарной 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 срока службы доставки. Поскольку при генерации сигнала присутствует фазовая модуляция, энергия удаляется из несущей и перераспределяется в структуру боковой полосы, аналогичную той, которая имеет место при аналоговой частотной модуляции. Сигналы, поступающие на фазовый модулятор и модулятор огибающей, дополнительно сдвигаются по фазе на 90 ° относительно друг друга. Это помещает информационные термины в квадратуру друг друга; 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. Несколько методов были использованы для уменьшения влияния (амплитуды) большинства этих членов более высокого порядка. В одной системе член с фазовой модуляцией фактически представляет собой логарифм значения уровня несущей плюс сдвинутый по фазе член аудио / информации. Это создает идеальный сигнал CSSB, где на низких уровнях модуляции преобладает только член первого порядка на одной стороне несущей. По мере увеличения уровня модуляции уровень несущей уменьшается, в то время как член второго порядка существенно увеличивается по амплитуде. В точке 100% -ной модуляции огибающей мощность 6 дБ удаляется из члена несущей, и член второго порядка идентичен по амплитуде члену несущей. Уровень боковой полосы первого порядка увеличился и теперь находится на том же уровне, что и ранее немодулированная несущая. В точке 100% модуляции, спектр оказывается идентичным нормальной двойной боковой полосы передачи AM, с термином центра (теперь основной звук термина) при 0 дБ эталонного уровня, и обе точки по обе стороны от первичной боковой полосы на −6 дБ. Разница в том, что то, что кажется несущей, смещено на термин звуковой частоты в сторону «используемой боковой полосы». На уровнях ниже 100% модуляции структура боковой полосы кажется довольно асимметричной. Когда голос передается источником CSSB этого типа, низкочастотные компоненты являются доминирующими, а высокочастотные составляющие ниже на целых 20 дБ на частоте 3 кГц. В результате сигнал занимает примерно половину обычной полосы пропускания DSB-сигнала с полной несущей. Есть одна загвоздка: термин «звук», используемый для фазовой модуляции несущей, генерируется на основе логарифмической функции, которая смещена уровнем несущей. При отрицательной 100% -ной модуляции член приводится к нулю (0), и модулятор становится неопределенным. Для поддержания стабильности системы и предотвращения разбрызгивания 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. В различных системах Кана устранены жесткие ограничения, налагаемые использованием функции строгого журнала при генерации сигнала. В более ранних системах Кана использовались различные методы для уменьшения члена второго порядка путем введения компонента предыскажения. Один пример этого метода также использовался для генерации одного из стереосигналов AM с независимой боковой полосой (ISB) Кана. Он был известен как метод возбудителя STR-77, который был введен в 1977 году. Позже система была дополнительно усовершенствована за счет использования модулятора на основе арксинуса, который включал член 1-0,52E в знаменателе уравнения генератора арксинуса. E представляет собой член конверта; примерно половина члена модуляции, применяемого к модулятору огибающей, используется для уменьшения члена второго порядка в тракте, модулированном по "фазе" arcsin; таким образом уменьшая член второго порядка в нежелательной боковой полосе. Для генерации точного сигнала arcsin использовался подход с обратной связью с многоконтурным модулятором / демодулятором. Этот подход был представлен в 1984 году и стал известен как метод STR-84. Он был продан Kahn Research Laboratories; позже Kahn Communications, Inc. из Нью-Йорка. Дополнительное устройство обработки звука дополнительно улучшило структуру боковой полосы за счет выборочного применения предыскажения к модулирующим сигналам. Поскольку огибающая всех описанных сигналов остается точной копией информации, подаваемой на модулятор, ее можно без искажений демодулировать с помощью детектора огибающей, такого как простой диод. В практическом приемнике могут присутствовать некоторые искажения, обычно на низком уровне (в широковещательной передаче AM, всегда ниже 5%), из-за резкой фильтрации и нелинейной групповой задержки в фильтрах ПЧ приемника, которые действуют для усечения боковой полосы 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 поворот фазы этих членов совместимости таким образом, чтобы они больше не отменяли член квадратурного искажения, вызванный термином SSB первого порядка вместе с перевозчиком. Небольшое искажение, вызванное этим эффектом, обычно довольно мало и приемлемо.

Метод CSSB Кана также кратко использовался Airphone в качестве метода модуляции, используемого для ранних телефонных звонков потребителей, которые можно было передавать с самолета на землю. Его быстро вытеснили методы цифровой модуляции для достижения еще большей спектральной эффективности.

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

Внешний интерфейс приемника SSB аналогичен входному каскаду приемника AM или FM, состоящего из супергетеродина RF внешний интерфейс, который создает версию радиочастотного (RF) сигнала со сдвигом частоты в стандартном диапазоне промежуточных частот (IF).

Чтобы восстановить исходный сигнал из сигнала ПЧ SSB, одиночная боковая полоса должна быть сдвинута вниз до исходного диапазона частот основной полосы с помощью детектора произведения который смешивает его с выходным сигналом генератора частоты биений (BFO). Другими словами, это очередной этап гетеродинирования. Чтобы это работало, необходимо точно отрегулировать частоту BFO. Если частота BFO выключена, выходной сигнал будет сдвинут по частоте (вверх или вниз), в результате чего речь будет звучать странно, как "Дональд Дак " или неразборчиво.

Для аудиосвязи существует общее соглашение о сдвиге генератора BFO на 1,7 кГц. Голосовой сигнал чувствителен к сдвигу примерно на 50 Гц, при этом допустимая частота до 100 Гц. В некоторых приемниках используется система восстановления несущей, которая пытается автоматически зафиксировать точную частоту ПЧ. Восстановление несущей не решает проблему сдвига частоты. Это дает лучшее соотношение сигнал / шум на выходе детектора.

В качестве примера рассмотрим сигнал IF SSB с центром на частоте $F,\; если\; \{\backslash \; displaystyle\; F\; \_\; \{\backslash \; text\; \{if\}\}\; \backslash ,\}$= 45000 Гц. Частота основной полосы частот, на которую он должен быть сдвинут, составляет $F\; b\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{b\}\; \backslash ,\}$= 2000 Гц. Форма выходного сигнала BFO имеет следующий вид: $cos\; \; (2\; \pi \; \cdot \; F\; bfo\; \cdot \; t)\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; cos\; \backslash \; left\; (2\; \backslash \; pi\; \backslash \; cdot\; F\; \_\; \{\backslash \; text\; \{bfo\}\}\; \backslash \; cdot\; t\; \backslash \; right)\}$. Когда сигнал умножается на (он же гетеродифицированный с) сигнал BFO, он сдвигает сигнал на $(F\; if\; +\; F\; bfo)\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; left\; (F\; \_\; \{\backslash \; text\; \{if\}\}\; +\; F\; \_\; \{\backslash \; text\; \{bfo\}\}\; \backslash \; right)\}$, а на $|\; F\; если\; -\; F\; bfo\; |\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; left\; |\; F\; \_\; \{\backslash \; text\; \{if\}\}\; -\; F\; \_\; \{\backslash \; text\; \{bfo\}\}\; \backslash \; right\; |\}$, который известен как частота ударов или частота изображения. Задача состоит в том, чтобы выбрать $F\; BFO\; \{\backslash \; displaystyle\; F\; \_\; \{\backslash \; text\; \{BFO\}\}\}$, что приводит к $|\; F\; если\; -\; F\; bfo\; |\; =\; F\; b\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; left\; |\; F\; \_\; \{\backslash \; text\; \{if\}\}\; -\; F\; \_\; \{\backslash \; text\; \{bfo\}\}\; \backslash \; right\; |\; =\; F\_\; \{b\}\; \backslash ,\}$= 2000 Гц. (Нежелательные компоненты в $(F\; if\; +\; F\; bfo)\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; left\; (F\; \_\; \{\backslash \; text\; \{if\}\}\; +\; F\; \_\; \{\backslash \; text\; \{bfo\}\}\; \backslash \; right)\; \backslash ,\}$может быть удален фильтром нижних частот ; для этого может служить выходной преобразователь или человеческое ухо ).

Существует два варианта для $F\; bfo\; \{\backslash \; displaystyle\; F\; \_\; \{\backslash \; text\; \{bfo\}\}\}$: 43000 Гц и 47000 Гц, называемые инжекцией на стороне низкого и высокого давления.. При инжекции на стороне высокого давления спектральные компоненты, которые были распределены около 45000 Гц, будут распределены около 2000 Гц в обратном порядке, также известном как инвертированный спектр. Это действительно желательно, когда спектр ПЧ также инвертируется, потому что инверсия BFO восстанавливает правильные отношения. Одна из причин этого заключается в том, что спектр ПЧ является выходным сигналом инвертирующего каскада в приемнике. Другая причина заключается в том, что сигнал SSB фактически является нижней боковой полосой, а не верхней боковой полосой. Но если обе причины верны, то спектр ПЧ не инвертируется, и следует использовать неинвертирующий BFO (43000 Гц).

Если $F\; bfo\; \{\backslash \; displaystyle\; F\; \_\; \{\backslash \; text\; \{bfo\}\}\; \backslash ,\}$отключен на небольшую величину, то частота ударов не совсем $F\; b\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{b\}\; \backslash ,\}$, что может привести к упомянутому ранее искажению речи.

Методы SSB также могут быть адаптированы для сдвига частоты и преобразования частоты в основной полосе сигналов (речевой инверсии ). Этот метод скремблирования голоса был создан путем запуска аудио образца звука, модулированного на одной боковой полосе, через его противоположность (например, запуск образца звука, модулированного LSB, через радиомодуль с модуляцией USB). Эти эффекты использовались вместе с другими методами фильтрации во время Второй мировой войны как простой метод шифрования речи. Радиотелефон разговоры между США и Великобританией были перехвачены и «расшифрованы» немцами; они включали некоторые ранние беседы между Франклином Д. Рузвельтом и Черчиллем. Фактически, сигналы могут быть поняты непосредственно обученными операторами. В основном, чтобы обеспечить безопасную связь между Рузвельтом и Черчиллем, была разработана система цифрового шифрования SIGSALY.

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

Модуляция VSB

Ограничение однополосной модуляции, используемой для голосовых сигналов и недоступной для видео / ТВ сигналов, приводит к использованию рудиментарной боковой полосы . Рудиментарная боковая полоса (в радиосвязи ) - это боковая полоса, которая была только частично обрезана или подавлена. Телевизионные трансляции (в аналоговых видеоформатах) используют этот метод, если видео передается в AM из-за использования большой полосы пропускания. Его также можно использовать в цифровой передаче, например, стандартизованный ATSC 8VSB.

Широковещательный или транспортный канал для ТВ в странах, которые используют NTSC или ATSC. имеет полосу пропускания 6 МГц. Чтобы сохранить полосу пропускания, было бы желательно использовать SSB, но видеосигнал имеет значительную низкочастотную составляющую (среднюю яркость) и имеет прямоугольные синхронизирующие импульсы. Инженерный компромисс - передача с помощью рудиментарной боковой полосы. В рудиментарной боковой полосе передается полная верхняя боковая полоса ширины W2 = 4,0 МГц, но вместе с несущей передается только нижняя боковая полоса W1 = 0,75 МГц. Несущая частота 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 компонентов нижней боковой полосы на высоких частотах должно быть компенсировано, и это делается в усилителе ПЧ.

Когда однополосная полоса активна. используется в любительской радиоречевой связи, обычно для частот ниже 10 МГц используется нижняя боковая полоса (LSB), а для частот 10 МГц и выше используется верхняя боковая полоса (USB). Например, в диапазоне 40 м голосовая связь часто осуществляется на частоте около 7,100 МГц в режиме LSB. В диапазоне 20 м на частоте 14.200 МГц будет использоваться режим USB.

Исключение из этого правила применяется к пяти дискретным любительским каналам в 60-метровом диапазоне (около 5,3 МГц), где правила FCC специально требуют USB.

Расширенная одинарная боковая полоса - это любой режим J3E (SSB-SC), который превышает полосу пропускания звука стандартного или традиционного режима SSB J3E 2,9 кГц (ITU 2K90J3E) для поддержки звука более высокого качества.

Расширенные режимы SSB	Полоса пропускания	Частотная характеристика	Обозначение ITU
eSSB (Narrow-1a)	3 кГц	100 Гц ~ 3,10 кГц	3K00J3E
eSSB (Narrow-1b)	3 кГц	50 Гц ~ 3,05 кГц	3K00J3E
eSSB (Narrow-2)	3,5 кГц	50 Гц ~ 3,55 кГц	3K50J3E
eSSB (Medium-1)	4 кГц	50 Гц ~ 4,05 кГц	4K00J3E
eSSB (Medium-2)	4,5 кГц	50 Гц ~ 4,55 кГц	4K50J3E
eSSB (Wide-1)	5 кГц	50 Гц ~ 5,05 кГц	5K00J3E
eSSB (Wide-2)	6 кГц	50 Гц ~ 6,05 кГц	6K00J3E

одинарная боковая полоса с амплитудной компенсацией (ACSSB ) - это метод узкополосной модуляции, использующий одну боковую полосу с пилотным тоном, позволяющий расширителю в приемнике восстанавливать амплитуду, которая была сильно сжата передатчиком. Он предлагает улучшенный эффективный диапазон в стандартная модуляция SSB при одновременном сохранении обратной совместимости со стандартными радиостанциями SSB. ACSSB также предлагает уменьшенную полосу пропускания и улучшенный диапазон для заданного уровня мощности по сравнению с узкополосной модуляцией FM.

Генерация стандартной SSB-модуляции приводит к большим выбросам огибающей, значительно превышающим средний уровень огибающей для синусоидального тона (даже когда аудиосигнал является пиковым). Стандартные пики огибающей SSB обусловлены усечением спектра и нелинейным фазовым искажением из-за ошибок аппроксимации практической реализации требуемого преобразования Гильберта. Недавно было показано, что подходящая компенсация перерегулирования (так называемая управляемая однополосная модуляция с огибающей или CESSB ) обеспечивает снижение пикового уровня для передачи речи примерно на 3,8 дБ. Это приводит к эффективному увеличению средней мощности примерно на 140%. Хотя генерация сигнала CESSB может be integrated into the SSB modulator, it is feasible to separate the generation of the CESSB signal (eg in form of an external speech preprocessor) from a standard SSB radio. This requires that the standard SSB radio's modulator be linear-phase and have a sufficient bandwidth to pass the CESSB signal. If a standard SSB modulator meets these requirements, then the envelope control by the CESSB process is preserved.

In 1982, the International Telecommunication Union (ITU) designated the types of amplitude modulation:

Designation	Description
A3E	Double-sideband full-carrier – the basic amplitude-modulation scheme
R3E	Single-sideband reduced-carrier
H3E	Single-sideband full-carrier
J3E	Single-sideband suppressed-carrier
B8E	Independent-sideband emission
C3F	Vestigial-sideband
Lincompex	Linked compressor and expander

• ACSSB, amplitude-companded single sideband
• Independent sideband
• Modulation for other examples of modulation techniques
• Sideband for more general information about a sideband

1. ^US 1449382 John Carson/ATT: "Method and Means for Signaling with High Frequency Waves" file d on December 1, 1915; granted on March 27, 1923
2. ^The History of Single Sideband Modulation Archived 2004-01-03 at the Wayback Machine, Ing. Peter Weber
3. ^IEEE, Early History of Single-Sideband Transmission, Oswald, A.A.
4. ^History Of Undersea Cables, (1927)
5. ^"Amateur Radio and the Rise of SSB" (PDF). National Association for Amateur Radio.
6. ^Tretter, Steven A. (1995). "Chapter 7, Eq 7.9". In Lucky, R.W. (ed.). Communication System Design Using DSP Algorithms. Нью-Йорк: Спрингер. п. 80. ISBN 0306450321.
7. ^Earthlink.net, listing numerous articles.
8. ^"A Third Method of Generation and Detection of Single-Sideband Signals" D K Weaver Jr. Proc. IRE, Dec. 1956
9. ^"BRATS – Advanced Amateur Radio Tuition Course". Brats-qth.org. Retrieved 2013-01-29.
10. ^"FCC Part 97 - Amateur Service rules" (PDF). www.fcc.gov.
11. ^"Controlled Envelope Single Sideband" (PDF). www.arrl.org. 2014-11-01. Retrieved 2017-01-15.by David L. Hershberger, W9GR, QEX, issue Nov./Dec. 2014. С. 3–13.
12. ^"External Processing for Controlled Envelope Single Sideband" (PDF). www.arrl.org. 2016-01-01. Retrieved 2017-01-15.by David L. Hershberger, W9GR, QEX, issue Jan./Feb. 2016. С. 9–12.

• Partly from Federal Standard 1037C in support of MIL-STD-188

• Sgrignoli, G., W. Bretl, R. and Citta. (1995). "VSB modulation used for terrestrial and cable broadcasts." IEEE Transactions on Consumer Electronics. v. 41, issue 3, p. 367 - 382.
• J. Brittain, (1992). "Scanning the past: Ralph V.L. Hartley", Proc. IEEE, vol.80,p. 463.
• eSSB - Extended Single Sideband