SOWA RADIO
Radiofonia Analogowa
1. Charakterystyka słyszalności ucha ludzkiego. Pasmo i dynamika sygnałów fonicznych.
Muzyka –zakres częstotliwości: 40Hz-15k; dynamika: 70dB (30-100)
Mowa –zakres częstotliwości: 100Hz-8k; dynamika: 50dB (30-80)
Zakres słyszalności: zakres częstotliwości: 20Hz-20k; dynamika 140dB (-10-130)
Mowa i muzyka jest transmitowana w postaci sygnałów elektrycznych tzw. sygnałów mikrofonowych. Dynamika wpływa mają stawiane wymagania ze względu na poziom szumów własnych. Dynamika jest to stosunek dźwięków najwyższych do najniższych. Np. wierne odtworzenie muzyki orkiestrowej wymaga pasma 40-14000Hz i dynamiki 70dB Dynamika może być wyrażona za pomocą ciśnienia akustycznego lub poziomów sygnału (natężenie dźwięku). Organy piszczałkowe 25-16000Hz, telefon 300-3000Hz, Radiofoniczne odbiorniki AM 150-4000Hz (4500), odbiorniki wysokiej jakości analogowy FM: 40-1200 (15000)Hz, nadajnik radiowy lub telewizyjny co najmniej 30-14000Hz, płyta winylowa: 30-12000Hz, płyta CD 20-20000Hz, magnetofony analogowe 30-16000Hz.
0dB to ciśnienie 2*10-5 N/m2
muzyka 40Hz – 14kHz z dynamiką 70dB, mowa 100 Hz – 8kHz z dynamiką 40 dB (męska)
mowa kobieca 160 Hz – 10 kHz
2. Systemy mono, stereo i kwadrofoniczne. Kompatybilność. Wymagania na sygnał sumy.
· monofoniczne (informacja tylko o natężeniu dźwięku, jeden sygnał mikrofonowy)
· stereofoniczne (dodatkowa inf o kierunku przechodzenia dźwięku, dwa sygnały mikrofonowe A i B)
W nadajniku przechodzi się z sygnałów symetrycznych na niesymetryczne (sumy i różnicy) - ze względu na kompatybilność mono i stereo.
Sumy: M=1/2(A+B) – łączna inf o natężeniu obu kanałów, brak inf o kierunku.
Różnicy: S=1/2(A-B)
-kwadrofoniczny – odbiór dźwięku z każdej strony, inf o kierunku, 4 mikrofony.
Systemy: dyskretny (m=4, t=4, g=4); matrycowy (m=4. t=2, g=4)
· Kompatybilność między odbiornikami mono (odbierają tylko jeden kanał) i odbiornikami stereo (odbierają dwa kanały) została rozwiązana następująco, dwa różne sygnały z kanału lewego i prawego najpierw podano na wzmacniacze następnie są naprzemiennie przełączane z częstotliwością 38 kHz raz to kanał lewy, raz prawy (ludzkie ucho nie zdąży wyłapać takiej różnicy) Tak więc w jednym momencie nadawany jest tylko jeden z kanałów . Dalej oba zkluczowane częstotliwością 38kHz kanały , w bloku sumatora łączone są razem i dodawany jest do nich sygnał pilota . Ponadto do sumatora dociera także połączony dźwięk kanałów L+P w wersji dla odbiorników monofonicznej . Po zsumowaniu otrzymujemy zespolony sygnał stereofoniczny (((38kHz L + 38kHz P)+ sygnał mono L+P)+pilot 19kHz) zwany w skrócie MPX . Dalej sygnał ten wędruje do filtru dolnoprzepustowego 56kHz , mającego na celu wyzbycie się niepotrzebnych zakłóceń z MPX i zawężenia jego pasma do pożądanej częstotliwości.
3. Stereofonia z sygnałem pilotującym. Tworzenie sygnału. Opis analityczny. Nominalne widmo częstotliwościowe sygnału modulującego.
Maksymalna dewiacja D=75kHz 88-108MHz preemfaza 50ms. Sygnał sumy M(t)=1/2(L(t)+R(t)), sygnał różnicy S(t)=1/2(L(t)-R(t)) Sygnał różnicy został zmodulowany amplitudowo z całkowicie wytłumioną falą nośną. 38 kHz +/-4kHz jest to sygnał podnośnej. Wstęgi boczne po modulacji tworzą sygnał X(t) czyli X(t) powstaje w wyniku modulacji C(t) sygnałem S(t) amplitudowo z całkowicie wytłumioną falą nośną Trzeba odtworzyć nośną po stronie odbiorczej równą co do amplitudy i fazy dlatego dodaje się sygnał pilotujący P(t) o f=19KHz (1/2 fali podnośnej). Ostatecznie sygnał można zapisać MPX(t)=M(t)+P(t)+X(t)=((L+R)/2)+((L-R)/2)*sin(2wPit)+0,1*sin(wPit) gdzie wPi=2p19*103 - częstotliwość pilota. Sygnał MPX posiada kompatybilny sygnał sumy wywołujący dewiację fali nośnej nie przekraczającej 90% dewiacji maksymalnej. Podnośna jest tłumiona co najmniej o 40 dB. Sygnał pilotujący ma częstotliwości równa połowie częstotliwości pośredniej a wykorzystanie dewiacji max poszczególnych sygnałów P(t) 10% pozostałe 90% na sygnały sumy i różnicy. M i S podawane preemfazie 50ms oddzielnie lub razem. Przejście sygnału podnośnej przez 0 przy narastaniu sygnału powinno być zgodne w czsie z takim samym przejściem sygnału pilota.
5. Systemy modulacji analogowych wykorzystywane w radiofonii naziemnej.
AM: DSB A3 Bn=2fmax – szer. pasma;
FM : F3 Bn=2(fmax + D) ograniczony 10% (dwuwstęgowa modulacja z fn), ->Bn=18kHz
Bn=2(2fmax +D) ogr. 5%(uwzględnienie w widmie prążków przekraczających 5% wartości prążka max.
DSB-S.C. – z wytłumiona falą nośną, D – dewiacja (75 kHz)
Amplitudowa:
- AM-S.C. bez f. nośną – dwuwstęgowa
- DSB-S.C. bez f. nośną – dwuwstęgowa
- AM, DSB – dwuwstęgowa z f. nośną
-SSB jednowstęgowa z f. nośną
SSB-S.C. jednowstegowa Bez f. nośną
VSB – z częściowo wytłumioną f. nośną
Modulacja kąta:
-Pn –fazy
-Fn – częstotliwości
___________________________________________________________________________
AM: szerokość pasma B=2fm.; nieekonomiczna ze względu na szerokość pasma i moc; zaletą jest łatwość z jaką się ją generuje oraz dokonuje operacji odwrotnej; dzielimy ją na: DSB-S.C. mod dwuwstęgowa ze stłumioną falą nośną; VSB mod z częściowo stłumioną wstęgą boczną; SSB mod jednowstęgowa: B=fm.
FM: szerokość pasma B={2(Df+fmax) dla Df/fmax£4 oraz 2(Df+2fmax) dla Df/fmax>4
W radiofonii analogowej wykorzystujemy tylko dwie modulacje: modulację pełną AM, oraz modulację F3. Inne modulacje wykorzystywane są przez służby specjalne. 1) A3a, A3b - modulacje jednowstęgowe SSB n=PSwy/ PSzwy=PS/PSZ, n=S/N.2) A3 - AM n=PSwy/ PSzwy=(PS/PSZ)*m2 gdzie m to głębokość modulacji występuje silna zależność S/N od głębokości modulacji. 3) F3 FM n=PSwy/ PSzwy=1,5*(Df/fm) (PS/PSZ) gdzie Df to dewiacja częstotliwości.
AM częstotliwość modulująca fm max=4,5kHz Bw=9kHz fw.cz.min@150kHz. FM fm max=15kHz D=75kHz Bw=210kHz fw.cz.min@88MHz, 66MHz stary UKF
6. Widmo sygnałów zmodulowanych amplitudowo
Sama fala nośna ma jeden prążek o częstotliwości fs. W procesie modulacji amplitudy sygnałem o częstotliwości fm powstają dodatkowo, obok fs dwa prążki o jednakowych amplitudach i częstotliwościach, odpowiednio fs - fm i fs + fm. Całkowite widmo sygnału AM, zmodulowanego złożonym przebiegiem m.cz. składa się z prążka fali nośnej i dwóch wstęg modulacji: dolnej i górnej. Szerokość pasma sygnału zmodulowanego jest równa podwójnej największej częstotliwości modulującej (B = 2 * fm max). Do przeniesienia informacji wystarczy tylko jedna ze wstęg bocznych; z tego względu krótkofalowcy wykorzystują modulację jednowstęgową z częściowo lub całkowicie wytłumioną falą nośną. Ten typ modulacji, oznaczony skrótem SSB.
widmo sygnału zmodulowanego częstotliwościowo
Pasmo w.cz. odbiorników
Fala nośna jest wytwarzana w generatorze wielkiej częstotliwości. Jest to częstotliwość którą emituje nadajnik, zatem jakość generatora wielkiej częstotliwości (pospolicie zwanego generatorem w.cz.) jest dość istotna dla parametrów całego łącza radiowego. Częstotliwość generatora powinna być możliwie niezmienna w czasie. (heterodyna wzmocnienie do poziomu mocy, zapewniającego wymagany zasięg)
Pasmo od 10 kHz do GHz
8. Preemfaza i deemfaza
Preemfaza – podbicie wyższych częstotliwości modulujących. Wprowadzona jest za pomocą układu różniczkującego pierwszego rzędu. (nadajnik)- sztuczne uwypuklenie składowych sygnału inf o w.cz. przed modulacją w nadajniku (zanim szumy dotrą do odbiornika). W efekcie widmowa gęstość mocy składowych syg inf o niskich i wysokich częstotliwościach zostaje tak wyrównana, by sygnał zapełniał całe przydzielone pasmo częstotliwości.
Deemfaza – układ całkujący; (odbiornik)- stłumienie składowych szumu o wysokich częstotliwościach zwiększa stosunek S/N na wyjściu.
9 . Analogowa radiofonia satelitarna. System Wegener-Panda.
Odbiornik satelitarny ustawiamy częstotliwość różnicową pomiędzy nośną wizji a nośną fonii. Przy braku wizji nie można wykorzystać różnicowej częstotliwości odbioru. Programy radiowe nadajemy powyżej podnośnej fonii która towarzyszy wizji. Odległość od nośnej wizji 6,5 6,6 6,65MHz. Programy radiowe nadajemy z dewiacją 85kHz. Fonia towarzysząca wizji z dewiacją 50kHz. Szerokość pasma fonii programu radiowego 280kHz. Jeżeli wycinamy wizję to pasmo 0,99-9,09MHz. Podnośna 2,7; 3,7; 4,2; 4,95; 5,8; 6,85; 8,2MHz.W odbiornikach stosuje się płynne przestrajanie częstotliwości różnicowej aby móc wykorzystać wszystkie możliwości. System PANDA najpopularniejszy PANDA1. Dewiacja 50kHz, odstęp międzykanałowy 180kHz. Zastosowana jest preemfaza i deemfaza. W metodzie Wegenera stosuje się dynamiczną kompresję sygnału. Dla sygnałów o dużej amplitudzie charakterystyka przenoszenia jest płaska - nie stosuje się preemfazy. Przy sygnałach o niższej amplitudzie sygnały m.cz. nie są poddawane kompresji przy wzroście częstotliwości współczynnik kompresji wzrasta osiągając wartość 2 dla f=15kHz. Np. f=15kHz 40dB poziom sygnału dla m.cz. f=15kHz -20kHz bo współczynnik kompresji jest równy 2. Po dekompresji sygnał uzyskuje znowu -40dB W kanale satelitarnym stosunek S/N osiąga wartość 70dB (chyba). Jest to już klasa Hi-Fi systemów analogowych. W PANDA II poprawa jakości ok. 40dB czyli S/N 90dB. Odpowiada to jakości odbierania nagrań cyfrowych. Standardowe fonie nadawane są na częstotliwości w PANDA1 7,02MHz i 7,20MHz odstęp kanałowy 180kHz. Dodatkowe częstotliwości 7,38; 7,56; 7,74; 7,92; 8,10; 8,28; 8,46; 8,64; 8,82; 9,00MHz czyli mamy 12 kanałów Wegenera. Jak nie ma wizji to możemy przekazywać 45 sygnałów odległych o 180kHz. Największe znaczenie praktyczne wymagana sieć nadajników. Nadawanie stereofoniczne dość dobra jakość nadawanie RDS. Możliwość nadawania sygnałów dodatkowych paging (wyeliminowane przez telefony komórkowe).
Wykorzystanie widma elektromagnetycznego przez radiodyfuzję; propagacja
1. Systemy rozsiewcze, lokalizacja nadajnika, obszar pokrycia.
Charakterystyczną cechą systemów radiodyfuzyjnych jest sygnał, który nie jest kierowany do jednego odbiorcy
ale do obszaru zwanego obszarem pokrycia (każdemu radioodbiornikowi powinien być dostarczony sygnał do
możliwie dobrego odbioru urządzeniami pośrednimi)
2. Współpraca międzynarodowa w gospodarce widmem elektromagnetycznym.
Problemami telekomunikacji na arenie międzynarodowej zajmuje się Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU). Ze względu na specyfikę działalności telekomunikacji Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny uchwali w Genewie w dniu 22 grudnia 1992 r. konwencję międzynarodową zw. KONSTYTUCJĄ I KONWENCJĄ MIĘDZYNARODOWEGO ZWIĄZKU TELEKOMUNIKACYJNEGO. Postanowienia KONSTYTUCJI I KONWENCJI MIĘDZYNARODOWEGO ZWIĄZKU TELEKOMUNIKACYJNEGO są zalecane do stosowania przez wszystkie państwa. Powyższa konwencja została ratyfikowana przez RP w dniu 22.12.1992r..
Podstawowym celem Związku jest: a) utrzymanie i rozwijanie współpracy międzynarodowej między wszystkimi Członkami związku b) gospodarka pasmami częstotliwości widma radiowego oraz przydział pozycji orbitalnej na orbicie satelitów geostacjonarnych w sposób pozwalający na uniknięcie szkodliwych zakłóceń między stacjami radiokomunikacyjnymi różnych krajów; c) koordynacja działalności mającej na celu wyeliminowanie szkodliwych zakłóceń między stacjami radiokomunikacyjnymi poszczególnych krajów oraz zwiększenie efektywności wykorzystania widma częstotliwości radiowych, jak również orbity satelitów geostacjonarnych dla służb radiokomunikacyjnych.
Dla potrzeb radiokomunikacji Ziemia została podzielona na 3 regiony radiokomunikacyjne;
Region 1 – Europa wraz z Islandią, Syberia, Mongolia, Turcja, Syria, Liban, Afryka Północna i część Iranu.
Region 2 – Ameryka Południowa i Północna, region Morza Karaibskiego, Grenlandia i Hawaje.
Region 3 – Australia, Nowa Zelandia i Azja bez Syberii i Mongolii.
Przydziały częstotliwości. Tabela przeznaczeń.
Regulamin radiokomunikacyjny zawarty w konferencji ITU 1992. Polska ratyfikowała 1995. Artykuł 8 regulamin zawiera międzynarodową tabelę przydziału częstotliwości. Cały świat jest podzielony na trzy regiony. Podane są tam częstotliwości dla poszczególnych służb radiowych. W artykule 8 jest zdefiniowana radiokomunikacja naziemna a w artykule 9 satelitarna. Zakresy dla radiofonii:
- FD (ciągły długofalowy) 148,5-225kHz tylko radiofonia, 255-283,5kHz radiofonia+radionawigacja lotnicza.
- FŚ (ciągły średniofalowy) 526,5-1606kHz tylko dla radiofonii
- FK (fale krótkie) pasma: 3950-4000kHz radiokomunikacja stała, 5900-6200 (5950-6200wyłącznie przez radiodyfuzję (radio i telewizja)), 7100-7350 (7100-7300), 9400-9900 wraz z radiokomunikacją stałą, 11600-12100 wraz z radiokomunikacją stałą. 13360-14000 (13600-13800), 15100-15600, 17480-17900, 18900-19020, 21450-21850, 25670-26100
-UKF (CCIR) 87,5-108 MHz, (OIRT) 65,75-74MHz.
3. zakresy częstotliwości wykorzystane w radiodyfuzji analogowej i cyfrowej
4. Wykorzystanie zakresu fal długich w radiofonii naziemnej.
Służą do przesyłania sygnałów telegraficznych; Wykorzystywany zakres fal: 148.5-283.5k; Radiodyfuzja: 148.5-255k; Radiodyfuzja i radionawigacja: 255-283.5k
- długość fal z tego zakresu porównywalna jest z wysokością najniższej warstwy jonosfery, stąd też fale te rozchodzą się jak w falowodzie
- jest zakresem ciągłym
- propagacja głównie w postaci powierzchniowej fali przyziemnej , łatwo ugina się na przeszkodach -zaleta
- może się rozchodzić jako fala jonosferyczna, ale ta jest zwykle silnie tłumiona
- propagacja f. powierzchniowej cechuje się b. dużą stabilnością amplitudy i fazy
- mała część energii f. powierzchniowe rozpraszana jest w gruncie
- w obszarze w który natężenie fali jest duże mogą powstać zaniki interferencyjne z falą powierzchniową
- mała sprawność anten długofalowych musi być równoważona jej duzymi wymiarami i dużą mocą nadajników
Dla fal długo i średniofalowych opracowano krzywe propagacyjne np. dla fali powierzchniowej
5. Wykorzystanie zakresu fal średnich w radiofonii naziemnej.
...
hytry