Nadawanie FM - FM broadcasting

Modulowane sygnały AM i FM dla radia. AM ( modulacja amplitudy ) i FM ( modulacja częstotliwości ) to rodzaje modulacji (kodowania). Dźwięk materiału programowego, zwykle pochodzący ze studia radiowego , służy do modulacji (zmienności) fali nośnej o określonej częstotliwości, a następnie nadawania .

W transmisji AM amplituda fali nośnej jest modulowana w celu zakodowania oryginalnego dźwięku. W nadawaniu FM częstotliwość fali nośnej jest modulowana w celu kodowania dźwięku. Odbiornik radiowy wydobywa oryginalny dźwięk programu z modulowanego sygnału radiowego i odtwarza dźwięk w głośniku .
Pozycja radia FM w widmie elektromagnetycznym
Komercyjny nadajnik radiowy FM o mocy 35 kW zbudowany pod koniec lat 80. XX wieku. Należy do stacji radiowej FM KWNR w Henderson w stanie Nevada i nadaje na częstotliwości 95,5 MHz.

Nadawanie FM to metoda nadawania radia z wykorzystaniem modulacji częstotliwości ( FM ). Wynaleziony w 1933 roku przez amerykańskiego inżyniera Edwina Armstronga , szerokopasmowy system FM jest używany na całym świecie w celu zapewnienia wysokiej jakości dźwięku w audycjach radiowych . Transmisja FM jest w stanie zapewnić wyższą wierność — to znaczy dokładniejsze odtwarzanie oryginalnego dźwięku programu — niż inne technologie transmisji, takie jak transmisja AM . Jest również mniej podatny na typowe formy zakłóceń , redukując dźwięki statyczne i trzaski często słyszane na AM. W związku z tym FM jest używany do większości transmisji muzyki lub ogólnego dźwięku (w spektrum audio). Stacje radiowe FM wykorzystują bardzo wysoki zakres częstotliwości radiowych .

Pasma nadawcze

Na całym świecie pasmo nadawania FM należy do części widma radiowego VHF . Zwykle używany jest zakres 87,5 do 108,0 MHz lub jego część, z kilkoma wyjątkami:

  • W byłych republikach radzieckich i niektórych krajach byłego bloku wschodniego stosuje się również starsze pasmo 65,8–74 MHz. Przydzielone częstotliwości są w odstępach 30 kHz. To pasmo, czasami nazywane pasmem OIRT , jest powoli wycofywane. Tam, gdzie wykorzystywane jest pasmo OIRT, pasmo 87,5–108,0 MHz jest określane jako pasmo CCIR .
  • W Japonii używany jest pasmo 76-95 MHz.

Częstotliwość stacji nadawczej FM (ściślej jej przypisana nominalna częstotliwość środkowa) jest zwykle wielokrotnością 100 kHz. W większości Korei Południowej , obu Ameryk , na Filipinach i na Karaibach używane są tylko nieparzyste wielokrotności. Niektóre inne kraje stosują ten plan ze względu na import pojazdów, głównie ze Stanów Zjednoczonych, z radioodbiornikami, które mogą dostroić się tylko do tych częstotliwości. W niektórych częściach Europy , Grenlandii i Afryki używa się tylko parzystych wielokrotności. W Wielkiej Brytanii używa się parzystych lub nieparzystych. We Włoszech używa się wielokrotności 50 kHz. W większości krajów określony jest maksymalny dopuszczalny błąd częstotliwości niemodulowanej nośnej, który zwykle powinien mieścić się w zakresie 2000 Hz przydzielonej częstotliwości.

W niektórych krajach istnieją inne nietypowe i przestarzałe standardy nadawania FM, z niestandardowymi odstępami 1, 10, 30, 74, 500 i 300 kHz. Aby zminimalizować zakłócenia międzykanałowe, stacje pracujące z tych samych lub geograficznie bliskich miejsc nadawczych mają tendencję do utrzymywania separacji częstotliwości co najmniej 500 kHz, nawet gdy bliższe odstępy częstotliwości są technicznie dozwolone. ITU wydaje Protection wykresy Współ dających minimum odstępu między częstotliwościami na podstawie ich względnej siły. Tylko stacje nadawcze z wystarczająco dużą separacją geograficzną między obszarami ich pokrycia mogą działać na bliskich lub tych samych częstotliwościach.

Technologia

FM ma lepsze odrzucenie statycznych ( RFI ) niż AM. Zostało to pokazane w dramatycznej demonstracji General Electric w swoim laboratorium w Nowym Jorku w 1940 roku. Radio miało zarówno odbiorniki AM, jak i FM. Ponieważ źródłem zakłóceń był łuk o napięciu miliona woltów, odbiornik AM wytwarzał ryk zakłóceń, podczas gdy odbiornik FM wyraźnie odtwarzał program muzyczny z eksperymentalnego nadajnika FM firmy Armstrong w New Jersey.
Skrzyżowana antena dipolowa nadajnika stacji KENZ 94,9 MHz, 48 kW na Lake Mountain w stanie Utah. Emituje fale radiowe spolaryzowane kołowo .

Modulacja

Modulacja częstotliwości lub FM to forma modulacji, która przekazuje informacje poprzez zmianę częstotliwości fali nośnej ; starsza modulacja amplitudy lub AM zmienia amplitudę nośnika, a jego częstotliwość pozostaje stała. W przypadku FM odchylenie częstotliwości od przypisanej częstotliwości nośnej w dowolnym momencie jest wprost proporcjonalne do amplitudy sygnału wejściowego (audio), określając chwilową częstotliwość nadawanego sygnału. Ponieważ nadawane sygnały FM wykorzystują większe pasmo niż sygnały AM, ta forma modulacji jest powszechnie stosowana w przypadku wyższych częstotliwości ( VHF lub UHF ) wykorzystywanych przez telewizję , pasmo nadawcze FM i naziemne systemy radiowe .

Maksymalne odchylenie częstotliwości przewoźnika jest zwykle określane i regulowane przez organy wydające licencje w każdym kraju. W przypadku transmisji stereofonicznej maksymalne dopuszczalne odchylenie nośnej niezmiennie wynosi ±75 kHz, chociaż w Stanach Zjednoczonych dozwolone jest nieco wyższe, gdy używane są systemy SCA. W przypadku transmisji monofonicznej ponownie najczęstszym dopuszczalnym maksymalnym odchyleniem jest ±75 kHz. Jednak niektóre kraje określają niższą wartość dla transmisji monofonicznych, na przykład ±50 kHz.

Pierwszy prototyp nadajnika FM firmy Armstrong, znajdujący się w Empire State Building w Nowym Jorku, którego używał do tajnych testów swojego systemu w latach 1934-1935. Licencjonowana jako stacja eksperymentalna W2XDG, nadawał na 41 MHz z mocą 2 kW.
Widmo chwilowe i wykres kaskadowy w paśmie FM pokazujący trzy silne stacje lokalne; mowa i muzyka wykazują różne wzorce częstotliwości w zależności od czasu. Gdy przesyłany dźwięk jest cichy, stereofoniczne tony pilota 19 kHz mogą być rozdzielone w widmie.

Pre-emfaza i de-emfaza

Szum losowy ma trójkątny rozkład widmowy w systemie FM, w wyniku czego szum występuje głównie przy wyższych częstotliwościach dźwięku w paśmie podstawowym . Można to skompensować, w ograniczonym stopniu, przez podbicie wysokich częstotliwości przed transmisją i zmniejszenie ich o odpowiednią wartość w odbiorniku. Redukcja wysokich częstotliwości audio w odbiorniku zmniejsza również hałas o wysokiej częstotliwości. Te procesy wzmacniania, a następnie zmniejszania pewnych częstotliwości są znane odpowiednio jako pre-emfaza i de-emfaza .

Ilość zastosowanej preemfazy i deemfazy jest określona przez stałą czasową prostego obwodu filtra RC . W większości świata stosowana jest stała czasowa 50  µs . W obu Amerykach i Korei Południowej stosuje się 75 µs. Dotyczy to zarówno transmisji mono, jak i stereo . W przypadku stereo pre-emfaza jest stosowana do lewego i prawego kanału przed multipleksowaniem .

Stosowanie pre-emfazy staje się problemem, ponieważ wiele form muzyki współczesnej zawiera więcej energii wysokich częstotliwości niż style muzyczne, które dominowały w momencie narodzin radia FM. Wstępne uwypuklenie tych dźwięków o wysokiej częstotliwości spowodowałoby nadmierne odchylenie nośnej FM . Aby temu zapobiec, stosowane są urządzenia sterujące modulacją (limiter). Systemy nowocześniejsze niż nadawanie FM mają tendencję do używania pre-emfazy zależnej od programu; np. dbx w systemie dźwiękowym BTSC TV lub w ogóle.

Pre-emfaza i deemfaza były używane w pierwszych dniach nadawania FM. Według raportu BBC z 1946 r. w USA początkowo rozważano 100 µs, ale później przyjęto 75 µs.

Stereofoniczne FM

Na długo zanim rozważono transmisję stereofoniczną FM, eksperymentowano z multipleksowaniem FM innych rodzajów informacji o poziomie dźwięku. Edwin Armstrong, twórca FM, jako pierwszy eksperymentował z multipleksowaniem w swojej eksperymentalnej stacji 41 MHz W2XDG znajdującej się na 85. piętrze Empire State Building w Nowym Jorku .

Te multipleksowe transmisje FM rozpoczęły się w listopadzie 1934 r. i składały się z głównego programu audio kanału i trzech podnośnych : programu faksu, sygnału synchronizującego dla programu faksu i kanału telegraficznego „zamówienia”. Te oryginalne podnośne multipleksowe FM były modulowane amplitudowo.

Dwa programy muzyczne, składające się z kanałów programu Red i Blue Network z NBC Radio Network, były jednocześnie transmitowane przy użyciu tego samego systemu modulacji podnośnej jako części systemu łącza między studiem a nadajnikiem. W kwietniu 1935 podnośne AM zostały zastąpione podnośnymi FM, co przyniosło znacznie lepsze wyniki.

Pierwsze transmisje podnośne FM nadawane z eksperymentalnej stacji majora Armstronga KE2XCC w Alpine, New Jersey miały miejsce w 1948 roku. Transmisje te składały się z dwukanałowych programów audio, binauralnych programów audio i programu faksowego. Oryginalna częstotliwość podnośnej używana w KE2XCC wynosiła 27,5 kHz. Szerokość pasma IF wynosiła ±5 kHz, ponieważ jedynym celem w tamtym czasie było przekazywanie dźwięku o jakości radiowej AM. Ten system transmisji wykorzystywał pre-emfazę dźwięku 75 µs, podobnie jak główny dźwięk monofoniczny, a następnie multipleksowany dźwięk stereo.

Pod koniec lat pięćdziesiątych FCC rozważało kilka systemów dodawania stereo do radia FM . Uwzględniono systemy od 14 zwolenników, w tym Crosby, Halstead, Electrical and Musical Industries, Ltd ( EMI ), Zenith i General Electric. Poszczególne systemy zostały ocenione pod kątem ich mocnych i słabych stron podczas testów terenowych w Uniontown w Pensylwanii , przy użyciu stacji KDKA-FM w Pittsburghu jako stacji wyjściowej. System Crosby został odrzucony przez FCC, ponieważ był niezgodny z istniejącymi pomocniczymi usługami autoryzacji komunikacji (SCA), które wykorzystywały różne częstotliwości podnośnych, w tym 41 i 67 kHz. Wiele głodujących dochodów stacji FM wykorzystywało SCA do „storecastingu” i innych celów innych niż nadawanie. System Halsteada odrzucono ze względu na brak separacji stereo wysokich częstotliwości i zmniejszenie stosunku sygnału do szumu kanału głównego. Systemy GE i Zenith, tak podobne, że uznano je za teoretycznie identyczne, zostały formalnie zatwierdzone przez FCC w kwietniu 1961 roku jako standardowa metoda nadawania stereofonicznego FM w Stanach Zjednoczonych, a później zostały przyjęte przez większość innych krajów. Ważne jest, aby audycje stereofoniczne były kompatybilne z odbiornikami monofonicznymi. Z tego powodu kanały lewy (L) i prawy (R) są algebraicznie kodowane na sygnały sumy (L+R) i różnicy (L-R). Odbiornik mono będzie używał tylko sygnału L+R, więc słuchacz będzie słyszał oba kanały przez pojedynczy głośnik. Odbiornik stereofoniczny doda sygnał różnicowy do sygnału sumy w celu odzyskania lewego kanału i odejmie sygnał różnicowy od sumy w celu odzyskania prawego kanału.

Sygnał (L+R) jest ograniczony do 30 Hz do 15 kHz w celu ochrony sygnału pilota 19 kHz. Sygnał (L-R), który jest również ograniczony do 15 kHz, jest modulowany amplitudowo na sygnał dwupasmowej tłumionej nośnej (DSB-SC) 38 kHz , zajmując w ten sposób od 23 kHz do 53 kHz. Generowany jest również ton pilota 19 kHz ± 2 Hz , dokładnie w połowie częstotliwości podnośnej 38 kHz i z dokładną zależnością fazową do niej, jak zdefiniowano za pomocą poniższego wzoru. Pilot jest nadawany na poziomie 8-10% całkowitego poziomu modulacji i wykorzystywany przez odbiornik do identyfikacji transmisji stereo i do regeneracji podnośnej 38 kHz z prawidłową fazą. Złożony sygnał multipleksu stereo zawiera kanał główny (L+R), ton pilota i sygnał różnicowy (L-R). Ten złożony sygnał, wraz z innymi podnośnymi, moduluje nadajnik FM. Do opisu tego sygnału używa się zamiennie terminów kompozyt , multipleks, a nawet MPX .

Chwilowe odchylenie częstotliwości nośnej nadajnika spowodowane dźwiękiem stereo i sygnałem pilota (przy modulacji 10%) wynosi

gdzie A i B to wstępnie wzmocnione lewe i prawe sygnały audio, a =19 kHz to częstotliwość tonu pilota. Niewielkie wahania odchylenia szczytowego mogą wystąpić w obecności innych podnośnych lub z powodu lokalnych przepisów.

Innym sposobem spojrzenia na wynikowy sygnał jest to, że zmienia się on między lewym i prawym przy 38 kHz, z fazą określoną przez sygnał pilota 19 kHz. Większość koderów stereofonicznych wykorzystuje tę technikę przełączania do generowania podnośnej 38 kHz, ale praktyczne projekty koderów muszą zawierać obwody, aby poradzić sobie z harmonicznymi przełączania. Konwersja sygnału multipleksu z powrotem na lewy i prawy sygnał audio jest wykonywana przez dekoder wbudowany w odbiorniki stereo. Ponownie, dekoder może wykorzystać technikę przełączania w celu odzyskania lewego i prawego kanału.

Ponadto dla danego poziomu RF w odbiorniku stosunek sygnału do szumu i zniekształcenia wielościeżkowe dla sygnału stereo będą gorsze niż dla odbiornika mono. Z tego powodu wiele stereofonicznych odbiorników FM jest wyposażonych w przełącznik stereo/mono, który umożliwia słuchanie w trybie mono, gdy warunki odbioru nie są idealne, a większość radioodbiorników samochodowych jest przystosowana do zmniejszania separacji w miarę pogarszania się stosunku sygnału do szumu, ostatecznie przechodząc w tryb mono. jednocześnie wskazując, że odbierany jest sygnał stereo. Podobnie jak w przypadku transmisji monofonicznej, normalną praktyką jest stosowanie preemfazy dla lewego i prawego kanału przed kodowaniem oraz stosowanie deemfazy w odbiorniku po dekodowaniu.

W Stanach Zjednoczonych około 2010 roku zaproponowano zastosowanie modulacji pojedynczej wstęgi bocznej dla podnośnej stereo. Teoretyzowano, że ma być bardziej wydajny pod względem widma i wytwarzać poprawę o 4 dB s/n w odbiorniku, a twierdzono, że zniekształcenia wielościeżkowe również zostaną zmniejszone. Kilka stacji radiowych w całym kraju nadaje stereo w ten sposób, pod nadzorem FCC. Może nie być kompatybilny z bardzo starymi odbiornikami, ale twierdzi się, że nie słychać różnicy w przypadku większości nowszych odbiorników. Obecnie przepisy FCC nie zezwalają na ten tryb pracy stereo.

Czterofonowy FM

W 1969 r. Louis Dorren wynalazł system Quadraplex jednostacji, dyskretnej, kompatybilnej czterokanałowej transmisji FM. W systemie Quadraplex są dwie dodatkowe podnośne, uzupełniające pojedynczą, używaną w standardowym stereo FM. Układ pasma podstawowego jest następujący:

  • Sygnał kanału głównego 50 Hz do 15 kHz (suma wszystkich 4 kanałów) (LF+LR+RF+RR), dla kompatybilności odsłuchu mono FM.
  • 23 do 53 kHz (podnośna kwadraturowa sinus) (LF+LR) - (RF+RR) sygnał różnicowy lewy minus prawy. Modulacja tego sygnału w sumie algebraicznej i różnicy w stosunku do kanału głównego jest wykorzystywana do kompatybilności dwukanałowego słuchacza stereo.
  • 23 do 53 kHz (kwadratura cosinusowa 38 kHz podnośna) (LF+RR) − (LR+RF) Różnica przekątnej. Modulacja tego sygnału w sumie algebraicznej i różnicy z kanałem głównym i wszystkimi innymi podnośnymi jest używana przez słuchacza Quadraphonic.
  • 61 do 91 kHz (kwadratura sinusoidalna 76 kHz podnośna) (LF+RF) − (LR+RR) Różnica przód-tył. Modulacja tego sygnału w sumie algebraicznej i różnicy z kanałem głównym i wszystkimi innymi podnośnymi jest również używana przez słuchacza Quadraphonic.
  • Podnośna 105 kHz SCA, zsynchronizowana fazowo do pilota 19 kHz, do odczytu usług dla osób niewidomych, muzyki w tle itp.

Normalny sygnał stereo może być traktowany jako przełączanie między lewym i prawym kanałem przy 38 kHz, odpowiednio ograniczone pasmem. Sygnał kwadrofoniczny można uznać za cykliczny przez LF, LR, RF, RR, przy 76 kHz.

Wczesne próby transmisji dyskretnej czterokanałowej muzyki kwadrofonicznej wymagały użycia dwóch stacji FM; jeden nadaje przednie kanały audio, drugi tylne. Przełom nastąpił w 1970 roku, kiedy KIOI ( K-101 ) w San Francisco z powodzeniem transmitował prawdziwy dźwięk kwadrofoniczny z pojedynczej stacji FM przy użyciu systemu Quadraplex pod nadzorem Special Temporary Authority z FCC . Po tym eksperymencie zaproponowano długoterminowy okres testowy, który umożliwiłby jednej stacji FM na każdym z 25 największych rynków radiowych w USA nadawanie w Quadraplex. Miejmy nadzieję, że wyniki testów udowodnią FCC, że system jest kompatybilny z istniejącą dwukanałową transmisją i odbiorem stereo oraz że nie koliduje z sąsiednimi stacjami.

Było kilka odmian tego systemu zgłoszonych przez GE, Zenith, RCA i Denon do testów i rozważenia podczas prób terenowych National Quadraphonic Radio Committee dla FCC. Oryginalny system Dorren Quadraplex przewyższał wszystkie inne i został wybrany jako krajowy standard nadawania Quadraphonic FM w Stanach Zjednoczonych. Pierwszą komercyjną stacją FM nadającą program kwadrofoniczny była WIQB (obecnie nazwana WWWW-FM ) w Ann Arbor / Saline w stanie Michigan pod kierownictwem głównego inżyniera Briana Jeffreya Browna.

Redukcja szumów

W latach 70. i 80. przeprowadzono różne próby dodania analogowej redukcji szumów do nadawania FM:

Komercyjnie nieudany system redukcji szumów używany z radiem FM w niektórych krajach pod koniec lat 70., Dolby FM był podobny do Dolby B, ale używał zmodyfikowanej stałej czasowej pre- emfazy 25 µs i układu kompandowania selektywnego częstotliwości w celu zmniejszenia szumów. Zmiana pre-emfazy kompensuje nadmierną odpowiedź wysokich tonów, która w przeciwnym razie utrudniłaby słuchanie osobom bez dekoderów Dolby.

Podobny system o nazwie High Com FM był testowany w Niemczech między lipcem 1979 a grudniem 1981 przez IRT . Opierał się na szerokopasmowym systemie kompandera Telefunken High Com , ale nigdy nie został wprowadzony komercyjnie w nadawaniu FM.

Jeszcze innym systemem był system redukcji szumów FMX oparty na CX , wdrożony w niektórych stacjach radiowych w Stanach Zjednoczonych w latach 80-tych.

Inne usługi podnośne

Typowe widmo kompozytowego sygnału pasma podstawowego, w tym DirectBand i podnośna na 92 ​​kHz

Nadawanie FM od samego początku obejmowało usługi autoryzacji komunikacji pomocniczej (SCA), ponieważ było postrzegane jako kolejna usługa, z której licencjobiorcy mogliby korzystać w celu uzyskania dodatkowego dochodu. Stosowanie SCA było szczególnie popularne w Stanach Zjednoczonych, ale znacznie mniej w innych krajach. Zastosowania takich podnośnych obejmują usługi odczytu radiowego dla niewidomych , które stały się powszechne i nadal takie pozostają, prywatne usługi transmisji danych (na przykład wysyłanie informacji giełdowych do maklerów giełdowych lub skradzionych list odmów numerów kart kredytowych do sklepów), subskrypcja niekomercyjne usługi muzyczne w tle dla sklepów, usługi przywoławcze („beeper”), programowanie w innym języku oraz dostarczanie kanału programowego dla nadajników AM stacji AM/FM. Podnośne SCA to zazwyczaj 67 kHz i 92 kHz. Początkowo użytkownikami usług SCA były prywatne analogowe kanały audio, które mogły być wykorzystywane wewnętrznie lub dzierżawione, np . usługi typu Muzak . Były eksperymenty z dźwiękiem kwadrofonicznym . Jeśli stacja nie nadaje w stereo, wszystko od 23 kHz w górę może być wykorzystane do innych usług. Pasmo ochronne około 19 kHz (±4 kHz) musi być nadal utrzymywane, aby nie uruchamiać dekoderów stereo w odbiornikach. Jeśli jest stereo, zwykle będzie istnieć pasmo ochronne między górną granicą sygnału stereo DSBSC (53 kHz) a dolną granicą dowolnej innej podnośnej.

Obecnie dostępne są również usługi cyfrowe . Podnośna 57 kHz ( faza zsynchronizowana z trzecią harmoniczną stereofonicznego tonu pilota) jest wykorzystywana do przenoszenia sygnału cyfrowego systemu danych radiowych o niskiej przepustowości , zapewniając dodatkowe funkcje, takie jak nazwa stacji, częstotliwość alternatywna (AF), dane o ruchu dla komercyjnego GPS odbiorniki i radiotekst (RT). Ten wąskopasmowy sygnał działa z szybkością zaledwie 1187,5 bitów na sekundę , dlatego nadaje się tylko do tekstu. Do prywatnej komunikacji wykorzystuje się kilka systemów własnościowych . Wariantem RDS jest północnoamerykański system RBDS lub „inteligentne radio”. W Niemczech analogowy system ARI był używany przed RDS, aby ostrzegać kierowców o nadawaniu komunikatów drogowych (bez przeszkadzania innym słuchaczom). Plany wykorzystania ARI w innych krajach europejskich doprowadziły do ​​rozwoju RDS jako bardziej wydajnego systemu. RDS został zaprojektowany tak, aby mógł być używany razem z ARI, pomimo używania identycznych częstotliwości podnośnych.

W Stanach Zjednoczonych i Kanadzie , radiowe cyfrowe usługi są rozmieszczone w paśmie FM zamiast używać Eureka 147 lub japońskiego standardu ISDB . To podejście in-band on-channel , podobnie jak wszystkie cyfrowe techniki radiowe , wykorzystuje zaawansowany skompresowany dźwięk . Zastrzeżony system iBiquity , oznaczony jako „ HD Radio ”, jest obecnie dopuszczony do pracy w trybie „hybrydowym”, w którym transmitowane są zarówno konwencjonalna analogowa nośna FM, jak i cyfrowe podnośne wstęgi bocznej . Ostatecznie, zakładając szerokie rozpowszechnienie odbiorników HD Radio , usługi analogowe mogą teoretycznie zostać przerwane, a pasmo FM stanie się całkowicie cyfrowe.

Moc transmisji

Moc wyjściowa nadajnika FM jest jednym z parametrów określających zasięg transmisji. Inne ważne parametry to wysokość anteny nadawczej i zysk anteny . Moce nadajników powinny być starannie dobrane tak, aby wymagany obszar był pokryty bez powodowania zakłóceń innych oddalonych stacji. Praktyczne moce nadajników wahają się od kilku miliwatów do 80 kW. Gdy moc nadajnika wzrasta powyżej kilku kilowatów, koszty operacyjne stają się wysokie i opłacalne tylko dla dużych stacji. Wydajność większych nadajników jest teraz lepsza niż 70% (od zasilania AC do wyjścia RF) dla transmisji tylko FM. Porównuje się to do 50% przed zastosowaniem wysokowydajnych zasilaczy impulsowych i wzmacniaczy LDMOS. Wydajność gwałtownie spada, jeśli dodana zostanie jakakolwiek cyfrowa usługa HD Radio.

Odległość odbioru

Fale radiowe VHF zwykle nie przemieszczają się daleko poza horyzont widzenia , więc odległości odbioru stacji FM są zwykle ograniczone do 30-40 mil (50-60 km). Mogą być również blokowane przez wzgórza oraz w mniejszym stopniu przez budynki. Osoby z bardziej czułymi odbiornikami lub wyspecjalizowanymi systemami antenowymi lub znajdujące się na obszarach o korzystniejszej topografii mogą być w stanie odbierać użyteczne sygnały nadawcze FM na znacznie większe odległości.

Efekt krawędź nóż może pozwolić recepcji, gdzie nie ma bezpośredniego linia wzroku między nadawcą i odbiorcą. Odbiór może się znacznie różnić w zależności od pozycji. Jednym z przykładów jest pasmo górskie Učka , które umożliwia stały odbiór włoskich sygnałów z Veneto i Marche w znacznej części Rijeki w Chorwacji, pomimo odległości przekraczającej 200 km (125 mil). Inne efekty propagacji radiowej, takie jak dukty troposferyczne i Sporadic E, mogą czasami umożliwiać przerywany odbiór odległych stacji na bardzo duże odległości (setki mil), ale nie można na nich polegać w celach komercyjnych. Dobry odbiór w całym kraju to jedna z głównych zalet radia DAB/+ .

To wciąż mniej niż zasięg fal radiowych AM, które ze względu na swoją niższą częstotliwość mogą przemieszczać się jako fale naziemne lub odbijać się od jonosfery , więc stacje radiowe AM mogą być odbierane z setek (czasem tysięcy) mil. Jest to właściwość typowej częstotliwości (i mocy) fali nośnej, a nie jej sposobu modulacji.

Zasięg transmisji FM jest powiązany z mocą RF nadajnika , zyskiem anteny i wysokością anteny . Zakłócenia z innych stacji są również czynnikiem w niektórych miejscach. W USA FCC publikuje krzywe, które pomagają w obliczeniu tej maksymalnej odległości jako funkcji siły sygnału w miejscu odbioru. Modelowanie komputerowe jest powszechnie stosowane w tym celu na całym świecie.

Wiele stacji FM, szczególnie tych zlokalizowanych w trudnych obszarach wielościeżkowych, stosuje dodatkową kompresję /przetwarzanie dźwięku, aby utrzymać podstawowy dźwięk ponad hałasem tła dla słuchaczy, często kosztem ogólnej postrzeganej jakości dźwięku. Jednak w takich przypadkach technika ta jest często zaskakująco skuteczna w zwiększaniu użytecznego zasięgu stacji.

Historia

Jedna z pierwszych stacji radiowych FM, eksperymentalna stacja Edwina Armstronga W2XMN w Alpine, New Jersey , USA. Wstawki przedstawiają część nadajnika oraz mapę stacji FM w 1940 roku. Wieża stoi do dziś.

Stany Zjednoczone

Nadawanie FM rozpoczęło się pod koniec lat 30. XX wieku, kiedy zostało zainicjowane przez kilka wczesnych pionierskich stacji, w tym W1XOJ/W43B/WGTR (zamknięty w 1953) i W1XTG / WSRS , obie nadające z Paxton w stanie Massachusetts (obecnie wymienione jako Worcester w stanie Massachusetts ). ; W1XSL/W1XPW/W65H/WDRC-FM/WFMQ/WHCN , Meriden, Connecticut; oraz W2XMN , KE2XCC i WFMN , Alpine, New Jersey (własność samego Edwina Armstronga, zamknięta po śmierci Armstronga w 1954). Na uwagę zasługują również stacje General Electric W2XDA Schenectady i W2XOY New Scotland, Nowy Jork — dwa eksperymentalne nadajniki FM na 48,5 MHz — które zostały podpisane w 1939 roku. Dwie rozpoczęły regularne programowanie jako W2XOY 20 listopada 1940 roku. od lat stacja ta działała pod znakami wywoławczymi W57A, W87A i WGFM i przeniosła się na 99,5 MHz, kiedy pasmo FM zostało przeniesione do części widma radiowego 88-108 MHz. General Electric sprzedał stację w latach 80-tych. Dziś ta stacja to WRVE .

Inni pionierzy to W2XQR/W59NY/WQXQ/WQXR-FM , Nowy Jork; W47NV/WSM-FM Nashville, Tennessee (podpisany w 1951); W1XER/W39B/WMNE , ze studiami w Bostonie, a później w Portland w stanie Maine, ale którego nadajnik znajdował się na szczycie najwyższej góry północno-wschodnich Stanów Zjednoczonych, Mount Washington w New Hampshire (zamknięty w 1948); i W9XAO/WTMJ-FM Milwaukee, Wisconsin (wyszedł z anteny w 1950 r.).

Komercyjny zespół nadawczy FM został formalnie utworzony w Stanach Zjednoczonych 1 stycznia 1941 r., ale początkowo stacje głównie symulowały swoje siostrzane stacje AM, oprócz nadawania bujnej muzyki orkiestrowej dla sklepów i biur, muzyki klasycznej dla ekskluzywnych słuchaczy w miastach obszary i programowanie edukacyjne.

27 czerwca 1945 FCC ogłosiło zmianę przeznaczenia pasma FM na 80 kanałów w zakresie 88-106 MHz (które wkrótce zostało rozszerzone do 100 kanałów w zakresie 88-108 MHz). W 1961 roku WEFM (w rejonie Chicago) i WGFM (w Schenectady w stanie Nowy Jork ) zostały zgłoszone jako pierwsze stacje stereofoniczne. Pod koniec lat 60. FM zaadoptowano do nadawania stereofonicznego formatu „AOR – Album Oriented Rock ”, ale dopiero w 1978 r. słuchalność stacji FM przekroczyła słuchalność stacji AM w Ameryce Północnej. W latach 80. i 90. Top 40 stacji muzycznych, a później nawet stacje muzyki country, w dużej mierze zrezygnowały z AM na rzecz FM. Dziś AM jest głównie domeną talk-radiów, wiadomości, sportu, programów religijnych, audycji etnicznych (w języku mniejszości) i niektórych rodzajów muzyki mniejszości. Ta zmiana przekształciła AM w „pasmo alternatywne”, którym kiedyś było FM. (Niektóre stacje AM zaczęły symulować nadawanie lub przełączać się na sygnały FM, aby przyciągnąć młodszych słuchaczy i pomóc w problemach z odbiorem w budynkach, podczas burz i w pobliżu przewodów wysokiego napięcia. Niektóre z tych stacji podkreślają teraz swoją obecność na tarczy FM. )

Europa

Pasmo fal średnich (znane jako pasmo AM, ponieważ większość stacji z nim korzystających stosuje modulację amplitudy) było przepełnione w Europie Zachodniej, co prowadziło do problemów z zakłóceniami iw rezultacie wiele częstotliwości MW nadaje się tylko do transmisji mowy.

Belgia , Holandia , Dania, a zwłaszcza Niemcy były jednymi z pierwszych krajów, które przyjęły FM na szeroką skalę. Wśród przyczyn tego były:

  1. Pasmo fal średnich w Europie Zachodniej stało się przepełnione po II wojnie światowej, głównie z powodu najlepszych dostępnych częstotliwości fal średnich używanych na wysokich poziomach mocy przez alianckie siły okupacyjne, zarówno do nadawania rozrywki swoim żołnierzom, jak i do nadawania propagandy zimnej wojny w całym kraju. Żelazna kurtyna .
  2. Po II wojnie światowej częstotliwości nadawcze zostały zreorganizowane i przeniesione przez delegatów krajów zwycięskich w Kopenhaskim Planie Częstotliwości . Nadawcy niemieccy zostali z tylko dwoma pozostałymi częstotliwościami AM i zostali zmuszeni do poszukiwania ekspansji w FM.

Nadawcy publiczni w Irlandii i Australii znacznie wolniej przyjmowali radio FM niż nadawcy w Ameryce Północnej czy Europie kontynentalnej .

Holandia

Hans Idzerda prowadził stację radiową PCGG w Hadze w latach 1919-1924, która wykorzystywała wąskopasmowe transmisje FM.

Zjednoczone Królestwo

W Zjednoczonym Królestwie BBC przeprowadziła testy w latach 1940, a potem zaczął FM nadawanie w 1955 roku, z trzema sieciami krajowego: Program światła , Programu Trzeciego i Home Service . Te trzy sieci wykorzystywały podzakres 88,0–94,6 MHz. Podzakres 94,6-97,6 MHz został później wykorzystany do BBC i lokalnych usług komercyjnych.

Jednak dopiero po wprowadzeniu komercyjnego nadawania programów do Wielkiej Brytanii w 1973 r. korzystanie z FM stało się popularne w Wielkiej Brytanii. Wraz ze stopniowym zwalnianiem innych użytkowników (zwłaszcza usług publicznych, takich jak policja, straż pożarna i pogotowie ratunkowe) oraz rozszerzeniem pasma FM do 108,0 MHz w latach 1980-1995, FM szybko rozszerzył się na Wyspach Brytyjskich i skutecznie przejął LW i MW jako platforma dostarczania z wyboru dla stacjonarnych i przenośnych odbiorników domowych i samochodowych. Ponadto Ofcom (wcześniej Radio Authority) w Wielkiej Brytanii wydaje na żądanie licencje na usługi ograniczone w zakresie FM, a także AM (MW) na krótkoterminowe nadawanie o zasięgu lokalnym, które jest otwarte dla każdego, kto nie jest objęty zakazem i może podnieść odpowiednie opłaty licencyjne i tantiemy. W 2010 roku wydano około 450 takich licencji.

Kiedy sieci radiowe BBC zostały przemianowane odpowiednio na Radio 2 , Radio 3 i Radio 4 w 1967 r., co zbiegło się w czasie z uruchomieniem Radio 1 , nowa stacja jako jedyna z czterech głównych nie miała przydzielonej częstotliwości FM, co miało miejsce od 21 lat. Zamiast tego, Radio 1 współdzieliło czas antenowy z Radio 2 FM w sobotnie popołudnia, niedzielne wieczory, wieczory w dni powszednie (22:00 do północy) i święta państwowe, ostatecznie posiadając własną częstotliwość FM, która rozpoczęła się w Londynie w październiku 1987 r. na 104,8 MHz w Crystal Palace . Ostatecznie w 1987 r. przydzielono zakres częstotliwości 97,6-99,8 MHz, ponieważ policyjne nadajniki przekaźnikowe zostały przeniesione z częstotliwości 100 MHz, poczynając od Londynu, a następnie szeroko ukończone do 1989 r., Kiedy Radio 1 w Londynie przesunęło się z tej drugiej częstotliwości na 98,8 MHz do Nadajnik BBC Wrotham . Nastąpiło to po udostępnieniu częstotliwości BBC Radio 1 FM w pozostałej części Wielkiej Brytanii.

Włochy

Włochy przyjęły szeroko nadawanie FM na początku lat 70., ale pierwsze eksperymenty przeprowadzone przez RAI datuje się na 1950 r., kiedy to „ruch na rzecz wolnego radia”, opracowany przez tak zwanych „piratów”, wymusił uznanie praw do wolności słowa również poprzez użycie „wolnych mediów radiowych, takich jak nadajniki radiowe” i skierował sprawę do włoskiego Trybunału Konstytucyjnego. Sąd ostatecznie opowiedział się za Wolnym Radiem. Zaledwie kilka tygodni po ostatecznej decyzji sądu nastąpił „boom radiowy FM” obejmujący małe prywatne stacje radiowe w całym kraju. W połowie lat 70. każde miasto we Włoszech miało zatłoczone widmo radiowe FM.

Grecja

Grecja była kolejnym krajem europejskim, w którym widmo radiowe FM było początkowo wykorzystywane przez tak zwanych „piratów” (zarówno w Atenach, jak i Salonikach, dwóch głównych greckich miastach) w połowie lat 70., zanim jakiekolwiek stacje krajowe zaczęły nadawać w tym zakresie. ; w tym celu wykorzystywano wiele stacji AM (MW). Nie później niż pod koniec 1977 r. EIRT (później znany również jako ERT) nadawcy publicznego nadawcy przekazali do użytku swój pierwszy nadajnik FM w stolicy Atenach. Pod koniec lat 70. większość terytorium Grecji była objęta trzema programami National FM, a każde miasto miało również wielu „piratów” FM. Adaptacja pasma FM dla prywatnych komercyjnych stacji radiowych nastąpiła znacznie później, w 1987 roku.

Australia

Nadawanie FM rozpoczęło się w australijskich stolicach w 1947 r. na zasadzie „eksperymentalnej”, wykorzystując jako źródło programu ogólnokrajowy kanał ABC , składający się głównie z muzyki klasycznej i parlamentu. Miała bardzo małą widownię i została zamknięta w 1961 roku rzekomo w celu oczyszczenia pasma telewizyjnego : kanał TV (102.250 nośnej wideo) jeśli przydzielono by mieścił się w paśmie VHF FM (98-108 MHz). Oficjalna polityka FM w tym czasie polegała na wprowadzeniu go w innym paśmie, co wymagałoby tunerów FM zbudowanych na zamówienie dla Australii. Ta polityka została ostatecznie odwrócona i nadawanie FM zostało wznowione w 1975 roku przy użyciu pasma VHF, po przeniesieniu kilku wkraczających stacji telewizyjnych. Następnie rozwijał się stopniowo, aż w latach 80. wiele stacji AM zostało przeniesionych na FM ze względu na doskonałą jakość dźwięku i niższe koszty eksploatacji. Dzisiaj, podobnie jak w innych krajach rozwiniętych, większość australijskich australijskich audycji miejskich jest nadawanych na falach FM, chociaż stacje nadawcze AM nadal cieszą się dużą popularnością. Nadawcy regionalni nadal powszechnie nadają stacje AM ze względu na dodatkowy zasięg, jaki oferuje metoda nadawania. Niektóre stacje w głównych ośrodkach regionalnych symulują nadawanie w pasmach AM i FM. Cyfrowe radio w standardzie DAB+ zostało wdrożone w stolicach.

Nowa Zelandia

Podobnie jak Australia, Nowa Zelandia przyjęła format FM stosunkowo późno. Podobnie jak w przypadku prywatnego radia AM pod koniec lat sześćdziesiątych, zajęło to mnóstwo „pirackich” nadawców, aby przekonać rząd zorientowany na kontrolę, niechętny do technologii, aby zezwolił na wprowadzenie FM po co najmniej pięciu latach kampanii konsumenckiej, która rozpoczęła się w w połowie lat 70., szczególnie w Auckland. Eksperymentalna stacja FM, FM 90.7 , był transmitowany w Whakatane na początku 1982. W tym samym roku Uniwersytet Wiktorii „s Radio Active zaczął transmisji FM w pełnym wymiarze godzin. Komercyjne licencje FM zostały ostatecznie zatwierdzone w 1983 r., a jako pierwsze z oferty skorzystały 91FM i 89FM z siedzibą w Auckland . Piraci z Nowej Zelandii . Nadawanie zostało zderegulowane w 1989 roku.

Podobnie jak wiele innych krajów w Afryce i Azji, które jeżdżą lewostronnie, Nowa Zelandia importuje pojazdy z Japonii. Standardowe radia w tych pojazdach działają na częstotliwości od 76 do 90 MHz, co nie jest kompatybilne z zakresem 88 do 108 MHz. Importowane samochody z japońskimi radiami mogą mieć zainstalowane ekspandery FM, które konwertują w dół wyższe częstotliwości powyżej 90 MHz. Nowa Zelandia nie ma rodzimych producentów samochodów.

Trynidad i Tobago

Pierwsza stacja radia FM na Trynidadzie i Tobago to 95.1FM, teraz przemianowana na 951 Remix , została uruchomiona w marcu 1976 roku przez TBC Radio Network .

indyk

W Turcji nadawanie FM rozpoczęło się pod koniec lat 60. XX wieku, oferując kilka programów z sieci telewizyjnej One, która została przeniesiona z częstotliwości AM (znanej również jako MW w Turcji). W kolejnych latach coraz więcej stacji MW było powoli przenoszonych na FM, a pod koniec lat 70. większość stacji radiowych, które wcześniej były na MW, zostało przeniesionych na FM, choć wiele stacji dyskusyjnych, informacyjnych i sportowych, ale głównie religijnych, nadal pozostaje na MW.

Inne kraje

Większość innych krajów wdrożyła nadawanie FM w latach 60. i rozszerzyła korzystanie z FM w latach 90. XX wieku. Ponieważ do pokrycia geograficznie dużego kraju potrzebna jest duża liczba stacji nadawczych FM, szczególnie tam, gdzie występują trudności terenowe, FM jest bardziej przystosowany do nadawania lokalnego niż do sieci krajowych. W takich krajach, zwłaszcza tam, gdzie występują problemy gospodarcze lub infrastrukturalne, „rozwijanie” krajowej sieci nadawania FM w celu dotarcia do większości populacji może być procesem powolnym i kosztownym. Mimo to, głównie w krajach Europy Wschodniej, krajowe sieci nadawcze FM powstały na przełomie lat 60. i 70. XX wieku. We wszystkich krajach zależnych od Związku Radzieckiego oprócz NRD stosowano pasmo OIRT. Najpierw ograniczono do 68-73 MHz z odstępem międzykanałowym 100 kHz, a następnie w latach 70. ostatecznie rozszerzono do 65,84-74,00 MHz z odstępem międzykanałowym 30 kHz.

Wykorzystanie FM w radiu krajowym zachęciło słuchaczy do zakupu tanich odbiorników FM, a tym samym zmniejszyło liczbę zdolnych do słuchania zagranicznych nadawców AM o większym zasięgu. Podobne względy doprowadziły do ​​tego, że w latach 60. krajowe radio w RPA przeszło na FM.

Konferencje ITU o FM

Częstotliwości dostępne dla FM zostały ustalone na kilku ważnych konferencjach ITU . Kamieniem milowym tych konferencji jest porozumienie sztokholmskie z 1961 r. pomiędzy 38 krajami. Konferencja w Genewie w 1984 r. wprowadziła pewne modyfikacje do pierwotnego porozumienia sztokholmskiego, szczególnie w zakresie częstotliwości powyżej 100 MHz.

Wyłączanie nadawania FM

W 2017 r. Norwegia stała się pierwszym krajem, który do tej pory całkowicie przestawił się na cyfrowe nadawanie dźwięku , z wyjątkiem niektórych lokalnych stacji, które pozostały na FM do 2022 r. i mogą zostać przedłużone do 2031 r. Przejście na DAB+ oznaczało, że zwłaszcza obszary wiejskie uzyskały znacznie więcej zróżnicowana zawartość radiowa w porównaniu z okresem tylko FM; kilka nowych stacji radiowych rozpoczęło transmisję na DAB+ w latach przed wyłączeniem FM.

Wykorzystanie na małą skalę pasma transmisji FM

Mikronadajnik Belkin TuneCast II FM

Konsumenckie użytkowanie nadajników FM

W niektórych krajach dostępne są nadajniki na małą skalę ( część 15 w terminologii Stanów Zjednoczonych), które mogą przesyłać sygnał z urządzenia audio (zwykle odtwarzacza MP3 lub podobnego) do standardowego odbiornika radiowego FM; takie urządzenia wahają się od małych jednostek zbudowanych do przenoszenia dźwięku do radia samochodowego bez możliwości wejścia audio (często zapewnianych wcześniej przez specjalne adaptery do magnetofonów magnetofonowych , które nie są już powszechne w projektach radia samochodowego) do pełnowymiarowych, prawie profesjonalne systemy nadawcze, które można wykorzystać do przesyłania dźwięku w całym obiekcie. Większość takich urządzeń nadaje w pełnym stereo, choć niektóre modele przeznaczone dla początkujących hobbystów mogą tego nie robić. Podobne nadajniki często znajdują się w satelitarnych odbiornikach radiowych i niektórych zabawkach.

Legalność tych urządzeń różni się w zależności od kraju. Federalna Komisja Łączności USA i Przemysłu Kanada pozwalają im. Od 1 października 2006 roku urządzenia te stały się legalne w większości krajów Unii Europejskiej . Urządzenia wykonane według zharmonizowanej specyfikacji europejskiej stały się legalne w Wielkiej Brytanii 8 grudnia 2006 roku.

Pasmo transmisji FM jest również wykorzystywane przez niektóre niedrogie mikrofony bezprzewodowe sprzedawane jako zabawki do karaoke lub podobnych celów, dzięki czemu użytkownik może używać radia FM jako wyjścia zamiast dedykowanego wzmacniacza i głośnika. Profesjonalne mikrofony bezprzewodowe zazwyczaj wykorzystują pasma w regionie UHF , dzięki czemu mogą działać na dedykowanym sprzęcie bez zakłóceń transmisji.

Niektóre słuchawki bezprzewodowe nadają w paśmie nadawczym FM, przy czym słuchawki można dostroić tylko do podzbioru pasma nadawczego. Wysokiej jakości słuchawki bezprzewodowe wykorzystują transmisję w podczerwieni lub pasma UHF ISM, takie jak 315 MHz, 863 MHz, 915 MHz lub 2,4 GHz zamiast pasma FM.

Wspomagające słuchanie

Niektóre urządzenia wspomagające słyszenie są oparte na radiu FM, głównie w paśmie od 72,1 do 75,8 MHz. Oprócz odbiorników ze wspomaganiem, tylko niektóre rodzaje odbiorników FM mogą dostroić się do tego pasma.

Mikronadawanie

Nadajniki o małej mocy, takie jak te wymienione powyżej, są czasami używane w sąsiednich lub kampusowych stacjach radiowych, chociaż stacje radiowe kampusowe są często zasilane prądem nośnym . Jest to powszechnie uważane za formę mikronadawania . Zgodnie z ogólną zasadą, egzekwowanie w stosunku do stacji FM o małej mocy jest bardziej rygorystyczne niż w przypadku stacji AM, ze względu na problemy, takie jak efekt przechwytywania , iw rezultacie mikronadawcy FM generalnie nie docierają tak daleko, jak ich konkurenci AM.

Potajemne korzystanie z nadajników FM

Nadajniki FM zostały wykorzystane do budowy miniaturowych mikrofonów bezprzewodowych do celów szpiegowskich i inwigilacyjnych ( ukryte urządzenia podsłuchowe lub tak zwane „ podsłuchy ”); zaletą korzystania z pasma rozgłoszeniowego FM do takich operacji jest to, że sprzęt odbiorczy nie byłby uważany za szczególnie podejrzany. Powszechną praktyką jest dostrajanie nadajnika podsłuchu poza krańce pasma nadawczego, co w Stanach Zjednoczonych byłoby kanałem telewizyjnym 6 (<87,9 MHz) lub częstotliwościami nawigacji lotniczej (> 107,9 MHz); większość radioodbiorników FM z tunerami analogowymi ma wystarczający zasięg, aby wychwycić te nieco poza skrajnymi częstotliwościami, chociaż wiele radioodbiorników strojonych cyfrowo nie ma takiego zasięgu.

Konstruowanie „błędu” jest powszechnym wczesnym projektem dla hobbystów elektroniki, a zestawy do tego celu są dostępne z wielu różnych źródeł. Konstruowane urządzenia są jednak często zbyt duże i słabo ekranowane, aby można je było wykorzystać w tajnej działalności.

Ponadto, dużo pirackiej aktywności radiowej jest nadawane w zakresie FM, ze względu na większą czystość i słuchalność pasma, mniejszy rozmiar i niższy koszt sprzętu.

Zobacz też

Nadawanie FM według kraju

Nadawanie FM (techniczne)

Listy

Historia

Zespoły

Bibliografia

Zewnętrzne linki

Powiązane treści techniczne