Ми ведемо мовлення в FM-діапазоні
"Ми мовимо у FM-діапазоні."
Фразу "Ми мовимо у FM-діапазоні" можна часто почути від провідних програм на різних радіостанціях, що працюють в ОВЧ-діапазоні. Але мало хто замислювався над тим, що такого поняття як FM-діапазон немає, а є абревіатура англійських слів — FM (Frequency Modulation), що перекладається як частотна модуляція або скорочено — ЧС
Коли кажуть, що ми ведемо мову в діапазоні FM, то мають на увазі смугу частот 87,5-108,0 МГц ОВЧ (метрового) діапазону хвиль, смугу ж 65,9-74,0 МГц того ж ОВЧ (метрового) діапазону називають ЧМ . Хоча і в тій і в іншій смузі ОВЧ-діапазону радіомовні передавачі працюють із приватною модуляцією (рис. 1). Різниця полягає в тому, що в смузі 87,5-108,0 МГц передавачі працюють у стереорежимі з пілот-тоном, а в смузі частот 65,9-74,0 МГц - в стереорежимі з полярною модуляцією. (Відповідно до "Регламенту радіозв'язку України" для системи стереомовлення з полярною модуляцією виділено діапазон частот 65,9-74,0 МГц, а для системи з пілот-тоном - смуга 100,0-108,0 МГц). В окремих випадках, виходячи з умов електромагнітної сумісності, Мінзв'язку Україна надає дозвіл на використання частот у смузі 87,5-100,0 МГц.
У середині сімдесятих років минулого століття в усьому світі почалося активне впровадження стереовимовлення в діапазоні метрових хвиль: у США – у 1961 році, у СРСР – у 1963 році (регулярне), у ФРН, Великій Британії, Італії, Швеції, Нідерландах, НДР, ЧССР та інших країнах у 1966-1967 роках. МККР та ОІРТ рекомендували для впровадження дві різні системи стереофонічного мовлення: систему з пілот-тоном та систему з полярною модуляцією, розроблену в СРСР (нагадаємо, що система з пілот-тоном є модифікованим американським стандартом FCC).
Більшість колишніхсоціалістичних країн, які були членами ОІРТ, прийняли систему стереофонічного мовлення з полярною модуляцією, виняток становили лише НДР та ЧССР. Для стереофонічного мовлення у СРСР було виділено смуга частот 65,9-74,0 МГц. Поступово в результаті освоєння смуги частот 87,5-108,0 МГц колишні країни соціалістичної співдружності відмовлялися від системи стереофонічного мовлення з полярною модуляцією та переходили на систему з пілот-тоном. В результаті в даний час система з полярною модуляцією використовується тільки в Україні, країнах СНД та Монголії, займаючи смугу частот 65,9-74,0 МГц. У смузі частот 87,5-108,0 МГц в Україні йде активне впровадження системи стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном (зазвичай активно освоюють цю частотну смугу недержавні радіостанції).
Два стереорежими: подібності та відмінності
Система стереомовлення з пілот-тоном та система з полярною модуляцією мають багато спільного. Комплексний стереосигнал (КСС) як тієї, так і іншої системи містить тональну частину, що є сумою сигналів А+В, і надтональну частину, що несе інформацію А-В. Піднесуча частота модулюється різницею А-В по амплітуді (рис. 2 та рис. 3).
Відмінності цих двох систем полягають в основному в методі придушення частоти, що піднесе. Для системи з полярною модуляцією була обрана 31,25 кГц, що піднесе, тобто друга гармоніка частоти рядків телевізійного зображення, яка давала можливість синхронізації з телевізійним зображенням у разі введення стереофонічного звучання в телевізійному приймачі. При проведенні дослідної експлуатації було враховано, що передача самої піднесучої негативно позначається на величині корисної девіації частоти передавача. Повна девіація частоти визначається напругою:
Уу разі, коли коефіцієнти модуляції тд=тв=т позитивних і негативних напівперіодів несучої частоти рівні, то паузі девіація визначатиметься величиною напруги:
З цієї формули видно, що навіть при тмакс = 1 половина корисної девіації частоти буде відведена на передачу немодульованої піднесучої, яка не містить, по суті, ніякої інформації. Тому в системі з полярною модуляцією було введено часткове пригнічення частоти, що піднесе, з подальшим відновленням на приймальному кінці.
У системі ж з пілот-тоном частота, що піднесе, пригнічується практично повністю. Так як у приймачі необхідно мати синфазне відновлення частоти, то поряд із основним сигналом у цій системі передається допоміжний пілот-тон. Частота його обрана рівною половині частоти піднесучої - 19 кГц. Для передачі пілот-тону потрібно залишити вільною ділянку в спектрі модулюючих частот між тональною та надтональною частинами комплексного стереосигналу (КСС). Тому величина піднесучої частоти в системі з пілот-тоном обрана вищою, що дорівнює 38 кГц, яка пригнічується не менше ніж на 40 дБ.
На рис. 4 показана несуча частота, верхня огинаюча якої промодулирована одним сигналом, а нижня огинаюча - іншим. У такому вигляді можна подати передачу стереофонічного звуку. Верхня огинаюча - канал А, нижня огинаюча - канал В.
На рис. 5 представлений комплексний стереофонічний сигнал (КСС), який після стереокодеру подається модулятор передавача. Відповідно до "Регламенту радіозв'язку України" для системи стереомовлення з полярною модуляцією виділено діапазон частот 65,9-74,0 МГц, а для системи з пілот-тоном - смуга 100,0-108,0 МГц.
Найбільшим оператором з ефірного поширення радіомовних та телевізійних програмна території України є ФГУП "українська телевізійна та радіомовна мережа" (РТРС), яке володіє більш ніж п'ятьмастами ОВЧ-, ЧС-передавачами серії "Дощ" потужністю від 2 до 4 кВт, що працюють у монофонічному режимі та стереофонічному режимі з полярною модуляцією та транслі такі федеральні програми, як "Маяк", "Радіо України", "Юність". Нині більшість цих передавачів працює у монорежимі (- 70%). На жаль, наша промисловість припинила випуск побутових ОВЧ-, ЧС-приймачів, які можуть приймати стереопрограми з полярною модуляцією кілька років тому. Але при цьому існуюче становище значно спрощує перехід з однієї системи стереоповіщення в іншу (в даному випадку в систему з пілот-тоном), не торкаючись інтересів радіослухачів, оскільки радіослухачі, які приймали стереопрограми в режимі моно, так і прийматимуть їх в режимі моно незалежно від режиму стереомовлення. Та частина радіослухачів, які приймали програми в стерео-режимі з полярною модуляцією, у разі переходу на режим з пілот-тоном прийматимуть програми в монорежимі. Таким чином, для 70% радіослухачів під час переходу на пілот-тон нічого не зміниться. Але цей перехід дозволить нашій радіотехнічній промисловості досить швидко налагодити випуск вітчизняних радіоприймачів із розширеним діапазоном (65,9-74,0 МГц, 87,5-108,0 МГц), які можуть приймати радіомовні програми у стереорежимі.
Електромагнітна сумісність (ЕМС)
Одним з основних параметрів, що впливають на ЕМС, є ширина смуги, яку займає радіоелектронний засіб в ефірі.
Правила обчислення необхідної смуги частот випромінювань для різних служб вказані в Регламенті радіозв'язку, а приклади наведені у Додатку № 6 до цьогоРегламенту (див. також Рекомендації та звіти МККР, 1986, том X, частина 1, звіт 1065).
Відповідно до цих документів необхідна смуга частот випромінювань із частотною модуляцією обчислюється за допомогою правила Карсона:
Bп – необхідна смуга частот;
fmax - найбільша частота, що модулює;
D - максимальна девіація радіочастотної несучої;
К - коефіцієнт, який, як правило, не визначений і в прикладах прийнятий 1.
У звуковому радіомовленні з частотною модуляцією максимальна девіація D=15 кГц та fmax=53 кГц для монофонічних та стереофонічних випромінювань відповідно. Застосовуючи правило Карсона для зазначених даних і за К=1, величини необхідної смуги частот становитимуть:
Bn=180 кГц, Bn=256 кГц відповідно.
У той самий час у ГОСТ Р 51741-2001 " Передавачі радіомовні стаціонарні діапазону ОВЧ " наводиться номінальне значення контрольної ширини смуги радіочастот, нормоване лише на рівні -30 дБ щодо заданого (вихідного рівня) 0 дБ і має становити:
для передавачів з полярною модуляцією (з девіацією ±50 кГц), що працюють у смузі 65,9-74,0 МГц у режимі:
"стерео" – 174,9 кГц;
для передавачів з пілот-тоном (з девіацією ± 75кГц), що працюють у смузі 87,5-108,0 МГц у режимі:
"стерео" – 248,4 кГц.
Вимірювання контрольної ширини смуги, проведені відповідно до методики ГОСТ Р 51741-2001, не повинні перевищувати нормовані значення більш ніж на 20%.
Таким чином, для режиму стереомовлення з полярною модуляцією допускається ширина смуги 209,9 кГц, а для стереорежиму з пілот-тоном -298,1 кГц.
У РТРС на ряді передавачів, що працюють у стереорежимі з пілот-тоном у смузі 87,5-108,0 МГц, були проведеніВимірювання миттєвої ширини смуги частот на реальній програмі, яку займають ці передавачі в ефірі. Чисельні значення ширини смуги, яку займає передавач в ефірі, наступні:
f0 = 101,8 МГц, ширина лінії 264 кГц;
f0 = 104,2 МГц, ширина лінії 258 кГц;
f0 = 106,8 МГц, ширина лінії 216 кГц;
f0 = 102,2 МГц, ширина лінії 288 кГц;
Результати вимірів наведено на рис. 6, 7. Отримані значення добре співвідносяться зі значеннями контрольної ширини смуги частот цієї системи стереовещания.
Як відомо, у деяких країнах, зокрема в Німеччині, система стереововіщення з пілот-тоном працює з девіацією ±50 кГц, тоді значення контрольної ширини смуги для цієї системи (відповідно до правила Карсона) буде дорівнювати:
Bn = 2fmax + 2DK = 2 * 53 + 2 * 50 = 206,0 кГц
З цього випливає, що якщо при переведенні із системи стереомовлення з полярною модуляцією в систему стереовивлення з пілот-тоном прийняти девіацію, що дорівнює ±50 кГц, то контрольна ширина смуги в цьому випадку перебуватиме в полі допуску, встановленого ГОСТ Р 51741-2001, та один із основних параметрів, що впливають на ЕМС, не буде перевищено. Таким чином, немає потреби переглядати існуючий частотний план у смузі частот 65,9-74,0 МГц. Тоді усувається ще одна перешкода на шляху переведення стереоповіщення із системи з полярною модуляцією в систему стереоповіщення з пілот-тоном.
Перший заступник генерального директора ФГУП "РТРС" Олександр Єлєхін
Директор виробничо-технічного департаменту ФДУП "РТРС" Юрій Хмелюк
Начальник відділу ФДУП "РТРС" Олексій Шушкевич