Quali sono le caratteristiche di modulazione delle trasmissioni FM

Modulazione

La modulazione di frequenza o FM è una forma di modulazione che trasmette informazioni variando la frequenza di un'onda portante; il più vecchio modulazione di ampiezza o AM varia l'ampiezza della portante, con la sua frequenza rimane costante. Con FM, deviazione di frequenza dalla frequenza portante assegnata in qualsiasi istante è direttamente proporzionale all'ampiezza del segnale di ingresso e determina la frequenza istantanea del segnale trasmesso. Poiché i segnali FM trasmessi usano più larghezza di banda di AM segnali, questa forma di modulazione è comunemente utilizzato con le frequenze utilizzate dalla TV, sistemi di banda di trasmissione FM, e la terra radiomobili superiore (VHF o UHF).

Pre-enfasi e de-enfasi

Rumore casuale ha una distribuzione spettrale triangolare un sistema FM, con l'effetto che si verifica prevalentemente rumore alle frequenze più alte all'interno della banda audio. Questo può essere compensato, in misura limitata, amplificando le alte frequenze prima della trasmissione e la loro riduzione da una corrispondente quantità nel ricevitore. Ridurre le alte frequenze audio nel ricevitore riduce anche il rumore ad alta frequenza. Questi processi di amplificazione e quindi ridurre determinate frequenze sono noti come pre-enfasi e de-enfasi, rispettivamente.

La quantità di pre-enfasi e de-enfasi utilizzato è definito dalla costante di tempo di un circuito semplice filtro RC. Nella maggior parte del mondo un 50 ms è utilizzato costante di tempo. Nelle Americhe e in Corea del Sud, è utilizzato 75 ms. Questo vale sia per mono e trasmissioni stereo. Per stereo, pre-enfasi viene applicata ai canali sinistro e destro prima multiplexing.

La quantità di pre-enfasi che può essere applicato è limitata dal fatto che molte forme di musica contemporanea contengono più energia ad alta frequenza rispetto agli stili musicali prevalenti alla nascita di radiodiffusione FM. Non possono essere pre-enfatizzato tanto perché causerebbe eccessiva deviazione del portante FM. Sistemi più moderni di trasmissione FM tendono ad utilizzare il programma-dipendente variabili pre-enfasi; ad esempio, dbx nel sistema audio TV BTSC, o del tutto assenti.

FM stereo

Alla fine degli anni 1950s, diversi sistemi per aggiungere stereo radio FM sono stati considerati dalla FCC. Sono stati inclusi i sistemi da sostenitori 14 tra cui Crosby, Halstead, elettriche e Musical Industries, Ltd (EMI), Zenith, e General Electric. I singoli sistemi sono stati valutati per i loro punti di forza e di debolezza durante le prove sul campo a Uniontown, Pennsylvania utilizzando KDKA-FM a Pittsburgh come stazione di origine. Il sistema di Crosby è stato respinto dalla FCC, perché era incompatibile con l'autorizzazione di comunicazione controllate (SCA) i servizi che hanno usato varie frequenze sottoportante tra cui 41 e 67 kHz esistente. Molte stazioni FM entrate fame utilizzati SCA per altri scopi non radiotelevisivi "storecasting" e. Il sistema Halstead stata respinta per mancanza di separazione stereo ad alta frequenza e la riduzione del rapporto canale principale segnale-rumore. I sistemi GE e Zenith, così simili che sono stati considerati teoricamente identiche, sono stati formalmente approvati dalla FCC nel mese di aprile 1961 come il metodo di trasmissione FM stereo di serie negli Stati Uniti e successivamente adottati dalla maggior parte degli altri paesi.

È importante che le trasmissioni stereo compatibili con ricevitori mono. Per questo motivo, il destro (R) canali sinistro (L) e sono codificati in algebricamente (L-R) segnali somma (L + R) e differenza. Un ricevitore mono utilizzerà solo il segnale L + R modo l'ascoltatore sentirà entrambi i canali attraverso il singolo altoparlante. Un ricevitore stereo aggiungerà il segnale differenza per il segnale di somma di recuperare il canale sinistro, e sottrarre il segnale differenza dalla somma di recuperare il canale destro.

La (L + R) segnale di canale principale viene trasmesso come banda audio limitata alla gamma di 30 Hz a 15 kHz. Il segnale (L-R) è modulato in ampiezza su un segnale 38 kHz a doppia banda laterale soppressa-carrier (DSB-SC) che occupa il campo di banda 23 a 53 kHz.

Un tono pilota 19 kHz, esattamente la metà della frequenza kHz sottoportante 38 e con una precisa relazione di fase ad esso, come definito dalla formula seguente, viene anche generato. Questo viene trasmesso al 8-10% del livello di modulazione complessiva e utilizzato dal ricevitore per rigenerare il 38 kHz sottoportante con la fase corretta.

Il segnale multiplex finale dal generatore stereo contiene il canale principale (L + R), il tono pilota, e il sotto-canale (L-R). Questo segnale composito, insieme a qualsiasi altro sub-vettori, modula il trasmettitore FM.

La deviazione istantanea della frequenza portante del trasmettitore causa l'audio stereo e tono pilota (a 10% di modulazione) è


dove A e B sono i segnali audio pre-enfatizzate sinistro e destro e f_p = 19 kHz è la frequenza del tono pilota. Piccole variazioni di deviazione di picco possono verificarsi in presenza di altre sottoportanti oa causa di regolamenti locali.

Conversione del segnale multiplex in segnali audio sinistro e destro viene eseguita da un decoder, incorporato nei ricevitori stereo.

Per preservare la separazione stereo e parametri di segnale-rumore, è prassi normale applicare pre-enfasi ai canali sinistro e destro prima della codifica, e di applicare de-enfasi al ricevitore dopo la decodifica.

Segnali FM stereo sono più suscettibili a distorsioni e rumore multipath che sono segnali FM mono.

Inoltre, per un dato livello RF al ricevitore, il rapporto segnale-rumore del segnale stereo sarà peggiore per il ricevitore mono. Per questo motivo molti ricevitori FM stereo comprendono un interruttore stereo / mono per permettere l'ascolto in mono quando condizioni di ricezione non sono ideali, e la maggior parte autoradio sono disposti a ridurre la separazione come il rapporto segnale-rumore peggiora, eventualmente andando a mono mentre ancora che indica un segnale stereo viene ricevuto.

Quadrifonico FM

In 1969, Luigi Dorren inventato il sistema quadraplex stazione singola, discreto, compatibile a quattro canali di trasmissione FM. Ci sono due sotto-portanti aggiuntivi nel sistema quadraplex, addizionale alla singola quello usato in FM stereo standard. Il layout banda è la seguente:

50 Hz a 15 kHz Main Channel (somma di tutti i canali 4) (LF + LR + RF + RR) del segnale, per mono FM ascolto compatibilità.
23 a 53 kHz (coseno quadratura sottoportante) (LF + LR) - (RF + RR) Sinistra meno segnale differenza destro. Modulazione di questo segnale in somma algebrica e la differenza con il canale principale è stato utilizzato per il canale 2 compatibilità ascoltatore stereo.
23 a 53 kHz (sine quadratura 38 kHz sottoportante) (LF + RF) - (LR + RR) segnale differenza Fronte meno indietro. Modulazione del segnale in questa somma algebrica e la differenza con il canale principale e tutti gli altri sotto-portanti viene utilizzato per l'ascoltatore Quadraphonic.
61 a 91 kHz (coseno quadratura 76 kHz sottoportante) (LF + RR) - (LR + RF) segnale differenza Diagonal. Modulazione del segnale in questa somma algebrica e la differenza con il canale principale e tutti gli altri sotto-portanti è utilizzato anche per l'ascoltatore Quadraphonic.
95 kHz SCA sottoportante, aggancio di fase per 19 kHz pilota, per i servizi di lettura per i non vedenti, musica di sottofondo, ecc

C'erano diverse varianti di questo sistema presentato da GE, Zenith, RCA, e Denon per i test e la considerazione durante le prove sul campo nazionale Comitato Quadraphonic Radio per la FCC. L'originale sistema di quadraplex Dorren ha superato tutti gli altri ed è stato scelto come standard nazionale per la radiodiffusione Quadraphonic FM negli Stati Uniti. La prima stazione FM commerciale di trasmettere contenuti programma quadrifonico era WIQB (ora chiamato WWWW-FM) ad Ann Arbor / Saline, Michigan sotto la guida del Capo Ingegnere Brian Brown.

Altri servizi sottoportante

Broadcasting FM ha incluso capacità SCA sin dal suo inizio, come è stato visto come un altro servizio che i licenziatari possono utilizzare per creare un reddito supplementare. Inizialmente gli utenti dei servizi SCA erano canali audio analogici privati ​​che potrebbero essere utilizzati internamente o affittati, per servizi di tipo ad esempio Muzak. Servizi di lettura radio per i non vedenti è diventato un uso comune, e rimangono così, e ci sono stati esperimenti con il suono quadrifonico. Se una stazione non trasmette in stereo, tutto da 23 kHz su un massimo può essere utilizzato per altri servizi. La banda di guardia intorno 19 kHz (± 4 kHz) deve essere mantenuta, in modo da non innescare decodificatori stereo su ricevitori. Se vi è stereo, ci sarà tipicamente banda di guardia tra il limite superiore del segnale DSBSC stereo (53 kHz) e il limite inferiore di qualsiasi altra sottoportante.

Servizi digitali sono ora disponibili anche. Un sottoportante 57 kHz (fase bloccata alla terza armonica del tono pilota stereo) viene utilizzato per trasportare un segnale digitale Radio Data System bassa larghezza di banda, fornendo funzionalità extra come frequenza alternativa (AF) e Network (NN). Questo segnale a banda stretta viene eseguito a solo 1187.5 bit al secondo, quindi è adatto solo per il testo. Alcuni sistemi proprietari sono utilizzati per comunicazioni private. Una variante di RDS è il Nord America RBDS o un sistema "intelligente radio". In Germania il sistema ARI analogico è stato utilizzato prima di RDS per notiziari sul traffico trasmissione agli automobilisti (senza disturbare gli altri ascoltatori). Prevede di utilizzare ARI per altri paesi europei portato allo sviluppo di RDS come sistema più potente. RDS è progettato per essere in grado di essere utilizzate, oltre ARI pur utilizzando frequenze sottoportanti identici.

Negli Stati Uniti, i servizi radiofonici digitali sono stati impiegati all'interno della banda FM piuttosto che utilizzare Eureka 147 o lo standard giapponese ISDB. Questo approccio in-band sul canale, come fanno tutte le tecniche radio digitali, fa uso di audio compresso avanzate. Il sistema proprietario iBiquity, bollato come "HD Radio", attualmente è autorizzato per il funzionamento in modalità "ibrida", in cui sia il vettore analogica FM convenzionale e sottoportanti banda laterale digitali vengono trasmessi. Alla fine, presumendo un'ampia diffusione di ricevitori HD radio, i servizi analogici potrebbe teoricamente essere interrotto e la banda FM diventano all digital.

Negli Stati Uniti, i servizi (diversi da quelli stereo, quad e RDS) utilizzando sottoportanti sono a volte indicato come autorizzazione comunicazioni controllate servizi (SCA). Usi per tali sottoportanti includono servizi di lettura libro / giornale per gli ascoltatori non vedenti, i servizi di trasmissione dati privati ​​(ad esempio, l'invio di informazioni di borsa di agenti di borsa o rubate numero blacklist carta di credito per i negozi [citazione necessaria]) sottoscrizione dei servizi di musica di sottofondo senza pubblicità per negozi, cercapersone ("beeper") i servizi e fornire un feed programma di AM trasmettitori delle stazioni AM / FM. Sottoportanti SCA sono tipicamente 67 kHz e 92 kHz.

Dolby FM

Un sistema di riduzione del rumore commercialmente fallito utilizzato con radio FM in alcuni paesi durante la fine 1970s, Dolby FM era simile a Dolby B, ma ha utilizzato un 25 modificato ms costante di tempo di pre-enfasi e una disposizione companding selettiva di frequenza per ridurre il rumore.

Un sistema simile chiamato Alta Com FM è stato testato in Germania tra il luglio e il dicembre 1979 1981 da IRT. Esso si basa sul sistema di compander a banda larga ad alta Telefunken Com, ma mai introdotto in commercio in trasmissioni FM.

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