Типы модуляций: Путеводитель для пользователей раций

Скрин 1. Монитор программы Sdrsharp.
Скрин 1. Монитор программы Sdrsharp.

Основные типы модуляций

На скрине 1 имеется 8 переключателей. Если знаешь какой из них правильно выбрать, например, для прослушивания дальнобойщиков в России, то эта статья не для тебя. А если только начинаешь разбираться, то удели пару минут и дочитай статью.

Как распознать модуляцию в эфире

Перед изучением типов модуляции важно научиться их отличать:

AM: На слух - чёткая речь при хорошем сигнале, но с постоянным фоновым шумом. На спектрограмме SDR приёмника видна чёткая несущая (высокий центральный пик) и две симметричные боковые полосы, меняющиеся при модуляции.

FM: Звучит чисто без шумов при хорошем сигнале, но полностью исчезает при ухудшении приёма (эффект "обрыва"). На спектрограмме имеет форму "холма" без выраженной несущей.

SSB: Без точной настройки звучит как "утиная речь". Требует плавной подстройки частоты для разборчивости. На спектрограмме видна только одна боковая полоса без несущей.

CW: Простые тональные сигналы (длинные и короткие) кода Морзе. На спектрограмме - очень узкий сигнал.

Аналоговые модуляции

Реальная эффективность AM и FM на практике

Аналоговые модуляции

FM обеспечивает отличное качество при хорошем сигнале, но имеет "пороговый эффект" - при падении уровня сигнала ниже определённого порога связь резко пропадает. Вот почему такси и службы доставки в городах используют FM, а дальнобойщики на трассах часто предпочитают AM.

Амплитудная модуляция (AM)

Типы модуляций: Путеводитель для пользователей раций
  • Принцип работы: Изменяет амплитуду (высоту) несущей волны пропорционально передаваемому сигналу
  • Ширина полосы: 5–10 кГц для радиовещания
  • Преимущества: Проста в реализации, эффективнее использует спектр
  • Недостатки: Подвержена помехам и шумам, качество звука ниже
  • Применение: AM-радиовещание (средние, длинные и короткие волны), авиационная связь

Частотная модуляция (FM)

Типы модуляций: Путеводитель для пользователей раций
  • Принцип работы: Изменяет частоту несущей волны пропорционально сигналу, амплитуда остается постоянной
  • Разновидности:
  • NFM (узкополосная FM): Ширина 12,5–25 кГц, отклонение частоты 2,5–5 кГц
  • WFM (широкополосная FM): Ширина 150–250 кГц, отклонение частоты до 75 кГц
  • Преимущества: Лучшая защита от помех и шумов, выше качество звука
  • Недостатки: Требует большей ширины полосы пропускания
  • Применение: FM-радиовещание (87,5–108 МГц), радиолюбительская связь, профессиональная связь

Фазовая модуляция (PM)

Типы модуляций: Путеводитель для пользователей раций
  • Принцип работы: Изменяет фазу несущей волны пропорционально сигналу
  • Применение: Специализированные системы связи, спутниковая передача данных

Цифровые модуляции

Амплитудная модуляция (ASK)

  • Изменяет амплитуду несущей для передачи цифровых данных
  • Простейший пример: включение/выключение несущей для передачи 1/0

Частотная модуляция (FSK)

  • Передает цифровые данные изменением частоты несущей
  • Используется в модемах, беспроводной передаче данных

Фазовая модуляция (PSK)

  • Передает биты данных изменением фазы несущей
  • Применяется в высокоскоростных системах передачи данных

Квадратурная амплитудная модуляция (QAM)

  • Сочетает изменения амплитуды и фазы для повышения скорости передачи
  • Используется в современных цифровых системах связи (Wi-Fi, кабельное ТВ)

Современные цифровые голосовые стандарты

Сегодня аналоговая связь постепенно уступает место цифровым стандартам:

Импульсные модуляции

Импульсные модуляции

  • Импульсно-кодовая модуляция (PCM): Основа цифровой телефонии
  • Дельта-модуляция: Передает разницу между текущим и предыдущим значением сигнала
  • Импульсно-позиционная (PPM) и импульсно-широтная (PWM) модуляции: Применяются в системах управления и телеметрии

Специализированные типы модуляций

SSB (Single Side Band) — однополосная модуляция

Преимущества SSB в дальней связи

SSB значительно эффективнее AM для дальней связи, поскольку:

  • Вся мощность передатчика сконцентрирована в одной боковой полосе
  • Занимает вдвое меньшую полосу частот
  • Меньше подвержена замираниям сигнала
  • При одинаковой мощности передатчика дальность связи выше на 3-9 дБ

CW (Continuous Wave) — непрерывная волна

  • Подобна AM, но без несущей частоты
  • Ширина полосы: в 2 раза больше ширины сигнала (около 6 кГц для голоса)
  • Применяется реже, чем другие виды модуляции

Влияние ширины полосы на качество передачи

RAW — необработанный сигнал

  • Используется для анализа сигналов без демодуляции
  • Применяется при работе с неизвестными или нестандартными сигналами

Влияние ширины полосы на качество передачи

Ширина полосы — критически важный параметр, влияющий на:

1. Скорость передачи данных

o По теореме Найквиста, скорость прямо пропорциональна ширине полосы

2. Точность воспроизведения сигнала

o Для аудио: узкая полоса (телефония ~3.4 кГц) передает только основные речевые частоты

o Широкая полоса (FM-радио ~15 кГц) обеспечивает более качественный звук

3. Устойчивость к помехам

o Широкополосные системы часто более устойчивы к узкополосным помехам

4. Разрешение по времени

o Более широкая полоса обеспечивает лучшее временное разрешение

5. Энергопотребление и дальность

o Широкая полоса требует большей энергии для того же отношения сигнал/шум

Условия распространения и выбор модуляции

Распространение радиоволн напрямую влияет на выбор модуляции:

  • КВ-диапазоны (3-30 МГц) при отражении от ионосферы позволяют связь на тысячи километров:
  • SSB идеален для голосовой связи на дальние расстояния
  • CW (телеграфия) обеспечивает связь в самых сложных условиях
  • Цифровые режимы (FT8, JS8Call) работают даже при сигналах ниже уровня шума
  • VHF/UHF-диапазоны (30 МГц - 3 ГГц) преимущественно работают в пределах прямой видимости:
  • FM оптимален для локальной связи высокого качества
  • DMR и другие цифровые стандарты позволяют расширить зону покрытия через репитеры

Практическое применение

CB-радиостанции (гражданский диапазон)

  • Диапазон частот: 26,965 МГц – 27,405 МГц (40 каналов)
  • Типы модуляции:
  • AM: Ширина полосы 5–10 кГц
  • FM: Ширина полосы 12,5–15 кГц
  • SSB: Ширина полосы 2,4–3 кГц (для дальних радиосвязей)

Радиолюбительская связь

  • NFM: Используется на VHF/UHF диапазонах для голосовой связи
  • SSB (LSB/USB): Используется на КВ диапазонах для дальней связи
  • CW: Телеграфная связь, используется ценителями кода Морзе

Профессиональная связь

  • NFM: Используется в системах экстренных служб, полиции, пожарных
  • Цифровые виды модуляции: Используются для передачи данных, шифрованной связи

Выбор правильной модуляции для конкретных задач

Для начинающих:

  • Локальная связь (до 10-15 км в городе): NFM на VHF/UHF (146/433 МГц)
  • Дальняя связь (сотни/тысячи км): SSB на КВ диапазонах (особенно 14, 21, 28 МГц)
  • Минимум оборудования: FT8 или JS8Call (цифровые режимы для КВ)

Для прослушивания эфира:

  • Радиовещание: WFM (87.5-108 МГц), AM (СВ, ДВ)
  • Авиационная связь: AM (118-137 МГц)
  • Морская связь: USB (156-174 МГц)
  • Дальнобойщики в России: в основном AM в диапазоне 27 МГц (CB), реже FM
  • Железнодорожная связь: в основном FM в диапазоне 150-152 МГц
  • Службы спасения: в зависимости от региона, часто DMR или TETRA

Настройки для приема различных модуляций

При использовании SDR-приемника или современной радиостанции:

1. AM:

o Тип модуляции: AM

o Ширина полосы: 10 кГц

o Применение: Радиовещание АМ, авиационные частоты

2. NFM:

o Тип модуляции: NFM

o Ширина полосы: 12,5–15 кГц

o Применение: Радиолюбительские репитеры, рации, служебные радиостанции

3. WFM:

o Тип модуляции: WFM

o Ширина полосы: 150–250 кГц

o Применение: FM-радиовещание (87,5–108 МГц)

4. SSB (LSB/USB):

o Тип модуляции: LSB (ниже 10 МГц) или USB (выше 10 МГц)

o Ширина полосы: 2,4–3 кГц

o Применение: Радиолюбительские диапазоны КВ

5. CW:

o Тип модуляции: CW

o Ширина полосы: 200–500 Гц

o CW Shift: 600 Гц

o Применение: Телеграфия (код Морзе)

Продвинутые настройки SDR для эффективного приема

  • AGC (Automatic Gain Control):
  • Для SSB и AM: быстрый или средний режим AGC
  • Для цифровых видов: лучше медленный режим AGC или фиксированное усиление
  • Фильтры помех:
  • Notch Filter: удаляет узкополосные помехи (несущие, свист), особенно полезен для SSB
  • Noise Blanker: убирает импульсные помехи от электрооборудования
  • Noise Reduction: адаптивное подавление шума (используйте осторожно, чтобы не исказить сигнал)
  • IF Shift/Passband Tuning: позволяет смещать полосу пропускания, чтобы избежать помех
  • Waterfall Settings: настройка яркости и контраста "водопада" помогает визуально выделять слабые сигналы

Дополнительные настройки для оптимизации приема

Литература

Правильно выбранная модуляция — это компромисс между качеством передачи, дальностью связи и эффективностью использования радиочастотного спектра. Начните с простого — научитесь распознавать разные виды модуляций на слух и по спектрограмме, затем пробуйте различные режимы приема и настройки.

Помните, что мастерство приходит с практикой: современные SDR-приемники позволяют экспериментировать с настройками в реальном времени и видеть результат. Начните с прослушивания простых сигналов — FM-радиостанций, авиадиапазона, CB-диапазона дальнобойщиков — и постепенно переходите к более сложным видам радиосвязи.

Литература

На русском языке:

"Радиоприемные устройства" - В.И. Сифоров (классический учебник, хорошо объясняет базовые принципы)

"Радиоприемные устройства с программируемыми параметрами" - И.В. Веселов, Е.Н. Егоров

"Основы радиотехники и радиолокации" - Б.П. Дудник (содержит понятные разъяснения принципов модуляции)

"Радиолюбителю-конструктору: Современная радиосвязь" - И.Г. Гуревич, В.Г. Шифрин

На английском языке:

"ARRL Handbook for Radio Communications" - ежегодное издание с обновлениями, библия радиолюбителя

"Modern Digital and Analog Communication Systems" - B.P. Lathi (отличный учебник с глубоким анализом модуляций)

"Communication Systems" - Simon Haykin (детальное рассмотрение всех видов модуляций)

Начать дискуссию