4.2.6. Однополосная модуляция

Для лучшего использования диапазона частот, представленного для передачи информации, желательно уменьшить ширину спектра модулированного сигнала, которая при АМ составляет 2 max . Спектр такого сигнала содержит две боковые полосы частот, являющиеся зеркальным отображением друг друга. Спектральный состав как нижней, так и верхней боковых полос определяется одной и той же информацией о модулирующем сигнале. Если передавать одну боковую полосу, то можно примерно в 2 раза сузить спектр радиосигнала. Получающаяся модуляция называется однополосной амплитудной модуляцией (английский термин – single side band, SSB). Передача информации в каналах связи с таким видом амплитудной модуляции осуществляется только одной боковой полосой спектра модулированного сигнала.

Однополосный сигнал может быть получен подавлением с помощью фильтра одной боковой полосы спектра или путем одновременного подавления боковой полосы и составляющей на несущей частоте.

Спектр сигнала с однополосной модуляцией тональным сигналом с подавлением нижней боковой полосы и без подавления несущей имеет вид

s(t) Uнcos( 0t ) Uнmcos[( 0 )t ]. 2

Определим закон изменения огибающей этого сигнала.

Uнm

Uнm

s(t) Uнcos( 0t )

cos( 0t )cos( t )

sin( 0t )sin( t )

2

2

m

Uнm

Uн 1

cos( t ) cos( 0t )

sin( t )sin( 0t );

2

2

2

2

m

m

m2

U(t) Uн

1

cos( t )

sin( t )

Uн

1 mcos( t )

.

2

2

4

Как видно из полученного выражения, при однополосной модуляции происходит искажение огибающей модулированного сигнала. Характер и некоторые числовые параметры искажений можно оценить по графику (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Огибающие АМ-сигналов при обычной (пунктирная кривая) и однополосной (сплошная кривая) модуляциях

На графике представлены огибающая АМ-сигнала при обычной модуляции тональной частотой и огибающая при однополосной модуляции. Графики рассчитаны при m 1.

Искажения огибающей при однополосной модуляции ограничивают практическое применение этого вида модуляции в системах радиовещания и телевидения.

Разновидностью однополосной модуляции является однополосная амплитудная модуляция с подавлением несущей. В данном случае не удается простыми средствами получить связь между модулированным и модулирующим сигналами. Для того чтобы это сделать, необходимо использовать понятие аналитического сигнала. При этом модулированный сигнал будет представлен следующим выражением:

s(t) Re{[U(t) jU1(t)]e j 0t} U(t)cos 0t U1(t)sin 0t,

где U1(t) – преобразование Гильберта от U(t).

Знак плюс соответствует использованию нижней боковой полосы, знак минус – верхней. Таким образом, сигнал с однополосной модуляцией представляется в виде суммы двух АМ-сигналов, сдвинутых по фазе на 2. В зависимости от того, какой знак имеет сдвиг по фазе, формируется однополосный сигнал

сверхней или нижней боковой полосой.

Вобщем случае амплитудная огибающая однополосного сигнала сильно отличается от модулирующего низкочастотного сигнала. Только при тональной модуляции огибающая однополосного сигнала (без несущей) по форме совпадает с модулирующим сигналом, так как при этом виде модуляции модулирующий сигнал с частотой превращается в гармоническое колебание с частотой 0 . Другими словами, при таком виде модуляции несущее колебание

преобразовывается таким образом, что спектр радиосигнала полностью совпадает со спектром передаваемого сообщения, сдвинутым по оси частот на величину 0.

Однополосную модуляцию с различным уровнем несущего колебания (от полного сохранения до полного подавления) применяют в радиотехнических системах передачи информации, работающих в диапазонах волн, где общая ширина полосы частот сравнительно небольшая. Следует отметить, что применение однополосной модуляции приводит к значительному усложнению аппаратуры. Возрастают также требования к стабильности ее параметров и характеристик. В целом передающие и приемные устройства систем с однополосной модуляцией по числу элементов оказываются в 3 – 5 раз более сложными, чем при обычной амплитудной модуляции.

Применение АМ связано с определенными ограничениями, которые связаны с амплитудными искажениями, возникающими при передаче под воздействием внешних и внутренних шумов. Поэтому АМ используется в основном в радиовещании и телевидении, а также в системах связи, где ради простоты устройств допустимы незначительные искажения передаваемых сигналов.