振幅変調

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振幅変調（しんぷくへんちょう） (AM; Amplitude Modulation) は、変調方式の一つで、情報を搬送波の強弱で伝達する変調方式である。

主にAMラジオ放送や、航空無線などに使用される他に、アナログテレビ放送における映像信号部の変調にも用いられる。

[編集] 振幅変調の概念

振幅変調を横軸時間とした説明図で表す。

なお、変調波に比べ、搬送波（carrier wave、キャリア）の周波数が高いため搬送波の波形は一部拡大して示した。変調波の振幅の正の最大値において振幅変調波の振幅が最大に、負の最大値において振幅が最小になる。詳細は理論の項を参照。ここで変調波は信号波（送信しようとしている原信号（音声や音楽等））と読み替えて理解してもよい。

[編集] 振幅変調の種類

振幅変調のスペクトラム模式図

大きくは両側波帯（LSB+USB）と単側波帯（LSBのみ、またはUSBのみ）に分ける事が出来、さらにそれぞれ、全搬送波・低減搬送波・抑圧搬送波に分けることが出来る。

全搬送波：搬送波の信号レベルをそのままで伝送するもの。一般のAMモノラル放送がこの形式である。復調には包絡線検波が使われることが多い。
低減搬送波：搬送波の信号レベルをある程度まで落として伝送するもの。
抑圧搬送波：搬送波を全く伝送しないもの。全搬送波よりも小さい送信電力で同じ伝送特性が得られる。

以上をまとめると次のようになる。

振幅変調の方式一覧
＼	全搬送波方式 With Carrier	低減搬送波方式 Reduced Carrier	抑圧搬送波方式 Suppressed Carrier
両側波帯（DSB）電波形式（電話）電波形式（電信）	DSB-WC A3E A2A	DSB-RC A3E stub	DSB-SC A3E stub
単側波帯（SSB）電波形式（電話）電波形式（電信）	SSB-WC H3E H2A	SSB-RC R3E R2A	SSB-SC J3E J2A

参考：単に AM または DSB と言えば DSB-WC を指し、SSB と言えば SSB-SC を指すのが普通である。^[1]

[編集] 抑圧搬送波両側波帯(DSB; Double Sideband)

DSB-SC

平衡変調の原理

両側波帯で同じ情報を伝送するもの。一般のAMラジオモノラル放送では搬送波の信号レベルをそのまま伝送するが、DSBでは搬送波をキャンセルし、両側波帯のみを伝送する。抑圧搬送波と呼ばれる。

※なお、正確にはDSB-SC（DSB with suppressed carrier）[1]と呼ぶべきであるが、日本では単にDSBと省略して呼ぶ慣習がある。全搬送波両側波帯（単にAMと呼ばれることが多い）をDSBと呼ぶこともあるため、注意が必要である。例えば、総務省の文書に見られる「海上用DSB」と呼ばれる無線設備は全搬送波両側波帯である。

変調には平衡変調器が用いられる。DSB(DSB-SC)の場合は両側波帯が存在するが、SSBの受信機で受信可能で、送信機がSSBよりも簡単なことからSSBの代用として用いられることもある。しかし、法規上は両側波帯については全搬送波・抑圧搬送波を区別しない（電波型式の表記法を参照）ので、送信電力上で不利な扱いを受ける。FMステレオ放送の副信号がこの形式である。

[編集] 抑圧搬送波単側波帯(SSB; Single Sideband)

SSB（USB）のスペクトラム模式図

SSB（LSB）のスペクトラム模式図

情報を片側の側波帯のみで伝送するもの。短波帯の業務無線やアマチュア無線などで利用される。搬送波よりも上の周波数の側波帯を使うものをUSB(Upper Sideband)、下を使うものをLSB(Lower Sideband)という。アマチュア無線を除いては、原則としてUSBを使用する。アマチュア無線では、7MHz帯以下ではLSB、10MHz帯以上ではUSBを使う慣習になっている。

SSBはエネルギー効率がよく、同じ距離までの通信であれば少ない電力の送信機で、またフェージングの影響を受けにくく、同時に占有周波数帯域が狭くて済む。なお、側波帯だけに着目すれば、AM放送もSSBも同じものであるため、隣接大出力局の混信をかわすために、SSB受信機で混信が無い方の側波帯だけを取り出し、AM放送を聴くことも可能である（上部または下部側波帯と搬送波さえあれば内容が分かる。同期検波も参照）。アマチュア無線家やBCLが偶然気付くことも多く、AM放送の受信テクニックとして使われている。

一方、SSBの音声通信は一般に音質が悪く、また、良好な了解度を得るためには受信周波数を数10Hzの単位で調整しなければならない。音質が悪いと言われるのは次の理由によるもので、SSBそのものが音質が悪いというのは誤解である。

占有周波数帯域が狭いという利点を生かすため、伝送帯域を狭く設定している。
数MHzの中間周波数において、数100Hz離れた側波帯の片側だけを消去するような特性が非常にシビアなフィルタ回路が要求されるため、振幅や位相などについて良好な特性を持つフィルタ回路を作ることが困難である。
抑圧搬送波には搬送波の情報が含まれていないので、送信信号と等しいスペクトルを持つ受信信号を得ることは困難である。最終的には、原音と同じ音質になるよう、人間の勘で周波数を合わせることになる。
振幅変調の復調にはAGC（自動利得調整）を使うことが多いが、搬送波が無いためAGCの基準になるべきものがなく、例えば音声通信の場合は、音声のエンベロープを基準にAGCが動作する。そのため、大きな声も小さな声も同じ大きさの声になるほか、無音時は受信ゲインが最大となり、耳障りな雑音が出力される。
変調に使う搬送波と復調に使う搬送波が異なるため、搬送波のC/Nが悪いと（残留FM成分が多いと）瞬時的に搬送周波数が変動することとなり、復調音声の品質が損なわれる。
SSBは、FMのようにチャネルで区切って隣接チャネルとの間に十分なガードバンドを設けて使うということをしないため、隣接した周波数で行われる通信が雑音となって可聴周波数に落ち込んできて、耳障りとなる。

[編集] 独立側波帯(ISB; Independent Sideband)

USB、LSBそれぞれの側波帯を左右の音声信号としたものがカーン方式AMステレオである。

[編集] 両立性直交振幅変調(モトローラ方式AMステレオ C-QUAM; Compatible Quadrature Amplitude Modulation)

和信号により搬送波を平衡変調した信号と、差信号に25Hzのパイロット信号を加えた信号で直交する搬送波を平衡変調した信号とを合成し、振幅制限したものを搬送波として、和信号で振幅変調するもの。日本のAMステレオ方式として用いられている。

[編集] その他のAMステレオ方式

ハリス方式(VCPM)
マグナボックス方式(AM-PM)
ベラー方式(AM-FM)

[編集] 残留側波帯(VSB; Vestigial Sideband)

直流成分まで送信できるように情報のない側波帯の一部まで送信する方式。アナログテレビ放送の映像信号の伝送に用いられる。

[編集] AMラジオ放送

AMラジオ放送においては、送信する音声の波形を包絡線に持つような、一定周期（中波帯の放送なら500～1600KHz程度）の電波を送信する。受信機では送信された電波を共振回路によって取り出し（選局し）、包絡線検波等のAM復調を行って音声波形を再現する。

[編集] 電信

無線電信の多くは単に搬送波のオン、オフを断続して送信するため、搬送波の振幅を変化させるという意味で振幅変調に分類することがある（振幅偏移変調）。側波帯は使用しない。受信機では送信された電波を共振回路によって取り出し（選局し）、うなりの周波数が人の耳に敏感な700～800Hz程度になるような局部発振周波（BFO：Beat Frequency Oscillator）を作り、混合させて復調を行って信号波形（700～800Hz程度の正弦波）を再現する。

データ通信においては周波数変調による電信も用いられている（周波数偏移変調）。

[編集] 理論

$V_{\mathrm{c}} = V_{\mathrm{cm}}\sin 2\pi f_{\mathrm{c}}t\,$

$V_{\mathrm{s}} = V_{\mathrm{sm}}\cos 2\pi f_{\mathrm{s}}t\,$

V c

:搬送波,　

V cm

:搬送波最大値,　

f c

:搬送波周波数

V s

:信号波,　

V sm

:信号波最大値,　

f s

:信号波周波数

とするとき、振幅変調波は以下のように表される。

$\begin{align} v_{\mathrm{am}} & = (V_{\mathrm{s}} + V_{\mathrm{cm}})\sin 2\pi f_{\mathrm{c}}t \\ & = (V_{\mathrm{sm}}\cos 2\pi f_{\mathrm{s}}t + V_{\mathrm{cm}})\sin 2\pi f_{\mathrm{c}}t \\ & = V_{\mathrm{cm}}\sin 2\pi f_{\mathrm{c}}t + \frac{V_{\mathrm{sm}}}{2}\sin 2\pi (f_{\mathrm{c}} - f_{\mathrm{s}})t + \frac{V_{\mathrm{sm}}}{2}\sin 2\pi (f_{\mathrm{c}} + f_{\mathrm{s}})t \\ \end{align}$

v am

:振幅変調波,　

(f c - f s)

:下側波帯(LSB),　

(f c + f s)

:上側波帯(USB)

$m = \frac{V_{\mathrm{sm}}}{V_{\mathrm{cm}}}$

m

:変調度

変調度の値が大きいほど信号波の振幅が大きくなり効率の良い通信となる。ただし100％を超える状態を過変調といい、復調信号の波形が歪み、占有帯域幅が増加して他の通信に妨害を与えるので、放送では変調度の最大値が厳しく規定されている。

占有帯域幅は、次の式で表される。

両側波帯(DSB)

$BW = (f_{\mathrm{c}} + f_{\mathrm{s}}) - (f_{\mathrm{c}} - f_{\mathrm{s}}) = 2f_{\mathrm{s}}\,$

単側波帯(SSB)

$BW = f_{\mathrm{s}}\,$

B W

:占有帯域幅

[編集] 参照

^ 「新・上級ハムになる本」（丹羽一夫著、CQ出版社、2006年 2月1日発行、ISBN 4-7898-1168-9） pp. 183-148

[編集] 関連項目

[shin_jokyuham-0] 「新・上級ハムになる本」（丹羽一夫著、CQ出版社、2006年 2月1日発行、ISBN 4-7898-1168-9） pp. 183-148

[1]