ЧМ-вещание — радиовещание на основе метода частотной модуляции. Обеспечивает повышенное качество приёма сигналов звукового вещания по сравнению с системами на основе амплитудной модуляции (АМ). Распространение в мире начинается в 1940-х годах, активное с 1960-х.
В российских нормативно-правовых актах и в отечественной технической литературе используется аббревиатура ОВЧ ЧМ (частотная модуляция в диапазоне очень высоких частот), вследствие чего применяются термины «ОВЧ-ЧМ-радиовещание»[1], «ОВЧ-ЧМ-вещание»[2].
В СССР в 1960-х годах для ЧМ-вещания была выделена полоса частот 65,9—74 МГц с применением системы передачи стереофонического сигнала OIRT. С 1990-х годов в постсоветских странах стала использоваться ещё одна полоса частот — с системой передачи стереофонического сигнала CCIR. Поэтому два радиовещательных диапазона для их отличия могли иметь следующие названия:
История
Изобретателем системы передачи сигналов методом частотной модуляции (ЧМ) считается Корнелиус Д. Эрет (США, 1902 год), но в течение почти 30 лет это изобретение не находило практического применения[5]. В 1933 году американский радиоинженер Эдвин Армстронг предложил использовать широкополосную частотную модуляцию для радиовещания, получив к этому времени четыре патента по результатам своих исследований, — он уже в 1920-х годах занимался проблемой помех в радиоприёмниках. В то время радиостанции передавали звук методом амплитудной модуляции (АМ). Приём таких сигналов часто сопровождался помехами как атмосферного (разряды молний), так и промышленного происхождения. Среди оппонентов Армстронга был инженер Джон Р. Карсон (англ. John R. Carson), изобретатель однополосной амплитудной модуляции. В статье о ЧМ, опубликованной в 1922 году, он утверждал, что «этот тип модуляции даёт неприемлемые искажения без каких-либо преимуществ». Спор по поводу перспектив ЧМ-вещания разрешился в 1936 году после публикации работ другого теоретика ЧМ, Марри Кросби (англ. Murray G. Crosby), предложившего одну из ранних систем ЧМ-стереовещания. Оказалось, что действительно, ЧМ не даёт особых преимуществ при небольшой девиации частоты, однако широкополосная ЧМ позволяла уменьшить влияние помех от атмосферного электричества или работающего электрооборудования (например в автомобиле)[6].
В мае 1940 года Федеральная комиссия по связи (англ. FCC) США выделила для ЧМ-вещания полосу частот 42—50 МГц, и уже вскоре в США работали сорок ЧМ-радиостанций[6]. Регулярное ЧМ-вещание в США началось в 1941 году[7], в СССР — в 1946 году. Первая радиовещательная станция в Москве на метровых волнах с частотной модуляцией (МВ ЧМ)[8] имела мощность 1000 Вт на частоте 46,5 МГц[9].
Во второй половине 1940-х годов при активном содействии Эдвина Армстронга ЧМ-вещание в США стало быстро расширяться, и выделенная для него полоса частот вскоре была заполнена. Президент компании RCA Дэвид Сарнов препятствовал развитию ЧМ-вещания, рассматривая его как угрозу прибылям RCA от продаж АМ-приёмников и перспективным доходам от весьма затратного внедрения телевизионного вещания. Были опасения, что американцы, увлечённые высоким качеством ЧМ-вещания, не обратят должного внимания на появление телевидения. Не без давления Сарнова, FCC постановила уже освоенную полосу частот 42—50 МГц закрепить за звуковым сопровождением телевидения, а ЧМ-вещание перевести в полосу частот 88—108 МГц и ограничить мощность передатчиков до 500 Вт. Это потребовало больших затрат на переоснащение всей сети ЧМ-вещания, её развитие замедлилось, зато развивалось телевидение[6].
Стереовещание
Предыстория и внедрение
Ещё большего качества ЧМ-вещания можно было достичь внедрением систем стереовещания. В 1950-х годах в разных странах было предложено более 30 систем стереовещания[* 1] и в ведущих странах (США, Япония, СССР и др.) были проведены их сравнительные исследования. В результате этих исследований в США в 1961 году была принята система с пилот-тоном, разработанная фирмами «Зенит» и «Дженерал электрик». В СССР под руководством профессора Л. М. Кононовича была разработана система с полярной модуляцией, изобретённой в 1939 году А. И. Косцовым[7].
Активное внедрение стереовещания на метровых волнах началось в середине 1960-х годов: 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. Международная организация радиовещания и телевидения (фр. OIRT), объединяющая ряд стран Европы и Азии, предложила систему стереовещания с полярной модуляцией, разработанную в СССР. Международный консультативный комитет по радио, МККР (англ. CCIR), рекомендовал внедрение системы с пилот-тоном (модифицированный американский стандарт FCC). Передатчики в стереорежиме с пилот-тоном работали в радиовещательной (согласно международному Регламенту радиосвязи) полосе частот 87,5—108,0 МГц[10] (в Японии использовалась полоса частот 76—90 МГц с последующим расширением до 95 МГц).
Страны социалистического лагеря (исключая ГДР и ЧССР), являвшиеся членами OIRT, приняли систему стереовещания с полярной модуляцией. В СССР и в ряде соседних стран для такого вещания была выделена полоса частот 65,9—74,0 МГц. Постепенно, по мере освоения полосы частот 87,5—108 МГц, бывшие страны социалистического содружества отказывались от системы OIRT и переходили на систему с пилот-тоном, европейская версия которой стала называться системой CCIR[11]. К 2005 году система с полярной модуляцией в полосе частот 65,9—74 МГц использовалась только на постсоветском пространстве и в Монголии[10].
Системы стереовещания
Система стереовещания с полярной модуляцией (система OIRT)[12] и система с пилот-тоном (система CCIR)[13] имеют много общего. Для обеспечения совместимости с ЧМ-приёмниками монофонического вещания тональная (низкочастотная) часть комплексного стереосигнала (КСС), который подаётся на модулятор передатчика, представляет собой сумму звуковых сигналов левого и правого каналов (L+R). Причём сигналы L и R для улучшения помехозащищённости сначала подвергаются частотным предыскажениям[* 2] — повышается уровень высокочастотных составляющих этих сигналов (на приёмной стороне производится соответствующая коррекция). Надтональная (высокочастотная) часть спектра КСС содержит информацию о разности сигналов (L−R) и формируется амплитудной модуляцией сигналом L−R так называемой поднесущей частоты 31,25 кГц (с полярной модуляцией) или 38 кГц (с пилот-тоном). Общая информация — L+R и L−R — достаточна для восстановления сигналов левого и правого каналов в приёмнике[14].
Сигнал поднесущей частоты не содержит звуковой информации и ухудшает характеристики КСС и передаваемого ЧМ-сигнала, но он необходим на приёмной стороне для демодуляции сигнала L−R. Поэтому при формировании КСС в системе с полярной модуляцией поднесущая частота подавляется на 14 дБ, что обеспечивает возможность её восстановления в приёмнике. В системе с пилот-тоном поднесущая подавляется практически полностью, а для возможности получения в приёмнике необходимой частоты 38 кГц в КСС вводится вспомогательный пилот-тон с частотой 19 кГц. В целом, спектр сигнала с пилот-тоном оказывается шире спектра с полярной модуляцией[10][14].
В системе с пилот-тоном предусмотрена возможность использования подсистемы передачи данных — RDS. Для формирования сигнала RDS используется амплитудная модуляция специальной поднесущей на частоте 57 кГц[13].
Девиация частоты передатчиков для полосы частот 65,9—74 МГц (с полярной модуляцией) составляла ±50 кГц, для полосы 87,5—108 МГц (с пилот-тоном) — ±75 кГц. В некоторых странах, например в Германии, система стереовещания с пилот-тоном работала с девиацией ±50 кГц[10].
Практика применения в России двух систем стереовещания показала преимущества системы с пилот-тоном, у которой, в частности, оказались лучше параметры разделения правого и левого каналов при сравнительно простом декодирующем устройстве в радиоприёмнике[15], и в 2000-х годах предлагалось ускорить перевод технических средств в полосе частот 66—74 МГц из режима с полярной модуляцией в режим с пилот-тоном[16]. Для этого был разработан вариант исполнения отечественного передатчика «Полюс», который позволял работать в обеих системах стереовещания.
Российские особенности
Названия радиовещательных диапазонов
Основной причиной выбора в СССР полосы частот для ЧМ-вещания 65,9—74 МГц называется то, частоты выделялись внутри исторически сложившихся в Европе и США телевизионных диапазонов, а последние отличались занимаемой полосой частот (8 МГц в СССР, 7 МГц в Европе, 6 МГц в США). Вместе с тем на выбор частот повлияло желание сделать невозможным прослушивание зарубежных передач в диапазоне УКВ в пограничных с сопредельными государствами зонах[17]. Первоначально передача в этой полосе частот велась с горизонтальной поляризацией[18].
В 1990-х годах в России происходило активное освоение полосы частот 87,5—108 МГц с системой стереовещания с пилот-тоном[10]. Появление радиовещательных станций в этой полосе частот на территории постсоветских стран было обусловлено наличием у населения большого парка радиоприёмников (с диапазоном 87,5—108 МГц) в составе импортных магнитол, в том числе автомобильных[19], и другой бытовой электроники (как правило, японского производства), а также благодаря возможности создания негосударственных радиостанций в связи с начавшимся периодом демократизации и распада СССР. Передача в этой полосе частот осуществлялась с вертикальной поляризацией. Изменение было сделано отчасти для обеспечения удобства приёма радиовещания из автомобиля на вертикальную штыревую антенну и уменьшения помех телевидению[18].
В дальнейшем радиовещание и в той и другой полосе частот велось как с вертикальной, так и с горизонтальной поляризацией. На 2008 год для московского региона в полосе частот 65,9—74 МГц большинство станций (80 %) работали с горизонтальной поляризацией, а в полосе 87,5—108 МГц большинство станций (60 %) — с вертикальной поляризацией, что создавало определённые неудобства при приёме сигналов от нескольких радиостанций в обоих диапазонах на одну антенну. В таких условиях для качественного приёма сигнала требовалось применение комбинированных антенн (антенн с круговой поляризацией)[18].
Основные параметры двух систем стереовещания были включены в единый российский стандарт[20]. Как следствие, полоса частот 65,9—74 МГц могла в обиходе называться «ЧМ»[10], «советский УКВ-диапазон» или чаще просто «УКВ», а полоса частот 87,5—108 МГц, да ещё и с другой системой формирования стереосигнала, получила название «FM-диапазон»[19] (также распространено обозначение «ФМ»[2]). Хотя и в той и в другой полосе метрового диапазона волн радиовещательные передатчики работали с частотной модуляцией (англ. frequency modulation — FM) и оба диапазона относятся к ультракоротким волнам (УКВ).
То, что в России было принято называть «FM-диапазоном», объединяло два стандартных (согласно Регламенту радиосвязи) вещательных диапазона — 87,5—100 МГц и 100—108 МГц — первый (нижний) из которых на основании российского внутреннего распределения частот использовался для телевизионного вещания с допускаемой возможностью ЧМ-вещания.
Как показывают публикации в журнале «Радио»[21]и стандарты на бытовые радиоприёмники[22], обычно применялось[* 3] следующее разделение (в кавычках приведены обиходные названия):
- УКВ1 — 65,9—74 МГц — «УКВ-диапазон», «УКВ-ЧМ-диапазон»[3], «ЧМ-диапазон»[4];
- УКВ2 — 87,5—108 МГц (100—108 МГц, согласно ГОСТ[22][23]) — «FM-диапазон»[3], «ФМ-диапазон»[2].
Соответственно, радиовещание в диапазоне УКВ1 могло в обиходе называться «УКВ-вещание», «УКВ-ЧМ-вещание», а в диапазоне УКВ2 — «FM-вещание»[3]. В нормативно-правовых актах и в специализированных статьях на тему радиовещания в указанных полосах частот используется аббревиатура ОВЧ ЧМ («ОВЧ ЧМ вещание»[24], «ОВЧ-ЧМ-вещание»[2]).
Категории распределённых полос частот
В 2011 году постановлением правительства России утверждена Таблица распределения полос радиочастот между радиослужбами Российской Федерации[1]. Согласно этому документу в диапазоне ОВЧ установлены следующие полосы частот радиовещательной службы радиосвязи (звукового вещания), в основном в категории «СИ» — совместного использования с другими службами радиосвязи:
- 66—74 МГц;
- 87,5—100 МГц (совместное использование с телевещанием)[25];
- 100—104 МГц (категория «ГР» — преимущественного использования средствами гражданского назначения);
- 104—108 МГц.
Указанные полосы частот сопровождаются примечаниями, приведёнными в конце документа. Например, из примечания 85 следует, что полосы радиочастот 66—74 МГц и 87,5—100 МГц в перспективе должны быть переведены в категорию «ГР».
Согласно международному Регламенту связи полоса частот от 68 до 87,5 МГц отведена для других радиослужб, но не для радиовещания, поэтому (примечание 89)[1] использование полосы радиочастот 68—74 МГц «станциями радиовещательной службы на первичной основе в приграничных районах Российской Федерации возможно при условии получения согласия администраций связи заинтересованных соседних государств в соответствии с Регламентом радиосвязи».
Каналы ТВ в полосе частот для ЧМ-вещания
В нижнюю часть полосы частот 87,5—108 МГц попадали 4-й и 5-й каналы аналогового телевещания России[26], поэтому радиовещательные станции по системе с пилот-тоном работали в основном в полосе частот 100—108 МГц. В некоторых случаях, при отсутствии помех от телевещания, выдавалось разрешение на работу станций в полосе частот 87,5—100 МГц[10]. Проведённые эксперименты в этой полосе частот показали практическую возможность совместной работы радиовещательных станций и распределительных сетей кабельного телевидения, в частотном плане которых были задействованы 4-й и 5-й телевизионные каналы[19].
| Номер КТВ | Полоса частот КТВ, МГц | Несущая частота изображения, МГц | Несущая частота звука, МГц |
|---|---|---|---|
| 1 | 48,5…56,5 | 49,75 | 56,25 |
| 2 | 58…66 | 59,25 | 65,75 |
| Полоса частот 66—74 МГц для ЧМ-вещания | |||
| 3 | 76…84 | 77,25 | 83,75 |
| 4 | 84…92 | 85,25 | 91,75 |
| Полоса частот 87,5—100 МГц для ЧМ-вещания на свободных от КТВ частотах | |||
| 5 | 92…100 | 93,25 | 99,75 |
| Полоса частот 100—108 МГц для ЧМ-вещания | |||
| S1 | 110…118 | 111,25 | 117,75 |
| Кабельные каналы S2—S7 в таблице не показаны | |||
| S8 | 166…174 | 167,25 | 173,75 |
| 6 | 174…182 | 175,25 | 181,75 |
| Далее каналы в таблице не показаны | |||
ЧМ-вещание в кабельном телевидении
Радиосигналы ЧМ-вещания доходили до потребителя и по системам кабельного телевидения. В технических требованиях к распределительной сети кабельного телевидения указано[24]:
6.4 Распределение радиосигналов ОВЧ ЧМ вещания должно быть обеспечено в полосах частот от 65,9 до 74 МГц и от 100 до 108 МГц.
Допускается распределение радиосигналов ОВЧ ЧМ вещания в полосе частот от 87,5 до 100 МГц в кабельных распределительных сетях, не использующих полосу частот четвертого и пятого телевизионных каналов для передачи радиосигналов вещательного телевидения.
Таблица распределения полос радиочастот между радиослужбами Российской Федерации (примечание 95)[1] устанавливает приоритет радиоэлектронных средств при взаимном электромагнитном воздействии «в случае совместного использования кабельных распределительных сетей систем коллективного приёма телевидения, радиовещания и аппаратурой кабельного телевидения». То есть кабельная распределительная сеть должна строиться таким образом, чтобы не создавать радиопомех приёму эфирного сигнала ЧМ-вещания, при этом «не должны предъявляться претензии в отношении возможных радиопомех со стороны радиоэлектронных средств».
Зона обслуживания
По сравнению с диапазонами ДВ, СВ и КВ зона обслуживания радиостанций в метровом диапазоне невелика и ограничена практически зоной прямой видимости (в радиусе примерно 70 км, в зависимости от высоты передающей и принимающей антенн). Расстояние до границы зоны обслуживания примерно такое же, как до оптического горизонта[27]; далее напряжённость поля излучаемой волны уменьшается из-за эффекта близости земли. Реальная зона обслуживания зависит от ряда факторов, среди которых и технические характеристики радиоприёмника, и характер местности, и условия застройки в месте приёма[2].
Альтернативы аналоговому ЧМ-вещанию
Вопрос замены аналогового эфирного радиовещания на цифровое радиовещание в тех же диапазонах частот[* 4] может оставаться открытым ещё очень долго, каждая из предлагаемых технологий имеет свои преимущества и недостатки, и ни одна из них пока не способна побороть консерватизм широких слушательских масс[28]. Основная проблема заключается в том, что требуется заменить весь парк радиоприёмников и вложить средства в новые радиопередатчики. Программа может стоить десятки-сотни миллионов долларов и займёт, предположительно, 15—20 лет[3]. Существуют и проблемы местного характера. Например, есть мнение, что рост числа радиоканалов в России при переходе на цифровое радиовещание приведёт к упадку рынка радиовещания, так как «рекламных бюджетов на всех не хватит»[29].
В диапазоне 30—300 МГц
В середине 2000-х годов в России разрабатывалась концепция развития радиовещания на период 2006—2015 годов, в частности план модернизации радиовещательной сети в диапазоне ОВЧ (пункт 4.2.2)[16]. Отмечалось, что действующие в этом диапазоне ЧМ-радиопередатчики типа «Дождь-2», транслирующие государственные программы «Радио России», «Маяк» и «Юность», устарели морально и физически. В качестве необходимых мер предлагалось:
- провести замену устаревшего оборудования (в том числе антенно-фидерных устройств), работающего в полосе частот 66—74 МГц на современное;
- ускорить перевод технических средств в полосе частот 66—74 МГц из режима с полярной модуляцией в режим с пилот-тоном;
- расширить в России выпуск недорогих бытовых радиоприёмников, которые принимают сигнал стереовещания в полосах частот 66—74 МГц и 87,5—108 МГц.
В качестве альтернативы ЧМ-вещанию предлагалось рассмотреть систему цифрового звукового вещания T-DAB («T» означает «наземная»), обеспечивающую качество звучания, сравнимое с качеством CD. При этом отмечалось, что стоимость приёмного и передающего оборудования для системы DAB значительно превосходит стоимость оборудования ЧМ-вещания[16]. Позднее государственной компанией РТРС был предложено использование стандарта DAB+. Стандарты DAB/DAB+ предназначены для вещания в полосе частот 174—230 МГц. Эта полоса частот в России на момент предложения была занята телевидением и должна была освободиться после отключения аналогового телевещания[3].
Также для диапазона ОВЧ (в полосе частот 30—174 МГц) предназначена новая редакция стандарта DRM — DRM+, которую разработал Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI)[30]. Есть решение ГКРЧ о выделении полосы радиочастот 148,5—283,5 кГц для создания на территории Российской Федерации сетей цифрового радиовещания на основе стандарта DRM+[31]. С это же целью на очередном заседании ГКРЧ в сентябре 2018 года было поддержано решение о выделении полос частот 66—74 МГц и 87,5—108 МГц[32].
Для того, чтобы переход к цифровому радиовещанию был плавным и оказался менее затратным для населения, разработаны так называемые системы гибридного аналого-цифрового звукового вещания. В этих системах радиовещательный сигнал передаётся на одной несущей частоте одновременно и в аналоговом, и в цифровом форматах, что позволяет принимать аналоговый сигнал на обычный ЧМ-приёмник, а цифровой — на цифровую приставку или цифровой приёмник[33][34].
В диапазонах до 30 МГц
Действующий на территории России парк радиовещательных передатчиков с амплитудной модуляцией в диапазонах низких частот (НЧ), средних частот (СЧ) и высоких частот (ВЧ) устарел морально и физически. Здесь также, как и в диапазоне ОВЧ, требуется комплексная модернизация оборудования с последующим переходом на технологии цифрового вещания стандарта DRM. Внедрение этой системы позволит эффективно использовать радиовещательные полосы частот и обеспечит качество радиовещания, близкое к качеству ЧМ-вещания[16] (передаваемая полоса частот звукового сигнала 50—10 000 Гц[31]).
Условия распространения радиоволн в диапазонах до 30 МГц позволят покрывать радиовещанием большие удалённые территории России с малой плотностью населения, где другие виды радиовещания, в частности ЧМ-вещание в диапазоне ОВЧ, развивать экономически нецелесообразно[16].
В диапазоне 300—3000 МГц
Для покрытия радиовещанием больших удалённых территорий также может использоваться спутниковое непосредственное звуковое вещание (СНЗВ) в диапазоне УВЧ (300—3000 МГц), позволяющее принимать цифровой сигнал непосредственно на бытовые радиоприёмники с качеством звука, близким к CD[16][35].
Внедрение СНЗВ поднимет систему радиовещания на качественно новый уровень — три космических аппарата обеспечат доставку пакета радиовещательных программ практически в любую точку России, что позволит отказаться в перспективе от части высоко затратных мощных радиопередающих средств в диапазонах до 30 МГц[16].
Практические шаги
11 января 2017 года Норвегия начала постепенное отключение FM-вещания и переход на цифровое радиовещание стандарта DAB[36]. В декабре того же года Норвегия стала первым в мире государством, которое полностью отказалось от ЧМ-вещания[37].
Примечания
Ссылки
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
