SSB

Modulation à bande latérale unique — mode de modulation économe en spectre et en énergie, norme pour la transmission vocale analogique sur ondes courtes depuis les années 1960.

La modulation à bande latérale unique (ESB ; aujourd’hui plus couramment appelée SSB — de l’anglais « single-sideband modulation ») est un mode de modulation économe en spectre et en énergie destiné à la transmission vocale. Elle est utilisée sur les liaisons radio analogiques telles que les ondes courtes pour la radiocommunication maritime, la radiocommunication aéronautique sur de longues distances, dans les applications militaires ainsi que dans la radioamateur et la radio CB. La SSB a été mise au point dans les années 1930 par les administrations des télécommunications — d’abord pour la transmission filaire d’appels téléphoniques sur de longues distances, puis également pour les liaisons radio transcontinentales. Dans la radiocommunication vocale analogique du radioamateur, la SSB a presque entièrement supplanté la modulation d’amplitude (AM) classique au cours des années 1960 — aujourd’hui, la SSB est la norme pour les QSO vocaux analogiques sur ondes courtes.

Caractéristiques

Contrairement à l’AM, la SSB n’émet aucune composante redondante du signal — telle qu’une deuxième bande latérale. En règle générale, la SSB est émise avec une porteuse supprimée (il existe également des variantes avec porteuse ou avec une amplitude de porteuse réduite). Lorsque la porteuse est supprimée, toute l’énergie d’émission est consacrée au contenu informatif, ce qui permet, à puissance d’émission égale, d’obtenir des portées plus importantes et de meilleurs rapports signal/bruit. L’effet de la propagation par trajets multiples est également moins important en SSB qu’en AM.

Par rapport à l’amplitude modulée avec porteuse supprimée, la SSB présente l’avantage d’une largeur de bande réduite de moitié. Parmi ses inconvénients figurent la complexité technique accrue des circuits et, par conséquent, le coût plus élevé des émetteurs-récepteurs radio compatibles SSB ; une démodulation simple à l’aide d’un démodulateur d’enveloppe n’est en principe pas possible avec la SSB.

Contrairement à l’AM (avec ou sans porteuse supprimée), qui n’influence pas la phase de la fréquence porteuse, la SSB comporte une modulation de phase de la porteuse — d’autant plus forte que le rapport entre l’amplitude du signal de la bande latérale et l’amplitude de la porteuse est élevé. D’un point de vue historique, la SSB fait partie des procédés d’amplitude-modulation malgré cette modulation de phase. En raison du facteur de crête élevé des signaux en bande de base à haute fréquence, la SSB est moins adaptée aux transmissions d’impulsions et en tant que procédé de modulation numérique.

Représentation spectrale

En AM, le signal de modulation génère deux bandes de fréquences supplémentaires symétriques par rapport à la fréquence porteuse. Si la fréquence de modulation varie, par exemple, entre 300 Hz et 4 000 Hz, une bande de fréquences d’une largeur totale de 8 000 Hz est occupée. La bande supérieure est appelée USB (upper side band), la bande inférieure LSB (lower side band) — en AM, les deux contiennent exactement la même information.

En SSB à porteuse supprimée, seule l’une des deux bandes latérales est émise. La composante spectrale varie de manière analogue au signal en bande de base, tandis que l’enveloppe reste constante — ainsi, lorsque l’amplitude de modulation diminue, la puissance d’émission baisse dans la même proportion. La puissance d’émission requise est nettement inférieure en raison de l’absence d’onde porteuse permanente et varie entre 0 % et environ 12,5 %.

Inconvénient : en l’absence de porteuse émise, on ne dispose d’aucune information sur la position spectrale de la fréquence porteuse nécessaire à la démodulation. Il faut convenir s’il s’agit d’USB ou de LSB — en radioamateur, la règle est la suivante : au-dessus de 10 MHz, c’est l’USB ; en dessous, c’est le LSB.

Dans le cas d’une transmission SSB analogique avec voix, la fréquence correcte peut être facilement déterminée en déréglant manuellement la fréquence autour du signal reçu — la voix devient inintelligible lorsque l’écart de la porteuse dépasse environ ±100 Hz. En SSTV, une impulsion de synchronisation régulière (signal en rafale) permet le réglage automatique de la fréquence porteuse. La musique semble déjà dissonante dès qu’il y a un écart de quelques hertz.

Génération

Un signal SSB peut être généré de plusieurs manières — le résultat est identique dans tous les cas :

Méthode par filtrage — elle commence par un mélangeur (généralement une cellule de Gilbert) qui génère une modulation d’amplitude (AM) avec une porteuse supprimée. Un filtre passe-bande à bande étroite et à facteur de qualité élevé (par exemple un filtre à quartz) ne laisse passer qu’une seule des deux bandes latérales. La fréquence de filtrage fixe est ensuite décalée vers la fréquence d’émission souhaitée par un deuxième étage de mélange.

Méthode de déphasage (également appelée « mélangeur à bande latérale unique » ou « procédé IQ ») — ne nécessite pas de filtre coûteux. Deux mélangeurs symétriques fonctionnent avec des signaux d’entrée déphasés de 90° tant du côté BF que du côté HF. Le déphasage exact de 90° sur l’ensemble de la bande vocale (de 300 Hz à 3 500 Hz) est difficile à réaliser avec des composants analogiques.

Procédé DSP — aujourd’hui la norme dans les radios logicielles. Le signal de modulation à valeur réelle est converti, par transformation de Hilbert, en un signal de bande de base complexe (« signal analytique »), puis mélangé à deux porteuses déphasées et additionné. En raison du déphasage, la porteuse s’annule et une bande latérale est supprimée — résultat : un signal à bande latérale unique avec porteuse supprimée. Les premiers travaux sur ce sujet remontent à Donald K. Weaver (années 1950).

Démodulation

Bien que l’amplitude du signal SSB présente une certaine similitude avec la basse fréquence modulante, la SSB ne peut pas être démodulée à l’aide d’un simple démodulateur d’enveloppe — contrairement à la démodulation AM non cohérente.

Dans un récepteur SSB analogique (tel qu’il est couramment utilisé en radioamateur), le signal reçu est mélangé selon le principe superhétérodyne dans un étage mélangeur à une fréquence intermédiaire (FI) fixe, puis débarrassé des interférences des canaux adjacents à l’aide d’un filtre à quartz à pentes raides. Un deuxième étage de mélange — le détecteur de produit — assure la démodulation en y ajoutant une porteuse générée localement. L’oscillateur local de porteuse est appelé BFO (Beat Frequency Oscillator) ou CIO (Carrier Insertion Oscillator).

Les écarts de fréquence du BFO entraînent un décalage de fréquence qui peut être réglé avec précision pour optimiser l’intelligibilité de la parole (en anglais : « pitch ») — un décalage d’environ ±20 Hz est considéré comme tolérable. Certains récepteurs de radioamateur sont équipés d’un commutateur LSB/USB qui règle le BFO sur l’extrémité inférieure ou supérieure de la courbe de réponse en fréquence de la fréquence intermédiaire.

L’un des inconvénients de la SSB sans porteuse réside dans la difficulté à mettre en œuvre un contrôle automatique de gain (AGC) et un contrôle automatique de fréquence (AFC). La SSB à porteuse abaissée et sa régénération dans le récepteur, ou la transmission d’une tonalité pilote convenue, permettent de remédier à ce problème. Depuis le milieu des années 1990, le traitement analogique du signal dans le récepteur a été progressivement remplacé par des processeurs de signal numérique (DSP) plus économiques — en ondes courtes, on utilise aujourd’hui couramment des concepts de récepteurs entièrement numériques, dans lesquels, hormis la présélection en amont du convertisseur analogique-numérique (ADC), aucun composant analogique n’est plus utilisé pour le traitement du signal.

Utilisation et formes particulières

Dans le domaine de la radiodiffusion, l’introduction de la SSB en remplacement de l’AM a fait l’objet de débats pendant des décennies — mais n’a toutefois jamais été mise en œuvre suite au développement de procédés de transmission numériques tels que le DRM et le DAB. Raison principale : avec une largeur de canal AM de seulement 9 kHz, la qualité musicale de la stéréo SSB serait insatisfaisante, et le réglage fin du récepteur, nécessaire à l’échelle du hertz, serait trop complexe pour le grand public.

Une variante particulière est la SSB compatible AM (avec porteuse transmise) — elle peut également être reproduite à l’aide de démodulateurs AM classiques. Cette mode de modulation a par exemple été utilisée entre 1953 et 1962 sur un émetteur à ondes longues de la radio Deutschlandfunk — une curiosité historique.

Une autre variante très répandue est la modulation à bande latérale résiduelle (en anglais : « vestigial sideband ») de la transmission télévisuelle analogique — qui offre, par rapport à l’AM à deux bandes latérales, une nette amélioration de l’efficacité énergétique et spectrale. Contrairement à la SSB pure, cette technique consiste à émettre une porteuse atténuée ainsi qu’une partie de la deuxième bande latérale, ce qui simplifie considérablement la démodulation côté récepteur (par exemple, un téléviseur) et en réduit le coût.

Source / lectures complémentaires : Wikipédia — Modulation à bande latérale unique (CC BY-SA).