В радиосвязи сигнал сообщения (низкая частота) объединяется с сигналом несущей (высокая частота). В этой комбинации одна или несколько характеристик несущей волны изменяются относительно сигнала сообщения. Это изменение называется модуляцией, и оно необходимо для того, чтобы сообщение могло передаваться на большие расстояния и не происходило нежелательного смешения сигнала.
В зависимости от нескольких факторов, таких как диапазон, область применения и бюджет, модуляция может быть разделена на три типа: амплитудная модуляция, частотная модуляция и фазовая модуляция. Из этих трех типов первые два широко известны, поскольку они образуют основную коммерчески применимую часть радиосвязи. В этой статье мы обсудим общую разницу между AM (амплитудной модуляцией) и FM (частотной модуляцией), что позволит лучше понять эти две технологии.
Эволюция: разработанная в 1870-х годах, AM является относительно более старым процессом модуляции по сравнению с FM, которая была разработана в 1930-х годах Эдвином Армстронгом.
Технология: как мы уже знаем, AM означает амплитудную модуляцию, где амплитуда несущей модулируется в соответствии с сигналом сообщения. Другие аспекты несущей волны, такие как фаза частоты и т. д., остаются неизменными. С другой стороны, FM означает частотную модуляцию, и в ней изменяется только частота колебаний несущей, а амплитуда, фаза и т. д. остаются постоянными.
Частотный диапазон работы: Амплитудная модуляция работает на частоте от 540 до 1650 кГц, а FM работает на частоте 88-108 МГц.
Потребляемая мощность: передача сигнала на основе FM потребляет более высокую мощность, чем эквивалентная система передачи сигналов на основе AM.
Качество сигнала AM и FM: качество сигнала у FM намного превосходит качество сигнала у AM, поскольку сигналы на основе амплитуды более восприимчивы к шуму, чем те, которые используют частоту. Кроме того, шумовые сигналы трудно отфильтровать в AM-приемнике, тогда как FM-приемники легко отфильтровывают шум, используя эффект захвата и эффекты предварительной частотной фильтрации и последующей частотной фильтрации. В эффекте захвата приемник блокирует себя, чтобы улавливать более сильный сигнал, чтобы полученные сигналы были более синхронизированы с сигналом на передающем конце. В случае предварительной частотной фильтрации и последующей частотной фильтрации, сигнал дополнительно усиливается до более высокой частоты в точке отправки (предварительная частотная фильтрация) и наоборот на конце приемника (последующая частотная фильтрация). Эти два процесса уменьшают вероятность сигнала в том, чтобы смешиваться с другими сигналами, благодаря чему FM более устойчива к шуму, чем AM.
Затухание: затухание означает изменение мощности во время передачи сигнала. Из-за затухания мощность с принятым сигналом может значительно различаться, и прием не будет хорошего качества. Затухание более заметно в амплитудной модуляции по сравнению с частотной модуляцией. Вот почему радиоканалы AM часто сталкиваются с проблемой, когда интенсивность звука меняется, в то время как FM-радиоканалы имеют постоянный хороший прием.
Разница в длине волны между AM и FM: волны AM работают в диапазоне кГц, а FM-волны работают в диапазоне МГц. В результате волны AM имеют более высокую длину волны, чем FM. Более высокая длина волны увеличивает диапазон AM-сигналов по сравнению с FM, которые имеют ограниченную зону покрытия.
Полоса пропускания: сигналы AM потребляют 30 кГц полосы пропускания для каждого, в то время как в FM полоса пропускания, потребляемая каждым сигналом, составляет 80 кГц. Следовательно, в ограниченном диапазоне пропускной способности в AM может быть отправлено больше количества сигналов, чем в FM.
Сложность схемы: амплитудная модуляция является более старой технологией и имеет очень простую схему. С другой стороны, частотная модуляция требует сложной схемы для передачи и приема сигнала. Сигналы, отправленные в FM, значительнее модулируются и фильтруются в передатчике, и они тщательно проверяются и корректируются на принимающей стороне. Вот почему схема для сигналов FM очень сложна.
Коммерческие аспекты: создание системы радиосвязи на базе AM очень экономично, поскольку нет сложных схем, и соответствующие AM процессы легко понять. С другой стороны, FM представляет собой довольно сложную систему связи и требует больших капиталовложений и опыта проектирования. Но FM-радиосистемы более популярны благодаря высокому качеству сигнала (особенно аудио) и большей помехоустойчивости.
Когда вы включаете радио, вы слышите музыку и голос, который транслируется за несколько километров.
Что такое радиоволны?
Радиопередачи AM и FM передаются по воздуху через радиоволны, которые являются частью широкого спектра электромагнитных волн, которые включают в себя видимый свет, рентгеновские лучи, гамма-лучи и другие.
Электромагнитные волны вокруг нас на разных частотах. Радиоволны похожи на световые волны, но частоты наши глаза не воспринимают.
Электромагнитные волны генерируются переменным током (AC), электрической мощностью, используемой для запуска каждого устройства в наших домах от стиральных машин до телевизоров. Переменный ток составляет 220 вольт при частоте 50 Гц, что означает, что ток чередуется или меняет направление в проводе 50 раз в секунду. Например, США используют 60 Гц в качестве стандарта. Как 50, так и 60 Гц являются относительно низкими частотами, но даже 60 Гц переменного тока генерирует некоторый уровень электромагнитного излучения, а это означает, что часть электричества выходит из провода и передается в воздух. Чем выше частота, тем больше электричества выходит из провода.
Чтобы превратиться в полезные сигналы, передающие информацию (музыку или голос), должна произойти модуляция, она является основой для радиосигналов AM и FM. Фактически, AM означает амплитудную модуляцию, а FM означает частотную модуляцию.
Другим словом для модуляции является изменение. Электромагнитное излучение должно быть модулировано или изменено для использования в качестве радиопередачи. Без модуляции никакая информация не передается в радиосигнале.
Радиопередачи AM
Радио AM использует амплитудную модуляцию и является самой простой формой радиовещания. Чтобы понять амплитудную модуляцию, рассмотрите стационарный сигнал, передающий на частоте 1000 кГц в диапазоне AM. Амплитуда постоянного сигнала не изменяются или не модулируются, поэтому нет полезной информации. Устойчивый сигнал генерирует только шум, пока он не будет модулирован голосом или музыкой.
Радио AM страдает от большого количества шума и помех, чем FM, особенно во время грозы. Электричество, генерируемое молнией, создает шумовые пики, полученные тюнером AM. Радио AM также имеет очень ограниченный диапазон аудио, от 200 Гц до 5 кГц, что ограничивает его полезность в радио.
FM-радиовещание
FM-радио использует частотную модуляцию, которая изменяет или модулирует частоту сигнала, сохраняя постоянную амплитуду. Когда частота модулируется, музыка или разговор передаются через несущую частоту.
FM-радио работает в диапазоне от 87,5 МГц до 108,0 МГц, гораздо более высокий диапазон частот, чем AM-радио.
Диапазон расстояний для передач FM более ограничен, чем AM, обычно менее 160 километров, но лучше подходит для музыки, поскольку диапазон частот FM составляет от 30 Гц до 15 кГц. FM-трансляции также обычно находятся в стереофоническом режиме, хотя несколько станций AM также транслируют стереосигналы.
Хотя FM-сигналы могут подвергаться шуму от молнии, то они используют функцию ограничителя, которая отсекает шумовые пики для получения относительно бесшумного сигнала.
Что сделала Норвегия
В начале этого года Норвегия начала переводить национальные радиостанции с FM-частот на цифровое вещание в формате DAB. Эксперимент начался в январе с региона Нурланн, а закончился 13 декабря в северных регионах Тромс и Финнмарк. Норвегия стала первой страной в мире, которая отказалась от аналогового радио на всей территории. Это не значит, что в стране больше не пользуются FM-радио: на новый формат переехали только национальные радиостанции - например, NRK. Частные и небольшие станции продолжат вещать на FM-частотах до 2022 года, после их лицензии пересмотрят.
Почему норвежское радио переезжает
Норвегия давно начала эксперименты с цифровым радио - первая такая станция запустилась в 1995 году. К 2017 году в стране работает 31 национальная цифровая станция. Для сравнения, национальных FM-станций в стране было всего пять. Цифровое вещание в горной местности, которая искажает FM-сигналы. Правительству оно обойдется в восемь раз дешевле аналогового и ежегодно сэкономит около 20 миллионов евро. Тем не менее большинству норвежцев - 66% - : они жалуются на недостаточное покрытие в горные регионах и низкое качество звука, а рыбаки боятся, что цифровое радио . Но к декабрю 86% всех радиослушателей в Норвегии уже .
Чем цифровое радио отличается от аналогового
1 из 4 2 из 4Tivoli Audio Music System+
3 из 4Denver DAB-40 Grey
4 из 4На FM-частотах станция передает радиосигнал и модулирует его таким образом, чтобы он превратился в голос или музыку. Цифровое радио формата DAB (Digital Audio Broadcasting) тоже пользуется радиочастотами, но оно кодирует сигнал и передает его в по частям, а потом приемник расшифровывает этот сигнал. FM-радио работает в частотах от 87,5 до 108 мегагерц (в разных странах диапазон отличается), цифровое радио будет работать в других частотах - от 174 до 240 мегагерц. Например, норвежское радио NRK P1, которое в Осло работало на частоте 88,7 мегагерца переехало на частоту 227,36 мегагерца.
Какие плюсы у цифрового радио
Качество приема
На цифровых радиостанциях не должно быть хрипов и шипения. У них есть важное отличие от FM-радио: они либо звучат хорошо, либо не работают совсем. Качество приема FM-радио зависит от силы сигнала: если сигнал слабый, станцию, возможно, получится поймать, но с хрипами. А у цифрового радио есть критическая отметка: если сила сигнала ее превышает, то станция звучит хорошо, если сила сигнала упала ниже, то станцию вообще не слышно.
Новые станции
Чтобы сигналы FM-радиостанций не мешали друг другу, между их частотами оставляют немного места, например, частоты радиостанций в Москве идут с шагом 0,4 мегагерца: 100,1, 100,5, 100,9 и так далее. Цифровые радиостанции шифруют свои сигналы и не мешают друг другу, поэтому в одном диапазоне можно запустить в три раза больше станций. В Москве работают 52 станции, если радиовещание в России переведут на цифровое, то в городе будет больше 150 станций.
Новые форматы
Цифровое радио даст новые способы заработать. Например, вещатели смогут шифровать сигнал так, чтобы он был доступен только платным подписчикам. Вместе со звуком цифровые станции передают метаинформацию, например, название песни, короткие новости и анонсы передач. Такой текст отобразится на экране приемника. Если в приемнике цифрового радио есть встроенный накопитель, то он сможет записывать программы в память и отматывать передачи в начало. Таким образом, радиопередачи превратятся в подкасты, которые можно переслушивать по несколько раз.
Какие минусы у цифрового радио
Качество звука
DAB - не новый формат, его разработали в 1980-х. Он использует формат сжатия MPEG-1 Audio Layer II, поэтому качество звука в цифровом радио не очень высокое: станции вещают с битрейтом 128–192 килобит в секунду. Норвежские слушатели отметили, что звучание цифрового радио им показалось не таким качественным, как звучание FM-станций (кроме того, звук цифровых станций иногда начинает булькать). Проблему решит новый формат DAB+, который сжимает звук более совершенным способом HE-AAC и передает более качественное звучание даже с меньшим битрейтом.
Обычный приемник не ловит сигнал цифрового радио, а цифровой стоит дороже аналогового, например, в Норвегии - €100–200. Норвежцы опасаются, что пожилые люди не станут покупать приемники и окажутся без привычного источника новостей. Новые приемники понадобятся автомобилистам: сейчас в стране . Но и покупка DAB-приемника не убережет от новых трат. Если Норвегия решит перевести вещание на DAB+, то слушателям снова придется обновлять технику: DAB-приемники не ловят сигнал DAB+.
Значит ли это, что FM-радио пришел конец
Скорее всего, от аналогового радио будут постепенно отказываться. В 2017 году цифровое радио . Великобритания планирует перейти с FM-радио на цифровое после того, как им будет пользоваться половина всех слушателей, а покрытие достигнет 90% страны. Возможно, это случится к 2020 году. Дания и Швейцария планируют перейти на цифровое радио в ближайшие годы. В следующем году тестирование DAB начнется в Италии. Германия хотела отказаться от FM-радио, но потом передумала.
Появится ли цифровое радио в России
Государственная комиссия по радиочастотам тестирует цифровое вещание с 2000 года. У России даже есть собственный формат цифрового радио - РАВИС, Российская аудиовизуальная информационная система реального времени. В 2010-м в России планировали начать цифровое радиовещание в формате DRM (Digital Radio Mondiale), но в 2015-м Российская телевизионная и радиовещательная сеть вернулась к идее запустить DAB+. РТРС в трех районах Москвы - в Хорошево-Мневниках, Кунцево и Таганском районе. В жилых кварталах прием был стабильный, на МКАД - нестабильный, а за пределами МКАД - в Красногорском районе - сигнал принимался только в малоэтажной застройке.
