Einseitenbandmodulation (SSB) II

In der Klasse N haben wir gelernt, dass bei der Amplitudenmodulation neben dem Träger zwei Seitenbänder entstehen, ein unteres (LSB) und ein oberes (USB), in denen die gesamte Information des Modulationssignals enthalten ist, während der Träger selbst keine Information überträgt. Da beide Seitenbänder die gleiche Information enthalten, reicht es aus, nur eines davon zu senden und den Träger zu unterdrücken (vgl. Abbildung ?). Dieses Verfahren nennt man Einseitenbandmodulation beziehungsweise Single Sideband (SSB), welches wir auch in der Klasse N bereits kennen gelernt hatten. Der Vorteil von SSB besteht darin, dass keine Sendeleistung für den Träger und das zweite Seitenband verschwendet wird, wodurch die gesamte Leistung effizient für die Informationsübertragung genutzt werden kann und gleichzeitig die benötigte Bandbreite deutlich geringer ist als bei AM.

Bei der Einseitenbandmodulation (SSB) enthält das Sendesignal – abhängig vom am Transceiver gewählten Seitenband – entweder die Trägerfrequenz plus der NF-Modulationsfrequenz (bei USB) oder die Trägerfrequenz minus der NF-Modulationsfrequenz (bei LSB). Die Abbildung NE-12.7.2 zeigt hierfür zwei Beispiele: Moduliert man einen Sender mit der Trägerfrequenz $\qty{7,100}{\mega\hertz}$ mit einem NF-Signal von $\qty{1}{\kilo\hertz}$ in USB, so wird vom Sender eine Frequenz von $\qty{7,100}{\mega\hertz} + \qty{1}{\kilo\hertz} = \qty{7,101}{\mega\hertz}$ abgestrahlt. Moduliert man den Sender hingegen in LSB, so wird vom Sender eine Frequenz von $\qty{7,100}{\mega\hertz} -\qty{1}{\kilo\hertz} = \qty{7,099}{\mega\hertz}$ abgestrahlt.

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Zusammenfassung: Vier Spektraldiagramme mit den Achsen „Leistung“ und „f“ zeigen links jeweils einen 1‑kHz‑Strich und rechts einen einzelnen Frequenzstrich einmal oberhalb („USB“, 7,101 MHz) und einmal unterhalb („LSB“, 7,099 MHz) einer gestrichelten Bezugslinie bei „f_T = 7,100 MHz“.

Detaillierte Beschreibung: Die Grafik besteht aus zwei Reihen mit je zwei Diagrammen. Alle vier Diagramme haben eine y‑Achse mit der Beschriftung „Leistung“ (Pfeil nach oben) und eine x‑Achse mit der Beschriftung „f“ (Pfeil nach rechts). Oben links steht auf der x‑Achse „1 kHz“, darüber ein einzelner blauer, schmaler, vertikaler Strich. Zwischen oben links und oben rechts zeigt ein blauer Pfeil nach rechts mit der Beschriftung „USB“. Oben rechts befindet sich eine gestrichelte vertikale Linie; an der x‑Achse darunter steht „f_T = 7,100 MHz“. Rechts von der gestrichelten Linie steht ein einzelner blauer, vertikaler Strich; darüber in Blau die Beschriftung „7,101 MHz“. Unten links ist das gleiche Diagramm wie oben links mit „1 kHz“ und einem einzelnen blauen, vertikalen Strich. Zwischen unten links und unten rechts zeigt ein blauer Pfeil nach rechts mit der Beschriftung „LSB“. Unten rechts steht wieder die gestrichelte vertikale Linie mit der x‑Achsenbeschriftung „f_T = 7,100 MHz“; links davon ein einzelner blauer, vertikaler Strich mit der blauen Beschriftung „7,099 MHz“.
Abbildung NE-12.7.1: Seitenbänder bei AM und SSB

Die folgenden Fragen können nach diesem Schema gelöst werden.

EE203: Ein Träger von 21,250 MHz wird mit der NF-Frequenz von 1 kHz in SSB (USB) moduliert. Welche Frequenz tritt im ideal modulierten HF-Signal auf?
EE204: Ein Träger von 3,65 MHz wird mit der NF-Frequenz von 2 kHz in SSB (LSB) moduliert. Welche Frequenz/Frequenzen treten im modulierten HF-Signal hauptsächlich auf?

AM-Signale übertragen beide Seitenbänder und den Träger und haben daher eine Bandbreite von etwas mehr als dem Doppelten des modulierenden NF-Signals (vgl. Abbildung NE-12.7.2). Die Bandbreite eines SSB-Signals entspricht in etwa der Bandbreite des modulierenden NF-Signals (nach Filterung und Begrenzung der Bandbreite des NF-Signals). Bei SSB werden auch Signalanteile unterhalb von 300 Hz und der Träger (0 Hz) nicht übertragen und unterdrückt. Daher hat SSB etwas weniger als die halbe Bandbreite von AM.

1) Kurzbeschreibung: Dreireihige Grafik mit jeweils zwei Diagrammen; identische Diagramme links: horizontale Achse „f“ und vertikale Achse „Leistung“; auf der horizontalen Achse Skalenmarkierungen bei „300 Hz“ und „3 kHz“; längere vertikale Linie bei 300 Hz und kürzere vertikale Linie bei 3 kHz; Diagramme rechts: horizontale Achse „f“ und vertikale Achse ohne Bezeichnung; auf der horizontalen Achse Skalenmarkierung „f_T“; 1. Reihe: vertikale Linie bei f_T, links und rechts davon auf der Grundlinie spiegelbildliche Vierecke mit nach links und rechts abfallenden Oberkanten, darüber ein Doppelpfeil, beschriftet mit „6 kHz“; 2. Reihe: rechts von f_T auf der Grundlinie ein Viereck mit nach rechts abfallender Oberkante, darüber ein Doppelpfeil, beschriftet mit „2,7 kHz“; 3. Reihe: links von f_T auf der Grundlinie ein Viereck mit nach links abfallender Oberkante, darüber ein Doppelpfeil, beschriftet mit „2,7 kHz“; zwischen den Diagrammen einer Reihe jeweils ein Pfeil nach rechts, beschriftet mit „AM“ (1. Reihe), „USB“ (2. Reihe) bzw. „LSB“ (3. Reihe) .

2) Ausführliche Beschreibung: Die Grafik besteht aus drei Reihen untereinander mit jeweils zwei Diagrammen nebeneinander. Die Diagramme links sind jeweils identisch und haben eine horizontale Achse „f“ und eine vertikale Achse „Leistung“. Die horizontale Achse hat Skalenmarkierungen bei „300 Hz“ und „3 kHz“. Bei 300 Hz gibt es eine längere vertikale Linie und bei 3 kHz eine kürzere vertikale Linie. Die oberen Enden sind durch eine nach rechts abfallende Linie miteinander verbunden. Die Diagramme rechts haben eine horizontale Achse „f“ und eine vertikale Achse ohne Bezeichnung. Die horizontale Achse hat jeweils eine Skalenmarkierung „f_T“. In der ersten Reihe gibt es eine vertikale Linie bei f_T, links und rechts davon sind auf der Grundlinie stehend spiegeldbildliche Vierecke mit nach links und rechts abfallenden Oberkanten dargestellt. Darüber befindet sich ein roter Doppelpfeil mit der Beschriftung „6 kHz“. In der zweiten Reihe steht ein Viereck auf der Grundlinie rechts von f_T mit nach rechts abfallender Oberkante, darüber ein roter Doppelpfeil mit der Beschriftung „2,7 kHz“.  In der dritten Reihe steht ein Viereck auf der Grundlinie links von f_T mit nach links abfallender Oberkante, darüber ein roter Doppelpfeil mit der Beschriftung „2,7 kHz“. Zwischen den Diagrammen jeder Reihe gibt es jeweils einen nach rechts zeigenden, blauen Pfeil, beschriftet mit „AM“ (1. Reihe), „USB“ (2. Reihe) bzw. „LSB“ (3. Reihe).
Abbildung NE-12.7.2: Seitenbänder bei AM und SSB

EE202: Wie groß ist in etwa die HF-Bandbreite, die für die Übertragung eines SSB-Signals erforderlich ist?
EE201: Wie unterscheidet sich SSB von AM in Bezug auf die Bandbreite?

Wie wir bereits in der Klasse N beim Thema Morsetelegrafie mit Continuous Wave (CW) gelernt haben, wird dabei ein konstanter Hochfrequenzträger in einem bestimmten Rhythmus ein- und ausgeschaltet. CW-Signale benötigen im Vergleich zu sprachmodulierten Signalen wie AM und SSB die geringste Bandbreite. Dies liegt daran, dass bei CW lediglich eine einzige Frequenz getastet wird und nicht, wie bei Sprachsignalen, mehrere Frequenzanteile eines NF-Signals gleichzeitig übertragen werden müssen.

Die Bandbreite von CW-Signalen ist von der Zeichengeschwindigkeit (Geschwindigkeit der Tastung) abhängig und beträgt bei durchschnittlichen Gebegeschwindigkeiten von 20 Wörtern pro Minute (100 Zeichen pro Minute) ca. 300 Hz.

EE207: Wie groß ist die Bandbreite von CW im Vergleich zu einem Sprachsignal in SSB oder AM?

Um Störungen benachbarter Stationen im Frequenzband zu vermeiden, sollte die belegte Bandbreite eines SSB-Signals auf maximal etwa $\qty{2,7}{\kilo\hertz}$ kHz begrenzt werden. Diese Bandbreite ist für eine gute Sprachverständlichkeit vollkommen ausreichend. Aus diesem Grund wird das NF-Signal des Mikrofons im Sender bandbegrenzt: Frequenzanteile unterhalb von etwa $\qty{300}{\hertz}$ sowie oberhalb von etwa $\qty{3}{\kilo\hertz}$ werden unterdrückt, da sie nur wenig zur Sprachverständlichkeit beitragen.

EJ211: Um etwaige Funkstörungen auf Nachbarfrequenzen zu begrenzen, sollte bei SSB-Telefonie die höchste zu übertragende NF-Frequenz ...
EJ210: Um Störungen auf benachbarten Frequenzen zu minimieren, sollte die Übertragungsbandbreite bei SSB ...

In der Praxis besitzen SSB-Filter zur Erzeugung eines SSB-Signals häufig eine Bandbreite von nur etwa 2,4 kHz. Auch diese geringere Bandbreite reicht in vielen Fällen für eine gute Sprachverständlichkeit aus und ermöglicht zugleich eine noch effizientere Nutzung des verfügbaren Frequenzspektrums.

EF310: Welche Bandbreite sollte das nachgeschaltete Filter zur Unterdrückung eines Seitenbandes bei der Erzeugung eines SSB-Telefoniesignals haben?

Störungen benachbarter Stationen können auch durch sog. Splatter auftreten, die durch eine zu hoch eingestellte Mikrofonverstärkung und somit Übersteuerung der NF-Stufen erfolgen können. Im Sendesignal wirkt sich dies so aus, dass die Bandbreite der SSB-Übertragung steigt, was andere Stationen stören kann.

EJ215: Was bewirkt in der Regel eine zu hohe Mikrofonverstärkung bei einem SSB-Transceiver?

Eine zu geringe Mikrofonverstärkung (NF-Amplitude) führt zu einer geringeren Modulation des SSB-Senders, was eine Verkleinerung der Ausgangsleistung zur Folge hat. Daher ist es wichtig, dass die Mikrofonverstärkung für gute Kommunikation in SSB optimal angepasst wird (nicht zu groß und nicht zu klein). Im Kapitel Dynamikkompressor gehen wir darauf nochmal genauer ein.

EE206: Was bewirkt eine zu geringe Mikrofonverstärkung bei einem SSB-Transceiver?
EE205: Welche der aufgeführten Maßnahmen verringert die Ausgangsleistung eines SSB-Senders?

Weiter zum nächsten Abschnitt: Frequenzmodulation (FM)