Ero sivun ”Yksisivukaistamodulaatio” versioiden välillä

Radioamatööriwikistä
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
>Oh2mqk
p (RF-summaus kvadatudisesti -option maininta)
p (Oh6va siirsi sivun SSB uudelle nimelle Yksisivukaistamodulaatio: pois akronyymistä)
 
(17 välissä olevaa versiota 2 käyttäjän tekeminä ei näytetä)
Rivi 1: Rivi 1:
<div class="floatright">__TOC__</div>
<div class="floatright">__TOC__</div>
==SSB - Single Side Band==
Tämä on alunperin puheella tapahtuvaan radiokommunikaatioon tehty energiaa ja radiospektriä säästävä [[AM|amplitudimodulaation]] muunnos, jossa kaikki redundantti tieto on poistettu ja jotta signaalista saa selvää, ne pitää luoda uudestaan vastaanottimessa.


Tässä on [[AM|Amplitudi modulaatiosta]] otettu pois [[kantoaalto]] ja toinen [[sivunauha]].
'''Yksisivukaistamodulaatio''', engl. ''single-sideband modulation'' ('''SSB''') on alun perin puheella tapahtuvaan radiokommunikaatioon tehty energiaa ja radiospektriä säästävä [[amplitudimodulaatio]]n muunnos, jossa kaikki redundantti tieto on poistettu. SSB:ssä amplitudimodulaatiosta on otettu pois [[kantoaalto]] ja toinen [[sivunauha]], jotka pitää luoda uudestaan vastaanottimessa, jotta signaalista saa selvää.


Radioamatöörikäytössä ensimmäinen [[SSB]] yhteys tapahtui vuonna 1947.
==Historiaa==
Tekniikka keksittiin vuonna 1914 ja sille haettiin patentti vuonna 1915. Patentti hyväksyttiin pitkän oikeustaistelun jälkeen vuonna 1927.


Vertailukohdaksi jäljempiin: Amplitudi-modulaation spektri:
Alun perin huomattiin että puhesignaali on ymmärrettävä silloinkin kun kätetään kapeakaistaista antennia joka on viritetty hieman sivuun AM kantoaallosta siten että toinen AM sivukaista vaimentuu.
Samoin huomattiin että laittamalla vastaaonttoon apuoskillaattoritaajuus alkuperäisen kantoaallon kohdalle, kuultu signaali on paremmin kuultavissa.
 
Radioamatöörikäytössä ensimmäinen SSB-yhteys tapahtui vuonna 1947.
 
==Jako ylempään ja alempaan sivunauhaan==
 
Vertailukohdaksi jäljempiin amplitudimodulaation spektri:


[[Kuva:Spektri-AM.png|AM spektrikuva]]
[[Kuva:Spektri-AM.png|AM spektrikuva]]


===USB - Upper Side Band===
===Ylempi sivunauha (USB)===
Tämä on SSB-modulaatio, jossa jäljelle on jätetty ylempi (''Upper'') [[sivunauha]].
USB:ksi eli ylemmäksi sivunauhaksi ''(upper sideband)'' kutsutaan SSB-modulaatiota, jossa jäljelle on jätetty ylempi [[sivunauha]].
 
[[Kuva:Spektri-SSB-USB.png|USB spektrikuva]]


===LSB - Lower Side Band===
[[Kuva:Spektri-SSB-USB.png|USB:n spektrikuva]]
Tämä on SSB-modulaatio, jossa jäljelle on jätetty alempi (''Lower'') [[sivunauha]].


[[Kuva:Spektri-SSB-LSB.png|LSB spektrikuva]]
===Alempi sivunauha (LSB)===
LSB:ksi eli alemmaksi sivunauhaksi ''(lower sideband)'' kutsutaan SSB-modulaatiota, jossa jäljelle on jätetty alempi sivunauha.


[[Kuva:Spektri-SSB-LSB.png|LSB:n spektrikuva]]


==SSB matemaattisesti==
==SSB matemaattisesti==
(Wikipedialla on ''erilainen'' matemaattinen lähestyminen aiheeseen
(Wikipedialla on ''erilainen'' matemaattinen lähestyminen aiheeseen [http://en.wikipedia.org/wiki/Single-sideband_modulation#Mathematical_highlights])
[http://en.wikipedia.org/wiki/Single-sideband_modulation#Mathematical_highlights])


Lähdetään [[DSB]]-modulaatiosta, jossa:
Lähdetään [[DSB]]-modulaatiosta, jossa:
Rivi 40: Rivi 44:
::<math>x_c(t)=A_c \mu\cos\left(\omega_m t\right)\cos\left(\omega_c t\right)\,</math>
::<math>x_c(t)=A_c \mu\cos\left(\omega_m t\right)\cos\left(\omega_c t\right)\,</math>
trigonometristen dualiteettien:
trigonometristen dualiteettien:
::<math>\cos(x + y) = \cos(x) \cos(y) - \sin(x) \sin(y)</math>
::<math>\cos(x + y) = \cos(x) \cos(y) - \sin(x) \sin(y)\,</math>
::<math>\cos(x - y) = \cos(x) \cos(y) + \sin(x) \sin(y)</math>
::<math>\cos(x - y) = \cos(x) \cos(y) + \sin(x) \sin(y)\,</math>
avulla avattuna:
avulla avattuna tavoitteena kosinien tulojen tilalle yksinkertaiset kosinit:
{|
{|
|-
|-
Rivi 79: Rivi 83:
Edellä näkyy että sekä kantoaallosta että hyötysignaalista tarvitaan ''sin'' ja ''cos'' versiot, siis sellaiset jotka ovat keskenään 90&deg; vaihesiirrossa.
Edellä näkyy että sekä kantoaallosta että hyötysignaalista tarvitaan ''sin'' ja ''cos'' versiot, siis sellaiset jotka ovat keskenään 90&deg; vaihesiirrossa.


Tuollaiseen siis halutaan päästä, miten ?
Tuollaiseen siis halutaan päästä, miten?


===DSB modulaatio===
===DSB-modulaatio===
Kertolasku (<math>\cos\left(\omega_c t\right)\cos\left(\omega_m t\right)\,</math>  tai <math>\sin\left(\omega_c t\right)\sin\left(\omega_m t\right)\,</math>) tapahtuu teknisesti [[balansoitu sekoitin|balansoidulla sekoittimella]] jota tässä käytössä kutsutaan myös nimellä: ''balansoitu modulaattori''.
Kertolasku (<math>\cos\left(\omega_c t\right)\cos\left(\omega_m t\right)\,</math>  tai <math>\sin\left(\omega_c t\right)\sin\left(\omega_m t\right)\,</math>) tapahtuu teknisesti [[balansoitu sekoitin|balansoidulla sekoittimella]] jota tässä käytössä kutsutaan myös nimellä: ''balansoitu modulaattori''.


Koskapa DC-biasoimattoman balansoidun sekoittimen ominaisuuksiin kuuluu, että siitä ei tule läpi sen paremmin moduloivaa signaalia kuin kantoaaltoakaan vaan ainoastaan niiden sekoitustulokset, pääsemme eteenpäin:
Yllä on esitelty matematiikan johto, oleellista on, että tulos voidaan lausua kahden eri taajuuksilla olevan signaalin summana:
::<math>2\,x_{DSB}(t) = 2\,x_{USB}(t) + 2\,x_{LSB}(t)\,</math>
::<math>2\,x_{DSB}(t) = \cos\left(\omega_c t\right)\cos\left(\omega_m t\right) - \sin\left(\omega_c t\right)\sin\left(\omega_m t\right) + \cos\left(\omega_c t\right)\cos\left(\omega_m t\right) + \sin\left(\omega_c t\right)\sin\left(\omega_m t\right)\,</math>
::<math>2\,x_{DSB}(t) = 2 \cos\left(\omega_c t\right)\cos\left(\omega_m t\right)\,</math>
::<math>x_{DSB}(t) = \cos\left(\omega_c t\right)\cos\left(\omega_m t\right)\,</math>
eli yksinkertaisesti kerrotaan kantoaalto ja moduloiva signaali keskenään saaden yksi tulos.
 
Nuo voidaan lausua myös taajuuksien summina:
::<math>x_{DSB}(t) = \cos\left(\omega_c t + \omega_m t\right) + \cos\left(\omega_c t - \omega_m t\right)</math>
::<math>x_{DSB}(t) = \cos\left(\omega_c t + \omega_m t\right) + \cos\left(\omega_c t - \omega_m t\right)</math>
joka viittaa mahdollisuuteen suodattaa pois ei-toivottu sekoitustulos joka tunnetaan nimellä "sivunauha".
joka viittaa mahdollisuuteen suodattaa pois ei-toivottu sekoitustulos joka tunnetaan nimellä "sivunauha".
Rivi 98: Rivi 95:
Nyt tehdään hieman magiaa nimeltä ''[[Hilbert-muunnos]]'' ja todetaan, että: <math>\cos x \mapsto \sin x\,</math>.
Nyt tehdään hieman magiaa nimeltä ''[[Hilbert-muunnos]]'' ja todetaan, että: <math>\cos x \mapsto \sin x\,</math>.
Tällä muunnoksella saadaan kopio lähtösignaalista, joka on 90&deg; vaihesiirrossa alkuperäiseen nähden (tulee perässä). (''Kvadratudissa'')
Tällä muunnoksella saadaan kopio lähtösignaalista, joka on 90&deg; vaihesiirrossa alkuperäiseen nähden (tulee perässä). (''Kvadratudissa'')
oh2bns:n kommentti kesken editointia:
  <math>x_c(t) = 1/2 A_c (x(t) \cos (\omega_c t) \mp \hat{x}(t) \sin (\omega_c t))</math>
x(t) on moduloiva signaali ja  x-hattu(t) on sen hilbert-muunnos  ( sin -> -cos )


Tällainen ''kvadratudinen'' versio ''DSB'':stä on yksinkertaisesti:
Tällainen ''kvadratudinen'' versio ''DSB'':stä on yksinkertaisesti:
::<math>y_{DSB}(t) = \sin\left(\omega_c t\right)\sin\left(\omega_m t\right)\,</math>
::<math>y_{DSB}(t) = \sin\left(\omega_c t\right)\sin\left(\omega_m t\right)\,</math>
Summaamalla perusversion ja kvadratudin, pääsemme yllä esitettyyn LSB:n yhtälöön!
Summaamalla perusversion ja kvadratudin, pääsemme yllä esitettyyn ''LSB'':n yhtälöön!
::<math>2\, x_{LSB}(t) = x_{DSB}(t) + y_{DSB}(t) = \cos\left(\omega_c t\right)\cos\left(\omega_m t\right) + \sin\left(\omega_c t\right)\sin\left(\omega_m t\right)\,</math>
::<math>2\, x_{LSB}(t) = x_{DSB}(t) + y_{DSB}(t) = \cos\left(\omega_c t\right)\cos\left(\omega_m t\right) + \sin\left(\omega_c t\right)\sin\left(\omega_m t\right)\,</math>


''USB'':lle päästään kääntämällä "''sin * sin''" osan jomman kumman signaalin vaihe vastakkaiseksi, jolloin siellä tulee: "''- sin * sin''".
''USB'':lle päästään kääntämällä "''sin * sin''" osan jomman kumman signaalin vaihe vastakkaiseksi, jolloin siellä tulee: "''- sin * sin''".
Tämä tulos esitetään usein oppikirjoissa muodossa:
::<math>x_c(t) = \frac{1}{2} A_c (x(t) \cos (\omega_c t) \mp \hat{x}(t) \sin (\omega_c t))</math>
missä:
* <math>x(t)\,</math> on moduloiva signaali
* <math>\hat{x}(t)\,</math> on sen [[Hilbert-muunnos]]  ( ''cos'' &rarr; ''sin'' )


Yhteenlasku tapahtuu tehosummaimella ja vähennuslasku on yhteenlaskua vastakkaisvaiheisella signaalilla.
Yhteenlasku tapahtuu tehosummaimella ja vähennuslasku on yhteenlaskua vastakkaisvaiheisella signaalilla.


Laite jolla tämä realisoidaan tunnetaan tavallisesti nimellä '''[[I/Q-modulaattori]]''' jolla on parikin realisointitapaa riippuen käyttökohteesta:
Laite jolla tämä realisoidaan tunnetaan tavallisesti nimellä '''[[I/Q-modulaattori]]''' jolla on parikin realisointitapaa riippuen käyttökohteesta.
 
Paikallisoskillaattorin taajuusalue on laaja, RF-summaus tehdään skalaarisesti:
::[[Kuva:Hamwiki-ssb-iq-modulation-1.png]]
::[[Kuva:Hamwiki-ssb-iq-modulation-1.png]]
Paikallisoskillaattorin taajuusalue on suppea, RF-summaus tehdään kvadratudisesti:
::[[Kuva:Hamwiki-ssb-iq-modulation-2.png]]
::[[Kuva:Hamwiki-ssb-iq-modulation-2.png]]
 
(tätä näkee lähinnä mikroaaltolaitteissa)


Nyt on siis matemaattisesti saatu selville, mitä tarvitaan '''I/Q-modulaattorin''' käyttöön SSB:n tuotossa.
Nyt on siis matemaattisesti saatu selville, mitä tarvitaan '''I/Q-modulaattorin''' käyttöön SSB:n tuotossa.
Seuraavaksi pitää selvittää, miten nuo ''[[Hilbert-muunnos|Hilbert-muunnetut]]'' versiot signaaleista saadaan aikaan jotta ne voidaan kvadratudisesti hienosti summata yhteen.
Seuraavaksi pitää selvittää, miten nuo ''[[Hilbert-muunnos|Hilbert-muunnetut]]'' versiot signaaleista saadaan aikaan jotta ne voidaan kvadratudisesti hienosti summata yhteen.


Realisointitapoja on useita, niistä alempana.
===DSB-ilmaisu===
 
''SSB:n ilmaisussa'' otetaan esimerkiksi USB-signaali ja kerrotaan se paikallisoskillaattorilla jonka taajuus on <math>\omega_c\,</math> (tai ainakin yritetään asettaa olemaan) käyttäen balansoitua sekoitinta (jolla tässä käytössä on myös nimi: ''tuloilmaisin'' alias ''product detector''.)
===DSB ilmaisu===
''SSB:n ilmaisussa'' otetaan esimerkiksi USB signaali ja kerrotaan se paikallisoskillaattorilla jonka taajuus on <math>\omega_c\,</math> (tai ainakin yritetään asettaa olemaan) käyttäen balansoitua sekoitinta (jolla tässä käytössä on myös nimi: ''tuloilmaisin'' alias ''product detector''.)


Sekoitustuloksina saadaan jälleen taajuuksien summa ("USB") ja erotus ("LSB").
Sekoitustuloksina saadaan jälleen taajuuksien summa ("USB") ja erotus ("LSB").
Näistä sekoittimen jälkeen alipäästetään vain audiotaajuinen "LSB" eteenpäin äänikäsittelyyn.
Näistä sekoittimen jälkeen alipäästetään vain audiotaajuinen "LSB" eteenpäin äänikäsittelyyn.


Koska tämä tekniikka kuvaa myös epätoivotun sivunauhan audiotaajuuksille, tätä käytetään yleensä yhdessä välitaajuisen ''SSB suotimen'' kanssa.
Koska tämä tekniikka kuvaa myös epätoivotun sivunauhan audiotaajuuksille, tätä käytetään yleensä yhdessä välitaajuisen ''SSB-suotimen'' kanssa.


===Kvadratudinen SSB ilmaisu===
===Kvadratudinen SSB-ilmaisu===
'''I/Q-demodulaation''' matematiikka on tietysti kompleksisempaa.
'''[[I/Q-demodulaattori|I/Q-demodulaation]]''' matematiikka on tietysti kompleksisempaa.
   TODO
   TODO


Laajakaistaiselle RF:lle ja esim. laskureilla tehtävälle LO:n kvadratudisoinnille, vaikeahko Hilbert-muunnos yhdistämisessä:
::[[Kuva:Hamwiki-ssb-iq-demodulation-2.png]]
Kapeakaistaiselle RF:lle (suhteessa taajuuteensa) ja sama LO:lle - lopussa helppo skalaarisummaus:
::[[Kuva:Hamwiki-ssb-iq-demodulation-1.png]]
::[[Kuva:Hamwiki-ssb-iq-demodulation-1.png]]
::[[Kuva:Hamwiki-ssb-iq-demodulation-2.png]]


==SSB modulaattori==
==SSB-modulaattori==
Sivunauhamodulaatioiden tekoon on ainakin kolme tapaa:
Sivunauhamodulaatioiden tekoon on ainakin kolme tapaa:
# Tuotetaan DSB moduloitu signaali ilman [[kantoaalto|kantoaaltoa]] ja suodatetaan siitä epätoivottu [[sivunauha]] jyrkkäreunaisella [[kidesuodin|kidesuotimella]]
# Tuotetaan DSB moduloitu signaali ilman [[kantoaalto|kantoaaltoa]] ja suodatetaan siitä epätoivottu [[sivunauha]] jyrkkäreunaisella [[kidesuodin|kidesuotimella]]
Rivi 157: Rivi 164:
Kantoaallon kvadratudivirhe näkyy ei-toivotun sivunauhan puutteellisena vaimenemisena, mutta sitä voi jossain määrin korjata käyttämällä I ja Q kanavissa pientä tasavirtabiasta.
Kantoaallon kvadratudivirhe näkyy ei-toivotun sivunauhan puutteellisena vaimenemisena, mutta sitä voi jossain määrin korjata käyttämällä I ja Q kanavissa pientä tasavirtabiasta.


===Suodattava SSB modulaattori===
===Suodattava SSB-modulaattori===
Tämä on nykyisin tavallisin tapa tehdä SSB modulaatio kaupallisissa radioissa. Tämä oli myös ensimmäinen tapa tehdä SSB-modulaatiota.
Tämä on nykyisin tavallisin tapa tehdä SSB modulaatio kaupallisissa radioissa. Tämä oli myös ensimmäinen tapa tehdä SSB-modulaatiota.
Tässä ei kikkailla kvadratudisella summauksella, joka saisi aikaan heinoja juttuja, vaan yksinkertaisesti vain vaimennetaan ei-toivottua komponenttia ''kyllin paljon''.
Tässä ei kikkailla kvadratudisella summauksella, vaan yksinkertaisesti vain vaimennetaan ei-toivottua komponenttia ''kyllin paljon''.


Käyttämällä [[SAW-suodin|SAW-suotimia]] lopputulos on yleensä ''kyllin hyvä,'' kaikkeen käyttöön ja [[SAW-suodin|SAW-suotimet]] ovat edullisia.
Käyttämällä [[SAW-suodin|SAW-suotimia]] lopputulos on yleensä ''kyllin hyvä,'' kaikkeen käyttöön ja [[SAW-suodin|SAW-suotimet]] ovat edullisia.
Rivi 165: Rivi 172:
Kalliimpia [[kidesuodin|kidesuotimiakin]] voi käyttää, mutta läpäisykaistan vaimennusrippelien ja ryhmäkulkuaikakorjausten tarpeet ovat yleensä varsin olemattomia, eikä 300-3000 Hz taajuuksien puheen siirto muutenkaan ole mitään HiFiä.
Kalliimpia [[kidesuodin|kidesuotimiakin]] voi käyttää, mutta läpäisykaistan vaimennusrippelien ja ryhmäkulkuaikakorjausten tarpeet ovat yleensä varsin olemattomia, eikä 300-3000 Hz taajuuksien puheen siirto muutenkaan ole mitään HiFiä.


Tuottaessaan [[DSB]] signaalia [[balansoitu modulaattori]] vuotaa kantoaaltoa hetkittäisten basebandin tasavirtakomponenttien seurauksena.
Tuottaessaan [[DSB]]-signaalia [[balansoitu modulaattori]] vuotaa kantoaaltoa hetkittäisten basebandin tasavirtakomponenttien seurauksena.
Tämä on väistämätöntä puheella ja vuotojen kesto on korkeintaan millisekunteja, mutta ei nolla.
Tämä on väistämätöntä puheella ja vuotojen kesto on korkeintaan millisekunteja, mutta ei nolla.


Rivi 176: Rivi 183:
''Douglas T. Smith'' tarjoaa tällaista lähestymistapaa, joskin hän siirtää puheen basebandia vain 300 Hz ylöspäin.
''Douglas T. Smith'' tarjoaa tällaista lähestymistapaa, joskin hän siirtää puheen basebandia vain 300 Hz ylöspäin.


===Vaiheistettu SSB modulaattori===
===Vaiheistettu SSB-modulaattori===
Kun [[kidesuodin|kidesuodattimet]] olivat kalliita, eikä [[SAW-suodin|SAW-suotimia]] vielä ollut, kehitettiin erilaisia audiota- ja RF:ää vaiheistaneita ratkaisuja, jotka tuottivat saman lopputuloksen, kuin terävä suodattaminenkin.
Kun [[kidesuodin|kidesuodattimet]] olivat kalliita, eikä [[SAW-suodin|SAW-suotimia]] vielä ollut, kehitettiin erilaisia audiota- ja RF:ää vaiheistaneita ratkaisuja, jotka tuottivat saman lopputuloksen, kuin terävä suodattaminenkin.


Rivi 460: Rivi 467:
* Sivukaistavaimennuksen pitäisi olla luokkaa 40-45 [[Desibeli|dB]].
* Sivukaistavaimennuksen pitäisi olla luokkaa 40-45 [[Desibeli|dB]].
* Komponenttien tarkkuudesta ei lähde sano mitään, mutta 1% vastukset ja 2% kondensaattorit lienevät turvallinen valinta
* Komponenttien tarkkuudesta ei lähde sano mitään, mutta 1% vastukset ja 2% kondensaattorit lienevät turvallinen valinta
* Kytkentä on tarkoitettu nollan yli kulkevalle signaalille ja +- sähköllä käytettäville operaatiovahvistimille.  Kytkennän "vertailumaan" siirto nollan ja käyttösähkön puoliväliin jätetään lukijalle ns. yksipäisesti käytettäviä operaatiovahvistimia varten.
* Kytkentä on tarkoitettu nollan yli kulkevalle signaalille ja &plusmn; sähköllä käytettäville operaatiovahvistimille.  Kytkennän "vertailumaan" siirto nollan ja käyttösähkön puoliväliin jätetään lukijalle ns. yksipäisesti käytettäviä operaatiovahvistimia varten.


Rakennettaessa vaiheistava SSB modulaattori tällä rakenteella, syötteenä käytetään kaistapäästettyä audiosignaalia (kaikki taajuusvälin 300-3000 Hz ulkopuolelta vaimennetaan pois).
Rakennettaessa vaiheistava SSB modulaattori tällä rakenteella, syötteenä käytetään kaistapäästettyä audiosignaalia (kaikki taajuusvälin 300-3000 Hz ulkopuolelta vaimennetaan pois).
Signaali viedään I-kanavaan sellaisenaan ja Q-kanavaan yllä olevan vaiheistimen läpi.
Signaali viedään I-kanavaan sellaisenaan ja Q-kanavaan yllä olevan vaiheistimen läpi.


====Signaaliprosessorilla vaihesiirto====
====Vaihesiirto signaaliprosessorilla====
Tämä [[Hilbert-muunnos]] on tehtävissä myös [[DSP]]:llä niin, että puheen basebandista tehdään laskemalla I ja Q jotka sitten ajetaan kvadratudimodulaattoriin.
Tämä [[Hilbert-muunnos]] on tehtävissä myös [[DSP]]:llä niin, että puheen basebandista tehdään laskemalla I ja Q jotka sitten ajetaan kvadratudimodulaattoriin.


Rivi 473: Rivi 480:
Vaihtoehtona on toki myös ''Weaver''-metodi.
Vaihtoehtona on toki myös ''Weaver''-metodi.


===Weaver modulaattori / Zero-IF===
===Weaver-modulaattori / Zero-IF===
Tämä tunnetaan myös nimellä "Zero-IF".
Tämä tunnetaan myös nimellä "Zero-IF".
::[[Kuva:Hamwiki-ssb-weaver-modulation.png]]
::[[Kuva:Hamwiki-ssb-weaver-modulation.png]]
Rivi 500: Rivi 507:
(Tässä DC-bias ongelmia ei ole, joten läpäisykaista on aukoton.)
(Tässä DC-bias ongelmia ei ole, joten läpäisykaista on aukoton.)


==SSB demodulaattori==
==SSB-demodulaattori==
SSB:n ilmaisuun käytetään samoja tekniikoita kuin sen tuottoon.
SSB:n ilmaisuun käytetään samoja tekniikoita kuin sen tuottoon.


===SSB demodulaattori suodattaen===
===SSB-demodulaattori suodattaen ja sekottaen ===
Nykyisin kaupallisissa radioissa tavallisin on käyttää [[Balansoitu modulaattori|balansoitua modulaattoria]] (joka tässä tapauksessa kulkee nimellä: [[balansoitu ilmaisin]], tai ''[[Product Detector]]''), jolle syötetään vastaanotettu ja sivuhäiriöistä vapaaksi suodatettu SSB signaali ja alkuperäisen kantoaallon kohdalle sijoitettu ''[[Beat-oskillaattori]]'' taajuus.
Nykyisin kaupallisissa radioissa tavallisin on käyttää [[Balansoitu modulaattori|balansoitua modulaattoria]] (joka tässä tapauksessa kulkee nimellä: [[balansoitu ilmaisin]], tai ''[[Product Detector]]'').


Lopputuloksena saadaan näiden tuloksena audiotaajuus.
Välitaajuudella (yleensä 455 kHz) tapahtuvan kaistanpäästön jälkeen välitaajuinen signaali sekoitetaan beat-oskillaattorilla joka tuottaa tulokset: ''IF-BFO'' ja ''IF+BFO'', joista ''IF-BFO'' on äänitaajuudella ja alipäästön jälkeen tuottaa kuunneltavan signaalin.
Tai mahdollisesti "audio-IF", jos ''beat'' on vaikkapa 10 kHz etäällä suodatetusta RF-IF:stä.


===SSB demodulointi Hilbert-muuntimella vaiheistaen===
BFO:n taajuus voi olla IF:n ala- tai yläpuolella sen mukaan, miten päin päästökaista halutaan kuvata audioksi &mdash; ja miten päin IF:n spektri on välitaajuuksien käsittelyjen jälkeen.
CW:n tapauksessa tällä ei ole paljoa merkitystä, mutta SSB:llä tilanne on hieman toinen.
 
[[Kuva:Hamwiki-ssb-bfo-mixer-detector.png]]
 
===SSB:n demodulointi Hilbert-muuntimella vaiheistaen===
Demodulointi voidaan tehdä myös vaiheistamalla, eli välitaajuudella kaistapäästetystä signaalista tehdään kvadratudiset I ja Q, jotka vahvistettuina syötetään ''käänteiseen'' Hilbert-muuntimeen josta saadaan ulos alkuperäinen äänisignaali.
Demodulointi voidaan tehdä myös vaiheistamalla, eli välitaajuudella kaistapäästetystä signaalista tehdään kvadratudiset I ja Q, jotka vahvistettuina syötetään ''käänteiseen'' Hilbert-muuntimeen josta saadaan ulos alkuperäinen äänisignaali.


Rivi 518: Rivi 529:
* Otetaan käänteismuunnettu signaali ulos modulaattorimuuntimen syöttönavoista
* Otetaan käänteismuunnettu signaali ulos modulaattorimuuntimen syöttönavoista


===SSB demodulointi Zero-IF / Weaver metodilla===
Myös operaatiovahvistimellinen vaiheverkko toimii.
I- ja vaiheistetun Q-kanavan signaalit summataan ja alipäästetään audioksi.
 
DSP-käytössä jälleen ''antisymmetrinen'' [[FIR-suodin]] tarjoaa apuaan Q-kanavassa ja normaali FIR-suodin (tai ''L/2'' mittainen viive) I-kanavassa.
 
===SSB:n demodulointi Zero-IF / Weaver-metodilla===
''Zero-IF'' metodi on oivallinen RF:ää tuottaessa (lukuunottamatta basebandin keskellä olevaa DC bias-herkkää spottia), mutta vastaanotossa sen edut eivät ole ihan niin selvät.
''Zero-IF'' metodi on oivallinen RF:ää tuottaessa (lukuunottamatta basebandin keskellä olevaa DC bias-herkkää spottia), mutta vastaanotossa sen edut eivät ole ihan niin selvät.
:[[Kuva:Hamwiki-ssb-weaver-demodulation.png]]
:[[Kuva:Hamwiki-ssb-weaver-demodulation.png]]
Rivi 526: Rivi 542:
* Vastaanotossakin on se sama DC bias-herkkä alue keskellä audio basebandia kuin lähetyksessä.
* Vastaanotossakin on se sama DC bias-herkkä alue keskellä audio basebandia kuin lähetyksessä.
* LO1 kombinoinnin jälkeen voi taas olla tarve lisätä kaistanpäästösuodin 100-4000 Hz (tms.)
* LO1 kombinoinnin jälkeen voi taas olla tarve lisätä kaistanpäästösuodin 100-4000 Hz (tms.)
* RF voidaan tehojakaa kvadratudisesti, jolloin LO2 taas ei saa olla kvadratudinen!  Mikroaaltorigeissä hyödyllinen ominaisuus!


Digitaalinen signaalin I/Q kvantisointi (kuten vaikka AD9864/AD9874 "Low Power IF Digitizing Subsystem" piireillä) ja prosessointi DSP:llä numeerisesti on yksi varsin tehokas tapa tehdä tällainen vastaanotto.
Digitaalinen signaalin I/Q kvantisointi (kuten vaikka AD9864/AD9874 "Low Power IF Digitizing Subsystem" piireillä) ja prosessointi DSP:llä numeerisesti on yksi varsin tehokas tapa tehdä tällainen vastaanotto.


==Katso myös==
==Katso myös==
* [[AM]] Amplitude Modulation
* [[AM]] amplitudimodulaatio, ''amplitude modulation''
* [[DSB]] Double Side Band; kuten '''AM''' mutta ilman kantoaaltoa.
* [[DSB]] kaksisivukaistamodulaatio, ''double-sideband modulation;'' kuten '''AM''', mutta ilman kantoaaltoa.
* [[ISB]] Independent Side Band; Riippumattomien sivunauhojen modulaatio
* [[ISB]] riippumattomien sivunauhojen modulaatio, ''independent sideband''
* [[PSK]] Phase Shift Keying; Vaihesiirtymämodulaatio
* [[PSK]] vaihesiirtymämodulaatio, ''phase-shift keying''
* [[FM]] Frequency Modulation; Taajuusmodulaatio
* [[FM]] taajuusmodulaatio, ''frequency modulation''
* [[CW]] Continuous Wave; Sähkötys
* [[CW]] sähkötys, ''continuous wave''
 
==Linkkejä==
* http://dj4br.home.t-link.de/ssb1e.htm The History of Single Sideband Modulation, ''Ing. Peter Weber''
* Matjaz Vidmarin (S53MV) [http://gw.ir2ip.net/radio/rtx/notune/notune.htm ''No-tune SSB/CW tranceiver for 1296, 2304 and 5760MHz'']  [[S53MV_Notune_SSB_gigaradioset]]
* Matjaz Vidmarin (S53MV) [http://gw.ir2ip.net/radio/rtx/notune/notune.htm ''No-tune SSB/CW tranceiver for 1296, 2304 and 5760MHz'']  [[S53MV_Notune_SSB_gigaradioset]]
* [http://www.doug-smith.net/hifidesign1.htm Douglas T. Smith, KF6DX] on "hi-fi" dilemma of SSB.
* [http://www.doug-smith.net/hifidesign1.htm Douglas T. Smith, KF6DX] on "hi-fi" dilemma of SSB.
Rivi 544: Rivi 564:
* J. Volder, “The CORDIC Computing Technique”, IRE Trans. on Computers, v. EC-8, Sept. 1959, pp. 330-334
* J. Volder, “The CORDIC Computing Technique”, IRE Trans. on Computers, v. EC-8, Sept. 1959, pp. 330-334
* E.B. Hogenhauer, “An economical class of digital filters for decimation and interpolation”, IEEE Trans. on Acustics, Speech and Signal Processing, ASSP-29(2), 1981, pp. 155-162.
* E.B. Hogenhauer, “An economical class of digital filters for decimation and interpolation”, IEEE Trans. on Acustics, Speech and Signal Processing, ASSP-29(2), 1981, pp. 155-162.
* Hilbert muunnoksesta vaikkapa: Wikipedia: [http://en.wikipedia.org/wiki/Hilbert_transform], Graham Langton: [http://www.complextoreal.com/tcomplex.htm]  
* [[Hilbert-muunnos|Hilbert-muunnoksesta]] lisää vaikkapa: Wikipedia: [http://en.wikipedia.org/wiki/Hilbert_transform], Graham Langton: [http://www.complextoreal.com/tcomplex.htm]  


[[Category:Lähetelajit]][[Category:Tekniikka]][[Category:Teoria]]
[[Luokka:Tekniikka]]
[[Luokka:Teoria]]
[[Luokka:Lähetelajit]]

Nykyinen versio 8. kesäkuuta 2021 kello 22.55

Yksisivukaistamodulaatio, engl. single-sideband modulation (SSB) on alun perin puheella tapahtuvaan radiokommunikaatioon tehty energiaa ja radiospektriä säästävä amplitudimodulaation muunnos, jossa kaikki redundantti tieto on poistettu. SSB:ssä amplitudimodulaatiosta on otettu pois kantoaalto ja toinen sivunauha, jotka pitää luoda uudestaan vastaanottimessa, jotta signaalista saa selvää.

Historiaa

Tekniikka keksittiin vuonna 1914 ja sille haettiin patentti vuonna 1915. Patentti hyväksyttiin pitkän oikeustaistelun jälkeen vuonna 1927.

Alun perin huomattiin että puhesignaali on ymmärrettävä silloinkin kun kätetään kapeakaistaista antennia joka on viritetty hieman sivuun AM kantoaallosta siten että toinen AM sivukaista vaimentuu. Samoin huomattiin että laittamalla vastaaonttoon apuoskillaattoritaajuus alkuperäisen kantoaallon kohdalle, kuultu signaali on paremmin kuultavissa.

Radioamatöörikäytössä ensimmäinen SSB-yhteys tapahtui vuonna 1947.

Jako ylempään ja alempaan sivunauhaan

Vertailukohdaksi jäljempiin amplitudimodulaation spektri:

AM spektrikuva

Ylempi sivunauha (USB)

USB:ksi eli ylemmäksi sivunauhaksi (upper sideband) kutsutaan SSB-modulaatiota, jossa jäljelle on jätetty ylempi sivunauha.

USB:n spektrikuva

Alempi sivunauha (LSB)

LSB:ksi eli alemmaksi sivunauhaksi (lower sideband) kutsutaan SSB-modulaatiota, jossa jäljelle on jätetty alempi sivunauha.

LSB:n spektrikuva

SSB matemaattisesti

(Wikipedialla on erilainen matemaattinen lähestyminen aiheeseen [1])

Lähdetään DSB-modulaatiosta, jossa:

missä:

  • : aika
  • : modulaation tulos
  • : kantoaallon amplitudi (jos sitä ei moduloitaisi vaan annettaisiin tulla täysillä)
  • : modulaatioindeksi (välillä 0.0-1.0 - tavallisesti 0.7-0.8)
  • : moduloiva signaali
  • : kantoaallon taajuus ()
  • : kantoaallon vaihe ajanhetkellä . Käytännössä mielivaltaisesti asetetaan nollaksi ja poistetaan kaavoista.

Asetetaan moduloivaksi signaaliksi: :

trigonometristen dualiteettien:

avulla avattuna tavoitteena kosinien tulojen tilalle yksinkertaiset kosinit:

     Ylempi sivunauha (USB)
Alempi sivunauha (LSB)
     Ylempi sivunauha (USB)
Alempi sivunauha (LSB)

Siis sivunauhojen energia on puolet kokonaisenergiasta, joka onkin ymmärrettävä tulos. Myös sivunauhojen taajuudelliset ilmentymät saavat selityksensä.

SSB:n matemaattisessa analyysissä voidaan modulaatioindeksi ja kantoaallon amplitudi asettaa ykkösiksi, jolloin ne sievenevät pois tieltä. (Samoin puolikas siirretään vasemmalle häiritsemästä.)

Edellä näkyy että sekä kantoaallosta että hyötysignaalista tarvitaan sin ja cos versiot, siis sellaiset jotka ovat keskenään 90° vaihesiirrossa.

Tuollaiseen siis halutaan päästä, miten?

DSB-modulaatio

Kertolasku ( tai ) tapahtuu teknisesti balansoidulla sekoittimella jota tässä käytössä kutsutaan myös nimellä: balansoitu modulaattori.

Yllä on esitelty matematiikan johto, oleellista on, että tulos voidaan lausua kahden eri taajuuksilla olevan signaalin summana:

joka viittaa mahdollisuuteen suodattaa pois ei-toivottu sekoitustulos joka tunnetaan nimellä "sivunauha".

SSB kvadratudisesti

Nyt tehdään hieman magiaa nimeltä Hilbert-muunnos ja todetaan, että: . Tällä muunnoksella saadaan kopio lähtösignaalista, joka on 90° vaihesiirrossa alkuperäiseen nähden (tulee perässä). (Kvadratudissa)

Tällainen kvadratudinen versio DSB:stä on yksinkertaisesti:

Summaamalla perusversion ja kvadratudin, pääsemme yllä esitettyyn LSB:n yhtälöön!

USB:lle päästään kääntämällä "sin * sin" osan jomman kumman signaalin vaihe vastakkaiseksi, jolloin siellä tulee: "- sin * sin".

Tämä tulos esitetään usein oppikirjoissa muodossa:

missä:

  • on moduloiva signaali
  • on sen Hilbert-muunnos ( cossin )


Yhteenlasku tapahtuu tehosummaimella ja vähennuslasku on yhteenlaskua vastakkaisvaiheisella signaalilla.

Laite jolla tämä realisoidaan tunnetaan tavallisesti nimellä I/Q-modulaattori jolla on parikin realisointitapaa riippuen käyttökohteesta.

Paikallisoskillaattorin taajuusalue on laaja, RF-summaus tehdään skalaarisesti:

Hamwiki-ssb-iq-modulation-1.png

Paikallisoskillaattorin taajuusalue on suppea, RF-summaus tehdään kvadratudisesti:

Hamwiki-ssb-iq-modulation-2.png

(tätä näkee lähinnä mikroaaltolaitteissa)

Nyt on siis matemaattisesti saatu selville, mitä tarvitaan I/Q-modulaattorin käyttöön SSB:n tuotossa. Seuraavaksi pitää selvittää, miten nuo Hilbert-muunnetut versiot signaaleista saadaan aikaan jotta ne voidaan kvadratudisesti hienosti summata yhteen.

DSB-ilmaisu

SSB:n ilmaisussa otetaan esimerkiksi USB-signaali ja kerrotaan se paikallisoskillaattorilla jonka taajuus on (tai ainakin yritetään asettaa olemaan) käyttäen balansoitua sekoitinta (jolla tässä käytössä on myös nimi: tuloilmaisin alias product detector.)

Sekoitustuloksina saadaan jälleen taajuuksien summa ("USB") ja erotus ("LSB"). Näistä sekoittimen jälkeen alipäästetään vain audiotaajuinen "LSB" eteenpäin äänikäsittelyyn.

Koska tämä tekniikka kuvaa myös epätoivotun sivunauhan audiotaajuuksille, tätä käytetään yleensä yhdessä välitaajuisen SSB-suotimen kanssa.

Kvadratudinen SSB-ilmaisu

I/Q-demodulaation matematiikka on tietysti kompleksisempaa.

 TODO


Laajakaistaiselle RF:lle ja esim. laskureilla tehtävälle LO:n kvadratudisoinnille, vaikeahko Hilbert-muunnos yhdistämisessä:

Hamwiki-ssb-iq-demodulation-2.png


Kapeakaistaiselle RF:lle (suhteessa taajuuteensa) ja sama LO:lle - lopussa helppo skalaarisummaus:

Hamwiki-ssb-iq-demodulation-1.png

SSB-modulaattori

Sivunauhamodulaatioiden tekoon on ainakin kolme tapaa:

  1. Tuotetaan DSB moduloitu signaali ilman kantoaaltoa ja suodatetaan siitä epätoivottu sivunauha jyrkkäreunaisella kidesuotimella
  2. Vaiheistusmenetelmässä lähtösignaalista tuotetaan vaihe- ja kvadratudi versiot ns. Hilbert-muuntimella, jotka moduloidaan tavallisella balansoidulla modulaattorilla kantoaallon vaihe- (I) ja kvadratudi (Q) versioihin, lopuksi lopputulos summataan, jolloin jäljelle jää vain toivottu sivunauha.
    1. Vaihtoehtoisesti aliharmooniselle modulaattorille kantoaalto on samanvaiheinen ja summaus tapahtuu kvadratudisesti.
    2. Hilbert-muunnin vaatii analogisena aika tarkkoja komponenttien toleransseja, tai vähintään tarkahkoa mätsäystä. DSP-versio on jopa helpompi toteuttaa tarkkana, kuin analoginen!
  3. Weaver-modulaattori / Zero-IF
    1. Tätä näkee useimmin DSP toteutuksina (joko prosessoreissa tai ASIC/FPGA piireissä)
    2. Analogisia esimerkkejä mm. S53MV Matjaz Vidmar:ilta

Kantoaallon kvadratudisointiin voidaan käyttää esimerkiksi:

  1. 90°-hybridejä (erityisesti mikroaalloilla)
  2. Analogisella vaihesiirtoverkolla hieman samaan tapaan kuin HA5WH
  3. Kvadratudista KJ- tai D- laskureilla tehtyä digitaalista jakoa jossa oskillaattoritaajuus on 2 kertainen kvadratudin taajuuteen

Laskurien käyttö on haastavaa korkeammilla taajuuksilla (yli 100-200 MHz) mutta mahdollista. Laskurien kiistaton etu on, että ulostulo pysyy koko toiminta-alueella (tasavirrasta gigahertsiin, tms) täsmälleen 90° kvadratudissa.

Kapeat taajuusalueet (kuten vaikka Zero-IF rakenteissa suoraan 10 GHz bandilla) toimivat hienosti hybrideillä/viivelinjoilla. Laajemmat taajuusalueet ovat ongelmallisia analogisten vaiheistusverkkojen kanssa.

Kantoaallon kvadratudivirhe näkyy ei-toivotun sivunauhan puutteellisena vaimenemisena, mutta sitä voi jossain määrin korjata käyttämällä I ja Q kanavissa pientä tasavirtabiasta.

Suodattava SSB-modulaattori

Tämä on nykyisin tavallisin tapa tehdä SSB modulaatio kaupallisissa radioissa. Tämä oli myös ensimmäinen tapa tehdä SSB-modulaatiota. Tässä ei kikkailla kvadratudisella summauksella, vaan yksinkertaisesti vain vaimennetaan ei-toivottua komponenttia kyllin paljon.

Käyttämällä SAW-suotimia lopputulos on yleensä kyllin hyvä, kaikkeen käyttöön ja SAW-suotimet ovat edullisia.

Kalliimpia kidesuotimiakin voi käyttää, mutta läpäisykaistan vaimennusrippelien ja ryhmäkulkuaikakorjausten tarpeet ovat yleensä varsin olemattomia, eikä 300-3000 Hz taajuuksien puheen siirto muutenkaan ole mitään HiFiä.

Tuottaessaan DSB-signaalia balansoitu modulaattori vuotaa kantoaaltoa hetkittäisten basebandin tasavirtakomponenttien seurauksena. Tämä on väistämätöntä puheella ja vuotojen kesto on korkeintaan millisekunteja, mutta ei nolla.

Suodatuksen yleinen ongelma on, että kantoaaltovuoto huonontaa vaimennettavan sivunauhan vaimennusta. Tämä on ongelmana erityisesti sillä reunalla pääsykaistaa, jolla puolella kantoaalto on.

Yksi mahdollisuus kantoaaltovuodon haittojen vähennykseen on siirtää moduloitava baseband ensin taajuuksissa ylemmäs (vaikka 10 kHz) basebandilla tapahtuvalla sekoittamisella ja kaistasuodatuksella (äänelle helpohkoa) ja sitten tehdä varsinainen RF DSB modulointi selvästi etäällä kantoaallosta. Douglas T. Smith tarjoaa tällaista lähestymistapaa, joskin hän siirtää puheen basebandia vain 300 Hz ylöspäin.

Vaiheistettu SSB-modulaattori

Kun kidesuodattimet olivat kalliita, eikä SAW-suotimia vielä ollut, kehitettiin erilaisia audiota- ja RF:ää vaiheistaneita ratkaisuja, jotka tuottivat saman lopputuloksen, kuin terävä suodattaminenkin.

Geneerisesti kyseessä on ns. Hartley-modulaattori, jonka ilmentymänä ovat erilaiset tavat tehdä kvadratudinen kantoaalto ja kvadratudinen hyötysignaali.

Syklinen vaihesiirtoverkko

Yksi ratkaisu audion kvadratudiseen vaihesiirtoon on ARRL Handbookissa pitkään esitelty HA5WH:lle kreditoitu rakenne. Yleisesti ottaen kyseessä on ns. polyphase network tai polyphase filter.

Tällainen vaiheistusverkko tekee signaalille ns. Hilbert-muunnoksen joka tässä tapauksessa tuottaa syötesignaalin cos:sta cos ja sin signaalit.

Muitakin tapoja tällaisen Hilbert-muuntimen tekoon on, mutta HA5WH:n syklinen verkko on helpohko analysoida.

Kevin Schmidt, W9CF, analysoi tämän HA5WH vaiheistusverkon ominaisuuksia QEX:ssä elokuussa vuonna 1994 ilmestyneessä artikkelissa: Phase-Shift Network Analysis and Optimization (josta on myös web-kopio.)

Hän kertoo yhteenvedossaan:

Useiden vuosien ajan ARRL:n Handbook on sisältänyt HA5WH:n suunnitteleman äänen vaihesiirtoverkon. En ole kuitenkaan onnistunut löytämään tämän kytkennän alkuperäistä versiota. Handbook väittää, että tällä verkolla saisi luokkaa 60 dB vaimennuksen ei-toivotulle sivunauhalle käyttäen 10% toleranssisia komponentteja. Tämä on kuitenkin selkeästi vastoin tavallisia tuloksia, että tarvitaan yhden prosentin komponenttitoleransseja saavuttaakseen noin 40 dB sivunauhavaimennuksen.
Tässä artikkelissa analysoin ja annan suunnitteluyhtälöt tämän tyyppisille verkoille. Valitettavasti tämä analyysi osoittaa, että käyttämällä 10% toleranssisia komponentteja saadaan pahimmillaan hyvin huono sivunauhavaimennus. Ideaaliarvoisilla komponenteilla, tai edes keskenään hyvin tarkkaan saman arvoisiksi mätsätyillä komponenteilla saavutetaan silti hyviä tuloksia.

Artikkeli on erinomainen katsaus tämän tyyppisiin vaihesiirtoverkkoihin ja todella antaa eväät tehdä muitakin taajuusvasteita, kuin mitä tämä paljon julkaistu versio on.

Esimerkkikytkentöjä löytää pienellä verkkohaulla, esimerkiksi: Maxim IC's App-note 1047:

http://www.maxim-ic.com/images/appnotes/1047/A29Fig1A.gif
http://www.maxim-ic.com/images/appnotes/1047/A29Fig1A.gif

Esimerkkikytkentä sisältää HA5WH:n vaiheistusverkon ja pari tuon mikropiirivalmistajan integroitua piiriä (operaatiovahvistimia ja kvadratudimodulaattorin), jotka yhdessä toteuttavat suorituskykyisen (ja pieniruokaisen) SSB modulaattorin. (Joskin väitetty 60 dB käyttäen 10% toleranssisia mätsäämättömiä komponentteja on tuulesta tempaistu...) Myös komponenttiarvoissa C6:een on pujahtanut virhe. ARRL:n Handbook:issa on 4.7 nF.

USB/LSB vaihto tällä modulaattorilla tapahtuu vaihtamalla Hilbert-muuntimen Q-lähdön navat keskenään.

Bias-jännitteet modulaattorien inputeissa vaikuttavat kantoaallon vaimennukseen ja kvadratudin poikkeama ideaalista vaikuttaa sivunauhan vaimennustasoon.

Taulukko:

Optimaaliset Chebychev arvot joillekin ideaaleille HA5WH-tyypin vaiheistusverkoille. ja ovat taajuusalueen ala- ja yläreuna, on verkon asteiden määrä ja ovat taajuuksia joilla verkon vaihesiirto on tasan 90 astetta. Vastaavat RC arvot ovat .
Sup on sivunauhan minimivaimennus verkon toiminta-alueella desibeleinä.
fl fu n Sup(dB) f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8
300 3000 4 40.5 332.2 629.8 1429.0 2709.0 - - - -
300 3000 5 52.1 320.5 500.7 948.7 1797.6 2808.1 - - -
300 3000 6 63.7 314.2 435.5 720.3 1249.5 2066.8 2864.5 - -
300 3000 7 75.4 310.4 397.8 595.3 948.7 1511.8 2262.4 2899.4 -
300 3000 8 87.0 308.0 374.0 519.4 771.2 1167.0 1732.7 2406.2 2922.5
200 4000 5 42.9 219.5 398.4 894.4 2008.1 3645.0 - - -
200 4000 6 52.7 213.5 332.1 633.1 1263.6 2408.9 3747.8 - -
200 4000 7 62.5 209.9 294.6 497.5 894.4 1608.2 2715.5 3812.0 -
200 4000 8 72.2 207.5 271.2 417.8 689.9 1159.6 1915.0 2949.6 3854.8
150 6000 6 44.7 163.6 287.7 628.9 1431.1 3128.3 5500.9 - -
150 6000 7 53.1 160.0 247.7 471.0 948.7 1910.7 3633.0 5626.4 -
150 6000 8 61.5 157.6 223.1 381.3 696.7 1291.9 2360.2 4033.2 5710.4

Mitoitetaan näistä SSB:lle 300-3000 Hz 6 asteinen verkko käyttäen 12.1 kilo-ohmin 1% (E96 sarjan) vastuksia. .

Hz 314.2 435.5 720.3 1249.5 2066.8 2864.5
C (nF) 41.9 30.2 18.3 10.5 6.4 4.6
ARRL
(nF)
44.0 33.0 20.0 10.0 5.6 4.7

Vastuksina 1% arvot ovat helppoja saada - ja pintaliitoksena jopa erittäin halpoja. Kondensaattoreina 2% arvoja löytyy helpohkosti, 1% arvoja ei.. (Esimerkiksi Panasonic ECH-U(X) -series pintaliitoskondensaattorit ovat varsin halpoja 2% sarjaa.)

Kevin Schmidt toteaa artikkelissaan, että vaikka yllä onkin suunniteltu ideaali verkko jolla on mahdollisimman pieni rippeli vaimennusarvossa kautta koko äänitaajuusalueen, on vastaavalla rakenteella mahdollista päästä vieläkin parempiin tuloksiin, jos kyseessä on esimerkiksi kahden nimenomaisen äänen lähettäminen datakäytössä - tehdään vaikkapa vain 2-asteinen verkko jonka portaat optimoidaan näille kahdelle äänelle.

Kahdeksan-asteinen 300-3000 Hz Hilbert-muunnin 12.1 kilo-ohmin vastuksin tarvitsee kondensaattorit:

C (nF) 42,71 35,17 25,32 17,06 11,27 7,59 5,47 4,5
StdCap
(nF) 2%
33,0+10,0 33,0+2,2 22,0+3,3 15,0+2,2 10,0+1,2 6,8+0,82 4,7+0,82 3,3+1,2

Verkon syöttöön differentiaalilähtöinen operaatiovahvistin, samoin I/Q-modulaattorin puskureiksi ja ainakin 60 dB sivunauhavaimennuksen pitäisi onnistua.

Operaatiovahvistin vaihesiirrin

Tällainen vaihesiirto voidaan myös tehdä vähemmin passiivikomponentein käyttäen operaatiovahvistimia:

Hamwiki-audio-phaseshift-opamp.png

Ominaisuuksia:

  • Jokaisen asteen vahvistus on täsmälleen 1.0
  • taajuusvälillä noin 300-4000 Hz vaihesiirto on valituilla komponenttiarvoilla 90° noin 0.5° tarkkuudella.
  • Sivukaistavaimennuksen pitäisi olla luokkaa 40-45 dB.
  • Komponenttien tarkkuudesta ei lähde sano mitään, mutta 1% vastukset ja 2% kondensaattorit lienevät turvallinen valinta
  • Kytkentä on tarkoitettu nollan yli kulkevalle signaalille ja ± sähköllä käytettäville operaatiovahvistimille. Kytkennän "vertailumaan" siirto nollan ja käyttösähkön puoliväliin jätetään lukijalle ns. yksipäisesti käytettäviä operaatiovahvistimia varten.

Rakennettaessa vaiheistava SSB modulaattori tällä rakenteella, syötteenä käytetään kaistapäästettyä audiosignaalia (kaikki taajuusvälin 300-3000 Hz ulkopuolelta vaimennetaan pois). Signaali viedään I-kanavaan sellaisenaan ja Q-kanavaan yllä olevan vaiheistimen läpi.

Vaihesiirto signaaliprosessorilla

Tämä Hilbert-muunnos on tehtävissä myös DSP:llä niin, että puheen basebandista tehdään laskemalla I ja Q jotka sitten ajetaan kvadratudimodulaattoriin.

DSP:llä voidaan tehdä FIR-suodin, jonka impulssivaste on antisymmetrinen, eli jonka vaihevaste on lineaarinen, mutta samalla täsmälleen 90° erossa symmetrisestä FIR-suotimesta. Koska L asteen mittaisessa FIR:issä menee aikaa L/2 askeleen verran, ohjelmaimplementaation pitää tyypillisesti sisällytää L/2 asteinen viivelinja I-kanavaan odottaakseen Q-kanavaa.

Vaihtoehtona on toki myös Weaver-metodi.

Weaver-modulaattori / Zero-IF

Tämä tunnetaan myös nimellä "Zero-IF".

Hamwiki-ssb-weaver-modulation.png

Weaver-modulaattori on huomattavasti erilainen aiemmista. Ensin baseband (0-4 kHz) miksataan kvadratudisella lokaalilla (LO1) ja balansoiduilla sekoittimella kahdeksi DSB:ksi siten, että kantoaalto on keskellä haluttua läpäisykaistaa (esimerkissä 2.0 kHz).

Molemmat baseband-tulokset alipäästösuodatetaan audiolla (2.0 kHz!) ja sitten ajetaan kvadratudimodulaattorin I- ja Q-ottoihin varsinaiselle välitaajuudelle (LO2) (tai lopulliselle RF:lle). Välitaajuudella/RF:llä ei enää suodateta mitään.

Huomionarvoisaa on, että lähetteen pääsykaistan keskitaajuus on LO2:n taajuudella, eikä kyseinen taajuus olekaan pääsykaistan reunassa kuten tavallisemmissa I/Q-tekniikoissa. (Korkeilla mikroaaltotaajuuksilla tehosummaus voidaan tehdä kvadratudisesti ja LO2 jaellaan tehojakajalla. Katso I/Q-modulaattori.)


Tekniikan etu on periaatteessa rajoittamaton kaistaleveys, kun taas vaiheistusverkolla on sen verkon ominaisuuksista riippuva kaistaleveys. Kvadratudiset LO1 ja LO2 ovat helppoja tehdä tarkoiksi laskureilla.

Tekniikan haittana on keskitaajuuden olo tasavirtaa - usein se näkyykin keskitaajuuden välittömän lähiympäristön vaimentumisena kuulumattomiin, jos I- ja Q-signaalien käsittelyä ei tehdä DC kytkettynä, jota monet analogiset toteutukset välttelevät. Pienikin DC offset näkyy lähetteessä signaalina keskellä läpäisykaistaa ja vastaanotossa äänenä keskellä kaistaa.

Digitaalisessa implementaatiossa ei tätä ongelmaa yleensä ole ja LO1:n ympäristön vaimenemaa ei ole.

Analogisia ratkaisuja käyttävä versio on esitetty Matjaz Vidmarin S53MV "notune" giga-radioissa.

Nico Palermo, IV3NWV on kuvannut täysdigitaalisen modulaattorin: A 9 MHz Digital SSB Modulator sivullaan. (Tässä DC-bias ongelmia ei ole, joten läpäisykaista on aukoton.)

SSB-demodulaattori

SSB:n ilmaisuun käytetään samoja tekniikoita kuin sen tuottoon.

SSB-demodulaattori suodattaen ja sekottaen

Nykyisin kaupallisissa radioissa tavallisin on käyttää balansoitua modulaattoria (joka tässä tapauksessa kulkee nimellä: balansoitu ilmaisin, tai Product Detector).

Välitaajuudella (yleensä 455 kHz) tapahtuvan kaistanpäästön jälkeen välitaajuinen signaali sekoitetaan beat-oskillaattorilla joka tuottaa tulokset: IF-BFO ja IF+BFO, joista IF-BFO on äänitaajuudella ja alipäästön jälkeen tuottaa kuunneltavan signaalin.

BFO:n taajuus voi olla IF:n ala- tai yläpuolella sen mukaan, miten päin päästökaista halutaan kuvata audioksi — ja miten päin IF:n spektri on välitaajuuksien käsittelyjen jälkeen. CW:n tapauksessa tällä ei ole paljoa merkitystä, mutta SSB:llä tilanne on hieman toinen.

Hamwiki-ssb-bfo-mixer-detector.png

SSB:n demodulointi Hilbert-muuntimella vaiheistaen

Demodulointi voidaan tehdä myös vaiheistamalla, eli välitaajuudella kaistapäästetystä signaalista tehdään kvadratudiset I ja Q, jotka vahvistettuina syötetään käänteiseen Hilbert-muuntimeen josta saadaan ulos alkuperäinen äänisignaali.

Sama HA5WH verkko toimii tässäkin, kuten lähetyksessä.

  • Signaalin kulkusuunta käännetään yllä näkyvässä kytkentäkaavioesimerkissä päinvastaiseksi
  • Modulaattorin lähdön vahvistin käännetään toisinpäin ja käytetään ehkä differentiaalilähtöistä mallia (tai yhtä vahvistinta normaalina ja toista invertoivana)
  • Syötetään I ja Q (ja niiden inverssit) modulaattorimuuntimen lähtönapoihin
  • Otetaan käänteismuunnettu signaali ulos modulaattorimuuntimen syöttönavoista

Myös operaatiovahvistimellinen vaiheverkko toimii. I- ja vaiheistetun Q-kanavan signaalit summataan ja alipäästetään audioksi.

DSP-käytössä jälleen antisymmetrinen FIR-suodin tarjoaa apuaan Q-kanavassa ja normaali FIR-suodin (tai L/2 mittainen viive) I-kanavassa.

SSB:n demodulointi Zero-IF / Weaver-metodilla

Zero-IF metodi on oivallinen RF:ää tuottaessa (lukuunottamatta basebandin keskellä olevaa DC bias-herkkää spottia), mutta vastaanotossa sen edut eivät ole ihan niin selvät.

Hamwiki-ssb-weaver-demodulation.png

Huomioita:

  • Selektiivisyys tehdään audiotasolla suodattamalla, joka on paljon helpompaa kuin RF:llä, tai edes IF:llä. Modulaattoriesimerkin mukaisesti LPF-2 suodattaa 2.0 kHz kohdalla
  • LPF-2:n jälkeen voi olla myös AGC järjestelmä, kuten S53MV on tehnyt.
  • Vastaanotossakin on se sama DC bias-herkkä alue keskellä audio basebandia kuin lähetyksessä.
  • LO1 kombinoinnin jälkeen voi taas olla tarve lisätä kaistanpäästösuodin 100-4000 Hz (tms.)
  • RF voidaan tehojakaa kvadratudisesti, jolloin LO2 taas ei saa olla kvadratudinen! Mikroaaltorigeissä hyödyllinen ominaisuus!

Digitaalinen signaalin I/Q kvantisointi (kuten vaikka AD9864/AD9874 "Low Power IF Digitizing Subsystem" piireillä) ja prosessointi DSP:llä numeerisesti on yksi varsin tehokas tapa tehdä tällainen vastaanotto.

Katso myös

  • AM amplitudimodulaatio, amplitude modulation
  • DSB kaksisivukaistamodulaatio, double-sideband modulation; kuten AM, mutta ilman kantoaaltoa.
  • ISB riippumattomien sivunauhojen modulaatio, independent sideband
  • PSK vaihesiirtymämodulaatio, phase-shift keying
  • FM taajuusmodulaatio, frequency modulation
  • CW sähkötys, continuous wave

Linkkejä