題:
為什麼無線電通信質量不好?
ScienceSamovar
2015-11-08 23:54:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

為什麼現代飛機和ATC中心沒有高質量的通訊音頻?例如,在此視頻中:

這是因為通過更改[載波幅度](https://en.wikipedia.org/wiki/Amplitude_modulation)(AM)仍可以傳輸信號。 AM比FM / PM受RFI和失真的影響更大。另外,當我們習慣於進行數字通信(電話,音頻CD,視頻...)時,它仍然是類似物。
然後,@mins,再次為什麼仍然是AM?還有許多其他能夠進行遠程通信的調製技術,為什麼不使用更好的調製技術呢?當然,並非所有國家/地區都可以使用所有頻段,但是可以預見的是,幾十年來會有一定進展。
那是因為我們需要更改所有發射器和所有接收器,在過渡期間將出現AM和新方法(將被壓縮和數字化)。我想國際民航組織已經有一個計劃(我想數據和語音的傳輸方式會有所不同)。請注意,長時間的海洋傳輸是AM(實際上是[SSB](https://en.wikipedia.org/wiki/單邊帶調製),即沒有載波且只有一個邊帶的AM)不能使用FM,而FM需要比FM已正確解調。
@mins FM不需要比AM更強的信號。相反,它需要的功率要少得多。問題在於,分配的FM *頻譜*不會在遠距離傳播,這是其波長的函數,而不是技術的函數。
@EJP:的重點是海洋通信,比較AM / SSB上的FM質量。不論當前的模式和頻段歸屬如何。對於給定頻率下的相同發射機功率,FM中天線接收的有用功率將比SSB弱約4倍。根據我的經驗,對於模擬調製,SSB在HF到UHF之間具有最佳的距離性能(儘管不是最好的質量)。在144 MHz上與[比較兩種模式](http://www.k0nr.com/rwitte/2Mssb.html)見這個傢伙。
-1
@EJP's的評論可能有點令人困惑。沒有FM / AM頻譜。無線電頻段使用AM,但實際上緊跟FM廣播頻段,傳播幾乎相同。 HF發生差異(因此為什麼將其用於海洋飛行)。 AM不如FM,但通常可理解。除了某人收音機質量不好的情況外,我還沒有發現航空頻段的無線電通信質量很差(作為火腿,我可以報告說,使用FM和數字的人也會出現這種情況... :-)) 。
@Steve:對於SSB中節省的能量,您是完全正確的,儘管選擇*調製指數*可獲得效率,但窄帶和寬帶FM同樣適用。調頻邊帶不限於一對,如AM。有一些表格([貝塞爾函數](http://electronics.stackexchange.com/questions/73334/))給出給定索引的載波能量和邊帶能量:對於MI = 2.405,[載波中沒有能量](http://i.stack.imgur.com/ZeDpe.jpg)(但是邊帶對更多,實際上98%的能量包含在5對中) 。
@TomMcW,很好,兩個答案都很好,很難選擇,如果可以合併答案,那就很好,但是在同樣好的答案之間進行選擇非常困難。我已經閱讀了一些有關meta的討論,但是仍然很難。您指出了一些有關技術方面的好東西,但是我已經知道了其中的大多數,儘管其他會讀到此事的人可能對此一無所知。 Anthony X提出了一些我完全沒有想到的優點。因此,基本上,您回答了問題的兩個不同部分-為什麼聲音質量低劣,為什麼技術沒有更新。
@TomMcW,如果可以,我會同時標記:)無論如何,我希望人們如果感興趣的話會閱讀所有答案和評論。
Btw +1:提出這樣的問題,可以在評論中進行如此生動的討論。
@ScienceSamovar:為什麼不調頻?像FM一樣,AM和SSB受多普勒頻移效應的影響要小得多。 FM響應音頻幅度變化而使用相對於載波頻率的頻率偏差。飛機飛過FM接收器的速度不會鎖定信號。對於AM和SSB模式,唯一需要的多普勒校正是將接收機調整幾赫茲+/-。對於通過HF的長距離通信,由於多個信號反彈和相位失真,FM模式將不可讀。
五 答案:
TomMcW
2015-11-09 00:51:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

有一個技術原因。首先,我要指出的是,視頻中的大部分講話都來自飛行員教練,根本沒有通過收音機。它只是從他的耳機發出的聲音。這表明,heaset本身已經在產生“無線電效應”。基本上,您所聽到的是所有大約300 Hz以下和大約4 kHz以上的頻率都被濾波器截斷。

儘管這種聲音是非常人為的,但第一個原因是它濾除了盡可能多的背景噪聲,使其只能留下語音。使語音清晰的大多數原因都在此範圍內。

第二個原因是因為atc通信使用AM無線電。使用AM時,您要發送的音頻的音頻帶寬對應於用於發送音頻的射頻帶寬。因此,如果您發送10 Hz至10 kHz的全頻音頻,則會佔用非常寬的頻帶。為了給更多的通信通道騰出空間,您必須限制信號的帶寬,以免干擾附近的頻率。

來自維基百科:

空中頻段的音頻質量受所用RF帶寬的限制。在較新的信道間隔方案中,空中信道的最大帶寬可能會限制為8.33 kHz,因此可能的最高音頻頻率為4.165 kHz。[14]在25 kHz的信道間隔方案中,理論上可以有12.5 kHz的較高音頻頻率。[14]但是,大多數空中語音傳輸實際上從未達到這些限制。通常,整個傳輸包含在6 kHz至8 kHz帶寬內,對應於3 kHz至4 kHz的較高音頻頻率。[14]該頻率雖然比人類聽力範圍的最高點低,但足以傳達語音。

當局將對帶寬實施限制,以最大程度地利用頻率。用於航空的無線電必須經過認證,符合這些限制。在美國,它將是FCC(友好糖果公司)。但是我沒有具體的工作限制。也許有人提出來。

這裡是音頻帶寬如何影響無線電帶寬的簡單解釋。

4 kHz帶寬不是問題(電話使用3 kHz)。問題是調製-解調過程由於信道中的幅度變化而不夠精確。
當您說電話使用3 khz時,@mins是指現代數字電話。那是完全不同的球賽。 am傳輸的載波頻率受信號頻率的影響。如果發送1 khz音頻,則最終的傳輸是載波頻率+ 1 khz和載波頻率-1 khz。 khz樂隊。如果發送10 khz音頻,則為載波頻率+ 10 khz和-10 khz。 20 khz寬的樂隊
@mins從我的回答中刪除了對FM的引用,以避免發生玉米腐爛。我以前研究過無線電無子星,從那以後就什麼也沒做。 (我認為我的火腿執照於1986年到期!)我對這些概念的記憶是模糊的。
“基本上,您所聽到的是所有低於約6 khz和高於約8 khz的頻率都被a.filter截斷。這留下了非常窄的音頻帶。” @TomMcW,我覺得這句話令人困惑。這真的是您要說的嗎?
@TomMcW,我認為您誤讀了Wikipedia文本。文本說總傳輸帶寬為6至8 kHz,對應於3至4 kHz的音頻帶寬。 (一半的AM帶寬)上限濾波器的截止頻率將為3或4 kHz。較低的截止頻率通常為300 Hz。維基百科文本沒有提及較低的截止頻率。
@mins您錯了。根據定義,在FM中,幅度調製頻率。傳輸中的頻率偏差對應於輸入中的幅度偏差,而傳輸帶寬則對應於最大頻率偏差乘以2。FM傳輸的音頻帶寬僅受發射機和接收機的限制,而不受媒體的限制。
@wirewrap您是正確的,謝謝。停下來思考了一秒鐘後,我意識到6-8 Khz只會給你帶來鎮靜感。 h ...我將編輯答案並使用您的電話號碼。他們更有意義。 ...而且我是一位friggin的音響工程師。
-1
@mins請參閱第25頁。您正在轉圈。調製指數是輸入帶寬與輸出頻率偏差的比率。因此,輸出頻率偏差不是由調製指數決定的。
1.通道帶寬僅在非常幼稚的方案(AM,FM)中限制音頻帶寬。自1950年代以來,人們就知道了更好的方案,並且自1980年代以來,移動電話已在商業上得到廣泛應用。 2. POTS的300-3400 Hz濾波器同樣很舊。現代的非線性濾波器可以做得更好。
@EJP:瞬時值:的確,這就是FM的定義(您可能假設我知道)。您一直在考慮示波器上可見的時間-振幅關係,而我正在考慮頻譜分析儀上可見的振幅-頻率關係。假設我們不同意:)
這是一個可怕的,無知的答案,完全錯過了一個點,即使今天使用的FM雙向無線電也具有同樣狹窄的音頻帶寬! FM VHF的標準音頻帶寬已經有3 kHz了一段時間。出於技術原因,太多了。我與導師見過的一個大問題是(至少在我看來)他的麥克風輸入似乎一直都處於飽和狀態。如果在空中移動無線電中可以使用這種功能,最好降低麥克風的增益並適當設置動態範圍壓縮器。
同樣在此錄音中,他們甚至沒有使用提到的4 kHz。看完音頻頻譜後,看起來他們有一個強大的濾波器,可以濾除2 kHz以上的幾乎所有東西。功率譜密度看起來似乎具有400 Hz至1 kHz之間的大部分功率。再次,圖中所示的傢伙已經嚴重飽和。
Anthony X
2015-11-09 01:35:26 UTC
view on stackexchange narkive permalink

最初建立無線電通信標準時,它是基於當時的技術-過濾模擬信號以允許在有限的帶寬內進行幅度調製。在大多數情況下,它足以傳遞可理解的語音,這是其目的的局限。

時間和技術已發生變化……從理論上講,數字系統可以以更高的保真度和更高的帶寬效率傳遞音頻,但要實施這樣的系統,就需要所有飛機和所有地面站都配備適當的設備。這不是一件容易的事。只要看一下電視從模擬到數字的發展過程,並考慮到以下幾點:

  1. 航空無線電是空中交通管制和航空安全的重要組成部分,通常用於在地球上每個管轄區之間飛行的飛機。
  2. 給定領空中的每個人(無論在空中還是在地面上)都必須能夠聽到並聽到其他所有人的聲音。標準的任何過渡都必須在不違反該原則的情況下進行。
  3. 飛機操作複雜;設備的任何更改都必須適當考慮人為因素。過渡到新的無線電標準將如何影響飛行員在選擇無線電和無線電頻道方面的任務?
  4. ol>
模擬量也許更便宜嗎? “如果它沒有損壞,請不要修復它。特別是如果它更便宜。”電視的遷移促使通信用戶希望獲得更高的質量,這可能不是航空廣播的優先事項。像每個人的內部公司工具一樣,Kindof是使用Winforms或引導程序而不是自定義解決方案構建的。
最重要的是,我們正在轉向新技術,該技術首先減少(並且在許多情況下消除了)對語音通信的需求,例如CPDLC。
但是,除了實際問題之外,為什麼我們不能擁有一個數字系統(在不同的頻率範圍內),它也可以在標準AM波形上重新廣播,直到每個人都加快速度?擁有新標準的任何人都可以利用AM故障保護功能,獲得更清晰的音頻。
@jdk1.0這將是一個複雜而昂貴的過渡,要求所有國家都同意新的技術標準和過渡方法,所有國家都必須擁有一個適當的頻帶,該頻帶不得用於任何其他用途,並且只能分配給數字無線電,雙頻設備製造並安裝在世界各地的控制塔以及所有飛機上。閱讀[this wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/Airband),以對該主題進行簡要討論;請注意,儘管存在質量問題,現有的模擬系統確實具有一兩個安全優勢。
@Anthony-x對,這就是為什麼我在問題開頭加上“除了實際問題”。實際上,我想知道_particular_過渡策略的弊端,因為我們已經神奇地為想要使用它的任何人準備了設備。正如您所提到的,我能想到的唯一原因就是需要更多的帶寬(以及安全性優勢)。
@jdk1.0“需要更多帶寬”-是的,對於過渡-現有頻段和新頻段將同時分配,但是過渡後,需要的帶寬更少(合理的編碼,協議等將對帶寬具有更高的帶寬效率)做同樣的工作)
user12200
2015-11-09 10:17:01 UTC
view on stackexchange narkive permalink

外部影響可能會對通信系統產生影響。檢查太空天氣的鏈接:

http://www.swpc.noaa.gov/

這個答案應該擴展到...
Old_Fossil
2017-09-24 12:39:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

音頻質量受飛行員對麥克風講話的方式的影響。為獲得完美的音頻,不應直接對麥克說話,因為這會增加揚聲器聲音的低音頻率,並放大正常呼吸引起的爆裂聲和嘶嘶聲。在下巴水平(而不是嘴唇水平)上與麥克風交談會大大提高音頻的清晰度。大多數高質量的通信設備都包含壓縮擴展器(音頻壓縮/擴展器)電路,用於均衡音頻。這具有將較安靜的部分升高並將變速器的較大聲部分降低至合理水平的作用。

對於無論是AM還是FM或SSB的傳輸方式,都應遵循GIGO原則。垃圾輸入FM情況下,垃圾輸出的音頻質量加上過度調製或過度偏移會對接收的音頻產生不利影響。

AM和SSB之所以用於航空領域,是因為這些模式不受快速移動的飛機引起的多普勒頻移的影響,而這會給FM傳輸帶來問題。

SSB是否不受多普勒頻移的影響?胡,如何迫使BFO在沒有載波參考的情況下跟隨邊帶?
一架速度為800 km / h或2880 m / s的飛機造成的多普勒頻移僅為9.6 ppm(百萬分之一)。您需要一個非常穩定的晶體振盪器,以使頻率誤差小於10 ppm。與光速相比,飛機非常慢。
使用SSB時,使用平衡調製器發送時,載波被抑製或去除。當接收到信號時,BFO(節拍頻率振盪器)會仿真丟失的載波,然後重新插入並與該信號混合併重新創建原始信號。 BFO信號成為接收器中的載波參考。根據使用的邊帶,BFO頻率會適當偏移。
FM受多普勒頻移的影響更大,因為該現象本質上是所謂的間接FM(由移動物體引起的頻率變化)的一個示例。從行人的角度思考火車喇叭。當飛機接近塔架時,ATC將不得不調高頻率,當降落的ATC與飛機頻率相同時,ATC調低頻率以保持接觸。空中交通管制員和飛行員的屁股都痛了。頻率變化約為31 km / km / h
@Uwe 800 km / h約為220 m / s,而不是您的評論所暗示的2880 m / s。以近3 km / s的速度進入高性能戰鬥機或偵察機領域。
@Uwe,光速很快,但是飛機無線電通信發生在100 MHz範圍內,並且通道的寬度僅為25 kHz(歐洲為8.33 kHz)。在您的示例中:136.025-> 136.0251,或4,000 ppm(歐洲為12,000 ppm)。 (我不確定為什麼我要比resident_heretic差兩個數量級。)
quiet flyer
2018-10-27 13:48:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

“捕獲效應”是在航空通信中AM收音機仍然比FM收音機更受青睞的原因之一。以下引用來自題為“ 航空中的調幅無線電應用”的文檔:

在電信中,捕獲效應是與FM接收相關的現象,其中只有相同或接近相同頻率的兩個信號中的較強信號將被解調。捕獲效果定義為在接收器限制器(如果有一個)上完全抑制較弱的信號,其中較弱的信號不會被放大,但會衰減。當兩個信號的強度接近相等或獨立衰落時,接收器可能會從一個切換到另一個,並出現糾察柵欄。在許多商業應用中,您可以使用FM廣播獲得出色的清晰度,同時由於捕獲效果而非常容易地分離頻道,這真是太了不起了。但是,在航空應用中,無線電用於傳輸語音信號,不需要太多的清晰度。更重要的是,捕獲效果非常有害,因為“鎖定”意味著在許多情況下都無法截獲緊急信號!

調幅或AM無線電發射不受捕獲效果的影響。這是航空業選擇使用AM而不是FM進行通信的原因之一,它允許在同一頻道上廣播多個信號。

該源代碼繼續描述了計算機模擬AM與FM無線電通信。



該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
Loading...