Мы вещаем в FM-диапазоне

В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

"Мы вещаем в FM-диапазоне..."

Фразу "Мы вещаем в FM-диапазоне..." можно часто услышать от ведущих программ на , различных радиостанциях, работающих в ОВЧ-диапазоне. Но мало кто задумывался над тем, что такого понятия, как FM-диапазон, нет, а есть аббревиатура английских слов — FM (Frequency Modulation), что переводится как частотная модуляция или сокращенно — ЧМ

Когда говорят, что мы вещаем в диапазоне FM, то имеют в виду полосу частот 87,5-108,0 МГц ОВЧ (метрового) диапазона волн, полосу же 65,9-74,0 МГц того же ОВЧ (метрового) диапазона называют ЧМ. Хотя и в той и в другой полосе ОВЧ-диапазона радиовещательные передатчики работают с частной модуляцией (рис. 1). Разница заключается в том, что в полосе 87,5-108,0 МГц передатчики работают в стереорежиме с пилот-тоном, а в полосе частот 65,9-74,0 МГц - в стереорежиме с полярной модуляцией. (В соответствии с "Регламентом радиосвязи Российской Федерации" для системы стереовещания с полярной модуляцией выделен диапазон частот 65,9-74,0 МГц, а для системы с пилот-тоном - полоса 100,0-108,0 МГц). В отдельных случаях, исходя из условий электромагнитной совместимости, Минсвязи РФ дает разрешение на использование частот в полосе 87,5-100,0 МГц.

История вопроса

В середине семидесятых годов прошлого века во всем мире началось активное внедрение стереовещания в диапазоне метровых волн: в США - в 1961 году, в СССР - в 1963 году (регулярное), в ФРГ, Великобритании, Италии, Швеции, Нидерландах, ГДР, ЧССР и других странах в 1966-1967 годах. МККР и ОИРТ рекомендовали для внедрения две различные системы стереофонического вещания: систему с пилот-тоном и систему с полярной модуляцией, разработанную в СССР (напомним, что система с пилот-тоном представляет собой модифицированный американский стандарт FCC).

Большинство бывших социалистических стран, являвшихся членами ОИРТ, приняли систему стереофонического вещания с полярной модуляцией, исключение составили только ГДР и ЧССР. Для стереофонического вещания в СССР была выделена полоса частот 65,9-74,0 МГц. Постепенно в результате освоения полосы частот 87,5-108,0 МГц бывшие страны социалистического содружества отказывались от системы стереофонического вещания с полярной модуляцией и переходили на систему с пилот-тоном. В результате в настоящее время система с полярной модуляцией используется только в России, странах СНГ и Монголии, занимая полосу частот 65,9-74,0 МГц. В полосе частот 87,5-108,0 МГц в России идет активное внедрение системы стереофонического радиовещания с пилот-тоном (как правило, активно осваивают эту частотную полосу негосударственные радиостанции).

Два стереорежима: сходства и различия

Система стереовещания с пилот-тоном и система с полярной модуляцией имеют много общего. Комплексный стереосигнал (КСС) как той, так и другой системы содержит тональную часть, представляющую собой сумму сигналов А+В, и надтональную часть, несущую информацию А-В. Поднесущая частота модулируется разностью А-В по амплитуде (рис. 2 и рис. 3).

Различия этих двух систем заключаются в основном в методе подавления поднесущей частоты. Для системы с полярной модуляцией была выбрана поднесущая 31,25 кГц, то есть вторая гармоника частоты строк телевизионного изображения, которая давала возможность синхронизации с телевизионным изображением в случае введения стереофонического звучания в телевизионном приемнике. При проведении опытной эксплуатации было учтено, что передача самой поднесущеи отрицательно сказывается на величине полезной девиации частоты передатчика. Полная девиация частоты определяется напряжением:

U_ПММакс = 2U_m (1 + m)

В случае, когда коэффициенты модуляции тд=тв=т положительных и отрицательных полупериодов несущей частоты со равны, то в паузе девиация будет определяться величиной напряжения:

U_ПММакс = 2U_m

Из этой формулы видно, что даже при тмакс = 1 половина полезной девиации частоты будет отведена на передачу немодулированной поднесущеи, не содержащей, по существу, никакой информации. Поэтому в системе с полярной модуляцией было введено частичное подавление поднесущеи частоты с последующим восстановлением на приемном конце.

В системе же с пилот-тоном поднесущая частота подавляется практически полностью. Так как в приемнике необходимо иметь синфазное восстановление частоты, то наряду с основным сигналом в этой системе передается вспомогательный пилот-тон. Частота его выбрана равной половине частоты поднесущеи - 19 кГц. Для передачи пилот-тона требуется оставить свободным участок в спектре модулирующих частот между тональной и надтональной частями комплексного стереосигнала (КСС). Поэтому величина поднесущеи частоты в системе с пилот-тоном выбрана более высокой, равной 38 кГц, которая подавляется не менее чем на 40 дБ.

На рис. 4 показана несущая частота, верхняя огибающая которой промодулирована одним сигналом, а нижняя огибающая - другим. В таком виде можно представить передачу стереофонического звука. Верхняя огибающая - канал А, нижняя огибающая - канал В.

На рис. 5 представлен комплексный стереофонический сигнал (КСС), который после стереокодера подается на модулятор передатчика. В соответствии с "Регламентом радиосвязи Российской Федерации" для системы стереовещания с полярной модуляцией выделен диапазон частот 65,9-74,0 МГц, а для системы с пилот-тоном - полоса 100,0-108,0 МГц.

Крупнейшим оператором по эфирному распространению радиовещательных и телевизионных программ на территории Российской Федерации является ФГУП "Российская телевизионная и радиовещательная сеть" (РТРС), которое владеет более чем пятьюстами ОВЧ-, ЧМ- передатчиками серии "Дождь" мощностью от 2 до 4 кВт, работающими в монофоническом режиме и стереофоническом режиме с полярной модуляцией и транслирующими такие федеральные программы, как "Маяк", "Радио России", "Юность". В настоящее время большая часть этих передатчиков работает в монорежиме (- 70%). К сожалению, наша промышленность прекратила выпуск бытовых ОВЧ-, ЧМ- приемников, которые могут принимать стереопрограммы с полярной модуляцией, несколько лет назад. Но при этом существующее положение значительно упрощает переход из одной системы стереовещания в другую (в данном случае в систему с пилот-тоном), не затрагивая интересов радиослушателей, так как те радиослушатели, которые принимали стереопрограммы в режиме моно, так и будут их принимать в режиме моно независимо от режима стереовещания. Та часть радиослушателей, которые принимали программы в стерео-режиме с полярной модуляцией,в случае перехода на режим с пилот-тоном, будут принимать программы в монорежиме. Таким образом, для 70% радиослушателей при переходе на пилот-тон ничего не изменится. Но этот переход позволит нашей радиотехнической промышленности достаточно быстро наладить выпуск отечественных радиоприемников с расширенным диапазоном (65,9-74,0 МГц, 87,5-108,0 МГц), которые могут принимать радиовещательные программы в стереорежиме.

Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Одним из основных параметров, влияющих на ЭМС, является ширина полосы, занимаемая радиоэлектронным средством в эфире.

Правила вычисления необходимой полосы частот излучений для различных служб указаны в Регламенте радиосвязи, а примеры приведены в Приложении № 6 к данному Регламенту (см. также Рекомендации и отчеты МККР, 1986 год, том X, часть 1, отчет 1065).

В соответствии с этими документами необходимая полоса частот излучений с частотной модуляцией вычисляется с помощью правила Карсона:

B_n=2f_max + 2DK , где

B_п - необходимая полоса частот;

f_max - наибольшая модулирующая частота;

D - максимальная девиация радиочастотной несущей;

К - коэффициент, который, как правило, не определен и в примерах принят равным 1.

В звуковом радиовещании с частотной модуляцией максимальная девиация D=15 кГц и f_max=53 кГц для монофонических и стереофонических излучений соответственно. Применяя правило Карсона для указанных данных и при К=1, величины необходимой полосы частот составят:

B_n=180 кГц, B_n=256 кГц соответственно.

В то же время в ГОСТ Р 51741-2001 "Передатчики радиовещательные стационарные диапазона ОВЧ" приводится номинальное значение контрольной ширины полосы радиочастот, нормированное на уровне -30 дБ относительно заданного (исходного уровня) 0 дБ и должно составлять:

для передатчиков с полярной модуляцией (с девиацией ±50 кГц), работающих в полосе 65,9-74,0 МГц в режиме:

"моно" - 149,5 кГц;

"стерео" - 174,9 кГц;
для передатчиков с пилот-тоном (с девиацией ± 75кГц), работающих в полосе 87,5-108,0 МГц в режиме:

"моно" - 207,0 кГц;

"стерео" - 248,4 кГц.

Измерения контрольной ширины полосы, проведенные в соответствии с методикой ГОСТ Р 51741-2001, не должны превышать нормируемые значения более чем на 20%.

Таким образом, для режима стереовещания с полярной модуляцией допускается ширина полосы 209,9 кГц, а для стереорежима с пилот-тоном -298,1 кГц.

В РТРС на ряде передатчиков, работающих в стереорежиме с пилот-тоном в полосе 87,5-108,0 МГц, были проведены измерения мгновенной ширины полосы частот на реальной программе, которую занимают эти передатчики в эфире. Численные значения ширины полосы, занимаемой передатчиками в эфире, следующие:

f₀ =101,8 МГц, ширина полосы 264 кГц;

f₀ =104,2 МГц, ширина полосы 258 кГц;

f₀ =106,8 МГц, ширина полосы 216 кГц;

f₀ =102,2 МГц, ширина полосы 288 кГц;

Результаты измерений приведены на рис. 6, 7. Полученные значения хорошо соотносятся со значениями контрольной ширины полосы частот для этой системы стереовещания.

Как известно, в некоторых странах, частности в Германии, система стереовещания с пилот-тоном работает с девиацией ±50 кГц, тогда значение контрольной ширины полосы для этой системы (в соответствии с правилом Карсона) будет равна:

B_n = 2f_max + 2DK = 2*53 + 2*50 = 206,0 кГц

Из этого следует, что если при переводе из системы стереовещания с полярной модуляцией в систему стереовещания с пилот-тоном принять девиацию, равную ±50 кГц, то контрольная ширина полосы в этом случае будет находиться в поле допуска, установленного ГОСТ Р 51741-2001, и один из основных параметров, влияющих на ЭМС, не будет превышен. Таким образом, нет необходимости пересматривать существующий частотный план в полосе частот 65,9-74,0 МГц. Тогда устраняется еще одно препятствие на пути перевода стереовещания из системы с полярной модуляцией в систему стереовещания с пилот-тоном.

Первый заместитель генерального директора ФГУП "РТРС"
Александр Елехин

Директор производственно-технического департамента ФГУП "РТРС"
Юрий Хмелюк

Начальник отдела ФГУП "РТРС"
Алексей Шушкевич

Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #2, 2005
Посещений: 38710

Автор