Modulación de banda lateral única

En las comunicaciones por radio , la modulación de banda lateral única ( SSB ) o la modulación de portadora suprimida de banda lateral única ( SSB-SC ) es un tipo de modulación que se utiliza para transmitir información, como una señal de audio , mediante ondas de radio . Un refinamiento de la modulación de amplitud , utiliza la potencia del transmisor y el ancho de banda de manera más eficiente. La modulación de amplitud produce una señal de salida cuyo ancho de banda es el doble de la frecuencia máxima de la banda base original.señal. La modulación de banda lateral única evita este aumento de ancho de banda y el desperdicio de energía en una portadora, a costa de una mayor complejidad del dispositivo y una sintonización más difícil en el receptor.

Ilustración del espectro de señales AM y SSB. El espectro de la banda lateral inferior (LSB) se invierte en comparación con la banda base. Por ejemplo, una señal de banda base de audio de 2 kHz modulada en una portadora de 5 MHz producirá una frecuencia de 5,002 MHz si se utiliza la banda lateral superior (USB) o 4,998 MHz si se utiliza LSB.

Concepto basico

Los transmisores de radio funcionan mezclando una señal de radiofrecuencia (RF) de una frecuencia específica, la onda portadora , con la señal de audio que se va a transmitir. En los transmisores de AM, esta mezcla suele tener lugar en el amplificador de RF final (modulación de alto nivel). Es menos común y mucho menos eficiente hacer la mezcla a baja potencia y luego amplificarla en un amplificador lineal. Cualquiera de los métodos produce un conjunto de frecuencias con una señal fuerte en la frecuencia portadora y con señales más débiles en frecuencias que se extienden por encima y por debajo de la frecuencia portadora en la frecuencia máxima de la señal de entrada. Por tanto, la señal resultante tiene un espectro cuyo ancho de banda es el doble de la frecuencia máxima de la señal de audio de entrada original.

SSB aprovecha el hecho de que toda la señal original está codificada en cada una de estas "bandas laterales". No es necesario transmitir ambas bandas laterales más la portadora, ya que un receptor adecuado puede extraer toda la señal original de la banda lateral superior o inferior. Existen varios métodos para eliminar la portadora y una banda lateral de la señal transmitida. Producir esta señal de banda lateral única es demasiado complicado para hacerlo en la etapa final del amplificador como con AM. La modulación SSB debe realizarse a un nivel bajo y amplificarse en un amplificador lineal donde la menor eficiencia compensa parcialmente la ventaja de potencia obtenida al eliminar la portadora y una banda lateral. No obstante, las transmisiones SSB utilizan la energía del amplificador disponible de forma considerablemente más eficiente, proporcionando una transmisión de mayor alcance para la misma potencia de salida. Además, el espectro ocupado es menos de la mitad del de una señal AM de portadora completa.

La recepción SSB requiere estabilidad y selectividad de frecuencia mucho más allá de la de los receptores AM económicos, por lo que las emisoras rara vez la han utilizado. En las comunicaciones punto a punto en las que los receptores caros ya son de uso común, se pueden ajustar con éxito para recibir cualquier banda lateral que se esté transmitiendo.

Historia

La primera solicitud de patente estadounidense para la modulación SSB fue presentada el 1 de diciembre de 1915 por John Renshaw Carson . ^[1] La Marina de los Estados Unidos experimentó con SSB en sus circuitos de radio antes de la Primera Guerra Mundial . ^{[2] [3]} SSB entró en servicio comercial por primera vez el 7 de enero de 1927, en el circuito radiotelefónico público transatlántico de onda larga entre Nueva York y Londres. Los transmisores SSB de alta potencia estaban ubicados en Rocky Point, Nueva York y Rugby, Inglaterra . Los receptores estaban en lugares muy tranquilos en Houlton, Maine y Cupar Escocia. ^[4]

La SSB también se utilizó en líneas telefónicas de larga distancia , como parte de una técnica conocida como multiplexación por división de frecuencia (FDM). FDM fue pionera en las compañías telefónicas en la década de 1930. Con esta tecnología, se podrían transmitir muchos canales de voz simultáneos en un solo circuito físico, por ejemplo, en L-carrier . Con SSB, los canales podrían estar espaciados (generalmente) a solo 4,000  Hz , mientras que ofrecen un ancho de banda de voz nominal de 300 Hz a 3,400 Hz.

Los radioaficionados comenzaron a experimentar seriamente con SSB después de la Segunda Guerra Mundial . El Comando Aéreo Estratégico estableció SSB como el estándar de radio para sus aviones en 1957. ^[5] Se ha convertido en un estándar de facto para transmisiones de radio de voz de larga distancia desde entonces.

Formulación matemática

Representación en el dominio de la frecuencia de los pasos matemáticos que convierten una función de banda base en una señal de radio de banda lateral única.

La banda lateral única tiene la forma matemática de modulación de amplitud en cuadratura (QAM) en el caso especial en el que una de las formas de onda de banda base se deriva de la otra, en lugar de ser mensajes independientes :

${\displaystyle s_{\text{ssb}}(t)=s(t)\cdot \cos \left(2\pi f_{0}t\right)-{\widehat {s}}(t)\cdot \sin \left(2\pi f_{0}t\right),\,}$

( Ecuación 1 )

dónde ${\displaystyle s(t)\,}$ es el mensaje (valor real), ${\displaystyle {\widehat {s}}(t)\,}$es su transformada de Hilbert , y${\displaystyle f_{0}\,}$es la frecuencia de la portadora de radio . ^[6]

Para entender esta fórmula, podemos expresar ${\displaystyle s(t)}$ como la parte real de una función de valor complejo, sin pérdida de información:

${\displaystyle s(t)=\operatorname {Re} \left\{s_{\mathrm {a} }(t)\right\}=\operatorname {Re} \left\{s(t)+j\cdot {\widehat {s}}(t)\right\},}$

dónde ${\displaystyle j}$representa la unidad imaginaria .  ${\displaystyle s_{\mathrm {a} }(t)}$es la representación analítica de${\displaystyle s(t),}$  lo que significa que comprende solo los componentes de frecuencia positiva de ${\displaystyle s(t)}$:

${\displaystyle {\frac {1}{2}}S_{\mathrm {a} }(f)={\begin{cases}S(f),&{\text{for}}\ f>0,\\0,&{\text{for}}\ f<0,\end{cases}}}$

dónde ${\displaystyle S_{\mathrm {a} }(f)}$ y ${\displaystyle S(f)}$ son las respectivas transformadas de Fourier de ${\displaystyle s_{\mathrm {a} }(t)}$ y ${\displaystyle s(t).}$  Por lo tanto, la función de traducción de frecuencia ${\displaystyle S_{\mathrm {a} }\left(f-f_{0}\right)}$ contiene solo un lado de ${\displaystyle S(f).}$  Dado que también tiene solo componentes de frecuencia positiva, su transformada de Fourier inversa es la representación analítica de ${\displaystyle s_{\text{ssb}}(t):}$

${\displaystyle s_{\text{ssb}}(t)+j\cdot {\widehat {s}}_{\text{ssb}}(t)={\mathcal {F}}^{-1}\{S_{\mathrm {a} }\left(f-f_{0}\right)\}=s_{\mathrm {a} }(t)\cdot e^{j2\pi f_{0}t},\,}$

y nuevamente la parte real de esta expresión no causa pérdida de información. Con la fórmula de Euler para expandir  ${\displaystyle e^{j2\pi f_{0}t},\,}$  obtenemos la ecuación 1 :

${\displaystyle {\begin{aligned}s_{\text{ssb}}(t)&=\operatorname {Re} \left\{s_{\mathrm {a} }(t)\cdot e^{j2\pi f_{0}t}\right\}\\&=\operatorname {Re} \left\{\,\left[s(t)+j\cdot {\widehat {s}}(t)\right]\cdot \left[\cos \left(2\pi f_{0}t\right)+j\cdot \sin \left(2\pi f_{0}t\right)\right]\,\right\}\\&=s(t)\cdot \cos \left(2\pi f_{0}t\right)-{\widehat {s}}(t)\cdot \sin \left(2\pi f_{0}t\right).\end{aligned}}}$

Demodulación coherente de ${\displaystyle s_{\text{ssb}}(t)}$ para recuperar ${\displaystyle s(t)}$ es lo mismo que AM: multiplica por ${\displaystyle \cos \left(2\pi f_{0}t\right),}$  y paso bajo para eliminar los componentes de "doble frecuencia" alrededor de la frecuencia ${\displaystyle 2f_{0}}$. Si la portadora demoduladora no está en la fase correcta (fase coseno aquí), entonces la señal demodulada será una combinación lineal de${\displaystyle s(t)}$ y ${\displaystyle {\widehat {s}}(t)}$, que generalmente es aceptable en las comunicaciones de voz (si la frecuencia de la portadora de demodulación no es del todo correcta, la fase se desviará cíclicamente, lo que nuevamente es generalmente aceptable en las comunicaciones de voz si el error de frecuencia es lo suficientemente pequeño, y los operadores de radioaficionados a veces son tolerantes con errores de frecuencia aún mayores que causan efectos de cambio de tono que suenan poco naturales).

Banda lateral inferior

${\displaystyle s(t)}$ también se puede recuperar como la parte real del complejo conjugado, ${\displaystyle s_{\mathrm {a} }^{*}(t),}$ que representa la parte de frecuencia negativa de ${\displaystyle S(f).}$ Cuándo ${\displaystyle f_{0}\,}$ es lo suficientemente grande como para ${\displaystyle S\left(f-f_{0}\right)}$ no tiene frecuencias negativas, el producto ${\displaystyle s_{\mathrm {a} }^{*}(t)\cdot e^{j2\pi f_{0}t}}$es otra señal analítica, cuya parte real es la transmisión real de banda lateral inferior :

${\displaystyle {\begin{aligned}s_{\mathrm {a} }^{*}(t)\cdot e^{j2\pi f_{0}t}&=s_{\text{lsb}}(t)+j\cdot {\widehat {s}}_{\text{lsb}}(t)\\\Rightarrow s_{\text{lsb}}(t)&=\operatorname {Re} \left\{s_{\mathrm {a} }^{*}(t)\cdot e^{j2\pi f_{0}t}\right\}\\&=s(t)\cdot \cos \left(2\pi f_{0}t\right)+{\widehat {s}}(t)\cdot \sin \left(2\pi f_{0}t\right).\end{aligned}}}$

La suma de las dos señales de banda lateral es:

${\displaystyle s_{\text{usb}}(t)+s_{\text{lsb}}(t)=2s(t)\cdot \cos \left(2\pi f_{0}t\right),\,}$

que es el modelo clásico de AM de banda lateral doble de portadora suprimida .

Implementaciones prácticas

Un Collins KWM-1 , uno de los primeros transceptores de radioaficionados que presentaba capacidad de voz SSB

Filtrado de paso de banda

Un método para producir una señal SSB es eliminar una de las bandas laterales mediante el filtrado , dejando solo la banda lateral superior ( USB ), la banda lateral con la frecuencia más alta o, con menos frecuencia, la banda lateral inferior ( LSB ), la banda lateral con la frecuencia más baja. . La mayoría de las veces, la portadora se reduce o se elimina por completo (suprimida), y se la denomina en su totalidad portadora suprimida de banda lateral única ( SSBSC ). Suponiendo que ambas bandas laterales son simétricas, que es el caso de una señal AM normal , no se pierde información en el proceso. Dado que la amplificación de RF final ahora se concentra en una sola banda lateral, la potencia de salida efectiva es mayor que en AM normal (la portadora y la banda lateral redundante representan más de la mitad de la potencia de salida de un transmisor de AM). Aunque SSB utiliza sustancialmente menos ancho de banda y potencia, no puede ser demodulado por un detector de envolvente simple como AM estándar.

Modulador Hartley

Un método alternativo de generación conocido como modulador Hartley , que lleva el nombre de RVL Hartley , utiliza la fase para suprimir la banda lateral no deseada. Para generar una señal SSB con este método, se generan dos versiones de la señal original, desfasadas mutuamente 90 ° para cualquier frecuencia dentro del ancho de banda operativo. Luego, cada una de estas señales modula ondas portadoras (de una frecuencia) que también están desfasadas 90 ° entre sí. Al sumar o restar las señales resultantes, se obtiene una señal de banda lateral inferior o superior. Un beneficio de este enfoque es permitir una expresión analítica para señales SSB, que se puede utilizar para comprender efectos como la detección síncrona de SSB.

El desplazamiento de la señal de banda base 90 ° fuera de fase no se puede hacer simplemente retrasándola, ya que contiene una amplia gama de frecuencias. En los circuitos analógicos, se utiliza una red de banda ancha con diferencia de fase de 90 grados ^[7] . El método era popular en los días de las radios de tubo de vacío , pero luego ganó una mala reputación debido a implementaciones comerciales mal ajustadas. La modulación que utiliza este método está ganando popularidad nuevamente en los campos de elaboración casera y DSP . Este método, que utiliza la transformada de Hilbert para cambiar de fase el audio de banda base, se puede realizar a bajo costo con circuitos digitales.

Modulador Weaver

Otra variación, el modulador Weaver , ^[8] usa solo filtros de paso bajo y mezcladores de cuadratura, y es un método preferido en implementaciones digitales.

En el método de Weaver, la banda de interés se traduce primero para centrarse en cero, conceptualmente modulando una exponencial compleja ${\displaystyle \exp(j\omega t)}$con frecuencia en el medio de la banda de voz, pero implementado por un par de moduladores de seno y coseno en cuadratura a esa frecuencia (por ejemplo, 2 kHz). Esta señal compleja o par de señales reales luego se filtra en paso bajo para eliminar la banda lateral no deseada que no está centrada en cero. Luego, la señal compleja de banda lateral única centrada en cero se convierte en una señal real, mediante otro par de mezcladores en cuadratura, a la frecuencia central deseada.

SSB de portadora completa, reducida y suprimida

Las señales convencionales de amplitud modulada pueden considerarse un desperdicio de potencia y ancho de banda porque contienen una señal portadora y dos bandas laterales idénticas. Por lo tanto, los transmisores SSB generalmente están diseñados para minimizar la amplitud de la señal portadora. Cuando la portadora se elimina de la señal transmitida, se denomina SSB de portadora suprimida .

Sin embargo, para que un receptor reproduzca el audio transmitido sin distorsión, debe estar sintonizado exactamente a la misma frecuencia que el transmisor. Dado que esto es difícil de lograr en la práctica, las transmisiones SSB pueden parecer poco naturales, y si el error en la frecuencia es lo suficientemente grande, puede causar una mala inteligibilidad. Para corregir esto, se puede transmitir una pequeña cantidad de la señal portadora original de modo que los receptores con los circuitos necesarios para sincronizarse con la portadora transmitida puedan demodular correctamente el audio. Este modo de transmisión se denomina banda lateral única de portadora reducida .

En otros casos, puede ser deseable mantener cierto grado de compatibilidad con receptores AM simples, al mismo tiempo que se reduce el ancho de banda de la señal. Esto se puede lograr transmitiendo una banda lateral única con una portadora normal o ligeramente reducida. Este modo se denomina SSB compatible (o portadora completa) o equivalente de modulación de amplitud (AME) . En los sistemas AME típicos, la distorsión armónica puede alcanzar el 25% y la distorsión de intermodulación puede ser mucho más alta de lo normal, pero minimizar la distorsión en receptores con detectores de envolvente generalmente se considera menos importante que permitirles producir audio inteligible.

Una segunda definición, quizás más correcta, de "banda lateral única compatible" (CSSB) se refiere a una forma de modulación de amplitud y fase en la que la portadora se transmite junto con una serie de bandas laterales que están predominantemente por encima o por debajo del término de la portadora. Dado que la modulación de fase está presente en la generación de la señal, la energía se elimina del término portador y se redistribuye en la estructura de banda lateral similar a la que ocurre en la modulación de frecuencia analógica. Las señales que alimentan el modulador de fase y el modulador de envolvente se desplazan en fase adicional 90 ° entre sí. Esto coloca los términos de información en cuadratura entre sí; la transformada de Hilbert de la información que se va a transmitir se utiliza para provocar la adición constructiva de una banda lateral y la cancelación de la banda lateral primaria opuesta. Dado que se emplea la modulación de fase, también se generan términos de orden superior. Se han empleado varios métodos para reducir el impacto (amplitud) de la mayoría de estos términos de orden superior. En un sistema, el término de fase modulada es en realidad el logaritmo del valor del nivel de la portadora más el término de audio / información de fase desplazada. Esto produce una señal CSSB ideal, donde a niveles bajos de modulación solo predomina un término de primer orden en un lado de la portadora. A medida que aumenta el nivel de modulación, el nivel de la portadora se reduce mientras que un término de segundo orden aumenta sustancialmente en amplitud. En el punto de modulación de envolvente del 100%, se eliminan 6 dB de potencia del término de la portadora y el término de segundo orden es idéntico en amplitud al término de la portadora. La banda lateral de primer orden ha aumentado de nivel hasta que ahora está al mismo nivel que la portadora antes no modulada. En el punto del 100% de modulación, el espectro parece idéntico a una transmisión AM normal de doble banda lateral, con el término central (ahora el término de audio primario) a un nivel de referencia de 0 dB, y ambos términos a cada lado de la banda lateral primaria en −6 dB. La diferencia es que lo que parece ser la portadora se ha desplazado por el término de audiofrecuencia hacia la "banda lateral en uso". A niveles por debajo del 100% de modulación, la estructura de la banda lateral parece bastante asimétrica. Cuando la voz es transmitida por una fuente CSSB de este tipo, los componentes de baja frecuencia son dominantes, mientras que los términos de alta frecuencia son más bajos hasta en 20 dB a 3 kHz. El resultado es que la señal ocupa aproximadamente la mitad del ancho de banda normal de una señal DSB de portadora completa. Hay un inconveniente: el término de audio utilizado para modular en fase la portadora se genera en función de una función de registro que está sesgada por el nivel de la portadora. Con una modulación negativa del 100%, el término se lleva a cero (0) y el modulador se vuelve indefinido. Debe emplearse un control de modulación estricto para mantener la estabilidad del sistema y evitar salpicaduras. Este sistema es de origen ruso y fue descrito a fines de la década de 1950. No se sabe si alguna vez se implementó.

Leonard R. Kahn diseñó y patentó una segunda serie de enfoques . Los diversos sistemas Kahn eliminaron el límite estricto impuesto por el uso de la función de registro estricto en la generación de la señal. Los sistemas Kahn anteriores utilizaban varios métodos para reducir el término de segundo orden mediante la inserción de un componente de predistorsión. También se utilizó un ejemplo de este método para generar una de las señales estéreo AM de banda lateral independiente (ISB) de Kahn. Se conocía como el método del excitador STR-77, y se introdujo en 1977. Más tarde, el sistema se mejoró aún más mediante el uso de un modulador basado en arcoseno que incluía un término 1-0.52E en el denominador de la ecuación del generador de arcoseno. E representa el término de la envolvente; aproximadamente la mitad del término de modulación aplicado al modulador de envolvente se utiliza para reducir el término de segundo orden de la ruta modulada en "fase" de arco; reduciendo así el término de segundo orden en la banda lateral no deseada. Se utilizó un enfoque de retroalimentación de modulador / demodulador de múltiples bucles para generar una señal de arco precisa. Este enfoque se introdujo en 1984 y se conoció como el método STR-84. Fue vendido por Kahn Research Laboratories; más tarde, Kahn Communications, Inc. de NY. Un dispositivo de procesamiento de audio adicional mejoró aún más la estructura de la banda lateral aplicando selectivamente énfasis previo a las señales moduladoras. Dado que la envolvente de todas las señales descritas sigue siendo una copia exacta de la información aplicada al modulador, puede demodularse sin distorsión mediante un detector de envolvente, como un diodo simple. En un receptor práctico, puede haber algo de distorsión, generalmente a un nivel bajo (en la transmisión de AM, siempre por debajo del 5%), debido a un filtrado nítido y un retardo de grupo no lineal en los filtros de FI del receptor, que actúan para truncar la banda lateral de compatibilidad. - aquellos términos que no son el resultado de un proceso lineal de modulación de envolvente simple de la señal como sería el caso en DSB-AM de portadora completa - y rotación de fase de estos términos de compatibilidad de manera que ya no cancelen el término de distorsión en cuadratura causado por un término SSB de primer orden junto con el transportista. La pequeña cantidad de distorsión causada por este efecto es generalmente bastante baja y aceptable.

El método Kahn CSSB también fue utilizado brevemente por Airphone como el método de modulación empleado para las primeras llamadas telefónicas de los consumidores que podían realizarse desde un avión a tierra. Esto fue reemplazado rápidamente por métodos de modulación digital para lograr una eficiencia espectral aún mayor.

Si bien CSSB rara vez se usa hoy en día en las bandas de transmisión AM / MW en todo el mundo, algunos operadores de radioaficionados aún experimentan con él.

Demodulación

La parte frontal de un receptor SSB es similar a la de un receptor de AM o FM , que consiste en una parte frontal de RF superheterodina que produce una versión de frecuencia desplazada de la señal de radiofrecuencia (RF) dentro de una banda de frecuencia intermedia estándar (IF).

Para recuperar la señal original de la señal IF SSB, la banda lateral única debe desplazarse en frecuencia hasta su rango original de frecuencias de banda base , mediante el uso de un detector de producto que la mezcla con la salida de un oscilador de frecuencia de batido (BFO). En otras palabras, es solo una etapa más de la heterodinacia. Para que esto funcione, la frecuencia del BFO ​​debe ajustarse exactamente. Si la frecuencia BFO está apagada, la señal de salida cambiará de frecuencia (hacia arriba o hacia abajo), haciendo que el habla suene extraña y parecida al " pato Donald ", o ininteligible.

Para las comunicaciones de audio, existe un acuerdo común sobre el desplazamiento del oscilador BFO de 1,7 kHz. Una señal de voz es sensible a un cambio de aproximadamente 50 Hz, con hasta 100 Hz todavía soportable. Algunos receptores utilizan un sistema de recuperación de portadora , que intenta bloquear automáticamente la frecuencia FI exacta. La recuperación de la portadora no resuelve el cambio de frecuencia. Proporciona una mejor relación S / N en la salida del detector. ^{[ cita requerida ]}

Como ejemplo, considere una señal IF SSB centrada en la frecuencia ${\displaystyle F_{\text{if}}\,}$= 45000 Hz. La frecuencia de banda base a la que debe cambiarse es${\displaystyle F_{b}\,}$= 2000 Hz. La forma de onda de salida del BFO ​​es${\displaystyle \cos \left(2\pi \cdot F_{\text{bfo}}\cdot t\right)}$. Cuando la señal se multiplica por (también conocido como heterodina con ) la forma de onda del OFB, cambia la señal de  ${\displaystyle \left(F_{\text{if}}+F_{\text{bfo}}\right)}$,  Y para ${\displaystyle \left|F_{\text{if}}-F_{\text{bfo}}\right|}$, que se conoce como frecuencia de pulsación o frecuencia de imagen . El objetivo es elegir un${\displaystyle F_{\text{BFO}}}$ que resulta en  ${\displaystyle \left|F_{\text{if}}-F_{\text{bfo}}\right|=F_{b}\,}$= 2000 Hz. (Los componentes no deseados en${\displaystyle \left(F_{\text{if}}+F_{\text{bfo}}\right)\,}$se puede quitar con un filtro de paso bajo ; para lo que puede servir un transductor de salida o el oído humano ).

Hay dos opciones para ${\displaystyle F_{\text{bfo}}}$: 43.000 Hz y 47.000 Hz, llamado lado bajo y de lado alto de la inyección. Con la inyección de lado alto, los componentes espectrales que se distribuyeron alrededor de 45000 Hz se distribuirán alrededor de 2000 Hz en el orden inverso, también conocido como espectro invertido. De hecho, eso es deseable cuando el espectro de FI también se invierte, porque la inversión de BFO restaura las relaciones adecuadas. Una razón para ello es cuando el espectro de FI es la salida de una etapa inversora en el receptor. Otra razón es cuando la señal SSB es en realidad una banda lateral inferior, en lugar de una banda lateral superior. Pero si ambas razones son ciertas, entonces el espectro de FI no se invierte y se debe utilizar el BFO ​​no inversor (43000 Hz).

Si ${\displaystyle F_{\text{bfo}}\,}$ está desviado por una pequeña cantidad, entonces la frecuencia de latido no es exactamente ${\displaystyle F_{b}\,}$, que puede provocar la distorsión del habla mencionada anteriormente.

SSB como técnica de codificación de voz

Las técnicas de BLU también se pueden adaptar a formas de onda de banda base de cambio de frecuencia e inversión de frecuencia ( inversión de voz ). Este método de codificación de voz se realizó ejecutando el audio de una muestra de audio modulada de banda lateral a través de su opuesto (por ejemplo, ejecutando una muestra de audio modulada LSB a través de una radio con modulación USB). Estos efectos se utilizaron, junto con otras técnicas de filtrado, durante la Segunda Guerra Mundial como un método simple para el cifrado de voz . Las conversaciones radiotelefónicas entre Estados Unidos y Gran Bretaña fueron interceptadas y "descifradas" por los alemanes; incluyeron algunas de las primeras conversaciones entre Franklin D. Roosevelt y Churchill . ^{[ cita requerida ]} De hecho, las señales podrían ser entendidas directamente por operadores capacitados. En gran parte para permitir comunicaciones seguras entre Roosevelt y Churchill, se diseñó el sistema SIGSALY de cifrado digital.

Hoy en día, estas sencillas técnicas de cifrado de voz basadas en la inversión se descifran fácilmente utilizando técnicas sencillas y ya no se consideran seguras.

Banda lateral vestigial (VSB)

Modulación VSB

La limitación de la modulación de banda lateral única que se usa para señales de voz y no está disponible para señales de video / TV conduce al uso de banda lateral vestigial . Una banda lateral vestigial (en la comunicación por radio ) es una banda lateral que solo se ha cortado o suprimido parcialmente. Las transmisiones de televisión (en formatos de video analógico) utilizan este método si el video se transmite en AM , debido al gran ancho de banda utilizado. También se puede utilizar en transmisión digital, como el 8VSB estandarizado por ATSC .

El canal de transmisión o transporte de TV en países que usan NTSC o ATSC tiene un ancho de banda de 6 MHz. Para conservar el ancho de banda, sería deseable SSB, pero la señal de video tiene un contenido significativo de baja frecuencia (brillo promedio) y tiene pulsos de sincronización rectangulares. El compromiso de ingeniería es la transmisión de banda lateral vestigial. En la banda lateral vestigial, se transmite la banda lateral superior completa de ancho de banda W2 = 4,0 MHz, pero solo se transmite W1 = 0,75 MHz de la banda lateral inferior, junto con una portadora. La frecuencia portadora es 1,25 MHz por encima del borde inferior del canal ancho de 6 MHz. Esto efectivamente hace que el sistema AM a bajas frecuencias de modulación y SSB a altas frecuencias de modulación. La ausencia de los componentes de la banda lateral inferior a altas frecuencias debe compensarse, y esto se hace en el amplificador de FI .

Frecuencias para LSB y USB en comunicaciones de voz por radioaficionados

Cuando se utiliza banda lateral única en comunicaciones de voz de radioaficionados, es una práctica común que para frecuencias inferiores a 10 MHz, se utilice banda lateral inferior (LSB) y para frecuencias de 10 MHz y superiores, se utilice banda lateral superior (USB). ^[9] Por ejemplo, en la banda de 40 m, las comunicaciones de voz suelen tener lugar alrededor de los 7.100 MHz utilizando el modo LSB. En la banda de 20 m a 14.200 MHz, se utilizaría el modo USB.

Una excepción a esta regla se aplica a los cinco canales de aficionados discretos en la banda de 60 metros (cerca de 5.3 MHz) donde las reglas de la FCC requieren específicamente USB. ^[10]

Banda lateral única extendida (eSSB)

La banda lateral única extendida es cualquier modo J3E (SSB-SC) que excede el ancho de banda de audio de los modos SSB J3E estándar o tradicionales de 2,9 kHz (ITU 2K90J3E) para admitir un sonido de mayor calidad.

Modos SSB extendidos	Banda ancha	Respuesta frecuente	Designador de la UIT
eSSB (Estrecho-1a)	3 kHz	100 Hz ~ 3,10 kHz	3K00J3E
eSSB (Estrecho-1b)	3 kHz	50 Hz ~ 3,05 kHz	3K00J3E
eSSB (estrecho-2)	3,5 kHz	50 Hz ~ 3,55 kHz	3K50J3E
eSSB (Medio-1)	4 kHz	50 Hz ~ 4,05 kHz	4K00J3E
eSSB (Medio-2)	4,5 kHz	50 Hz ~ 4,55 kHz	4K50J3E
eSSB (ancho-1)	5 kHz	50 Hz ~ 5,05 kHz	5K00J3E
eSSB (ancho-2)	6 kHz	50 Hz ~ 6,05 kHz	6K00J3E

Modulación de banda lateral única acompañada de amplitud ( ACSSB )

La banda lateral única acompañada de amplitud ( ACSSB ) es un método de modulación de banda estrecha que utiliza una banda lateral única con un tono piloto, lo que permite que un expansor en el receptor restablezca la amplitud que el transmisor comprimió severamente. Ofrece un rango efectivo mejorado con respecto a la modulación SSB estándar y, al mismo tiempo, conserva la compatibilidad con versiones anteriores de radios SSB estándar. ACSSB también ofrece un ancho de banda reducido y un rango mejorado para un nivel de potencia dado en comparación con la modulación de FM de banda estrecha.

Modulación de banda lateral única con envolvente controlada ( CESSB )

La generación de modulación SSB estándar da como resultado grandes sobreimpulsos de envolvente muy por encima del nivel de envolvente promedio para un tono sinusoidal (incluso cuando la señal de audio está limitada a picos). Los picos de envolvente SSB estándar se deben al truncamiento del espectro y a la distorsión de fase no lineal de los errores de aproximación de la implementación práctica de la transformada de Hilbert requerida. Recientemente se demostró que la compensación de sobreimpulso adecuada (la denominada modulación de banda lateral única de envolvente controlada o CESSB ) logra aproximadamente 3,8 dB de reducción de pico para la transmisión de voz. Esto da como resultado un aumento de potencia promedio efectivo de aproximadamente un 140%. ^[11] Aunque la generación de la señal CESSB puede integrarse en el modulador SSB, es factible separar la generación de la señal CESSB (por ejemplo, en forma de un preprocesador de voz externo) de una radio SSB estándar. Esto requiere que el modulador de la radio SSB estándar sea de fase lineal y tenga un ancho de banda suficiente para pasar la señal CESSB. Si un modulador SSB estándar cumple estos requisitos, se conserva el control de envolvente mediante el proceso CESSB. ^[12]

Designaciones de la UIT

En 1982, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) designó los tipos de modulación de amplitud:

Designacion	Descripción
A3E	Portadora completa de doble banda lateral : el esquema básico de modulación de amplitud
R3E	Portadora reducida de banda lateral única
H3E	Portadora completa de banda lateral única
J3E	Portadora suprimida de banda lateral única
B8E	Emisión de banda lateral independiente
C3F	Banda lateral vestigial
Lincompex	Compresor y expansor enlazados

Ver también

• ACSSB , banda lateral única con amplitud complementaria
• Banda lateral independiente
• Modulación para otros ejemplos de técnicas de modulación
• Banda lateral para obtener información más general sobre una banda lateral

Referencias

1. US 1449382 John Carson / AT & T: "Método y medios para la señalización con ondas de alta frecuencia" presentado el 1 de diciembre de 1915; concedido el 27 de marzo de 1923
2. La historia de la modulación de banda lateral única Archivado el 3 de enero de 2004 en Wayback Machine , Ing. Peter Weber
3. IEEE, Historia temprana de la transmisión de banda lateral única , Oswald, AA
4. Historia de los cables submarinos , (1927)
5. "Radioaficionados y el auge de SSB" (PDF) . Asociación Nacional de Radioaficionados.
6. Tretter, Steven A. (1995). "Capítulo 7, ecuación 7.9". En Lucky, RW (ed.). Diseño de sistemas de comunicación mediante algoritmos DSP . Nueva York: Springer. pag. 80. ISBN 0306450321.
7. Earthlink.net , que enumera numerosos artículos.
8. "Un tercer método de generación y detección de señales de banda lateral única" DK Weaver Jr. Proc. IRE, diciembre de 1956
9. "BRATS - Curso avanzado de matrícula de radioaficionado" . Brats-qth.org . Consultado el 29 de enero de 2013 .
10. "FCC Parte 97 - Reglas del servicio de aficionados" (PDF) . www.fcc.gov.
11. "Banda lateral única de sobre controlado" (PDF) . www.arrl.org. 2014-11-01 . Consultado el 15 de enero de 2017 .por David L. Hershberger, W9GR, QEX, número noviembre / diciembre. 2014, págs. 3-13.
12. "Procesamiento externo para banda lateral única de sobre controlado" (PDF) . www.arrl.org. 2016-01-01 . Consultado el 15 de enero de 2017 .por David L. Hershberger, W9GR, QEX, edición de enero / febrero. 2016, págs. 9-12.

Fuentes

• En parte del estándar federal 1037C en apoyo de MIL-STD-188

Otras lecturas

• Sgrignoli, G., W. Bretl, R. y Citta. (1995). "Modulación VSB utilizada para transmisiones terrestres y por cable". Transacciones IEEE sobre productos electrónicos de consumo. v. 41, número 3, pág. 367 - 382.
• J. Brittain, (1992). "Explorando el pasado: Ralph VL Hartley", Proc. IEEE , vol. 80, pág. 463.
• eSSB - Banda lateral única extendida