Interested Article - Однополосная модуляция

Спектры сигналов с однополосной модуляцией в сравнении с однополосной АМ

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 ( англ. John Renshaw Carson )

Формула

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

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 $k_{\text{н}}$ — коэффициент подавления амплитуды $U$ несущего сигнала, $\omega _{0}$ — круговая несущая частота , $u_{m}(t)$ — модулирующий сигнал, $|u_{m}(t)|_{\max }$ — максимальное значение модуля модулирующего сигнала, ${\widehat {u}}_{m}(t)$ — сигнал, сопряженный по Гильберту с $u_{m}(t)$ . В случае подавленной несущей значение $k_{\text{н}}\leq {0.01}$ (– 40 дБ). В случае однополосной модуляции с подавленной несущей для одноканальной аналоговой телефонии такой режим называется J3E . Для подавления верхней боковой полосы перед ${\widehat {u}}_{m}(t)$ ставится знак плюс.

Принцип

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 .

Применение

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.
Существует системы AM-стереофонии , в которых на разных боковых полосах передаются левый/правый каналы.

Другие обозначения

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-A ₁ — ОМ с верхней боковой и несущей не более 3 %;
A3J-B ₁ — ОМ с нижней боковой и несущей не более 3 %;
A3A-A ₁ — ОМ с верхней боковой и 10 % несущей для автоматической подстройки частоты (АПЧ) для борьбы с эффектом Допплера при связи с быстродвижущимися объектами;
A3A-B ₁ — ОМ с нижней боковой и 10 % несущей для автоматической подстройки частоты (АПЧ) борьбы с эффектом Допплера при связи с быстродвижущимися объектами;
A3H-A ₁ — ОМ с верхней боковой и 70 % несущей для возможности приёма сигнала с ОМ обычными приёмниками с двухполосной модуляцией;
A3H-B ₁ — ОМ с нижней боковой и 70 % несущей для возможности приёма сигнала с ОМ обычными приёмниками с двухполосной модуляцией.

Примечания

Быховский М. А. 4.1 Аналоговые методы модуляции // Круги памяти (Очерки истории развития радиосвязи и вещания в XX столетии). — М. , 2001. — С. 28. — 224 с. — ISBN 5-93533-011-.
. Дата обращения: 1 марта 2018. 2 марта 2018 года.
от 28 мая 2010 на Wayback Machine .