SSB

Modulazione a banda laterale unica — il tipo di modulazione efficiente in termini di spettro ed energia, standard per la trasmissione vocale analogica sulle onde corte sin dagli anni ’60.

La modulazione a banda laterale unica (ESB; oggi più comunemente nota come SSB — dall’inglese single-sideband modulation) è un tipo di modulazione efficiente in termini di spettro e di consumo energetico per la trasmissione vocale. Viene impiegata nei collegamenti radio analogici quali le onde corte per le comunicazioni marittime, le comunicazioni aeree a lunga distanza, nelle applicazioni militari, nonché nel radioamatorismo e nelle comunicazioni CB. L’SSB è stata sviluppata negli anni ’30 dalle amministrazioni delle telecomunicazioni — inizialmente per la trasmissione via cavo di conversazioni telefoniche su grandi distanze, successivamente anche per collegamenti radio transcontinentali. Nella radiocomunicazione vocale analogica del radioamatorismo, l’SSB ha quasi completamente soppiantato la classica modulazione di ampiezza (AM) nel corso degli anni ’60; oggi l’SSB è lo standard per i QSO vocali analogici sulle onde corte.

Caratteristiche

A differenza dell’AM, nella SSB non vengono trasmesse componenti di segnale ridondanti — come ad esempio una seconda banda laterale. Di norma, la SSB viene trasmessa con portante soppressa (esistono anche varianti con portante o con ampiezza della portante ridotta). Con la portante soppressa, l’intera energia di trasmissione viene impiegata per il contenuto informativo — ciò garantisce, a parità di potenza di trasmissione, portate maggiori e migliori rapporti segnale-rumore. Anche l’effetto della propagazione multitraccia è minore nella SSB rispetto all’AM.

Rispetto alla modulazione di ampiezza con portante soppressa, l’SSB presenta il vantaggio di una larghezza di banda dimezzata. Tra gli svantaggi figurano la maggiore complessità circuitale e, di conseguenza, i costi più elevati per i radio ricetrasmettitori compatibili con l’SSB; una semplice demodulazione con un demodulatore a inviluppo non è, in linea di principio, possibile con l’SSB.

A differenza dell’AM (con o senza portante soppressa), che non influenza la fase della frequenza portante, la SSB presenta come componente una modulazione di fase della portante — tanto più forte quanto maggiore è l’ampiezza del segnale della banda laterale rispetto all’ampiezza della portante. Storicamente, nonostante questa modulazione di fase, la SSB rientra tra i metodi di modulazione di ampiezza. A causa dell’elevato fattore di cresta nei segnali in banda base ad alta frequenza, la SSB è meno adatta alla trasmissione di impulsi e come metodo di modulazione digitale.

Rappresentazione spettrale

Nell’AM, il segnale di modulazione genera due gamme di frequenze aggiuntive simmetriche rispetto alla frequenza portante. Se, ad esempio, la frequenza di modulazione oscilla tra 300 Hz e 4’000 Hz, viene occupata una gamma di frequenze con larghezza totale di 8’000 Hz. La banda superiore è denominata USB (upper side band), quella inferiore LSB (lower side band); in AM entrambe contengono esattamente le stesse informazioni.

Nella SSB con portante soppressa viene trasmessa solo una delle due bande laterali. La componente spettrale varia in modo analogo al segnale in banda base, mentre l’inviluppo rimane costante — pertanto, quando l’ampiezza di modulazione diminuisce, la potenza di trasmissione si riduce in misura proporzionale. La potenza di trasmissione necessaria è notevolmente inferiore a causa dell’assenza di un’onda portante permanente e oscilla tra lo 0% e circa il 12,5%.

Svantaggio: in assenza di una portante trasmessa, manca l’informazione relativa alla posizione spettrale della frequenza portante necessaria per la demodulazione. È necessario concordare se si tratti di USB o LSB; nel radioamatorismo vale la regola: al di sopra dei 10 MHz USB, al di sotto LSB.

Nella trasmissione SSB analogica con voce, è possibile individuare facilmente la frequenza corretta mediante una sintonizzazione manuale intorno al segnale ricevuto: la voce diventa incomprensibile se la deviazione della portante supera circa ±100 Hz. Nel caso dell’SSTV, un impulso di sincronizzazione regolare (segnale a raffica) consente la regolazione automatica della frequenza portante. La musica risulta disarmonica già in presenza di una deviazione di pochi hertz.

Generazione

Un segnale SSB può essere generato in diversi modi — il risultato è identico in tutti i casi:

Metodo a filtro — si parte da un miscelatore (tipicamente una cella di Gilbert) che genera una modulazione in ampiezza (AM) con portante soppressa. Un filtro passa-banda a banda stretta con elevato fattore di qualità (ad es. un filtro al quarzo) lascia passare solo una delle due bande laterali. La frequenza fissa del filtro viene quindi spostata alla frequenza di trasmissione desiderata tramite un secondo stadio di miscelazione.

Metodo di fase (noto anche come miscelatore a banda laterale singola o metodo IQ) — non richiede costosi filtri. Due miscelatori simmetrici operano con segnali di ingresso sfasati di 90° sia sul lato AF che sul lato RF. Ottenere uno sfasamento esatto di 90° sull’intera banda vocale (da 300 Hz a 3’500 Hz) risulta complesso con componenti analogici.

Metodo DSP — oggi standard nelle radio definite dal software (Software Defined Radios). Il segnale di modulazione in valori reali viene convertito, tramite la trasformazione di Hilbert, in un segnale complesso in banda base («segnale analitico»), miscelato con due portanti sfasate e sommato. A causa dello sfasamento, la portante si annulla e una banda laterale viene soppressa — risultato: un segnale a banda laterale unica con portante soppressa. I primi studi in merito risalgono a Donald K. Weaver (anni ’50).

Demodulazione

Sebbene l’ampiezza del segnale SSB presenti una certa somiglianza con la bassa frequenza modulante, l’SSB non può essere demodulato con un semplice demodulatore a inviluppo — a differenza della demodulazione AM non coerente.

Nel ricevitore SSB analogico (come quello comunemente utilizzato nel radioamatorismo), il segnale ricevuto viene miscelato secondo il principio supereterodina in uno stadio di miscelazione a una frequenza intermedia (FI) fissa e liberato dalle interferenze dei canali adiacenti tramite un filtro al quarzo a flanco ripido. Un secondo stadio di miscelazione — il rilevatore di prodotto — esegue la demodulazione aggiungendo una portante generata localmente. L’oscillatore locale di portante è denominato BFO (Beat Frequency Oscillator) o CIO (Carrier Insertion Oscillator).

Le deviazioni di frequenza del BFO determinano uno scostamento di frequenza che può essere regolato con precisione tramite il controllo dell’intelligibilità del parlato (in inglese «pitch»); uno scostamento di circa ±20 Hz è considerato tollerabile. Alcuni ricevitori radioamatoriali dispongono di un selettore LSB/USB che posiziona il BFO all’estremità inferiore o superiore della curva di risposta in frequenza della frequenza intermedia.

Uno svantaggio della SSB senza portante è la difficoltà nell’implementazione di un controllo automatico del guadagno (AGC) e di un controllo automatico della frequenza (AFC). Una soluzione è rappresentata dalla SSB con portante abbassata e dalla sua rigenerazione nel ricevitore oppure dalla trasmissione di un tono pilota concordato. Dalla metà degli anni ’90, l’elaborazione analogica del segnale nel ricevitore è stata gradualmente sostituita da DSP più economici — sulle onde corte sono oggi comuni i ricevitori interamente digitali, nei quali, ad eccezione della preselezione a monte del convertitore analogico-digitale, non vengono più utilizzati componenti analogici per l’elaborazione del segnale.

Utilizzo e forme speciali

Nel settore radiotelevisivo, l’introduzione della SSB in sostituzione dell’AM è stata oggetto di discussione per decenni — ma non è mai stata attuata in seguito allo sviluppo di sistemi di trasmissione digitali quali il DRM e il DAB. Motivo principale: con una larghezza di banda AM di soli 9 kHz, la qualità musicale dello stereo SSB risulterebbe insoddisfacente e la necessaria regolazione fine del ricevitore nell’ordine degli hertz sarebbe troppo complessa per l’utente finale.

Una variante speciale è l’SSB compatibile con l’AM (con portante trasmessa insieme al segnale); essa può essere riprodotta anche con normali demodulatori AM. Questo tipo di modulazione è stato utilizzato, ad esempio, tra il 1953 e il 1962 in un trasmettitore a onde lunghe della Deutschlandfunk — una curiosità storica.

Un’altra forma speciale molto diffusa è la modulazione a banda laterale residua (in inglese «vestigial sideband») della trasmissione televisiva analogica — che, rispetto all’AM a doppia banda laterale, comporta un notevole aumento dell’efficienza energetica e spettrale. A differenza della SSB pura, in questo caso vengono trasmessi una portante ridotta e una parte della seconda banda laterale, il che semplifica notevolmente e rende più economica la demodulazione sul lato del ricevitore (ad esempio, un televisore).

Fonte / approfondimenti: Wikipedia — Modulazione a banda laterale unica (CC BY-SA).