Banda lateral

El poder de una señal de radio AM trazado contra la frecuencia. fc es la frecuencia del portador, fm es la frecuencia de modulación máxima

En radiocomunicaciones, una banda lateral es una banda de frecuencias superiores o inferiores a la frecuencia portadora, que son el resultado del proceso de modulación. Las bandas laterales llevan la información transmitida por la señal de radio. Las bandas laterales comprenden todos los componentes espectrales de la señal modulada excepto la portadora. Los componentes de la señal por encima de la frecuencia portadora constituyen la banda lateral superior (USB), y los que están por debajo de la frecuencia portadora constituyen la banda lateral inferior ( LSB). Todas las formas de modulación producen bandas laterales.

Creación de banda lateral

Podemos ilustrar la creación de bandas laterales con una identidad trigonométrica:

#⁡ ⁡ ()A)⋅ ⋅ #⁡ ⁡ ()B)↑ ↑ 12#⁡ ⁡ ()A+B)+12#⁡ ⁡ ()A− − B){displaystyle cos(A)cdot cos(B)equiv {tfrac {1}{2}cos(A+B)+{tfrac {1}cos(A-B)}}

Añadiendo #⁡ ⁡ ()A){displaystyle cos(A)} a ambos lados:

#⁡ ⁡ ()A)⋅ ⋅ [1+#⁡ ⁡ ()B)]=12#⁡ ⁡ ()A+B)+#⁡ ⁡ ()A)+12#⁡ ⁡ ()A− − B){displaystyle cos(A)cdot [1+cos(B)]={tfrac {1}{2}cos(A+B)+cos(A)+{tfrac {1}cos(A-B)}}}cos(A-B)}}

Sustitución (por ejemplo)A≜ ≜ 1000⋅ ⋅ t{displaystyle Atriangleq 1000cdot t}yB≜ ≜ 100⋅ ⋅ t,{displaystyle Btriangleq 100cdot t,}Donde t{displaystyle t} representa tiempo:

#⁡ ⁡ ()1000t)⏟ ⏟ portador de ondas⋅ ⋅ [1+#⁡ ⁡ ()100t)]⏟ ⏟ modulación de amplitud=12#⁡ ⁡ ()1100t)⏟ ⏟ banda lateral superior+#⁡ ⁡ ()1000t)⏟ ⏟ portador de ondas+12#⁡ ⁡ ()900t)⏟ ⏟ Banda lateral inferior.{fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft} {fnMicrosoft} {fnMicrosoft} {fnMicrosoft} {fnMicrosoft} {f}}f}}}}fnMicrosoft}fnMicrosoft}f}fnMicrosoft} {fnMicrosoft}f}fnMicrosoft}fnMicrosoft}fnMicrosoft}fnMicrosoft}fnMinMicrosoft}fnMicrosoft}fnMicrosoft}fnMicrosoftfnMicrosoftfnMicrosoft}fnMicrosoft}fnMicrosoftfnMicrosoft}fnMicrosoft}fnMicrosoft}fnMicrosoft

Al agregar más complejidad y variación en el tiempo a la modulación de amplitud, también se agrega a las bandas laterales, lo que hace que se amplíen en ancho de banda y cambien con el tiempo. En efecto, las bandas laterales "llevan" el contenido de información de la señal.

Caracterización de la banda lateral

En el ejemplo anterior, una cruz-correlación de la señal modulada con un sinusoide puro, #⁡ ⁡ ()⋅ ⋅ t),{displaystyle cos(omega t),} es cero en todos los valores de ⋅ ⋅ {displaystyle omega } excepto 1100, 1000 y 900. Y los valores no cero reflejan las fortalezas relativas de los tres componentes. Un gráfico de ese concepto, llamado una transformación Fourier (o espectro espectro espectro espectro espectro espectro espectro espectro espectro espectro espectro espectro espectro espectro), es la forma habitual de visualizar las bandas laterales y definir sus parámetros.

espectro de frecuencia de una señal de radio típica modulada AM o FM.

Modulación de amplitud

La modulación de amplitud de una señal portadora normalmente da como resultado dos bandas laterales de imagen especular. Los componentes de la señal por encima de la frecuencia portadora constituyen la banda lateral superior (USB) y los que están por debajo de la frecuencia portadora constituyen la banda lateral inferior (LSB). Por ejemplo, si una portadora de 900 kHz está modulada en amplitud por una señal de audio de 1 kHz, habrá componentes en 899 kHz y 901 kHz, así como 900 kHz en el espectro de frecuencia de radio generado; por lo que un ancho de banda de audio de (digamos) 7 kHz requerirá un ancho de banda de espectro de radio de 14 kHz. En la transmisión AM convencional, tal como la utilizan las estaciones AM de banda de transmisión, la señal de audio original se puede recuperar ("detectar") mediante circuitos detectores síncronos o mediante detectores envolventes simples porque la portadora y ambas bandas laterales están presentes. Esto a veces se denomina modulación de amplitud de doble banda lateral (DSB-AM), pero no todas las variantes de DSB son compatibles con los detectores de envolvente.

En algunas formas de AM, la portadora puede reducirse para ahorrar energía. El término portadora reducida DSB normalmente implica que queda suficiente portadora en la transmisión para permitir que un circuito receptor regenere una portadora fuerte o al menos sincronizar un bucle de enganche de fase, pero hay formas en las que la portadora se elimina por completo, produciendo doble banda lateral con portadora suprimida. (DSB-SC). Los sistemas de portadora suprimida requieren circuitos más sofisticados en el receptor y algún otro método para deducir la frecuencia portadora original. Un ejemplo es la información de la diferencia estereofónica (L-R) transmitida en la transmisión de FM estéreo en una subportadora de 38 kHz donde se inserta una señal de baja potencia a la mitad de la frecuencia de la portadora de 38 kHz entre las frecuencias de la señal monoaural (hasta 15 kHz) y la parte inferior de la subportadora de información estéreo (hasta 38–15 kHz, es decir, 23 kHz). El receptor regenera localmente la subportadora duplicando un tono piloto especial de 19 kHz. En otro ejemplo, la modulación en cuadratura utilizada históricamente para la información cromática en las transmisiones de televisión PAL, la señal de sincronización es una breve ráfaga de algunos ciclos de la portadora durante el "porche trasero" parte de cada línea de exploración cuando no se transmite ninguna imagen. Pero en otros sistemas DSB-SC, la portadora puede regenerarse directamente desde las bandas laterales mediante un bucle de Costas o un bucle de cuadratura. Esto es común en los sistemas de transmisión digital como BPSK donde la señal está continuamente presente.

Las bandas laterales son evidentes en este espectrograma de una emisión AM (El portador se destaca en rojo, los dos espectros de audio espejo (verde) son la banda lateral inferior y superior). El tiempo se representa a lo largo del eje vertical; la magnitud y frecuencia de las bandas laterales cambia con el contenido del programa.

Si queda parte de una banda lateral y toda la otra, se denomina banda lateral vestigial y se usa principalmente con la transmisión de televisión, que de otro modo ocuparía una cantidad inaceptable de ancho de banda. La transmisión en la que solo se transmite una banda lateral se denomina modulación de banda lateral única o SSB. SSB es el modo de voz predominante en la radio de onda corta que no sea la transmisión de onda corta. Dado que las bandas laterales son imágenes especulares, qué banda lateral se usa es una cuestión de convención.

En SSB, se suprime la portadora, lo que reduce significativamente la energía eléctrica (hasta 12 dB) sin afectar la información en la banda lateral. Esto hace que el uso de la potencia del transmisor y el ancho de banda de RF sea más eficiente, pero se debe usar un oscilador de frecuencia de batido en el receptor para reconstituir la portadora. Si la frecuencia portadora reconstituida es incorrecta, la salida del receptor tendrá frecuencias incorrectas, pero para el habla, los errores de frecuencia pequeños no son un problema para la inteligibilidad. Otra forma de ver un receptor SSB es como un transpositor de frecuencia de RF a audio: en el modo USB, la frecuencia de marcación se resta de cada componente de radiofrecuencia para producir un componente de audio correspondiente, mientras que en el modo LSB cada componente de radiofrecuencia entrante es restado de la frecuencia de marcación.

Modulación de frecuencia

La modulación de frecuencia también genera bandas laterales, el ancho de banda consumido depende del índice de modulación, lo que a menudo requiere mucho más ancho de banda que DSB. Las funciones de Bessel se pueden utilizar para calcular los requisitos de ancho de banda de las transmisiones de FM. La regla de Carson es una aproximación útil del ancho de banda en varias aplicaciones.

Efectos

Las bandas laterales pueden interferir con los canales adyacentes. La parte de la banda lateral que se solaparía con el canal vecino debe ser suprimida por filtros, antes o después de la modulación (a menudo ambas). En la modulación de frecuencia de banda de transmisión (FM), las subportadoras por encima de 75 kHz están limitadas a un pequeño porcentaje de modulación y están prohibidas por encima de 99 kHz para proteger la desviación normal de ±75 kHz y ± Límites de canal de 100 kHz. Los transmisores FM de radioaficionados y de servicio público generalmente utilizan una desviación de ±5 kHz.

Para reproducir con precisión la forma de onda de modulación, toda la ruta de procesamiento de la señal del sistema del transmisor, la ruta de propagación y el receptor debe tener suficiente ancho de banda para que se pueda usar una cantidad suficiente de bandas laterales para recrear la señal modulada con el grado de precisión deseado..

En un sistema no lineal como un amplificador, las bandas laterales de los componentes de frecuencia de la señal original pueden generarse debido a la distorsión. Esto generalmente se minimiza, pero se puede hacer intencionalmente para el efecto musical fuzzbox.