Боковая полоса

Эта статья о радиосвязи. Об участии в других музыкальных проектах см. Side project .

График зависимости мощности радиосигнала AM от частоты. fc — несущая частота , fm — максимальная частота модуляции.

В радиосвязи — боковая полоса выше или ниже это полоса частот 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 сигнала ниже несущей частоты составляют нижнюю боковую полосу ( LSB ). Все формы модуляции создают боковые полосы.

Создание боковой полосы

Мы можем проиллюстрировать создание боковых полос одним тригонометрическим тождеством :

$\cos(A)\cdot \cos(B)\equiv {\tfrac {1}{2}}\cos(A+B)+{\tfrac {1}{2}}\cos(A-B)$

Добавление $\cos(A)$ в обе стороны :

$\cos(A)\cdot [1+\cos(B)]={\tfrac {1}{2}}\cos(A+B)+\cos(A)+{\tfrac {1}{2}}\cos(A-B)$

Замена (например) $A\triangleq 1000\cdot t$ и $B\triangleq 100\cdot t,$ где $t$ представляет время :

$\underbrace {\cos(1000\ t)} _{\text{carrier wave}}\cdot \underbrace {[1+\cos(100\ t)]} _{\text{amplitude modulation}}=\underbrace {{\tfrac {1}{2}}\cos(1100\ t)} _{\text{upper sideband}}+\underbrace {\cos(1000\ t)} _{\text{carrier wave}}+\underbrace {{\tfrac {1}{2}}\cos(900\ t)} _{\text{lower sideband}}.$

Увеличение сложности и изменение во времени амплитудной модуляции также добавляет ее к боковым полосам, заставляя их расширять полосу пропускания и изменяться со временем. По сути, боковые полосы «переносят» информационное содержание сигнала.

Характеристика боковой полосы

В приведенном выше примере взаимная корреляция модулированного сигнала с чистой синусоидой, $\cos(\omega t),$ равен нулю при всех значениях $\omega$ кроме 1100, 1000 и 900. Ненулевые значения отражают относительную силу 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 обычно несущего сигнала приводит к образованию двух зеркальных боковых полос. Компоненты сигнала выше несущей частоты составляют верхнюю боковую полосу (USB), а компоненты сигнала ниже несущей частоты составляют нижнюю боковую полосу (LSB). Например, если   несущая 900 кГц модулируется по амплитуде аудиосигналом 1   спектре будут компоненты на частотах 899   кГц и 901   кГц, а также 900   кГц, в сгенерированном радиочастотном кГц ; поэтому звука полоса пропускания (скажем) 7   кГц потребует полосы радиоспектра 14   кГц. При обычной AM- передаче , используемой радиовещательными AM-станциями, исходный аудиосигнал может быть восстановлен («обнаружен») либо с помощью схем синхронного детектора , либо с помощью простых детекторов 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 систему фазовой автоподстройки частоты , но существуют формы, в которых несущая полностью удаляется, создавая двойную боковую полосу с подавленной несущей. (ДСБ-СК). Системы с подавленной несущей требуют более сложных схем в приемнике и какого-либо другого метода определения исходной несущей частоты. Примером является информация о стереофонической разности (LR), передаваемая в стереофоническом FM-вещании 38 кГц на поднесущей , где маломощный сигнал на половине несущей частоты 38 кГц вставляется между частотами монофонического сигнала (до 15   кГц) и нижней частотой. поднесущей стереоинформации (вплоть до 38–15   кГц, т.е. 23   кГц). Приемник локально восстанавливает поднесущую путем удвоения специального пилот-тона частотой 19 кГц . В другом примере квадратурная модуляция исторически использовалась для информации о цветности в В телевизионных передачах PAL сигнал синхронизации представляет собой короткий пакет из нескольких циклов несущей во время «задней части» каждой строки сканирования, когда изображение не передается. Но в других системах DSB-SC несущая может быть регенерирована непосредственно из боковых полос с помощью петли Костаса или петли возведения в квадрат . Это часто встречается в системах цифровой передачи, таких как BPSK , где сигнал присутствует постоянно.

AM-вещания очевидны боковые полосы На этой спектрограмме (несущая выделена красным, два зеркальных звуковых спектра (зеленые) — нижняя и верхняя боковые полосы). Время представлено по вертикальной оси; величина и частота боковых полос меняются в зависимости от содержания программы.

Если часть одной боковой полосы и вся другая остаются, это называется рудиментарной боковой полосой , используемой в основном при телевизионном вещании , которая в противном случае занимала бы неприемлемую часть полосы пропускания . Передача, при которой передается только одна боковая полоса, называется однополосной модуляцией или SSB. SSB является преобладающим голосовым режимом на коротковолновом радио, за исключением коротковолнового радиовещания . Поскольку боковые полосы являются зеркальными изображениями, то, какая боковая полоса используется, является вопросом соглашения.

В SSB подавляется несущая , что значительно снижает электрическую мощность (до 12   дБ), не затрагивая информацию в боковой полосе. Это обеспечивает более эффективное использование мощности передатчика и полосы пропускания РЧ, но генератор частоты биений необходимо использовать на приемнике для восстановления несущей . Если восстановленная несущая частота неверна, то на выходе приемника будут неправильные частоты, но для речи небольшие ошибки частоты не представляют проблемы для разборчивости. радиочастоты в аудиочастоту Другой способ взглянуть на приемник SSB — это преобразователь : в режиме USB частота набора вычитается из каждого радиочастотного компонента для создания соответствующего аудиокомпонента, тогда как в режиме LSB каждый входящий радиочастотный компонент вычитается из частоты набора.

Частотная модуляция

Частотная модуляция также генерирует боковые полосы, потребляемая полоса пропускания зависит от индекса модуляции , часто требуя значительно большей полосы пропускания, чем DSB. Функции Бесселя можно использовать для расчета требований к полосе пропускания FM-передач. Правило Карсона является полезным приближением ширины полосы пропускания в нескольких приложениях.

Эффекты

Боковые полосы могут создавать помехи соседним каналам . Часть боковой полосы, которая будет перекрывать соседний канал, должна подавляться фильтрами до или после модуляции (часто и того, и другого). При диапазона радиовещания частотной модуляции (FM) поднесущие выше 75   кГц ограничены небольшим процентом модуляции и полностью запрещены выше 99 кГц, чтобы защитить нормальное отклонение ± 75 кГц и границы канала ± 100 кГц . FM-передатчики любительского радио и общественных служб обычно используют отклонение ± 5 кГц.

Чтобы точно воспроизвести форму модулирующего сигнала, весь путь обработки сигнала в системе передатчика, пути распространения и приемника должен иметь достаточную полосу пропускания, чтобы можно было использовать достаточное количество боковых полос для воссоздания модулированного сигнала с желаемой степенью точности.

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

См. также

• Независимая боковая полоса
• Внеполосная связь предполагает использование канала, отличного от основного канала связи.
• Боковой лепесток
• Вычисления на боковой полосе — это метод распределенных вычислений, использующий канал, отдельный от основного канала связи.
• ТВ-передатчик

Ссылки

• В этой статье использованы общедоступные материалы из Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. (в поддержку MIL-STD-188 ).
• Техническое руководство Департамента армии ТМ 11-685 «Основы однополосной связи»