Введение
Боковая полоса радиочастотной несущей волны
Поднесущая – это боковая полоса радиочастотной несущей волны, которая модулируется для передачи дополнительной информации. Примеры включают передачу цвета в черно-белом телевидении или стереозвука в монофоническом радиовещании. Физически между несущей и поднесущей нет различий; приставка "под-" указывает на то, что она получена от несущей, амплитудно модулированной постоянным сигналом и имеющей с ней постоянное соотношение частот.
FM-стерео
Стереовещание осуществляется с помощью поднесущей на FM-радиостанциях, которая принимает левый канал и "вычитает" из него правый, по сути, подключая провода правого канала с обратной полярностью, а затем объединяя левый и инвертированный правый каналы. Полученный сигнал модулируется с подавленной несущей AM, что более корректно называется модуляцией суммы и разности (SDM) на частоте 38 кГц в FM-сигнале, и соединяется с монофоническим сигналом (левый + правый) с 2% модуляцией, при этом диапазон монофонического аудио составляет от 50 Гц до 15 кГц. Также добавляется пилотный тон частотой 19 кГц с 9% модуляцией для активации декодирования стерео поднесущей в радиоприемниках, обеспечивая полную совместимость FM-стерео с монофоническим вещанием. После демодуляции приемником сигналов L+R и L−R, для получения левого канала складываются оба сигнала ([L+R] + [L−R] = 2L), а для получения правого канала вычитаются ([L+R] − [L−R] = 2R). Вместо локального генератора пилотный тон 19 кГц предоставляет опорный сигнал в фазе, используемый для восстановления несущей волны из сигнала 38 кГц. Для AM-вещания применяются различные аналоговые (AM-стерео) и цифровые (HD Radio) методы для создания стереофонического звука. Использование модулированных поднесущих, аналогичных тем, что применяются в FM-вещании, непрактично для AM-вещания из-за относительно узкой полосы пропускания, выделенной для каждого AM-сигнала. В стандартных AM-радиоприемниках вся полоса пропускания AM-сигнала, от 9 кГц до 10 кГц, может быть использована для передачи аудио.
Телевидение
Аналогичным образом, аналоговые телевизионные сигналы передаются с черно-белой яркостью в качестве основного сигнала, а цветная цветность – в качестве поднесущих. Черно-белый телевизор просто игнорирует дополнительную информацию, поскольку у него нет декодера для ее обработки. Для уменьшения полосы пропускания цветовых поднесущих они фильтруются для удаления более высоких частот. Это возможно благодаря тому, что человеческий глаз воспринимает больше деталей в контрасте, чем в цвете. Кроме того, передаются только синий и красный цвета, а зеленый определяется путем вычитания этих двух из яркости и получения остатка. (См.: YIQ, YCbCr, YPbPr) Различные системы вещательного телевидения используют разные частоты поднесущих, помимо различий в кодировании. Для звуковой части MTS использует поднесущие на видеосигнале, которые могут нести три аудиоканала, включая один для стереозвука (по принципу «левый минус правый», как в FM), другой – для второй звуковой программы (например, для описания видео для слабовидящих и двуязычных программ), и третий скрытый канал для связи студии с репортерами или техниками в полевых условиях (или для связи техника или инженера-вещателя на удаленной передающей станции со студией), или для любых других целей, которые сочтет нужными телекомпания. (См. также NICAM, A2 Stereo.) В радиочастотном композитном видеосигнале поднесущие остаются в базовом сигнале после демодуляции несущей частоты и разделяются в приемнике. Монофонический звуковой компонент передаваемого сигнала находится на отдельной несущей и не является неотъемлемой частью видеокомпонента. В проводных видеосоединениях композитное видео сохраняет интегрированную структуру сигналов поднесущей, присутствующую в передаваемом базовом сигнале, в то время как S-Video разделяет сигналы цветности и яркости по отдельным проводам, чтобы исключить перекрестные помехи от поднесущих и увеличить пропускную способность и мощность сигнала (четкость и яркость изображения).
Частное аудио
До появления спутникового вещания Музак и аналогичные сервисы передавались в универмаги по FM-поднесущим. Качество звука поднесущей было ограничено по сравнению с основным FM-радиоканалом. Федеральная комиссия по связи США (FCC) также разрешила букмекерским конторам в штате Нью-Йорк получать результаты скачек от государственной комиссии по азартным играм, используя ту же технологию. Многие некоммерческие образовательные FM-станции в США (особенно общественные радиостанции, связанные с NPR) вещают радиослужбу чтения для слепых, зачитывая статьи из местных газет и иногда журналов. Люди с ослабленным зрением могут заказать специальный радиоприемник, постоянно настроенный на прием звука на определенной частоте поднесущей (обычно 67 кГц или 92 кГц) от конкретной FM-станции. Такие и другие сервисы, использующие FM-поднесущие, в США называются службой вспомогательных коммуникаций (SCA) по версии FCC, а в Канаде – многоканальными операциями вспомогательных коммуникаций (SCMO) по версии Канадской комиссии по радиовещанию и телекоммуникациям (CRTC).
Выпуск данных
Поднесущая RDS/RBDS (57 кГц) позволяет FM-радиостанциям отображать текущую станцию, переключаться на другую частоту в той же сети или с аналогичным форматом, прокручивать краткие сообщения, такие как слоганы станции, новости, погода или информация о дорожном движении, а также даже активировать пейджеры или дистанционные рекламные щиты. Она также может передавать сообщения EAS и имеет обозначение формата станции "ALERT" для автоматического переключения радиоприемников на экстренную информацию, даже если в данный момент воспроизводится диск. Хотя эта технология не получила широкого распространения в Северной Америке, европейские станции часто используют её. Усовершенствованная версия встроена в цифровое радио. xRDS – это система, позволяющая вещателям увеличить скорость передачи данных в FM-канале за счет использования дополнительных стандартных RDS-поднесущих, смещенных в область более высоких частот FM-мультиплекса. Дополнительные RDS-поднесущие размещаются в верхней незанятой части спектра мультиплекса и передают дополнительный объем данных. xRDS не имеет фиксированных частот для дополнительных несущих 57 кГц. До 2012 года MSN Direct использовал поднесущие для передачи информации о дорожном движении, ценах на топливо, расписании киносеансов, погоде и других данных на GPS-навигаторы, наручные часы и другие устройства. Многие из этих поднесущих принадлежали станциям, находящимся в собственности Clear Channel. Эта технология была известна как DirectBand. FMeXtra на FM использует десятки небольших COFDM-поднесущих для передачи цифрового радио в полностью внутриканальном режиме. Удаление других аналоговых поднесущих (например, стерео) повышает качество звука или количество доступных каналов, что позволяет передавать неаудио метаданные, такие как обложки альбомов, тексты песен, информация об исполнителях, данные о концертах и многое другое.
Телеметрия и свертываемость
Многие станции используют поднесущие для внутренних целей, например, для получения телеметрии с удаленного передатчика, который часто расположен в труднодоступном месте, например, на вершине горы. Инженер станции может носить с собой декодер и оперативно узнавать о любых неисправностях, пока станция находится в эфире и он находится в зоне действия сигнала. В этом заключается суть беспроводной связи между передатчиком и студией. На беспроводных каналах связи между студией и передатчиком (STL) передаются не только поднесущие вещательной станции, но и другие команды дистанционного управления. Также возможно использование прерываемого фолдбека, например, для удалённых трансляций, хотя его применение ограничено.
Спутники MCPC
Аналоговое спутниковое телевидение и наземная аналоговая микроволновая ретрансляционная связь используют поднесущие, передаваемые вместе с видеосигналом на спутниковом транспондере или микроволновом канале, для передачи аудиосигналов видеопотока. Обычно они располагаются на частотах 5,8, 6,2 или 6,8 МГц (видеосигнал обычно находится ниже 5 МГц на спутниковом транспондере или микроволновой релейной линии). Дополнительные поднесущие иногда передаются на частотах около 7 или 8 МГц для дополнительного аудио (например, радиостанций) или данных с низкой и средней скоростью передачи. Это называется многоканальной передачей по одной несущей (MCPC). В настоящее время это в основном заменено цифровым телевидением (обычно DVB-S, DVB-S2 или другой системой на основе MPEG-2), где аудио- и видеоданные объединяются (мультиплексируются) в единый транспортный поток MPEG.