Однополосная модуляция

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 Джоном Реншоу Карсоном (англ. John Renshaw Carson)^[1]

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

${\displaystyle s_{\text{ом}}(t)=k_{\text{н}}U\cos(\omega _{0}t)+{\frac {U}{2|u_{m}(t)|_{\max }}}(u_{m}(t)cos(\omega _{0}t)-{\widehat {u}}_{m}(t)sin(\omega _{0}t)),}$

где ${\displaystyle k_{\text{н}}}$ — коэффициент подавления амплитуды ${\displaystyle U}$ несущего сигнала, ${\displaystyle \omega _{0}}$ — круговая несущая частота, ${\displaystyle u_{m}(t)}$ — модулирующий сигнал, ${\displaystyle |u_{m}(t)|_{\max }}$ — максимальное значение модуля модулирующего сигнала, ${\displaystyle {\widehat {u}}_{m}(t)}$ — сигнал, сопряженный по Гильберту с ${\displaystyle u_{m}(t)}$. В случае подавленной несущей значение ${\displaystyle k_{\text{н}}\leq {0.01}}$ (– 40 дБ). В случае однополосной модуляции с подавленной несущей для одноканальной аналоговой телефонии такой режим называется J3E^[2]. Для подавления верхней боковой полосы перед ${\displaystyle {\widehat {u}}_{m}(t)}$ ставится знак плюс.

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.

• 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)^[3], 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.

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-A₁ — ОМ с верхней боковой и несущей не более 3 %;
• A3J-B₁ — ОМ с нижней боковой и несущей не более 3 %;
• A3A-A₁ — ОМ с верхней боковой и 10 % несущей для автоматической подстройки частоты (АПЧ) для борьбы с эффектом Доплера при связи с быстродвижущимися объектами;
• A3A-B₁ — ОМ с нижней боковой и 10 % несущей для автоматической подстройки частоты (АПЧ) борьбы с эффектом Доплера при связи с быстродвижущимися объектами;
• A3H-A₁ — ОМ с верхней боковой и 70 % несущей для возможности приёма сигнала с ОМ обычными приёмниками с двухполосной модуляцией;
• A3H-B₁ — ОМ с нижней боковой и 70 % несущей для возможности приёма сигнала с ОМ обычными приёмниками с двухполосной модуляцией.

• Бунимович С. Г., Яйленко Л. П. Техника любительской однополосной радиосвязи. — М.: Издательство ДОСААФ, 1970.

• Однополосная модуляция (single side band SSB) Архивная копия от 24 марта 2011 на Wayback Machine

В статье есть список источников, но не хватает сносок. Без сносок сложно определить, из какого источника взято каждое отдельное утверждение. Вы можете улучшить статью, проставив сноски на источники, подтверждающие информацию. Сведения без сносок могут быть удалены. (27 января 2013)