Técnica | A Modulação em FM

Na coluna de Maio vamos nos aprofundar mais na modulação em FM, o que é também dúvida de muitos de nossos leitores pelos e-mails que recebo. Vamos explicar como é a modulação, o sistema de estéreo, sistema digital entre outros. Boa leitura!

Radiodifusão em FM 
     
FM radiodifusão é uma transmissão de tecnologia pioneira por Edwin Howard Armstrong que usa modulação de frequência (FM) para fornecer alta fidelidade de som durante transmissões de rádio.
 
Em todo o mundo, a banda de transmissão em FM cai na parte VHF do espectro de radiofrequências. Normalmente os 87,5-108,0 MHz são  usados, ou alguma parte dele, com poucas exceções:

Nas repúblicas da antiga União Soviética e alguns países do antigo Bloco de Leste, a antiga 65-74 MHz é também utilizado. frequências atribuídas são em intervalos de 30 kHz. Esta banda, por vezes referido como a banda OIRT, está sendo aos poucos substituído em muitos países. Nesses países, a 87,5-108,0 MHz é conhecida como a banda CCIR.

No Japão, a banda 76-90 MHz é usada para FM.

A freqüência de uma emissora FM (mais rigorosamente a sua frequência central atribuído nominal) é normalmente um múltiplo exato de 100 kHz. Na maior parte das Américas e no Caribe, apenas múltiplos ímpares são usadas. Em algumas partes da Europa, múltiplos Groenlândia e na África, só ainda são usados. Na Itália, múltiplos de 50 kHz são utilizadas. Há outros padrões incomuns e obsoletos em alguns países, incluindo 0,001, 0,01, 0,03, 0,074, 0,5 e 0,3 MHz. 

Modulação

Frequência Modulada (FM) é uma forma de modulação que transmite a informação sobre uma onda portadora, variando a sua frequência (em contraste com esta modulação de amplitude, na qual a amplitude da portadora é variada, com frequência permanece constante). Em aplicações analógicas, a frequência instantânea da portadora é diretamente proporcional ao valor instantâneo do sinal de entrada. Esta forma de modulação é usado geralmente na faixa de transmissão FM.

Pré-ênfase e de-ênfase

O ruído aleatório tem uma "distribuição" triangular espectrais em um sistema de FM, com o efeito que o ruído ocorre predominantemente nas frequências mais elevadas no âmbito da banda base. Isso pode ser compensado, em certa medida, impulsionando a alta frequência antes da transmissão e reduzindo-os por um valor correspondente no receptor. Reduzindo as altas frequências em que o receptor também reduz o ruído de alta frequência. Estes processos de reforço e, em seguida, reduzindo determinadas frequências são conhecidos como pré-ênfase e de ênfase, respectivamente.
A quantidade de pré-ênfase e importância de ser utilizado é definido pela constante de tempo de um circuito simples filtro RC. Na maior parte do mundo a constante de  50 μs  é utilizada. Na América do Norte, 75 μs. Isso se aplica tanto mono e estéreo as transmissões de áudio e banda base (não o subcarriers).

A quantidade de pré-ênfase que pode ser aplicado é limitado pelo fato de que muitas formas de música contemporânea contêm mais energia de alta frequência do que os estilos musicais que prevaleceu no nascimento de radiodifusão em FM. Eles não podem ser pré-enfatizados tanto porque causaria desvio excessivo da portadora de  FM. (Sistemas mais modernos de transmissão de FM tendem a usar uma variável dependente do programa dbx, pré-ênfase, por exemplo.

FM estéreo

No final dos anos 1950, vários sistemas de adicionar o rádio FM estéreo foram considerados pela FCC. Foram incluídos os sistemas de 14 defensores, incluindo Crosley, Halstead, Elétrica e Musical Industries, Ltd (EMI), a Zenith Electronics Corporation e a General Electric. Os sistemas individuais foram avaliados por seus pontos fortes e fracos em testes de campo em Uniontown, Pensilvânia utilizando-FM KDKA de Pittsburgh que era a estação de origem. Crosley, o  sistema foi rejeitada pela FCC, pois a relação degradar o  sinal-ruído do canal principal e por não ter um bom desempenho em condições de multi percurso de RF. Além disso, ele não permitia o uso de SCA  por causa de sua banda larga  e subportadora FM. O sistema de Halstead foi rejeitada devido à falta de separação estéreo de alta frequência e redução da principal taxa de sinal-ruído do canal. A GE Zenith e sistemas, tão semelhantes que eram considerados teoricamente iguais, foram formalmente aprovados pela FCC em abril de 1961 como o método padrão de radiodifusão de FM estéreo no E.U.A. e mais tarde adotada pela maioria dos outros países.

É importante que o sinal deve ser compatível com os receptores mono. Por esta razão, a esquerda (L) e direito (R) são canais codificados  algebricamente na soma (L + R) e diferença (L-R). Um receptor de mono vai usar apenas o sinal L + R de modo que o ouvinte vai ouvir os dois canais no altofalante. Um receptor estéreo irá adicionar o sinal de diferença para o sinal de soma para recuperar o canal esquerdo, e subtrair o sinal de diferença entre o montante a recuperar o canal direito.

O (L + R) principal sinal do canal é transmitido como o áudio de banda na faixa de 30 Hz a 15 kHz. O (L-R) sinal de sub-canal é modulada para a 38 kHz transportadora dupla faixa lateral suprimida (DSBSC) ocupando a faixa de sinal de banda de 23-53 kHz.

Um tom piloto 19 kHz, exatamente metade da frequência subportadora 38 kHz e com uma relação de fase definida precisamente a ele, também é gerado. Este é transmitido em 80-10% do nível de modulação em geral e usados pelo receptor para regenerar a 38 kHz sub-portadora com a fase correta.

O sinal multiplex final do gerador de estéreo contém o canal principal (L + R), o tom de piloto, e os sub-canais (L-R). Este sinal composto, junto com qualquer outro sub-transportadores (SCA), modula o transmissor FM.

Converter o sinal multiplex de volta em esquerda e direita de sinais de áudio é realizada por um decodificador de som, que é construído em receptores estéreo.

A fim de preservar a separação estéreo e os parâmetros de sinal-ruído, que é prática corrente a aplicação de pré-ênfase para a esquerda e direita de canais antes da codificação, e aplicar de ênfase no receptor após a decodificação.

Sinais FM estéreo são mais suscetíveis a ruídos e distorção do que os sinais mono.

Além disso, para um dado nível de RF para o receptor, a relação sinal-ruído para o sinal estéreo será pior do que para o receptor de mono. Por esta razão, muitos receptores FM estéreo incluem estéreo / mono interruptor que permite a audição em mono quando as condições de recepção são inferiores a ideal, e rádios de carro estão dispostos a reduzir a separação como a piora relação sinal-ruído, acabou indo para mono ainda indica um sinal estéreo está sendo recebida. 
 
Quadraphonic FM

Em 1969, Louis Dorren inventou o sistema de Quadraplex , compatíveis com a transmissão de FM de quatro canais. Há dois subcarriers adicional no sistema Quadraplex, completando o único utilizado em FM estéreo padrão. O layout baseband é o seguinte:

50 Hz a 15 kHz Canal Principal (soma de todos os 4 canais) (LF + LB + RB + RF) do sinal, para mono.
23-53 kHz (subcarrier quadratura cosseno) (LF + LB) - (RF + RB) menos Left Right de  diferença. Este sinal de modulação na soma algébrica e a diferença com o canal principal foi utilizado para 2 canais estéreo  ( compatibilidade ouvinte. ) 
23-53 kHz (quadratura sine subcarrier 38 kHz) (LF + RF) - (LB + RB) Front Back menos sinal de diferença. Este sinal de modulação na soma algébrica e a diferença com o canal principal e todas as outras subportadoras é usado para o ouvinte Quadraphonic.
61-91 kHz (76 kHz quadratura cosseno subportadora) (LF + RB) - (LB + RF) do sinal diferença Diagonal. Este sinal de modulação na soma algébrica e a diferença com o canal principal e todos os outros subcarriers também é usado para o ouvinte Quadraphonic.
95 kHz subcarrier SCA, phase-locked-piloto a 19 kHz, para a leitura de serviços para a música de fundo cego, etc
Houve várias alterações no sistema apresentado pela GE, Zenith, RCA, e Denon para testes e consideração durante a Quadraphonic International Radio.  ensaios de campo Comité para a FCC. O original Dorren Quadraplex sistema superou todas as outras e foi escolhida como o padrão nacional de Quadraphonic  em FM nos Estados Unidos. A Primeira  estação FM para transmissão de conteúdo do programa foi quadraphonic WIQB (agora chamado WWWW-FM), em Ann Arbor / Saline, Michigan, sob a orientação do engenheiro-chefe Brian Brown.
 
Outros serviços  de subcarrier
 
O espectro típico de sinal em banda base (25 kHz limite inferior deve ler-se 23 kHz) foi prorrogado para adicionar outros serviços. Inicialmente, estes eram serviços  privados de canais de áudio analógico que podem  ser usados internamente ou alugados. Serviços de Rádio de leitura para os cegos também são ainda comuns, e houve experiências com o som quadrafônico. Se o som não está em uma estação, tudo a partir de 23 kHz  pode ser usado para outros serviços. A banda de guarda em torno de 19 kHz (± 4 kHz) deve ser mantida, de modo a não provocar descodificadores estéreo em receptores. Se não é estéreo, não serão tipicamente uma banda de guarda entre o limite superior do sinal estéreo DSBSC (53 kHz) e do limite inferior de qualquer subportadora outros.

Outros serviços digitais também estão disponíveis. A subportadora kHz 57 (fase bloqueada para o terceiro harmônico do tom piloto estéreo) é usado para transportar uma baixa largura de banda digital Radio Data System sinal, fornecendo recursos extras, como alternativa de Freqüência (AF) e Network (NN). Este sinal de banda estreita é executado em apenas 1187,5 bits por segundo, o que só é adequado para o texto. Alguns sistemas proprietários são utilizados para as comunicações privadas. Uma variante do RDS é a norte-americana RBDS ou "sistema inteligente de radio". Na Alemanha, o sistema analógico ARI foi utilizado antes da RDS para a transmissão sobre o trânsito para os motoristas (sem perturbar outros ouvintes). Planos de uso ARI para outros países europeus, levou ao desenvolvimento da RDS como um sistema mais poderoso. RDS é projetado para ser capaz de ser usado juntamente com ARI apesar do uso de freqüências subcarrier idênticos.

Nos Estados Unidos, os serviços de rádio digital estão sendo implantados dentro da faixa FM ao invés de usar Eureka 147 ou o ISDB japonês. Esta abordagem em banda do canal, assim como todas as técnicas de rádio digital, faz uso de tecnologias avançadas de áudio comprimido. O sistema de propriedade iBiquity, marcado como "HD Radio", atualmente está autorizada a "operação no modo híbrido", onde tanto a transportadora FM analógico convencional e digital subcarriers lateral são transmitidos. Eventualmente, presumindo-se a implantação generalizada dos receptores de rádio de HD, os serviços analógicos teoricamente poderia ser interrompidos e se tornar a banda de FM totalmente digital.

Nos serviços dos  E.U.A. (excepto estéreo, quad e RDS), usando subportadoras, são muitas vezes referidos como SCA (subsidiária de comunicações de autorização). Utiliza para tal incluem subcarriers  de livro / leitura de jornais serviços para os ouvintes cegos, serviços de transmissão de dados privados (por exemplo o envio de informações sobre o mercado de ações para corretores listas negras de crédito  ou número de cartão de lojas) e subscrição de fundo comercial livre de música para lojas, paginação (bip " ").  subcarriers SCA são tipicamente 67 kHz e 92 kHz. 
 
 
Distância percorrida por uma transmissão FM estéreo

O intervalo de uma transmissão mono FM está relacionada com a potência do transmissor, o ganho da antena e altura da antena. A FCC (E.U.A.) publica curvas que ajuda no cálculo da distância máxima em função da intensidade do sinal no local de recebimento.

Para FM estéreo, a distância máxima prevista é significativamente reduzida. Isto é devido à presença da modulação subcarrier 38 kHz. processamento de áudio vigorosa  e aumenta a área de cobertura de uma estação de FM estéreo.

Aprovação de radiodifusão FM em todo o mundo

Apesar da FM ter sido patenteado em 1933, a transmissão FM comercial não iniciou  até 1939, quando foi iniciado por WRVE, a estação de FM da principal fábrica da General Electric em Schenectady, NY. Nos países fora da Europa,  levou muitos anos para FM ser adotada  pela maioria dos ouvintes de rádio.

As primeiras emissoras comerciais de FM foram nos Estados Unidos, mas, inicialmente, eram utilizados principalmente para difundir a música clássica a um listenership de luxo em áreas urbanas, bem como a programação educativa. Até o final dos anos 1960 o  FM foi aprovado pelos fãs de "Alternative Rock Music" ("Album Oriented Rock 'AOR -" Format "). Durante os anos 1980 e 1990,  as estações Top 40  de música e mais tarde até as estações de música country abandonaram o  AM para FM. Hoje AM se baseia principalmente na  preservação dos programas de rádio, notícias, esportes, programação religiosa, étnica (língua minoritária) de radiodifusão e de alguns tipos de música de interesses minoritários. Ironicamente, essa mudança tem transformado AM para a banda "alternativa" que FM foi um dia.

A banda de AM na Europa Ocidental está superlotado, levando a problemas de interferência e, como resultado, muitas freqüências. AM

Bélgica, Holanda, Dinamarca e Alemanha foram particularmente entre os primeiros países a adotar FM em escala generalizada. Entre as razões para isso são:

1.O banda AM na Europa Ocidental tornou-se superlotado, após a Segunda Guerra Mundial, principalmente devido as melhores freqüências de ondas médias estão sendo usados em altos níveis de potência pela ocupação das Forças Aliadas, tanto para a transmissão de entretenimento para suas tropas e para a difusão de propaganda de guerra fria através da cortina de ferro.

2.Depois da II Guerra Mundial, as freqüências de transmissão foram reorganizados e redistribuídos por delegados dos países vitoriosos. radiodifusores alemães foram deixadas apenas com duas freqüências restantes de  AM, e foram forçados a olhar para o FM.

Os organismos públicos de radiodifusão na Irlanda e Austrália eram muito mais lentos na adoção de rádio FM do que aqueles em América do Norte ou da Europa continental. No entanto, na Irlanda várias estações de FM sem licença comercial foram ao ar em meados da década de 1980. Estes geralmente simultaneos  em AM e FM.

No Reino Unido, a BBC iniciou as suas transmissões FM em 1955, com três redes nacionais de execução do Programa Luz, o terceiro programa e Home Service (renomeado Radio 2, 3 e Radio Radio 4, respectivamente, em 1967). Estas três redes utilizadas na sub-faixa 88,0-94,6 MHz. A sub-faixa 94,6-97,6 MHz foi utilizado posteriormente para a BBC e os serviços locais comerciais. Somente quando a transmissão comercial foi introduzido no Reino Unido, em 1973, fez o uso da FM na Grã-Bretanha. Com o gradual afastamento de outros utilizadores (nomeadamente serviços públicos, como polícia, bombeiros e ambulâncias) e da extensão da faixa de FM 108.0 MHz, entre 1980 e 1995, o FM expandiu-se rapidamente por todo o Ilhas Britânicas e assumiu efetivamente a partir de LW e MW como a plataforma de entrega de escolha para receptores fixos e portáteis domésticas e de veículos.

Além disso, a Ofcom (previamente a Autoridade Radio) nas questões do Reino Unido na demanda restrita de Serviço de licenças em FM e também em AM (MW) de curto prazo de radiodifusão de cobertura local que está aberto a qualquer pessoa que não pratica a proibição,  e pode colocar o licenciamento adequado e taxas de royalty. Em 2006, quase 500 licenças foram emitidas.

O FM começou na Austrália em 1947, mas não foi bem e foi encerrado em 1961 para expandir a banda na televisão. foi reaberto em 1975. Posteriormente, desenvolveu-se progressivamente, até na década de 1980 muitas estações AM transferiram-se  para a FM por causa de sua qualidade de som superior. Hoje, como no resto do mundo desenvolvido, a Austrália tem a maior parte de suas emissoras em FM.

A maioria dos países, expandiu a sua utilização através do FM  em 1990. Porque ele tem um grande número de estações de FM transmitindo para cobrir um país geograficamente grande, especialmente quando existem dificuldades do terreno.