Einseitenbandmodulation

Die Einseitenbandmodulation (SSB, engl.: Single-Sideband Modulation) ist ein spektrum- und energieeffizientes Modulationsverfahren zur Sprach- und Datenübermittlung auf Funkverbindungen, das unter anderem im Kurzwellenbereich für mobile Funkanlagen (Seefunk, Flugfunk auf Langstrecken, Militär, Amateurfunk) verwendet wird. Es wurde in den 1930er Jahren von den Fernmeldeverwaltungen entwickelt und zunächst für die drahtgebundene Übertragung von Telefongesprächen über große Entfernungen, später auch für transkontinentale Funkstrecken eingesetzt. Im Bereich der Funkkommunikation wurde die vorher gebräuchliche Zweiseitenband-Amplitudenmodulation (ZSB-AM) von der Einseitenbandmodulation im Laufe der 1960er Jahre fast vollständig verdrängt.

Die wertdiskrete Form der Einseitenmodulation im Rahmen der digitalen Signalverarbeitung wird auch als VSB-Modulation (englisch Vestigial Sideband Modulation) bezeichnet.

Eigenschaften

Im Vergleich zur traditionellen Amplitudenmodulation, die vor der Einführung von SSB allgemein gebräuchlich war, werden bei SSB keine redundanten Signalkomponenten (zweites Seitenband, Trägerwelle) ausgesendet. Die gesamte Sendeenergie wird ausschließlich für den Informationsgehalt des Signales verwendet, wodurch bei gegebener Sendeleistung größere Reichweiten und bessere Störabstände erzielt werden. Der entscheidende Vorteil von SSB gegenüber der ZSB-AM ist jedoch der geringere Bandbreitenbedarf des Sendesignals. Somit kann das bestehende Spektrum der Funkfrequenzen besser genutzt werden, und die Störanfälligkeit durch andere Funksignale wird reduziert. Das SSB-Signal hat sich besonders im Kurzwellenbereich als besonders robust gegen die dort typischen Störungen durch selektives Fading und atmosphärische Störungen erwiesen.

Sender, die mit trägerloser Einseitenbandmodulation arbeiten, können schlecht gepeilt werden. Dies kann bei einem Notruf von einem unbekannten Ort (zum Beispiel von einem Schiff in Seenot) von Nachteil sein. In diesem Fall sollte keine trägerlose Einseitenbandmodulation benutzt werden. Die schlechte Peilbarkeit wird jedoch von manchen Anwendern (Militär) auch als Vorteil gewertet.

Erzeugung

Lage der Seitenbänder „LSB“, „USB“ beim SSB-Verfahren.

SSB-Erzeugung nach der Filtermethode

LSB = Unteres-, USB = oberes Seitenband (vom englischen Lower Sideband und Upper Sideband)

Ein SSB-Signal entsteht durch Frequenzversatz (Mischung) des zu übertragenen Basisbandsignals, also etwa des Sprachfrequenzbandes, in den endgültigen Frequenzbereich. Der Betrag des Frequenzversatzes bezeichnet die Sendefrequenz. Das SSB-Signal weist somit die gleiche Bandbreite auf wie das modulierende Signal. Dies ist ein markanter Unterschied zur Amplituden- oder Frequenzmodulation, deren Bandbreitenbedarf mindestens doppelt so groß ist. Da kein Träger wie bei der ZSB-AM ausgesendet wird, dient die gesamte Sendeleistung der Informationsübertragung, was sich insbesondere bei der Übertragung von Sprachsignalen in einer beträchtlichen Energieeinsparung bei den Funkgeräten bemerkbar macht. Die Technik zur Aufbereitung des SSB-Signals ist jedoch vergleichsweise teuer und stand der Einführung der Einseitenbandmodulation jahrzehntelang im Weg.

In der Ära der analogen Signalverarbeitung waren zur Erzeugung eines SSB-Signals die so genannte Filtermethode, die Phasenmethode sowie die Weaver-Methode ("dritte Methode") gebräuchlich, die mit Hilfe von Multiplizierern und Filtern eine mehr oder weniger gute (Filtermethode) oder aber preiswerte Aufbereitung des SSB-Signals erlaubten. Heutige Geräte digitalisieren das Basisbandsignal und erzeugen das SSB-Signal durch digitale Implementierung der Weaver-Methode (Zerlegung des Basisbandsignals in orthogonale Komponenten, danach Frequenztransformation) oder der Phasenmethode (Hilbert-Transformation und IQ-Modulator). Nach D/A-Wandlung steht das SSB-Signal in einer Zwischenfrequenz-Lage oder aber direkt auf der Sendefrequenz zur Verfügung.

Demodulation

Die Demodulation des SSB-Signals erfolgt durch Frequenzversatz (Mischung) in die Ursprungslage. In einem typischen SSB-Empfänger wird das empfangene Signal in einer Frequenzumsetzer-Stufe auf eine feste Zwischenfrequenz gemischt und mit einem steilflankigen Filter von allen Störsignalen auf benachbarten Funkfrequenzen befreit. Eine weitere Mischstufe, aus historischen Gründen "Produktdetektor" genannt, übernimmt dann die endgültige Frequenzumsetzung in die Ausgangslage. Die Mischfrequenzen müssen exakt mit den senderseitigen Trägerfrequenzen übereinstimmen, andernfalls ergeben sich Signalverzerrungen. Auch in der Empfängertechnik ist die analoge Signalverarbeitung, die traditionell sehr teure und hochwertige Bauteile benötigte, seit Mitte der 90er Jahre schrittweise durch die viel ökonomischere digitale Signalverarbeitung ersetzt worden. Im Frequenzbereich unter 30 MHz sind heute voll digitale Empfängerkonzepte realisierbar.

Sonstiges, Sonderformen

Im Rundfunkbereich wurde die Einführung von SSB als Ersatz für AM jahrzehntelang diskutiert und es wurden viele AM-Rundfunksender SSB-tauglich gemacht. Die Entwicklung der digitalen Übertragungsverfahren (DRM und DAB) hat jedoch die Einführung von SSB auf diesem Sektor überholt.

Sendungen, die in Einseitenbandmodulation ausgestrahlt werden, können in Rundfunkempfängern mit normaler AM-Demodulation nicht wiedergegeben werden. Es gibt aber auch eine besondere Form der Einseitenbandmodulation, die auch von normalen Rundfunkgeräten mit AM-Demodulatoren wiedergegeben werden kann (AM-kompatible Einseitenbandmodulation; hierbei wird auch der Träger mitgesendet). Diese Modulationsart wurde zwischen 1953 und 1962 bei einem Langwellensender des Deutschlandfunks verwendet.

Eine weit verbreitete Sonderform der Einseitenbandmodulation ist die bei der analogen Übertragung von Fernsehsignalen benutzte so genannte Restseitenbandmodulation, die gegenüber der Zweiseitenband-AM ebenfalls eine beträchtliche Steigerung der Energie- und Spektrumeffizienz erreicht. Im Unterschied zur reinen Einseitenbandmodulation wird hier jedoch ein reduzierter Träger und ein Teil des zweiten Seitenbandes übertragen. Dadurch wird auf der Empfangsseite (beispielsweise einem TV-Gerät) die Demodulation des Signals wesentlich vereinfacht und verbilligt.

Weblinks

• Geschichte der Einseitenbandmodulation SSB: „Die Geschichte der Einseitenbandmodulation (SSB)“ (deutsch)
• Geschichte der Einseitenbandmodulation: „When Did Single SideBand Appear in Radio?“ (englisch)
• Einseitenband- und Restseitenbandmodulation (PDF; 583 kB)

Technische Modulationsverfahren

Übersicht: Modulator 

Analoge Modulationsverfahren: AM | FM | PM | VM | SSB | SSBSC | DSBSC 

Digitale Modulationsverfahren: ASK | FSK | GFSK | QPSK | QAM | OFDM | DMT | TCM | VSB 

Pulsmodulationsverfahren: PWM | PAM | PFM | PPM (1) | PPM (2) | PCM 

Frequenzspreizende Modulationsverfahren: FHSS | DSSS | THSS | CSS