什么是调频广播的调制特性

调制

频率调制或FM是一种调制形式，它通过改变载波的频率来传送信息; 较旧的幅度调制或AM改变载波的幅度，其频率保持不变。 对于FM，在任何时刻与指定载波频率的频率偏差与输入信号的幅度成正比，确定发送信号的瞬时频率。 由于发送的FM信号比AM信号使用更多的带宽，因此这种调制形式通常与TV，FM广播频带和陆地移动无线电系统使用的较高（VHF或UHF）频率一起使用。

预先强调和去强调

随机噪声在FM系统中具有三角形光谱分布，其效果是噪声主要发生在基带内的最高音频频率。 这可以通过在传输之前提高高频并在接收器中将它们减少相应的量来在有限程度上抵消。 降低接收器中的高音频也可降低高频噪声。 这些增强然后减少某些频率的过程分别称为预加重和去加重。

使用的预加重和去加重的量由简单RC滤波器电路的时间常数定义。 在世界上大多数地方，使用50μs时间常数。 在美洲和韩国，使用75μs。 这适用于单声道和立体声传输。 对于立体声，在多路复用之前将预加重应用于左和右声道。

可以应用的预加重量受到以下事实的限制：许多形式的当代音乐比在FM广播诞生时盛行的音乐风格包含更多的高频能量。 它们不能被预先强调，因为它会导致FM载波的过度偏离。 比FM广播更现代的系统倾向于使用与程序相关的变量预加重; 例如，BTSC电视音响系统中的dbx，或根本没有。

立体声调频

在已故的1950中，FCC考虑了几种将立体声添加到FM收音机的系统。 包括来自14支持者的系统，包括Crosby，Halstead，Electrical and Musical Industries，Ltd（EMI），Zenith和General Electric。 在宾夕法尼亚州的Uniontown进行现场测试时，使用匹兹堡的KDKA-FM作为始发站，评估各个系统的优缺点。 Crosby系统被FCC拒绝，因为它与使用各种子载波频率（包括41和67 kHz）的现有辅助通信授权（SCA）服务不兼容。 许多收入匮乏的FM电台使用SCA进行“商店广播”和其他非广播目的。 由于缺乏高频立体声分离和主声道信噪比的降低，Halstead系统被拒绝。 GE和Zenith系统如此相似以至于它们在理论上被认为是相同的，在4月1961中被FCC正式批准为美国的标准立体声FM广播方法，后来被大多数其他国家采用。

立体声广播与单声道接收器兼容非常重要。 因此，左（L）和右（R）信道被代数编码为和（L + R）和差（L-R）信号。 单声道接收器将仅使用L + R信号，因此收听者将通过单个扬声器听到两个声道。 立体声接收器将差信号添加到和信号以恢复左声道，并从总和中减去差信号以恢复右声道。

（L + R）主信道信号作为基带音频发送，限制在30 Hz至15 kHz的范围内。 （L-R）信号被幅度调制到占据38到23 kHz的基带范围的53 kHz双边带抑制载波（DSB-SC）信号上。

还生成19 kHz导频音，其恰好是38 kHz子载波频率的一半并且具有与其精确的相位关系，如下面的公式所定义。 这是在整个调制级别的8-10％处发送的，并由接收器用于以正确的相位重新生成38 kHz子载波。

来自立体声发生器的最终多路复用信号包含主信道（L + R），导频音和子信道（L-R）。 该复合信号与任何其他子载波一起调制FM发射机。

由于立体声音频和导频音（10％调制）引起的发射机载波频率的瞬时偏差是


其中A和B是预先强调的左和右音频信号，f_p = 19 kHz是导频音的频率。 峰值偏差的轻微变化可能在其他子载波的存在下或由于局部规则而发生。

将多路复用信号转换回左和右音频信号由内置于立体声接收器中的解码器执行。

为了保持立体声分离和信噪比参数，通常的做法是在编码之前对左声道和右声道应用预加重，并在解码后在接收器处应用去加重。

与单声道FM信号相比，立体声FM信号更容易受到噪声和多径失真的影响。

此外，对于接收器处的给定RF电平，立体声信号的信噪比将比单声道接收器更差。 出于这个原因，许多立体声FM接收器包括立体声/单声道开关，以便在接收条件不理想时以单声道收听，并且大多数汽车收音机被安排为随着信噪比恶化而减少分离，最终变为单声道同时仍指示正在接收立体声信号。

Quadraphonic FM

在1969中，Louis Dorren发明了Quadraplex系统的单站，离散，兼容的四通道FM广播。 Quadraplex系统中还有两个附加子载波，补充了标准立体声FM中使用的单个子载波。 基带布局如下：

50 Hz至15 kHz主通道（所有4通道的总和）（LF + LR + RF + RR）信号，用于单声道FM收听兼容性。
23到53 kHz（余弦正交副载波）（LF + LR） - （RF + RR）左减去右差信号。 该信号在代数和与主信道的差异中的调制用于2信道立体声监听器兼容性。
23至53 kHz（正弦正交38 kHz副载波）（LF + RF） - （LR + RR）正负背差信号。 该信号在代数和与主信道和所有其他子载波之间的差异的调制用于Quadraphonic收听者。
61至91 kHz（余弦正交76 kHz子载波）（LF + RR） - （LR + RF）对角线差信号。 该信号在代数和与主信道和所有其他子载波之间的差异的调制也用于Quadraphonic收听者。
95 kHz SCA副载波，锁相至19 kHz导频，用于读取盲人，背景音乐等服务。

GE，Zenith，RCA和Denon提交的该系统有几种不同的变化，用于FCC国家四声道无线电委员会现场试验期间的测试和考虑。 最初的Dorren Quadraplex系统优于其他所有系统，并被选为美国Quadraphonic FM广播的国家标准。 在首席工程师Brian Brown的指导下，第一个播放四声道节目内容的商业调频台是位于密歇根州Ann Arbor / Saline的WIQB（现称为WWWW-FM）。

其他子载波服务

调频广播自成立以来就包括SCA功能，因为它被视为被许可人可以用来创造额外收入的另一项服务。 最初，SCA服务的用户是专用模拟音频通道，可以在内部使用或出租，例如Muzak类型的服务。 盲人的无线电阅读服务成为一种常见用途，并且仍然存在，并且有四声音响的实验。 如果电台不以立体声广播，则从23 kHz开始的所有内容都可用于其他服务。 必须保持19 kHz（±4 kHz）附近的保护带，以免触发接收器上的立体声解码器。 如果存在立体声，则在DSBSC立体声信号（53 kHz）的上限和任何其他子载波的下限之间通常存在保护带。

现在也可以使用数字服务。 57 kHz子载波（锁相到立体声导频音的三次谐波）用于承载低带宽数字无线电数据系统信号，提供备用频率（AF）和网络（NN）等额外功能。 该窄带信号仅以每秒1187.5比特运行，因此仅适用于文本。 一些专有系统用于私人通信。 RDS的一种变体是北美RBDS或“智能无线电”系统。 在德国，模拟ARI系统在RDS之前用于向驾车者广播交通公告（不会打扰其他听众）。 计划将ARI用于其他欧洲国家，这使得RDS成为一个更强大的系统。 尽管使用相同的子载波频率，RDS被设计为能够与ARI一起使用。

在美国，数字无线电服务正在FM频段内部署，而不是使用Eureka 147或日本标准ISDB。 与所有数字无线电技术一样，这种带内通道方法利用了先进的压缩音频。 标题为“HD Radio”的专有iBiquity系统目前被授权用于“混合”模式操作，其中传输传统的模拟FM载波和数字边带子载波。 最终，假设HD无线电接收器的广泛部署，理论上可以停止模拟服务并且FM频带全部变为数字。

在美国，使用子载波的服务（除了立体声，四和RDS之外）有时被称为辅助通信授权（SCA）服务。 用于这种子载波的用途包括用于盲人听众的书籍/报纸阅读服务，私人数据传输服务（例如向股票经纪人发送股票市场信息或将被盗信用卡号码黑名单发送到商店[需要引证]）用于商店的订阅商业免费背景音乐服务，寻呼（“蜂鸣器”）服务并为AM / FM电台的AM发射机提供节目馈送。 SCA子载波通常是67 kHz和92 kHz。

杜比FM

在一些国家，在1970晚期使用FM收音机的商业上不成功的降噪系统，杜比FM与杜比B相似，但使用了修改后的25μs预加重时间常数和频率选择性压缩扩展装置来降低噪声。

一个名为High Com FM的类似系统在7月1979和IRT的12月1981之间在德国进行了测试。 它基于Telefunken High Com宽带压缩扩展器系统，但从未在FM广播中引入商业用途。

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