Modulacja jednowstęgowa (SSB z ang. Single Side Band) – forma modulacji amplitudowej charakteryzującej się znaczną oszczędnością mocy i szerokości pasma. Polega na wysyłaniu dopiero co jednej wstęgi bocznej, górnej (ang.) - Upper SideBand (USB) bądź dolnej - Lower SideBand (LSB), bez fali nośnej (w zasadzie ze znacznym jej wytłumieniem).
Modulacja Amplitudowa generuje znak kto ma pas dwaj chłosta większe aniżeli znak ekscentryczny. Modulacja jednowstęgowa unika podwajania pasma i utraty mocy potrzebnej do przesyłania nośnej kosztem niewielkiego skomplikowania urządzenia.
Korzyści wynikające z zastosowania SSB:
- cała skala nadajnika jest wykorzystywana do wyprodukowania właśnie jednej wstęgi bocznej
- nadajnik zajmuje węższe pręga częstotliwości, co pozwala na pracę większej ilości nadajników w pasmie o tej samej szerokości
- zwężenie o naokoło 50% pasma odbieranego przez urządzenie odbiorcze, co daje pomocniczy profit w postaci poprawy stosunku odbieranego sygnału do szumu (zwężenie pasma o 50% to o 3 dB mniejsza miara szumów na wyjściu odbiornika)
- brak fali nośnej powodującej wzajemne interferencje sygnałów o zbliżonych częstotliwościach utrudniające odbiór, co stwarza szansa czytelnego odbioru sygnałów odległych o kilkaset Hz od innego sygnału SSB
Pierwszy trafienie modulacja SSB została komercyjnie wykorzystana 7 stycznia 1927 r. w komunikacji radiowej między Londynem, a Nowym Jorkiem.
Modulacja SSB była również wykorzystywana w liniach telefonicznych jak honor technologii FDM (multipleksacja z podziałem częstotliwości).
Spis treści
//
Modulacja
Sposób filtrowa
Modulacja amplitudy (AM) charakteryzuje się przesyłaniem sygnałów niepotrzebnych do odtworzenia fali modulującej, a przenoszących natężenie. W typowym sygnale AM na falę nośną przypada 50% mocy emitowanej przez rozgłośnia, a na każdą ze wstęg po 25%. Nośna nie przenosi informacji, a obie wstęgi niosą tę samą informację, wtedy bez straty informacji wolno zapobiec falę nośną i jedną wstęgę boczną. Falę nośną natomiast wstęgę boczną tłumi się przeciętnie wykorzystując należycie zestrojony filtr kwarcowy albo piezoceramiczny, mający prążek przepustowe w przybliżeniu kilku kHz.
Pierwszym stopniem jest prądnica fali nośnej, drugim z kolei modulator zrównoważony, w którym z wyjątkiem procesem modulacji odbywa się znaczne (o 30 - 50 dB) stłumienie fali nośnej. Do modulatora doprowadzony jest znak m.cz. z mikrofonu wzmocniony we wzmacniaczu korekcyjnym z charakterystyką ograniczoną do pasma 300 - 3000 Hz i wzmocnieniem wzrastającym z częstotliwością. Produktem pracy modulatora jest znak DSB.
Następnym stopniem w torze w.cz. jest filtr o charakterystyce zbliżonej do prostokątnej. Obcina on zbędną wstęgę boczną. a równolegle powiększa niwelowanie fali nośnej o 10 - 20 dB. Na wyjściu filtra występuje nuże właściwy znak SSB, jaki zostaje skonsternowany z dodatkową częstotliwością w celu uzyskania pożądanej częstotliwości wyjściowej. Jest on z kolei coraz trafienie wzmocniony i doprowadzony do anteny.
Postępowanie fazowa
Wymaga stosowania filtru kwadraturowego (filtr Hilberta, transformata Hilberta). Znak przychodzący dzielimy na dwaj części: znak , i znak przechodzący przez filtr Hilberta . Główny z nich mnożymy przez znak cos(ω0t), dalszy przez sin(ω0t). W poprzek dodanie ewentualnie odjęcie od siebie powstałych sygnałów otrzymuje się wstęgę dolna czy też górną. Duża czystość tej metody pozwala odgadnąć mnogość efektów związanych z modulacją SSB np.: wykrycie synchroniczna SSB.
Metoda ta choć od czasu do czasu stosowana, okazała się wystarczająco trudna w praktyce, dlatego że wymaga stosowania szerokopasmowych przesuwników fazowych w postaci nierealizowalnych fizycznie filtrów Hilbera, które w praktyce powinno się zbliżać dosyć dokładnie tak w szerokim zakresie zmian pulsacji filtrem rzeczywistym (chodzi o wprowadzanie przesunięcia o 90° na rzecz każdej z częstotliwości składowych sygnału). Produktem pracy modulatora jest znak SSB.
Wyprowadzenie
Niech będzie sygnałem informacyjnym. Jego transformata Fouriera, , jest symetryczna względem punktu na osi częstotliwości, bo wartości należą do zbioru liczb rzeczywistych. W przypadku modulacji DSB (dwuwstęgowej) przywidzenie powstałego sygnału składa się z następujących elementów: widma fali nośnej i leżących po obu jej stronach, symetrycznie odbitych, dwóch wstęg bocznych.
Niech oznacza transformatę Hilberta sygnału . Wówczas
jest postacią analityczną sygnału. Transformata Fouriera sygnału wynosi , na rzecz , tudzież w widmie tego sygnału nie ma składowych o ujemnych częstotliwościach. Zatem także w wyniku modulacji takiego sygnału do częstotliwości radiowych powstaje dopiero co jedna tasiemka boczna. Jakość analityczna sygnału to:
(jest to przepis Eulera)
a jego transformata Fouriera wynosi .
Kiedy jest modulowany (innymi słowy mnożony) przez , jego mara zostaje przesunięte o i stale nie ma w zanim składowych o ujemnych częstotliwościach. Toteż stan analityczna sygnału zmodulowanego wynosi:
gdzie jest sygnałem zmodulowanym SSB. Dlatego:
{|
|- | | |- | | |- | | |}
Nadajnik
Modulator DSB i filtr SSB
Stosuje się modulatory zrównoważone (transformatorowe, diodowe pierścieniowe) pracujące w układzie wzmacniacza przeciwsobnego (tranzystorowe, lampowe), w których składowe podstawowe sygnałów doprowadzonych znoszą się i w rezultacie otrzymuje się znak DSB.
Najczęściej stosuje się modulatory diodowe: mostkowe i pierścieniowe (ang. ring modulator).
Zrównoważone modulatory diodowe: dają znaczne łagodzenie fali nośnej (do 60 dB), najmniejsze zniekształcenia występują obok amplitudzie fali nośnej większej o 10-15 plagi od amplitudy sygnału modulującego, częstotliwość pracy sięga 15 MHz i toteż stosuje się je faktycznie w całym zakresie częstotliwości formowania sygnału SSB spotykanym w transceiverach SSB.
Przy metodzie filtrowej formowania sygnału SSB, kasacja zbędnej wstęgi z sygnału DSB odbywa się za pomocą filtru kwarcowego, elektromechanicznego, piezoceramicznego albo wieloobwodowego układu LC.
W metodzie fazowej stosowanie filtrów jest zbędne, skoro produktem pracy modulatora jest znak SSB.
Oprawa przemiany częstotliwości
Bardzo okazjonalnie zdarza się, by znak SSB był formowany jawnie na częstotliwości pracy nadajnika, z tej przyczyny w stopniu przemiany stosuje się mieszacze, które wykonywane są w układach identycznych, podczas gdy modulatory. Stosowane są głównie mieszacze zrównoważone, skoro niwelowanie sygnałów sterujących rozdrabniacz i innych niepożądanych częstotliwości umożliwia symplifikacja występujących po przed obwodów. Zwłaszcza czcigodny polecenia jest pierścieniowy rozdrabniacz diodowy przedstawiony na rysunku 4.
Właściwą częstotliwość wyjściową uzyskuje się w poprzek skrępowanie uformowanego sygnału SSB na wyjściu mieszacza. O tym, azaliż będzie to częstotliwość sumacyjna azaliż różnicowa, decydują wyjściowe obwody rezonansowe. W pobliżu mieszaniu sumacjnym zostaje zachowana tasiemka sygnału wejściowego SSB, a blisko mieszaniu różnicowym, podczas gdy od częstotliwości generatora odejmuje się częstotliwość SSB, wstążka ulega od wróceniu (z dolnej na górną i przeciwnie). W radiokomunikacji przyjęto, iż do 10MHz stosuje się dolną wstęgę boczną, i w górę 10MHz – górną.
Wzmacniacz mocy
Stosowane są wzmacniacze pracujące w klasach AB i B.
Wzmacniacze w.cz. pracujące w klasie C nie nadają się pracy we wzmacniaczach mocy SSB ze względu na piksel pracy poziomy w dużym stopniu nie licząc punktem odcięcia charakterystyki siatkowej lampy. Angaż w klasie A jest nieczęsto stosowana w stopniach końcowych ze względu na pokaźny prąd spoczynkowy, jaki zmusza do ograniczenia mocy oddawanej przez lampę.
Demodulator
Główną różnicą w stosunku do radiofonicznego odbiornika AM w odbiorniku SSB (gdy i DSB) jest detektor iloczynowy z dodatkowym generatorem BFO. Częstotliwość BFO musi być ustawiona na zboczu charakterystyki pasma pośredniej częstotliwości. Chodzi w tej okolicy o renowacja drugiej, brakującej wstęgi bocznej i wówczas od tego czasu poddaniu sygnału demodulacji amplitudy. Wychodzący znak małej częstotliwości, jak niezgodność częstotliwości pośredniej i częstotliwości BFO bądź w przeciwieństwie, jest obecnie normalnym czytelnym sygnałem, takim, kto został doprowadzony do wzmacniacza mikrofonowego nadajnika SSB.
Niektóre bloki w toku pracy emisją SSB mogą być wykorzystywane podwójnie (zarówno na przestrzeni nadawania kiedy i odbioru):
- filtr kwarcowy: w pobliżu nadawaniu do wycinania zbędnej wstęgi bocznej a blisko odbiorze do zapewnienia odpowiedniej selektywności odbiornika
- generator fali nośnej: w sąsiedztwie nadawaniu do formowania sygnału DSB, natomiast obok odbiorze w charakterze pomocniczy wytwornica detektora iloczynowego tzw. BFO
- generator VFO: w trakcie nadawania do uzyskania właściwej częstotliwości wyjściowej, i w trakcie odbioru do uzyskania odpowiedniej częstotliwości pośredniej
Linki zewnętrzne
- The History of Single Sideband Modulation, Ing. Peter Weber (en)
- IEEE, Early History of Single-Sideband Transmission, Oswald, A.A. (en)
- Materiały dydaktyczne dr inż. Krzysztofa Juszkiewicza
- Informacje o i o sposobach modulacji w łączności radiowej
Literatura
- “A Third Method of Generation and Detection of Single-Sideband Signals” D K Weaver Jr. Proc. IRE, Dec. 1956
- Wykłady z przedmiotu “Modulation & Detection” prof. dr hab. inż. Zdzisław Papir
Kategorie: Modulacje • Krótkofalarstwo
