Chapter 08 · 변조 방식 · 음성

SSB: 한쪽 측파대만 보낸다

SSB는 single sideband, 즉 단측파대입니다. AM에서 생기는 두 측파대는 같은 음성 정보를 담습니다. SSB는 반송파와 한쪽 측파대를 줄이고 나머지 한쪽에 전력을 모읍니다.

USB와 LSB의 주파수 위치

USB는 upper sideband(상측파대), LSB는 lower sideband(하측파대)입니다.

AM은 반송파 양쪽에 측파대가 있고, USB는 위쪽, LSB는 아래쪽만 송신하는 주파수 그림

가로축은 주파수입니다. 모양과 폭은 이해를 위한 그림이며 실제 음성의 스펙트럼은 시간에 따라 달라집니다.

f_{\mathrm{USB}}=f_0+f_a,\qquad f_{\mathrm{LSB}}=f_0-f_a

f_0는 송수신기 화면에 표시되는 억압된 반송파의 기준 주파수, f_a는 음성의 한 주파수 성분입니다. 14.200 MHz USB에서 1 kHz 음성 성분은 약 14.201 MHz의 RF 성분이 됩니다. LSB라면 약 14.199 MHz입니다. 실제 말소리는 여러 주파수가 섞여 있어 한 점이 아닌 폭으로 나타납니다. ARRL의 SSB 주파수 그림 · 측파대가 0 Hz를 넘어 접히는 조건 →

송신 회로에서 반송파와 한쪽 측파대 줄이기

마이크 → 음성 필터→평형 변조기: 반송파를 줄인 양측파대 생성→측파대 필터: USB 또는 LSB 선택→선형 RF 증폭기 → 안테나

평형 변조기는 두 신호를 곱해 반송파 자체를 억제합니다. 그 뒤 필터가 한쪽 측파대를 고릅니다. 위상법이나 DSP로 같은 결과를 만드는 송신기도 있습니다. SSB의 순간 진폭에는 음성 정보가 있으므로 뒤의 전력 증폭기는 이를 심하게 찌그러뜨리지 않도록 선형으로 동작해야 합니다.

수신기는 왜 반송파를 다시 만들어야 할까?

송신 쪽에서 반송파를 줄였기 때문에 AM용 다이오드 포락선 검파기만으로는 음성이 제대로 복원되지 않습니다. 수신기의 BFO/국부 반송파와 수신 측파대를 곱해 차 주파수의 음성을 꺼냅니다. BFO 주파수가 조금 어긋나면 목소리가 원래보다 높거나 낮게 들립니다.

BFO가 어긋나면 목소리가 어떻게 들리나

SSB 수신기는 받은 측파대에 국부 반송파(BFO)를 곱해 차 주파수를 꺼냅니다. USB라면 RF 성분 f_0 + f_a가 BFO f_0 + \delta와 섞여 f_a - \delta의 소리가 됩니다.

f_{\text{들리는 소리}} = f_a - \delta \quad(\mathrm{USB}), \qquad f_{\text{들리는 소리}} = f_a + \delta \quad(\mathrm{LSB})

오프셋 \delta는 모든 성분에서 같은 Hz만큼 빠지거나 더해집니다. 목소리의 배음은 기본음의 정수배(100, 200, 300 Hz…)인데, 같은 Hz를 빼면 이 비율이 깨집니다. 그래서 SSB를 잘못 맞추면 음이 높아지거나 낮아지는 정도를 넘어 기계적인 목소리로 들리고, 100 Hz 정도만 어긋나도 알아듣기 어려워집니다. 측파대를 반대로 고르면 스펙트럼이 뒤집혀 거의 알아들을 수 없습니다.

SIMULATOR

SSB 수신: 측파대 선택과 BFO 오프셋

송신 측파대
수신기 모드
소리
기본음 200 Hz →—
2배음 400 Hz →—
배음 비율 유지—
판정—
음성 대신 기본음 200 Hz와 배음 4개(400·600·800·1000 Hz), 높은 성분 2.2 kHz로 만든 시험 신호를 씁니다. ▶ 버튼으로 원래 소리와 들리는 소리를 번갈아 들어 보세요. 오프셋이 같아도 배음의 정수배 관계가 깨지는 것을 귀로 확인할 수 있습니다. 수신기 통과 대역(300–2700 Hz) 밖으로 밀려난 성분은 사라집니다.

USB인가 LSB인가?

USB는 기준 주파수보다 높은 RF 성분, LSB는 낮은 RF 성분을 보냅니다. USB와 LSB 중 어느 쪽을 고르느냐로 통신 거리가 늘어나지는 않습니다. 아마추어 HF 음성에서는 흔히 10 MHz 아래에 LSB, 위에 USB를 쓰는 관례가 있습니다. 대역·국가·운용 방식에 따른 예외가 있으므로 실제 교신에서는 해당 밴드플랜을 확인합니다. ARRL 음성 방식 설명

비교AMSSB
보내는 성분반송파 + 두 측파대억압된 반송파 + 한 측파대
같은 음성 폭에서 점유 대역대략 음성 최고 주파수의 두 배대략 음성 대역폭만큼
수신 조정포락선 검파가 비교적 단순정확한 동조와 반송파 재삽입이 필요

SSB의 보급

SSB는 대역과 송신 전력을 아끼는 방법으로 장거리 상업 전화에 먼저 쓰였습니다. 아마추어 무선에서는 전후 안정적인 VFO와 필터를 만들기 쉬워지며 보급됐고, 1948년 QST가 이 방식을 소개했습니다. ARRL의 SSB 역사

FT8이 SSB 송신기를 음향 통로로 쓰는 방법 →

용어

측파대(sideband): 음성으로 변조할 때 반송파 위·아래에 생기는 정보 성분.

억압 반송파(suppressed carrier): 기준 주파수는 남지만 그 주파수의 강한 반송파 전력은 크게 줄인 상태.

BFO(beat frequency oscillator): 수신 측파대와 섞어 음성을 되살릴 기준 신호를 만드는 발진기.

확인 퀴즈

14.200 MHz USB로 1.5 kHz 음성 성분을 보내면 RF 성분은 어디에 생기나요?

USB는 표시 주파수 위에 생기므로 14.200 + 0.0015 = 14.2015\ \mathrm{MHz}입니다.

SSB가 AM보다 같은 송신 전력에서 유리한 가장 큰 이유는?

m = 1인 AM도 전력의 2/3를 반송파에 쓰고, 나머지도 두 측파대가 같은 정보를 나눠 담습니다. SSB는 한 측파대에 전력을 모으고 대역폭도 절반입니다.

USB 신호를 받는데 수신기가 100 Hz 높게 맞춰져 있습니다. 1000 Hz 성분은 몇 Hz로 들릴까요?

USB에서 BFO가 δ만큼 높으면 모든 성분이 δ만큼 내려가 1000 - 100 = 900\ \mathrm{Hz}가 됩니다. 비율이 아니라 같은 Hz만큼 옮겨집니다.

SSB 송신기의 마지막 전력 증폭기를 선형으로 동작시키는 이유는?

FM처럼 진폭이 일정한 신호는 포화 증폭기로 키워도 되지만, SSB는 진폭이 음성에 따라 변하므로 선형 증폭이 필요합니다.