FM放送の変調特性とは何ですか

モジュレーション

周波数変調またはFMは、搬送波の周波数を変化させることにより情報を伝達する変調形式です。 古い振幅変調またはAMは、周波数を一定に保ちながら搬送波の振幅を変化させます。 FMでは、割り当てられたキャリア周波数からの任意の瞬間の周波数偏差は、入力信号の振幅に直接比例し、送信信号の瞬間周波数を決定します。 送信されたFM信号はAM信号よりも多くの帯域幅を使用するため、この変調形式は一般に、TV、FM放送帯域、および陸上移動無線システムで使用されるより高い（VHFまたはUHF）周波数で使用されます。

プリエンファシスとディエンファシス

ランダムノイズは、FMシステムでは三角形のスペクトル分布を持ち、ベースバンド内の最も高いオーディオ周波数で主にノイズが発生する効果があります。 これは、送信する前に高周波をブーストし、受信機で対応する量だけそれらを減らすことにより、限られた範囲で相殺できます。 レシーバーの高オーディオ周波数を下げると、高周波ノイズも減ります。 これらの特定の周波数をブーストしてから減らすプロセスは、それぞれプリエンファシスとディエンファシスとして知られています。

使用するプリエンファシスとディエンファシスの量は、単純なRCフィルター回路の時定数によって定義されます。 世界のほとんどで、50 µs時定数が使用されています。 アメリカおよび韓国では、75 µsが使用されます。 これは、モノとステレオの両方の送信に適用されます。 ステレオの場合、多重化の前にプリエンファシスが左右のチャンネルに適用されます。

適用できるプリエンファシスの量は、多くの形式の現代音楽が、FM放送の誕生時に普及していた音楽スタイルよりも多くの高周波エネルギーを含んでいるという事実によって制限されています。 それらは、FMキャリアの過度の逸脱を引き起こすため、それほど強調することはできません。 FM放送よりも現代的なシステムでは、プログラムに依存する可変プリエンファシスを使用する傾向があります。 たとえば、BTSC TVサウンドシステムのdbx、またはまったくありません。

ステレオFM

後期の1950では、FMラジオにステレオを追加するいくつかのシステムがFCCによって検討されました。 含まれたのは、クロスビー、ハルステッド、エレクトリカルアンドミュージカルインダストリーズ社（EMI）、ゼニス、ゼネラルエレクトリックなどの14支持者のシステムです。 個々のシステムの長所と短所について、ペンシルベニア州ユニオンタウンで、ピッツバーグのKDKA-FMを起点として使用したフィールドテストで評価されました。 Crosbyシステムは、41や67 kHzを含むさまざまなサブキャリア周波数を使用した既存の補助通信許可（SCA）サービスと互換性がないため、FCCによって拒否されました。 多くの収入に飢えたFMステーションは、「ストアキャスト」やその他の非放送目的でSCAを使用していました。 Halsteadシステムは、高周波数ステレオ分離の欠如とメインチャネルの信号対雑音比の低下により拒否されました。 GEシステムとZenithシステムは非常に類似しており、理論的には同一と見なされたため、4月に1961でFCCによって米国の標準ステレオFM放送方式として正式に承認され、他のほとんどの国で採用されました。

ステレオブロードキャストは、モノラルレシーバーと互換性があることが重要です。 このため、左（L）および右（R）チャネルは代数的に和（L + R）および差（L-R）信号にエンコードされます。 モノラルレシーバーはL + R信号のみを使用するため、リスナーは単一のスピーカーを通して両方のチャンネルを聞くことができます。 ステレオレシーバーは、差信号を合計信号に加算して左チャンネルを復元し、合計から差信号を減算して右チャンネルを復元します。

（L + R）メインチャネル信号は、30 Hz〜15 kHzの範囲に制限されたベースバンドオーディオとして送信されます。 （L-R）信号は、38〜23 kHzのベースバンド範囲を占める53 kHz両側波帯抑制キャリア（DSB-SC）信号に振幅変調されます。

19 kHz副搬送波周波数のちょうど半分で、次の式で定義されるように正確な位相関係を持つ38 kHzパイロットトーンも生成されます。 これは、全体の変調レベルの8〜10％で送信され、受信機が正しい位相で38 kHzサブキャリアを再生成するために使用します。

ステレオジェネレータからの最終的な多重化信号には、メインチャネル（L + R）、パイロットトーン、およびサブチャネル（L-R）が含まれます。 この複合信号は、他のサブキャリアとともに、FMトランスミッターを変調します。

ステレオオーディオとパイロットトーン（10％変調時）による送信機の搬送周波数の瞬間的な偏差は、


ここで、AとBはプリエンファシスされた左右のオーディオ信号で、f_p = 19 kHzはパイロットトーンの周波数です。 ピーク偏差のわずかな変動は、他のサブキャリアが存在する場合、または現地の規制により発生する場合があります。

多重化された信号を左右のオーディオ信号に戻す変換は、ステレオレシーバーに組み込まれたデコーダーによって実行されます。

ステレオ分離と信号対ノイズのパラメーターを保持するために、エンコードする前にプリエンファシスを左右のチャンネルに適用し、デコード後にレシーバーにディエンファシスを適用するのが通常です。

ステレオFM信号は、モノラルFM信号よりもノイズとマルチパス歪みの影響を受けやすくなっています。

さらに、レシーバーでの特定のRFレベルでは、ステレオ信号の信号対雑音比はモノラルレシーバーよりも低下します。 このため、多くのステレオFMレシーバーにはステレオ/モノラルスイッチが含まれており、受信状態が理想的でない場合にモノラルで聴くことができ、ほとんどのカーラジオは信号対雑音比が悪化し、最終的にモノラルになるときに分離を減らすように配置されていますステレオ信号が受信されていることを示しています。

Quadraphonic FM

1969で、Louis Dorrenは、シングルステーション、ディスクリート、互換性のある4チャンネルFM放送のQuadraplexシステムを発明しました。 Quadraplexシステムには2つの追加のサブキャリアがあり、標準のステレオFMで使用される単一のサブキャリアを補完します。 ベースバンドのレイアウトは次のとおりです。

50 Hz〜15 kHzメインチャンネル（すべての4チャンネルの合計）（LF + LR + RF + RR）信号、モノラルFMリスニング互換性。
23から53 kHz（余弦直交サブキャリア）（LF + LR）-（RF + RR）左マイナス右差信号。 メインチャンネルとの代数和と差のこの信号の変調は、2チャンネルステレオリスナーの互換性のために使用されました。
23から53 kHz（正弦波直交38 kHzサブキャリア）（LF + RF）-（LR + RR）フロントマイナスバック差分信号。 メインチャンネルおよび他のすべてのサブキャリアとの代数和および差のこの信号の変調は、Quadraphonicリスナーに使用されます。
61から91 kHz（余弦直交76 kHzサブキャリア）（LF + RR）-（LR + RF）対角差信号。 メインチャネルおよび他のすべてのサブキャリアとの代数和および差のこの信号の変調は、Quadraphonicリスナーにも使用されます。
95 kHz SCAサブキャリア、19 kHzパイロットに位相ロック、ブラインド、バックグラウンドミュージックなどの読み取りサービス用

GE、Zenith、RCA、およびDenonによって提出されたこのシステムには、FCCの全国クアドラフォニック無線委員会のフィールドトライアル中のテストと検討のために、いくつかのバリエーションがありました。 オリジナルのDorren Quadraplexシステムは他のすべてを凌outし、米国におけるQuadraphonic FM放送の国家標準として選ばれました。 クアドラフォニックプログラムコンテンツを放送した最初の商用FMステーションは、ミシガン州アナーバー/サリーヌにあるWIQB（現在のWWWW-FM）であり、チーフエンジニアのブライアンブラウンの指導の下にありました。

その他のサブキャリアサービス

FM放送は、ライセンシーが追加の収入を生み出すために使用できる別のサービスと見なされていたため、当初からSCA機能を含んでいます。 当初、SCAサービスのユーザーは、Muzakタイプのサービスのように、内部で使用したりレンタルしたりできるプライベートアナログオーディオチャネルでした。 視覚障害者向けの無線読み取りサービスは一般的な用途になり、現在も使用され続けており、4倍音の実験が行われました。 放送局がステレオで放送しない場合、23 kHz以上のすべてを他のサービスに使用できます。 19 kHz（±4 kHz）付近のガードバンドは、レシーバーのステレオデコーダーをトリガーしないように維持する必要があります。 ステレオがある場合、通常、DSBSCステレオ信号の上限（53 kHz）と他のサブキャリアの下限の間にガードバンドがあります。

デジタルサービスも利用可能になりました。 57 kHzサブキャリア（ステレオパイロットトーンの3次高調波に位相ロック）を使用して、低帯域幅のデジタル無線データシステム信号を搬送し、代替周波数（AF）やネットワーク（NN）などの追加機能を提供します。 この狭帯域信号は1187.5ビット/秒でのみ動作するため、テキストにのみ適しています。 プライベート通信には、いくつかの専用システムが使用されます。 RDSのバリアントは、北米のRBDSまたは「スマートラジオ」システムです。 ドイツでは、RDSの前に運転者に交通情報をブロードキャストするために（他のリスナーを邪魔することなく）アナログARIシステムが使用されていました。 他のヨーロッパ諸国でARIを使用する計画により、RDSはより強力なシステムとして開発されました。 RDSは、同一のサブキャリア周波数を使用しているにもかかわらず、ARIと一緒に使用できるように設計されています。

米国では、Eureka 147または日本の標準ISDBを使用するのではなく、FM帯域内でデジタルラジオサービスが展開されています。 このインバンドオンチャネルアプローチは、すべてのデジタル無線技術と同様に、高度な圧縮オーディオを利用します。 「HD Radio」と名付けられた独自のiBiquityシステムは、現在、従来のアナログFMキャリアとデジタルサイドバンドサブキャリアの両方が送信される「ハイブリッド」モードでの動作が許可されています。 最終的には、HDラジオレシーバーの広範な展開を想定して、理論的にはアナログサービスを中断し、FM帯域をすべてデジタル化することができました。

米国では、サブキャリアを使用するサービス（ステレオ、クワッド、およびRDS以外）は、補助通信許可（SCA）サービスと呼ばれることがあります。 そのようなサブキャリアの用途には、盲目のリスナー向けの本/新聞の読み取りサービス、プライベートデータ送信サービス（株式市場情報を株式仲買人に送信したり、クレジットカード番号のブラックリストを店に盗んだ[要出典]）ページング（「ビーパー」）サービスおよびAM / FMステーションのAM送信機へのプログラムフィードの提供。 SCAサブキャリアは通常、67 kHzおよび92 kHzです。

ドルビーFM

1970後期に一部の国でFMラジオで使用された商業的に失敗したノイズ低減システムであるドルビーFMは、ドルビーBに似ていましたが、ノイズを低減するために修正25 µsプリエンファシス時定数と周波数選択圧伸配置を使用しました。

ドイツでは、7月の1979から12月の1981の間に、High Com FMという名前の同様のシステムがIRTによってテストされました。 Telefunken High Comブロードバンドコンパンダーシステムに基づいていましたが、FM放送では商業的に導入されませんでした。

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