Egy oldalsávos moduláció

Az egy oldalsávos moduláció (angolul: Single Side Band - SSB) a rádiós kommunikációban használt amplitúdómoduláció egyik fajtája, a rádióamatőr gyakorlatban legelterjedtebb beszédátviteli moduláció (ennek jelölése: SSB-SC - „egy oldalsávos, elnyomott vivőjű”). Az egy oldalsávos, elnyomott vivőjű átvitel lényege, hogy az adó a vivőhullámot elnyomja, mivel az nem hordoz információt és csak az alsó vagy felső oldalsávot sugározza ki. Ezzel energiamegtakarítás érhető el, és az adó csak fele akkora sávszélességet használ. Hátránya, hogy a vevő bonyolultabb, mint ami egy normál AM-adás vételéhez szükséges.

Az alapján, hogy melyik oldalsávot használjuk, beszélünk USB (Upper Side Band = felső oldalsáv) és LSB (Lower Side Band = alsó oldalsáv) módokról. Ha USB-ben veszünk egy LSB adást (vagy fordítva), akkor az alacsony és magas frekvenciájú hangfrekvenciás összetevők felcserélődnek, amely hatására furcsán bugyogó, érthetetlen hangot hallunk. Az SSB-adás normál AM-vevővel is fogható, de a beszéd nehezen érthető vagy teljesen érthetetlen.

Az adásmódokat nemzetközileg meghatározott rövidítésekkel jelölik.^[1]

Az amatőr rádiós gyakorlatban a következőképpen alakult ki az oldalsávok használata:

10 MHz frekvencia alatt LSB
10 MHz frekvencia felett USB

Története

Az Észak-amerikai Szabványügyi Hivatal 1915. december 1-jén rögzítette az első szabadalmat „SSB” témában 1449382 szám alatt, Method and Means for Signaling with High Frequency Waves címmel, ami John Renshaw Carson (AT&T) munkája volt. A szabadalmat 1923. március 27-én adták ki.

Az amerikai haditengerészet már az első világháború előtt kísérletezett SSB-átvitellel.^[2]^[3]

Az SSB kereskedelmi alkalmazása 1927. január 7-én kezdődött, amikor hosszúhullám alkalmazásával rádiótelefonos összeköttetést teremtettek New York és London között. Az adók Rocky Pointban (New York állam), és Rugby-ben (Anglia) voltak.^[4]

Az SSB-t a vonalas telefonálásban már az 1930-as évektől alkalmazták a nagy távolságú összeköttetéseknél, mert segítségével azonos sávszélességen több beszédcsatornát tudtak átvinni. Ezt frekvenciaosztásos multiplexelésnek nevezték (angolul: frequency-division multiplexing - FDM).

A rádióamatőrök komoly kísérletezésbe kezdtek az SSB alkalmazásával a második világháború után.

A Strategic Air Command az SSB alkalmazását 1957-ben vezette be a repülőgépein, mint standard átviteli módot.^[5]

Gyakorlati megvalósítása

Frekvenciaspektrum

Az ábrán látható jel (teljes AM moduláció) a vivőjel és a modulálójel összegzéseként keletkezik, a lebegés törvényszerűségeinek megfelelően. Például, ha a Kossuth rádiót 340 Hz frekvenciájú jellel modulálják, az antennán megjelenik az 540 000 Hz + 340 Hz is és az 540000 Hz - 340 Hz is. Az ábrán látható spektrum nagyon sok hangfrekvenciával modulált műsorjelet szemléltet (szöveget, vagy muzsikát). A vivő és az oldalsáv közötti „hézag” azért jön létre, mert a moduláló jel alacsony frekvenciákat (basszus, szubbasszus) nem tartalmaz. Ezért a fent bemutatott spektrumról azt mondhatjuk: tartalmazza (balról jobbra) az alsó oldalsáv, a vivőfrekvencia és a felső oldalsáv spektrumának szuperpozícióját. Ezek némelyike információveszteség nélkül elhagyható, ha a vevő a hiányos spektrumból rekonstruálni tudja az eredeti műsorjelet.

Az elnyomott vivőjű sugárzásnál a hiányzó vivőfrekvenciát a vevőkészüléknek kell pótolnia. DSB (Double Side Band) esetén például kisugározzák az alsó és a felső oldalsávot egyaránt, a vivőfrekvenciát azonban nem. Ez vevő oldalon lehetőséget ad arra, hogy a demodulátor automatikusan megtalálja a vivőfrekvencia helyes értékét, ugyanis melléhangolt állapotban hibajel képződik a kimenetén, amellyel az automatikus frekvenciaszabályozás (hangolás) vezérelhető.

Sávszűrő alkalmazása

Az egy oldalsávos moduláció megvalósítására az adó oldalán egy módszer a sávszűrő alkalmazása, ami vagy az alsó vagy a felső hangfrekvenciákat szűri ki, amiket így az adónak nem kell kisugároznia. Így beszélhetünk „felső oldalsávos” vagy „alsó oldalsávos” átvitelről. Mivel a beszéd frekvenciaspektruma szimmetrikus, így nem lép fel információvesztés. Leggyakrabban a vivőhullámot vagy teljesen elnyomják, vagy csökkentett teljesítménnyel sugározzák ki. Az SSB adás normál AM-vevővel is fogható, de az emberi beszéd érthetetlen vartyogás lesz.

Hartley-modulátor

Egy alternatív módszer SSB-jel létrehozására az első ízben Ralph Hartley által alkalmazott modulátor, ami fáziseltolást alkalmazott a nem kívánt oldalsáv elnyomására. Az eredeti jelből két jelet állít elő, amik fázisai egymástól 90°-ban el vannak tolva. Mindkét jel vivőhullámot modulál, amik fázisban szintén 90°-ban el vannak tolva egymástól. A keletkező jelek összeadása vagy kivonása eredményeként alsó- vagy felsőoldalsávos SSB-jel áll elő. Az alapsáv fázisának eltolása nem valósítható meg egyszerűen késleltetéssel, mivel a jel sok frekvenciát tartalmaz. Analóg áramkörökben széles sávú fáziskülönbség áramkört alkalmaznak.^[6] Ez a módszer különösen az elektroncsöves korszakban volt népszerű, később rossz híre lett a kereskedelemben kapható, igénytelenül kivitelezett készülékek miatt.

Ez a modulációs módszer az amatőr-rádiózásban és a digitálisan előállított processzoros technikák alkalmazásával lett újra népszerű. Digitális technikával, a Hilbert-transzformáció alkalmazásával a fázistolás olcsón megvalósítható.

Weaver-modulátor

Másik módszer a Weaver-modulátor alkalmazása,^[7] ami csak aluláteresztő szűrőket és kvadratúra-keverőket használ: Kedvelt módszer a digitális módszerek alkalmazásában.

Weaver módszerében az alapsávi jelet az $\exp(j\omega t)$ komplex exponenciálissal átalakítják, amit szinusz és koszinusz modulátorokkal valósítanak meg. Ezt a jelet aluláteresztő szűrőn engedik át, hogy eltávolítsák a nem kívánt oldalsávot. A kapott egy oldalsávos jelet felkonvertálják újabb kvadratúra-keverőkkel.

Az SSB jel vétele

Az SSB-jel vételére alkalmas vevő első fokozata hasonlóan működik, mint a normál AM- vagy FM-vevőé: a vett jelet erősíti és középfrekvenciára keveri le. Az eredeti jel visszaállításához szükséges a kapott egy oldalsávos jel frekvencia-eltolása, amit „üttető frekvenciás oszcillátor”, vagy „lebegtető oszcillátor” (angolul: beat frequency oscillator - BFO) alkalmazásával állítanak elő. Ehhez a BFO frekvenciáját pontosan kell beállítani. Elhangolás esetén a kapott beszédhang „Donald kacsa”-szerű lesz, ami gyakran érthetetlen. A rádiós kommunikációban a BFO frekvenciájának eltolása megegyezés szerint 1,7 kHz. Egyes vevőkészülékek képesek az eredeti vivőfrekvencia előállítására, ami a kézi hangolást helyettesítheti.

Szakirodalom

Sgrignoli, G., W. Bretl, R. and Citta: VSB modulation used for terrestrial and cable broadcasts. IEEE Transactions on Consumer Electronics. v. 41, issue 3, p. 367 - 382. (1995)
J. Brittain: Scanning the past: Ralph V.L. Hartley, Proc. IEEE, vol.80,p. 463. (1992)

Jegyzetek

↑ Adásmódok jelölése - Rádiós megfigyelő magazin - FMDX - HULLÁMVADÁSZAT. frekvencia.hu, 2012. (Hozzáférés: 2012. október 22.)
↑ The History of Single Sideband Modulation Archiválva 2004. január 3-i dátummal a Wayback Machine-ben, Ing. Peter Weber
↑ IEEE, Early History of Single-Sideband Transmission, Oswald, A.A.
↑ History Of Undersea Cables Archiválva 2021. március 5-i dátummal a Wayback Machine-ben, (1927)
↑ Amateur Radio and the Rise of SSB (PDF). National Association for Amateur Radio
↑ Earthlink.net Archiválva 2012. december 6-i dátummal a Wayback Machine-ben, listing numerous articles.
↑ "A Third Method of Generation and Detection of Single-Sideband Signals" D K Weaver Jr. Proc. IRE, Dec. 1956

Külső hivatkozások

https://web.archive.org/web/20120128233847/http://wiki.ham.hu/index.php/SSB

[1] Adásmódok jelölése - Rádiós megfigyelő magazin - FMDX - HULLÁMVADÁSZAT. frekvencia.hu, 2012. (Hozzáférés: 2012. október 22.)

[2] The History of Single Sideband Modulation Archiválva 2004. január 3-i dátummal a Wayback Machine-ben, Ing. Peter Weber

[3] IEEE, Early History of Single-Sideband Transmission, Oswald, A.A.

[4] History Of Undersea Cables Archiválva 2021. március 5-i dátummal a Wayback Machine-ben, (1927)

[5] Amateur Radio and the Rise of SSB (PDF). National Association for Amateur Radio

[6] Earthlink.net Archiválva 2012. december 6-i dátummal a Wayback Machine-ben, listing numerous articles.

[7] "A Third Method of Generation and Detection of Single-Sideband Signals" D K Weaver Jr. Proc. IRE, Dec. 1956

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]