Радио байланыстағы бір жақты жолақ модуляциясы

Кіріспе

Модуляция түрі

Радиобайланыста бір жақты жолақты модуляция (SSB) немесе бір жақты жолақты басқыншы тасымалдаушы модуляциясы (SSB SC) – радио толқындар арқылы аудио сигнал сияқты ақпаратты таратуға қолданылатын модуляция түрі. Амплитудалық модуляцияның жетілдірілген түрі болып табылады, ол таратушы қуатын және жолақты тиімдірек пайдаланады. Амплитудалық модуляция бастапқы негізгі сигналдың ең жоғары жиілігінен екі есе кең жолақты шығарса, бір жақты жолақты модуляция осы жолақтың кеңеюіне және тасымалдаушыға қуаттың зыңқы жұмсалуына жол бермейді. Бұл құрылғының күрделілігін арттыру және қабылдағышта дұрыс реттеуді қиындатудың есебіне жетеді.

Негізгі түсінік

Радио хабар таратушылар белгілі бір жиіліктегі радиожиілік (RF) сигналын, тасымалдаушы толқынды, таратылатын аудио сигналмен араластыру арқылы жұмыс істейді. АМ-шығыстырғыштарда бұл араластыру әдетте соңғы радиожиілік күшейткіште (жоғары деңгейлі модуляция) жүргізіледі. Төмен қуатта араластыру жасап, содан кейін оны сызықтық күшейткіште күшейту әлдеқайда сирек және тиімсіз. Екі әдіс те тасымалдаушы жиілікте күшті сигналды, ал кіріс сигналының ең жоғары жиілігімен тасымалдаушы жиіліктен жоғары және төмен жиіліктерде әлсіз сигналдарды қамтитын жиіліктер жиынтығын тудырады. Осылайша, алынған сигналдың жолақтығы бастапқы кіріс аудио сигналының ең жоғары жиілігінен екі есе көп спектрге ие. SSB бастапқы сигналдың барлығы осы "жанама жолақтардың" әрқайсысына кодталғандығын пайдаланады. Тасымалдаушыны және екі жақты жолақты да таратудың қажеті жоқ, себебі тиісті қабылдағыш жоғары немесе төменгі жақты жолақтан бүкіл бастапқы сигналды қалпына келтіре алады. Тасымалданатын сигналдан тасымалдаушы мен бір жақты жолақты жоюдың бірнеше әдістері бар. Бұл бір жақты жолақты сигналды AM-дегідей соңғы күшейткіш сатысында жоғары деңгейде жасауға болады, бірақ көбінесе ол төмен қуат деңгейінде жасалып, сызықтық түрде күшейтіледі. Сызықтық күшейтудің төмен тиімділігі тасымалдаушы мен бір жақты жолақты жою арқылы алынған қуаттық артықшылықты ішінара теңестіреді. Дегенмен, SSB берілістері қолданылатын күшейткіш энергиясын айтарлықтай тиімді пайдаланады, соның салдарынан бірдей қуат шығынымен ұзақ қашықтыққа берілуді қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, пайдаланылатын спектр толық тасымалдаушы АМ сигналының жартысынан кем. SSB қабылдауы үшін жиілік тұрақтылығы мен таңдамалылығы арзан AM қабылдағыштарынан әлдеқайда жоғары болуы керек, сондықтан хабар таратушылар оны сирек қолданады. Бір-бірімен байланыс кезінде, қымбат қабылдағыштар кеңінен қолданылатындықтан, оларды кез келген таратылатын жақты жолақты қабылдауға бейімдеуге болады.

Тарих

SSB модуляциясы үшін алғашқы АҚШ патенттік өтінімін Джон Реншо Карсон 1915 жылғы 1 желтоқсанда ұсынды. АҚШ Әскери-теңіз күштері Бірінші дүниежүзілік соғысқа дейін радио арналары арқылы SSB-мен тәжірибе жүргізді. SSB алғаш рет 1927 жылғы 7 қаңтарда Нью-Йорк пен Лондон арасындағы ұзын толқынды трансатлантикалық қоғамдық радиотелефон желісінде коммерциялық пайдалануға енгізілді. Жоғары қуатты SSB хабар тарату станциялары Рокки-Пойнт, Нью-Йорк және Регби, Англияда орналасқан. Ал қабылдағыштар Мэн штатының Хультон және Шотландияның Купар қалаларында орналастырылған. SSB сондай-ақ, жиілікті бөлу мультиплекстеу (FDM) деп аталатын техниканың бір бөлігі ретінде ұзақ қашықтықтағы телефон желілерінде қолданылды. FDM-ді 1930 жылдары телефон компаниялары енгізді. Бұл технологияның арқасында бір физикалық арна арқылы бір уақытта көптеген дауыс арналарын таратуға болады, мысалы, L тасымалдауышында. SSB-де арналар (әдетте) 4000 Гц аралықпен орналаса алады, ал сөйлеу жолағының ені шамамен 300 Гц-тен 3400 Гц-ке дейін болады. Әуесқой радио операторлары Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін SSB-мен белсенді тәжірибелер жүргізе бастады. Стратегиялық әуе қолбасшылығы 1957 жылы SSB-ді өз ұшақтары үшін радио стандарты ретінде бекітті. Содан бері ол ұзақ қашықтықтағы дауыс радио байланысы үшін де-факто стандартқа айналды.

Жарық өткізгіштік сүзгілеу

SSB сигналын жасаудың бір тәсілі – бір бүйірлік жолақты сүзгі арқылы жою, тек жоғарғы бүйірлік жолақты (USB), жоғары жиілікті жолақты немесе сирек жағдайда төменгі бүйірлік жолақты (LSB), төмен жиілікті жолақты қалдыру. Көбінесе тасымалдаушы сигнал азайтылады немесе толығымен жойылады (басылады), осы жағдайда бұл бір бүйірлік жолақты басылған тасымалдаушы (SSBSC) деп аталады. Егер екі бүйірлік жолақ симметриялы болса, яғни қалыпты AM сигналындағыдай, онда ақпарат жоғалмайды. Соңғы RF күшейткіші енді бір бүйірлік жолаққа шоғырланғандықтан, тиімді қуат шығысы қалыпты AM-ге қарағанда артық (AM таратушының қуат шығысының жартысынан астамы тасымалдаушы сигнал мен артық жолаққа кетеді). SSB аз жолақтық кеңістік пен қуатты пайдаланғанымен, оны стандартты AM сияқты қарапайым оқшаулау схемасымен демодуляциялауға болмайды.

Хартли модуляторы

Р. В. Л. Хартли есімімен аталған Хартли модуляторы деп аталатын генерацияның баламалы әдісі, қажетсіз жақтанғы жолақты басу үшін фазалауды қолданады. Бұл әдіспен SSB сигналын жасау үшін бастапқы сигналдың екі нұсқасы жасалады, олар жұмыс жиілік диапазонындағы кез келген жиілік үшін 90° фазадан тыс болады. Осы сигналдардың әрқайсысы бір-бірімен 90° фазадан тыс болатын тасымалдаушы толқындарды (бір жиіліктегі) модуляциялайды. Нәтижелі сигналдарды қосу немесе алу арқылы төменгі немесе жоғарғы жақтанғы жолақ сигналы пайда болады. Бұл тәсілдің артықшылығы – SSB сигналдары үшін аналитикалық өрнектерді алуға мүмкіндік беру, оларды SSB-ді синхронды анықтау сияқты әсерлерді түсіну үшін қолдануға болады. Базалық жолақты сигналдың фазасын 90°-қа ауыстыруды оны тек кешіктіру арқылы жасауға болмайды, себебі ол жиіліктердің кең диапазонын қамтиды. Аналогтық тізбектерде кең жолақты 90 градус фазалық айырма желісі қолданылады. Бұл әдіс вакуумдық радиолар дәуірінде танымал болды, бірақ кейін нашар реттелген коммерциялық нұсқаларының салдарынан жаман беделге ие болды. Бұл әдіс қолданылып модуляция үйде жасалған және DSP салаларында қайтадан танымал болып келеді. Бұл әдіс, Гильберт трансформациясын қолданып базалық аудионы фазалық түрлендіру арқылы, цифрлық тізбектерде төмен құнмен жүзеге асырылуы мүмкін.

Жігіт модуляторы

Тағы бір нұсқа, Weaver модуляторы, тек төмен өткізгіш сүзгілер мен квадраттық араластырғыштарды қолданады және сандық іске асыруларда жиі қолданылатын әдіс болып табылады. Weaver әдісінде, қызығушылық тудыратын жиілік жолағы алдымен нөлге центртеді, дауыстық жолақтың ортасындағы жиілікпен күрделі экспоненталық модуляциялау арқылы ұғымдастырылады, бірақ бұл сол жиіліктегі синус және косинус модуляторларының квадраттық жұбымен іске асырылады (мысалы, 2 кГц). Бұл күрделі сигнал немесе нақты сигналдар жұбы, нөлге центртеілмеген қарама-қарсы жиілікті жою үшін төмен өткізгіш сүзгіден өтеді. Содан кейін, нөлге центртеілген бір жақты белдеулі күрделі сигнал, тағы бір квадраттық араластырғыштар жұбы арқылы қажетті орталық жиілікке дейін нақты сигналға түрлендіріледі.

Толық, төмендеу және басылған тасымалдаушы SSB

Conventional amplitude modulated signals can be considered wasteful of power and bandwidth because they contain a carrier signal and two identical sidebands. Therefore, SSB transmitters are generally designed to minimize the amplitude of the carrier signal. When the carrier is removed from the transmitted signal, it is called suppressed carrier SSB. However, in order for a receiver to reproduce the transmitted audio without distortion, it must be tuned to exactly the same frequency as the transmitter. Since this is difficult to achieve in practice, SSB transmissions can sound unnatural, and if the frequency error is great enough, it can cause poor intelligibility. In order to correct this, a small amount of the original carrier signal can be transmitted so that receivers with the necessary circuitry to synchronize with the transmitted carrier can correctly demodulate the audio. This mode of transmission is called reduced carrier single sideband. In other cases, it may be desirable to maintain some degree of compatibility with simple AM receivers, while still reducing the signal's bandwidth. This can be accomplished by transmitting single sideband with a normal or slightly reduced carrier. This mode is called compatible (or full carrier) SSB or amplitude modulation equivalent (AME). In typical AME systems, harmonic distortion can reach 25%, and intermodulation distortion can be much higher than normal, but minimizing distortion in receivers with envelope detectors is generally considered less important than allowing them to produce intelligible audio. A second, and perhaps more correct, definition of "compatible single sideband" (CSSB) refers to a form of amplitude and phase modulation in which the carrier is transmitted along with a series of sidebands that are predominantly above or below the carrier term. Since phase modulation is present in the generation of the signal, energy is removed from the carrier term and redistributed into the sideband structure similar to that which occurs in analog frequency modulation. The signals feeding the phase modulator and the envelope modulator are further phase shifted by 90° with respect to each other. This places the information terms in quadrature with each other; the Hilbert transform of information to be transmitted is utilized to cause constructive addition of one sideband and cancellation of the opposite primary sideband. Since phase modulation is employed, higher order terms are also generated. Several methods have been employed to reduce the impact (amplitude) of most of these higher order terms. In one system, the phase modulated term is actually the log of the value of the carrier level plus the phase shifted audio/information term. This produces an ideal CSSB signal, where at low modulation levels only a first order term on one side of the carrier is predominant. As the modulation level is increased, the carrier level is reduced while a second order term increases substantially in amplitude. At the point of 100% envelope modulation, 6 dB of power is removed from the carrier term, and the second order term is identical in amplitude to carrier term. The first order sideband has increased in level until it is now at the same level as the formerly unmodulated carrier. At the point of 100% modulation, the spectrum appears identical to a normal double sideband AM transmission, with the center term (now the primary audio term) at a 0 dB reference level, and both terms on either side of the primary sideband at −6 dB. The difference is that what appears to be the carrier has shifted by the audio frequency term towards the "sideband in use". At levels below 100% modulation, the sideband structure appears quite asymmetric. When voice is conveyed by a CSSB source of this type, low frequency components are dominant, while higher frequency terms are lower by as much as 20 dB at 3 kHz. The result is that the signal occupies approximately 1/2 the normal bandwidth of a full carrier, DSB signal. There is one catch: the audio term utilized to phase modulate the carrier is generated based on a log function that is biased by the carrier level. At negative 100% modulation, the term is driven to zero (0), and the modulator becomes undefined. Strict modulation control must be employed to maintain stability of the system and avoid splatter. This system is of Russian origin and was described in the late 1950s. It is uncertain whether it was ever deployed. A second series of approaches was designed and patented by Leonard R. Kahn. The various Kahn systems removed the hard limit imposed by the use of the strict log function in the generation of the signal. Earlier Kahn systems utilized various methods to reduce the second order term through the insertion of a predistortion component. One example of this method was also used to generate one of the Kahn independent sideband (ISB) AM stereo signals. It was known as the STR 77 exciter method, having been introduced in 1977. Later, the system was further improved by use of an arcsine based modulator that included a 1 0.52E term in the denominator of the arcsin generator equation. E represents the envelope term; roughly half the modulation term applied to the envelope modulator is utilized to reduce the second order term of the arcsin "phase" modulated path; thus reducing the second order term in the undesired sideband. A multi loop modulator/demodulator feedback approach was used to generate an accurate arcsin signal. This approach was introduced in 1984 and became known as the STR 84 method. It was sold by Kahn Research Laboratories; later, Kahn Communications, Inc. of NY. An additional audio processing device further improved the sideband structure by selectively applying pre emphasis to the modulating signals. Since the envelope of all the signals described remains an exact copy of the information applied to the modulator, it can be demodulated without distortion by an envelope detector such as a simple diode. In a practical receiver, some distortion may be present, usually at a low level (in AM broadcast, always below 5%), due to sharp filtering and nonlinear group delay in the IF filters of the receiver, which act to truncate the compatibility sideband – those terms that are not the result of a linear process of simply envelope modulating the signal as would be the case in full carrier DSB AM – and rotation of phase of these compatibility terms such that they no longer cancel the quadrature distortion term caused by a first order SSB term along with the carrier. The small amount of distortion caused by this effect is generally quite low and acceptable. The Kahn CSSB method was also briefly used by Airphone as the modulation method employed for early consumer telephone calls that could be placed from an aircraft to ground. This was quickly supplanted by digital modulation methods to achieve even greater spectral efficiency. While CSSB is seldom used today in the AM/MW broadcast bands worldwide, some amateur radio operators still experiment with it.

Conventional amplitude modulated signals can be considered wasteful of power and bandwidth because they contain a carrier signal and two identical sidebands. Therefore, SSB transmitters are generally designed to minimize the amplitude of the carrier signal. When the carrier is removed from the transmitted signal, it is called suppressed carrier SSB. However, in order for a receiver to reproduce the transmitted audio without distortion, it must be tuned to exactly the same frequency as the transmitter. Since this is difficult to achieve in practice, SSB transmissions can sound unnatural, and if the error in frequency is great enough, it can cause poor intelligibility. In order to correct this, a small amount of the original carrier signal can be transmitted so that receivers with the necessary circuitry to synchronize with the transmitted carrier can correctly demodulate the audio. This mode of transmission is called reduced carrier single sideband. In other cases, it may be desirable to maintain some degree of compatibility with simple AM receivers, while still reducing the signal's bandwidth. This can be accomplished by transmitting single sideband with a normal or slightly reduced carrier. This mode is called compatible (or full carrier) SSB or amplitude modulation equivalent (AME). In typical AME systems, harmonic distortion can reach 25%, and intermodulation distortion can be much higher than normal, but minimizing distortion in receivers with envelope detectors is generally considered less important than allowing them to produce intelligible audio. A second, and perhaps more correct, definition of "compatible single sideband" (CSSB) refers to a form of amplitude and phase modulation in which the carrier is transmitted along with a series of sidebands that are predominantly above or below the carrier term. Since phase modulation is present in the generation of the signal, energy is removed from the carrier term and redistributed into the sideband structure similar to that which occurs in analog frequency modulation. The signals feeding the phase modulator and the envelope modulator are further phase shifted by 90° with respect to each other. This places the information terms in quadrature with each other; the Hilbert transform of information to be transmitted is utilized to cause constructive addition of one sideband and cancellation of the opposite primary sideband. Since phase modulation is employed, higher order terms are also generated. Several methods have been employed to reduce the impact (amplitude) of most of these higher order terms. In one system, the phase modulated term is actually the log of the value of the carrier level plus the phase shifted audio/information term. This produces an ideal CSSB signal, where at low modulation levels only a first order term on one side of the carrier is predominant. As the modulation level is increased, the carrier level is reduced while a second order term increases substantially in amplitude. At the point of 100% envelope modulation, 6 dB of power is removed from the carrier term, and the second order term is identical in amplitude to carrier term. The first order sideband has increased in level until it is now at the same level as the formerly unmodulated carrier. At the point of 100% modulation, the spectrum appears identical to a normal double sideband AM transmission, with the center term (now the primary audio term) at a 0 dB reference level, and both terms on either side of the primary sideband at −6 dB. The difference is that what appears to be the carrier has shifted by the audio frequency term towards the "sideband in use". At levels below 100% modulation, the sideband structure appears quite asymmetric. When voice is conveyed by a CSSB source of this type, low frequency components are dominant, while higher frequency terms are lower by as much as 20 dB at 3 kHz. The result is that the signal occupies approximately 1/2 the normal bandwidth of a full carrier, DSB signal. There is one catch: the audio term utilized to phase modulate the carrier is generated based on a log function that is biased by the carrier level. At negative 100% modulation, the term is driven to zero (0), and the modulator becomes undefined. Strict modulation control must be employed to maintain stability of the system and avoid splatter. This system is of Russian origin and was described in the late 1950s. It is uncertain whether it was ever deployed. A second series of approaches was designed and patented by Leonard R. Kahn. The various Kahn systems removed the hard limit imposed by the use of the strict log function in the generation of the signal. Earlier Kahn systems utilized various methods to reduce the second order term through the insertion of a predistortion component. One example of this method was also used to generate one of the Kahn independent sideband (ISB) AM stereo signals. It was known as the STR 77 exciter method, having been introduced in 1977. Later, the system was further improved by use of an arcsine based modulator that included a 1 0.52E term in the denominator of the arcsin generator equation. E represents the envelope term; roughly half the modulation term applied to the envelope modulator is utilized to reduce the second order term of the arcsin "phase" modulated path; thus reducing the second order term in the undesired sideband. A multi loop modulator/demodulator feedback approach was used to generate an accurate arcsin signal. This approach was introduced in 1984 and became known as the STR 84 method. It was sold by Kahn Research Laboratories; later, Kahn Communications, Inc. of NY. An additional audio processing device further improved the sideband structure by selectively applying pre emphasis to the modulating signals. Since the envelope of all the signals described remains an exact copy of the information applied to the modulator, it can be demodulated without distortion by an envelope detector such as a simple diode. In a practical receiver, some distortion may be present, usually at a low level (in AM broadcast, always below 5%), due to sharp filtering and nonlinear group delay in the IF filters of the receiver, which act to truncate the compatibility sideband – those terms that are not the result of a linear process of simply envelope modulating the signal as would be the case in full carrier DSB AM – and rotation of phase of these compatibility terms such that they no longer cancel the quadrature distortion term caused by a first order SSB term along with the carrier. The small amount of distortion caused by this effect is generally quite low and acceptable. The Kahn CSSB method was also briefly used by Airphone as the modulation method employed for early consumer telephone calls that could be placed from an aircraft to ground. This was quickly supplanted by digital modulation methods to achieve even greater spectral efficiency. While CSSB is seldom used today in the AM/MW broadcast bands worldwide, some amateur radio operators still experiment with it.

Көбінесе амплитудалық модуляцияланған сигналдар қуат пен жолақтықты ысыраптап отыр деп есептелуі мүмкін, өйткені олар тасымалдаушы сигналды және екі бірдей бүйірлік жолақты қамтиды. Сондықтан SSB хабар таратушылары көбінесе тасымалдаушы сигналдың амплитудасын барынша азайту үшін жасалады. Егер тасымалдаушы сигнал беріліп жатқан сигналдан алынып тасталса, онда ол басқыншы тасымалдаушы SSB деп аталады. Дегенмен, қабылдағыш берілген дыбысты бұрмалаусыз қайта жаңғырту үшін, ол таратушымен дәл бірдей жиілікке келтірілуі керек. Бұл практикада қол жеткізу қиын болғандықтан, SSB хабарлары табиғи емес сияқты сезілуі мүмкін, ал егер жиілік қателігі жеткілікті болса, түсініктіліктің нашарлауына әкелуі мүмкін. Мұны түзету үшін бастапқы тасымалдаушы сигналдың шағын бөлігі берілуі мүмкін, сонда жіберілген тасымалдаушымен синхрондауға қажетті схемалары бар қабылдағыштар дыбысты дұрыс демодуляциялай алады. Бұл тарату режимі азайтылған тасымалдаушы бір жақты жолақты деп аталады. Басқа жағдайларда, сигналдың жолақтығын азайта отырып, қарапайым AM қабылдағыштармен үйлесімділікті сақтау қажет болуы мүмкін. Бұл бір жақты жолақты қалыпты немесе аздап азайтылған тасымалдаушымен беру арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Бұл режим үйлесімді (немесе толық тасымалдаушы) SSB немесе амплитудалық модуляция эквиваленті (AME) деп аталады. Типик АМЭ жүйелерінде гармониялық бұрмалау 25%-ға жете алады, ал интермодуляциялық бұрмалау қалыптыдан әлдеқайда жоғары болуы мүмкін, бірақ конверт детекторлары бар қабылдағыштардағы бұрмалауды азайту, көбінесе оларға түсінікті дыбыс шығаруға мүмкіндік беруден гөрі маңызды емес деп саналады. "Үйлесімді бір жақты жолақтың" (CSSB) екінші және, мүмкін, дұрыс анықтамасы амплитудалық және фазалық модуляцияның бір түріне қатысты, онда тасымалдаушы тасымалдаушыдан жоғары немесе төмен орналасқан жақтық жолақтар сериясымен бірге беріледі. Фазалық модуляция сигналдың пайда болуына байланысты, энергия тасымалдаушы термінен алынып, аналогтық жиілік модуляциясында кездесетіндей жақтық жолақтың құрылымына қайта бөлінеді. Фазалық модулятор мен конвертті модуляторға берілетін сигналдар бір-біріне қатысты 90°-қа фазалық түрлендіріледі. Бұл ақпараттық терминдерді бір-бірімен квадратта орналастырады; берілетін ақпараттың Гильберт түрлендіруі бір жақты жолақты конструктивті қосуға және қарама-қарсы негізгі жақты жолақты жоюға көмектеседі. Фазалық модуляция қолданылғандықтан, жоғары ретті терминдер де пайда болады. Көптеген әдістер осы жоғары ретті терминдердің әсерін (амплитудасын) азайту үшін қолданылды. Бір жүйеде фазалық модуляцияланған термин, шын мәнінде, тасымалдаушы деңгейінің логарифмі және фазалық түрлендірілген аудио/ақпараттық термин болып табылады. Бұл CSSB сигналының идеалды түрін тудырады, онда төмен модуляция деңгейлерінде тасымалдаушының бір жағындағы бірінші реттік термин ғана басым болады. Модуляция деңгейі өскен сайын тасымалдаушы деңгейі төмендейді, ал екінші реттік термин амплитудасы айтарлықтай артады. 100% конвертті модуляциялау нүктесінде тасымалдаушы термінен 6 дБ қуат алынып тасталады, ал екінші реттік термин тасымалдаушы терминімен амплитуда бойынша бірдей болады. Бірінші реттік жақты жолақтың деңгейі өсті, сондықтан ол бұрынғы модульденбеген тасымалдаушымен бірдей деңгейде. 100% модуляция нүктесінде спектр қалыпты қос жақты жолақты AM берілісіне ұқсас болып көрінеді, орталық термині (қазіргі негізгі аудио термині) 0 дБ эталондық деңгейде, ал негізгі жақты жолақтың екі жағындағы екі термин -6 дБ. Айырмашылығы - тасымалдаушы болып көрінетін аудио жиілік термині "қолданылатын жақтық жолаққа" қарай ығысқан. 100% модуляциядан төмен деңгейлерде жақтық жолақтың құрылымы өте асимметриялық болып көрінеді. Мұндай CSSB көзі арқылы дауыс берілсе, төмен жиілікті компоненттер басым, ал жоғары жиілікті терминдер 3 кГц-те 20 дБ-ға дейін төмендеуі мүмкін. Нәтижесінде сигнал DSB сигналының толық тасымалдаушысының қалыпты жолағының шамамен 1/2 бөлігін алады. Бір тұтқын бар: тасымалдаушы деңгейіне бейімделген журналдық функция негізінде тасымалдаушыны фазалық модуляциялау үшін қолданылатын аудио термині жасалады. Теріс 100% модуляция кезінде термин нөлге (0) жетеленеді және модулятор анықталмайды. Жүйенің тұрақтылығын сақтау және шашырауды болдырмау үшін модуляцияны қатаң бақылау қажет. Бұл жүйе орыс тілінен шыққан және 1950 жылдардың соңында сипатталған. Оның қолданылғаны белгісіз. Екінші тәсілдерді Леонард Р. Кан әзірлеген және патенттеген. Канның әртүрлі жүйелері сигналдың жасалуында қатаң журналдық функцияны қолданудан туындаған қатаң шектеуді жойды. Канның ертерек жүйелері екінші реттік терминнің әсерін азайту үшін алдын ала бұрмалау компонентін енгізу арқылы әртүрлі әдістерді қолданды. Бұл әдістің бір мысалы Канның тәуелсіз жақтық жолақтың (ISB) AM стерео сигналдарын жасау үшін де қолданылды. Ол 1977 жылы ұсынылған STR 77 қоздырғыш әдісі деп белгілі болды. Кейінірек жүйе арксинус негізіндегі модуляторды пайдалану арқылы жақсартылды, ол арксинус генераторы теңдеуінің бөлімінде 1 0.52E терминін қамтыды. E конверттік терминды білдіреді; конверттік модуляторға қолданылатын модуляция терминінің шамамен жартысы арксинус "фазалық" модуляцияланған жолдағы екінші реттік терминнің әсерін азайту үшін қолданылады; осылайша қажет емес жақтық жолақтағы екінші реттік терминнің әсерін азайту. Арксинус сигналын жасау үшін көп циклды модулятор/демодулятор кері байланыс тәсілі қолданылды. Бұл тәсіл 1984 жылы ұсынылды және STR 84 әдісі деп белгілі болды. Ол Кан зерттеу лабораторияларымен сатылды; кейінірек Кан Коммуникациялар, Inc. NY. Модуляциялық сигналдарға селективті түрде алдын ала басалауды қолдану арқылы қосымша аудио өңдеу құрылғысы жақтық жолақтың құрылымын одан әрі жақсартты. Барлық сипатталған сигналдардың конверті модуляторға қолданылатын ақпараттың нақты көшірмесі болып қала беретіндіктен, оны қарапайым диод сияқты конверт детектормен бұрмалаусыз демодуляциялауға болады. Нақты қабылдағышта кейбір бұрмалаулар болуы мүмкін, әдетте төмен деңгейде (AM хабар таратуда әрқашан 5% төмен), қабылдағыштың аралық жиілік фильтрлеріндегі өткір сүзу және сызылмайтын топтық кешігудің салдарынан, бұл үйлесімді жақтық жолақты – сигналды толық тасымалдаушы DSB AM сияқты жай ғана конверттік модуляциялау процесінің нәтижесі емес терминдерді – қысқартуға және осы үйлесімді терминдердің фазасын бұруға әкеледі, соның салдарынан олар бірінші реттік SSB терминімен және тасымалдаушымен туындаған квадратты бұрмалау терминін жоймайды. Бұл әсерден туындаған шағын бұрмалау көбінесе өте төмен және қабылданады. Кан CSSB әдісі Airphone компаниясымен де қысқа мерзімге қолданылды, ол ұшақтан жерге қосылған ерте тұтынушылардың телефондық қоңыраулары үшін қолданылған модуляция әдісі болды. Бұл спектралық тиімділікті одан да жоғары деңгейге жеткізу үшін цифрлық модуляция әдістерімен тез алмастырылды. CSSB бүгінде әлемдік AM/MW хабар тарату жолақтарында сирек қолданылса да, кейбір әуесқой радио операторлары онымен әлі де тәжірибе жасап жатыр.

Conventional amplitude modulated signals can be considered wasteful of power and bandwidth because they contain a carrier signal and two identical sidebands. Therefore, SSB transmitters are generally designed to minimize the amplitude of the carrier signal. When the carrier is removed from the transmitted signal, it is called suppressed carrier SSB. However, in order for a receiver to reproduce the transmitted audio without distortion, it must be tuned to exactly the same frequency as the transmitter. Since this is difficult to achieve in practice, SSB transmissions can sound unnatural, and if the error in frequency is great enough, it can cause poor intelligibility. In order to correct this, a small amount of the original carrier signal can be transmitted so that receivers with the necessary circuitry to synchronize with the transmitted carrier can correctly demodulate the audio. This mode of transmission is called reduced carrier single sideband. In other cases, it may be desirable to maintain some degree of compatibility with simple AM receivers, while still reducing the signal's bandwidth. This can be accomplished by transmitting single sideband with a normal or slightly reduced carrier. This mode is called compatible (or full carrier) SSB or amplitude modulation equivalent (AME). In typical AME systems, harmonic distortion can reach 25%, and intermodulation distortion can be much higher than normal, but minimizing distortion in receivers with envelope detectors is generally considered less important than allowing them to produce intelligible audio. A second, and perhaps more correct, definition of "compatible single sideband" (CSSB) refers to a form of amplitude and phase modulation in which the carrier is transmitted along with a series of sidebands that are predominantly above or below the carrier term. Since phase modulation is present in the generation of the signal, energy is removed from the carrier term and redistributed into the sideband structure similar to that which occurs in analog frequency modulation. The signals feeding the phase modulator and the envelope modulator are further phase shifted by 90° with respect to each other. This places the information terms in quadrature with each other; the Hilbert transform of information to be transmitted is utilized to cause constructive addition of one sideband and cancellation of the opposite primary sideband. Since phase modulation is employed, higher order terms are also generated. Several methods have been employed to reduce the impact (amplitude) of most of these higher order terms. In one system, the phase modulated term is actually the log of the value of the carrier level plus the phase shifted audio/information term. This produces an ideal CSSB signal, where at low modulation levels only a first order term on one side of the carrier is predominant. As the modulation level is increased, the carrier level is reduced while a second order term increases substantially in amplitude. At the point of 100% envelope modulation, 6 dB of power is removed from the carrier term, and the second order term is identical in amplitude to carrier term. The first order sideband has increased in level until it is now at the same level as the formerly unmodulated carrier. At the point of 100% modulation, the spectrum appears identical to a normal double sideband AM transmission, with the center term (now the primary audio term) at a 0 dB reference level, and both terms on either side of the primary sideband at −6 dB. The difference is that what appears to be the carrier has shifted by the audio frequency term towards the "sideband in use". At levels below 100% modulation, the sideband structure appears quite asymmetric. When voice is conveyed by a CSSB source of this type, low frequency components are dominant, while higher frequency terms are lower by as much as 20 dB at 3 kHz. The result is that the signal occupies approximately 1/2 the normal bandwidth of a full carrier, DSB signal. There is one catch: the audio term utilized to phase modulate the carrier is generated based on a log function that is biased by the carrier level. At negative 100% modulation, the term is driven to zero (0), and the modulator becomes undefined. Strict modulation control must be employed to maintain stability of the system and avoid splatter. This system is of Russian origin and was described in the late 1950s. It is uncertain whether it was ever deployed. A second series of approaches was designed and patented by Leonard R. Kahn. The various Kahn systems removed the hard limit imposed by the use of the strict log function in the generation of the signal. Earlier Kahn systems utilized various methods to reduce the second order term through the insertion of a predistortion component. One example of this method was also used to generate one of the Kahn independent sideband (ISB) AM stereo signals. It was known as the STR 77 exciter method, having been introduced in 1977. Later, the system was further improved by use of an arcsine based modulator that included a 1 0.52E term in the denominator of the arcsin generator equation. E represents the envelope term; roughly half the modulation term applied to the envelope modulator is utilized to reduce the second order term of the arcsin "phase" modulated path; thus reducing the second order term in the undesired sideband. A multi loop modulator/demodulator feedback approach was used to generate an accurate arcsin signal. This approach was introduced in 1984 and became known as the STR 84 method. It was sold by Kahn Research Laboratories; later, Kahn Communications, Inc. of NY. An additional audio processing device further improved the sideband structure by selectively applying pre emphasis to the modulating signals. Since the envelope of all the signals described remains an exact copy of the information applied to the modulator, it can be demodulated without distortion by an envelope detector such as a simple diode. In a practical receiver, some distortion may be present, usually at a low level (in AM broadcast, always below 5%), due to sharp filtering and nonlinear group delay in the IF filters of the receiver, which act to truncate the compatibility sideband – those terms that are not the result of a linear process of simply envelope modulating the signal as would be the case in full carrier DSB AM – and rotation of phase of these compatibility terms such that they no longer cancel the quadrature distortion term caused by a first order SSB term along with the carrier. The small amount of distortion caused by this effect is generally quite low and acceptable. The Kahn CSSB method was also briefly used by Airphone as the modulation method employed for early consumer telephone calls that could be placed from an aircraft to ground. This was quickly supplanted by digital modulation methods to achieve even greater spectral efficiency. While CSSB is seldom used today in the AM/MW broadcast bands worldwide, some amateur radio operators still experiment with it.

Демодуляция

SSB қабылдағышының алдыңғы бөлігі AM немесе FM қабылдағышының алдыңғы бөлігіне ұқсас, радиожиілік (RF) сигналының стандартты аралық жиілік (IF) жолағында жиілігі өзгертілген нұсқасын жасайтын супергетеродинді RF алдыңғы бөлігінен тұрады. IF SSB сигналынан бастапқы сигналды қалпына келтіру үшін, бір жақты жолақты бастапқы жиілік диапазонына дейін төмендету қажет, бұл соққы жиілігі осцилляторының (BFO) шығысымен араластырылатын көбейту детекторы арқылы жүзеге асырылады. Басқаша айтқанда, бұл гетеродиндеудің тағы бір сатысы. Мұның жұмыс істеуі үшін BFO жиілігі дәл реттелуі керек. Егер BFO жиілігі дұрыс болмаса, шығыс сигналы жиілігі өзгеріп (жоғарылап немесе төмендеп), сөйлеуді ерекше және "Дональд Дақтың" даусы сияқты немесе түсініксіз етеді. Аудиобайланыс үшін BFO осцилляторының 1,7 кГц-қа қарай ығысуы туралы жалпы келісім бар. Дауыстық сигнал шамамен 50 Гц ығысуға сезімтал, ал 100 Гц-қа дейінгі ығысу көтере алады. Кейбір қабылдағыштар тасымалдаушыны қалпына келтіру жүйесін қолданады, ол дәл IF жиілігіне автоматты түрде құлыптауға тырысады. Тасымалдаушыны қалпына келтіру жиілік ығысуын шешпейді. Ол детектордың шығысындағы сигнал/шу қатынасын жақсартады. Мысалы, IF SSB сигналы жиілігі = 45000 Гц ортасында орналасқан делік. Оны ығыстыру қажетті негізгі жолақтың жиілігі = 2000 Гц. BFO шығыс толқын пішіні: сигнал BFO толқын пішінімен көбейтілгенде, ол сигналды және , соққы жиілігі немесе кескіш жиілік деп аталатын мәндерге ығыстырады. Мақсаты - = 2000 Гц болатын а-ны таңдау. (Қажетсіз компоненттерді төмен өткізгіш сүзгі арқылы жоюға болады, мұнда шығыс түрлендіргіші немесе адамның құлағы қолданылуы мүмкін). Екі таңдау бар: 43000 Гц және 47000 Гц, олар төменгі және жоғары инъекция деп аталады. Жоғары жақты инъекция кезінде 45000 Гц-қа таралған спектрлік компоненттер кері ретпен 2000 Гц-қа таралады, бұл да кері спектр деп аталады. Бұл, шын мәнінде, IF спектрі де кері болған кезде қажет, өйткені BFO инверсиясы дұрыс қатынастарды қалпына келтіреді. Мұның бір себебі – IF спектрі қабылдағышта инверсиялық сатының шығысы болған кезде. Тағы бір себебі – SSB сигналы жоғары жақтың орнына төменгі жақты жолақ болғанда. Бірақ егер екі себеп те орынды болса, онда IF спектрі кері емес, және кері емес BFO (43000 Гц) қолданылуы керек. Егер а шамалы ауытқса, онда соққы жиілігі дәл болады, бұл бұрын айтылған сөйлеудің бұрмалануына әкелуі мүмкін.

The front end of an SSB receiver is similar to that of an AM or FM receiver, consisting of a superheterodyne RF front end that produces a frequency shifted version of the radio frequency (RF) signal within a standard intermediate frequency (IF) band. To recover the original signal from the IF SSB signal, the single sideband must be frequency shifted down to its original range of baseband frequencies, by using a product detector which mixes it with the output of a beat frequency oscillator (BFO). In other words, it is just another stage of heterodyning. For this to work, the BFO frequency must be exactly adjusted. If the BFO frequency is off, the output signal will be frequency shifted (up or down), making speech sound strange and "Donald Duck" like, or unintelligible. For audio communications, there is a common agreement about the BFO oscillator shift of 1.7 kHz. A voice signal is sensitive to about 50 Hz shift, with up to 100 Hz still bearable. Some receivers use a carrier recovery system, which attempts to automatically lock on to the exact IF frequency. The carrier recovery doesn't solve the frequency shift. It gives better S/N ratio on the detector output. As an example, consider an IF SSB signal centered at frequency = 45000 Hz. The baseband frequency it needs to be shifted to is = 2000 Hz. The BFO output waveform is When the signal is multiplied by (aka heterodyned with) the BFO waveform, it shifts the signal to , and to , which is known as the beat frequency or image frequency. The objective is to choose an that results in = 2000 Hz. (The unwanted components at can be removed by a lowpass filter; for which an output transducer or the human ear may serve). There are two choices for : 43000 Hz and 47000 Hz, called low side and high side injection. With high side injection, the spectral components that were distributed around 45000 Hz will be distributed around 2000 Hz in the reverse order, also known as an inverted spectrum. That is in fact desirable when the IF spectrum is also inverted, because the BFO inversion restores the proper relationships. One reason for that is when the IF spectrum is the output of an inverting stage in the receiver. Another reason is when the SSB signal is actually a lower sideband, instead of an upper sideband. But if both reasons are true, then the IF spectrum is not inverted, and the non inverting BFO (43000 Hz) should be used. If is off by a small amount, then the beat frequency is not exactly , which can lead to the speech distortion mentioned earlier.

ССБ сөйлеуді шифрлау әдісі ретінде

SSB әдістерін жиілікті өзгертуге және жиілікті инверттік негізгі жолақты толқын формаларына (дауысты инверсиялау) бейімдеуге болады. Бұл дауыс шатастыру әдісі бір жақты жолақты модуляцияланған дыбыс үлгісін оның керісі арқылы өткізу арқылы жасалды (мысалы, LSB модуляцияланған дыбыс үлгісін USB модуляциясын қолданатын радио арқылы өткізу). Бұл эффекттер басқа сүзгілеу әдістерімен бірге Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде сөйлеуді шифрлаудың қарапайым тәсілі ретінде пайдаланылды. АҚШ пен Ұлыбритания арасындағы радиотелефондық әңгімелер немістер тарапынан ұғып алынып, "дешифрленді"; олар Франклин Д. Рузвельт пен Черчилль арасындағы алғашқы әңгімелердің кейбірін қамтыды. Шындығында, сигналдарды жаттығудан өткен операторлар тікелей түсіне алды. Рузвельт пен Черчилль арасындағы қауіпсіз байланысты қамтамасыз ету үшін SIGSALY цифрлық шифрлау жүйесі құрастырылды. Бүгінде мұндай қарапайым инверсияға негіделген сөйлеуді шифрлау әдістерін қарапайым техникалар арқылы оңай дешифрлеуге болады және олар енді қауіпсіз деп есептелмейді.

Вестигиялық бүйірлік белдеу (VSB)

Дауыстық сигналдар үшін қолданылатын, бірақ бейне/теледидар сигналдары үшін қолжетімді емес бір жақты жолақты модуляцияның шектеулері жақтық жолақты пайдалануға әкеледі. Жақтық жолақ (радиобайланыста) – бұл тек ішінара қиылып немесе басылған жақтық жолақ. Теледидар хабарларын тарату (аналогты бейне форматтарында) бейне AM түрінде берілген жағдайда, кең жолақты пайдалану себепті осы әдіс қолданылады. Ол ATSC стандартындағы 8VSB сияқты цифрлық таратуда да қолданылуы мүмкін. NTSC немесе ATSC қолданатын елдердегі теледидар тарату немесе тасымалдау арнасының жолақтығы 6 МГц құрайды. Жолақтықты үнемдеу үшін SSB қажет болса да, бейнесигналда маңызды төмен жиілікті компоненттер (орташа жарықтық) және тікбұрышты синхронизациялық импульстер болады. Инженерлік шешім – жақтық жолақты тарату. Жақтық жолақта W2 = 4,0 МГц жолақтың толық жоғарғы жақтық жолағы, ал төменгі жақтық жолақтың тек W1 = 0,75 МГц бөлігі, сонымен қатар тасымалдағыш беріледі. Тасымалдағыш жиілігі 6 МГц ені бар арнаның төменгі жиегінен 1,25 МГц жоғары орналасқан. Бұл жүйе төмен модуляциялық жиіліктерде AM, ал жоғары модуляциялық жиіліктерде SSB режімінде жұмыс істейді. Жоғары жиіліктердегі төменгі жақтық жолақтың компоненттерінің жоқтығын өтеу қажет, және бұл IF күшейткішінде жүзеге асырылады.

Әуесқойлық радио дауыс байланысында LSB және USB үшін жиіліктер

Әуесқойлық радиода дауыс байланысында бір жақты жолақ қолданғанда, 10 МГц төмен жиіліктерде төменгі жақты жолақ (LSB), ал 10 МГц және одан жоғары жиіліктерде жоғарғы жақты жолақ (USB) қолданылуы қалыпты жағдай. Мысалы, 40 метрлік жолақта дауыс байланысы көбінесе 7,100 МГц жиілігінде LSB режимінде жүзеге асырылады. 20 метрлік жолақта 14,200 МГц жиілігінде USB режимі қолданылады. Бірақ, 60 метрлік жолақтағы (5,3 МГц шамасындағы) бес дискретті әуесқойлық арнаға қатысты FCC ережелерінде USB міндетті түрде қолданылуы талап етіледі, бұл ережеден ерекшелік құрайды.

Кеңейтілген бір жақты жолақ (eSSB)

Кеңейтілген бір жақты жолақ – бұл стандартты немесе дәстүрлі 2,9 кГц SSB J3E режимдерінің (ITU 2K90J3E) аудио жолағының енінен асып, жоғары сапалы дыбысты қолдайтын кез келген J3E (SSB SC) режимі. Кеңейтілген SSB режимдері Жолақтың ені Жиілік жауабы ITU белгілеуі 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

Амплитудалық кеңейтілген бір жақты жолақты модуляция (ACSSB)

Амплитудалық компрессияланған бір жақты жолақты (ACSSB) – пилоттық тонмен бір жақты жолақты қолданатын, тар жолақты модуляция әдісі. Ол қабылдағыштағы кеңейткішке, хабар беруші тарап қатты қысқан амплитуданы қалпына келтіруге мүмкіндік береді. Бұл стандартты SSB модуляциясына қарағанда тиімдірек қашықтықты ұсынады, сонымен бірге стандартты SSB радио қабылдағыштарымен кері үйлесімділікті сақтайды. ACSSB сондай-ақ, тар жолақты FM модуляциясына қарағанда, берілген қуат деңгейінде ағын енінің азаюын және қашықтықтың артуын қамтамасыз етеді.

Бақыланатын қоршау-жақтау бір жақты жолақты модуляциясы (CESSB)

Стандартты SSB модуляциясын жасау синусоидты тон үшін орташа конверт деңгейінен әлдеқайда жоғары конверт деңгейінің шамадан асуына алып келеді (дауыстық сигналдың амплитудасы шектелген жағдайда да). Стандартты SSB конвертінің ең жоғары нүктелері спектрдің уысып қалғандығынан және қажетті Гильберт түрлендіруін іске асырудағы жуықтау қателерінен туындаған сызықтық емес фазалық бұрмаланудан болады. Жақында жүргізілген зерттеулерге сәйкес, тиісті шамадан асуды өтеу (бақыланатын конвертпен бір жақты жолақты модуляция немесе CESSB) дауыстық сигналды беру кезінде шамамен 3,8 дБ-ға дейін ең жоғары деңгейді төмендетуге мүмкіндік береді. Бұл орташа тиімді қуатты шамамен 140%-ға арттырады. CESSB сигналын жасау SSB модуляторға біріктірілгенімен, CESSB сигналын жасауды стандартты SSB радиосынан бөлек жүргізуге болады (мысалы, сыртқы дауыстық сигналды алдын ала өңдеу құрылымы ретінде). Бұл стандартты SSB радиосының модуляторы сызықтық фазалық болуын және CESSB сигналын өткізуге жеткілікті өткізу қабілетіне ие болуын талап етеді. Егер стандартты SSB модуляторы осы талаптарға жауап берсе, CESSB процесімен конвертті басқару сақталады.