Введение

Диапазон радиовещания FM — это диапазон радиочастот, используемых радиостанциями для FM-вещания. Диапазон используемых частот различается в разных частях мира. В Европе и Африке (определенных как регион 1 Международного союза электросвязи (ITU)) и в Австралии и Новой Зеландии он простирается от 87,5 до 108 мегагерц (МГц), также известный как VHF Band II, в то время как в Америке (регион 2 ITU) он составляет от 88 до 108 МГц. В Японии для FM-вещания используется диапазон от 76 до 95 МГц, а в Бразилии — от 76 до 108 МГц. Диапазон Международной организации радио и телевидения (OIRT) в Восточной Европе составляет от 65,9 до 74,0 МГц, хотя сейчас эти страны в основном используют диапазон от 87,5 до 108 МГц, как, например, Россия. Некоторые другие страны уже отказались от использования диапазона OIRT и перешли на диапазон от 87,5 до 108 МГц. Узкополосная частотная модуляция была разработана и продемонстрирована Хансо Идзердой в 1919 году. Широкополосное частотное модулирующее радио возникло в Соединенных Штатах в 1930-х годах; система была разработана американским инженером-электриком Эдвином Говардом Армстронгом. Однако FM-вещание не получило широкого распространения, даже в Северной Америке, до 1960-х годов. Частотно-модулированные радиоволны могут генерироваться на любой частоте. Все диапазоны, упомянутые в этой статье, находятся в диапазоне очень высоких частот (VHF), который простирается от 30 до 300 МГц.

Центральные частоты

В то время как все страны используют центральные частоты FM-каналов, заканчивающиеся на 0,1, 0,3, 0,5, 0,7 и 0,9 МГц, некоторые страны также используют центральные частоты, заканчивающиеся на 0,0, 0,2, 0,4, 0,6 и 0,8 МГц. Другие страны также используют 0,05, 0,15, 0,25, 0,35, 0,45, 0,55, 0,65, 0,75, 0,85 и 0,95 МГц. На конференции МСЭ в Женеве, Швейцария, 7 декабря 1984 года было принято решение о прекращении использования интервалов между каналами в 50 кГц на всей территории Европы. Большинство стран с тех пор используют интервалы между каналами 100 кГц или 200 кГц для FM-вещания. Некоторые цифровые FM-приемники не могут настраиваться с шагом 50 кГц или даже 100 кГц. Поэтому, путешествуя за границу или импортируя приемники, станции, вещающие на определенных частотах с такими интервалами, могут быть приняты нечетко. Эта проблема не повлияет на прием на аналоговых приемниках. В некоторых странах, таких как Италия, где FM-диапазон сильно загружен, все еще разрешено использовать любую кратную 50 кГц, где это возможно. Интервалы между каналами 50 кГц помогают предотвратить взаимные помехи, используя эффект захвата FM и селективность приемника.

План полос и нумерация каналов в Регионе 2 МСЭ

Первоначальное распределение частот в Северной Америке, использовавшееся Эдвином Армстронгом, применяло частотный диапазон от 42 до 50 МГц, но с 1945 года это распределение было изменено на более высокую полосу. В Канаде, Соединенных Штатах, Мексике, на Багамах и т. д. существует 101 FM-канал, пронумерованных от 200 (центральная частота 87,9 МГц) до 300 (центральная частота 107,9 МГц), хотя эти номера редко используются вне областей радиотехники и государственного регулирования. Центральные частоты FM-каналов расположены с шагом в 200 кГц. Частота 87,9 МГц, хотя и является технически частью телевизионного канала 6 (82–88 МГц), используется всего двумя FM-станциями класса D в Соединенных Штатах. Портативные радиоприемники часто настраиваются до 87,5 МГц, чтобы одни и те же радиоприемники можно было производить и продавать по всему миру. Автомобильные FM-радио обычно могут настраиваться до 87,7 МГц, чтобы принимать аудиосигнал телевизионного канала 6 на частоте 87,75 МГц (±10 кГц) во время движения. Это стало в значительной степени невозможным после перехода на цифровое телевидение в 2009 году, хотя в 2023 году FCC разрешила четырнадцати маломощным телевизионным станциям 6-го канала продолжать радиовещание неограниченно долго. В Соединенных Штатах двадцать один канал с центральными частотами от 87,9 до 91,9 МГц (каналы 200–220) составляют зарезервированную полосу, предназначенную исключительно для некоммерческих образовательных (NCE) станций. Другие каналы (от 92,1 МГц до 107,9 МГц, каналы 221–300) могут использоваться как коммерческими, так и некоммерческими станциями. (Следует отметить, что в Канаде и Мексике это ограничение не действует; Мексика ввела резервирование частот 106,1–107,9 МГц для общественных и коренных станций в 2014 году, хотя десятки станций были сохранены из-за отсутствия места для их переноса.) Изначально Федеральная комиссия по связи США (FCC) разработала план распределения частот, в котором FM-радиостанции назначались с интервалом в четыре канала (разделение 800 кГц) для каждой географической области. Таким образом, в одной области станции могли располагаться на частотах 88,1, 88,9, 89,7 и т. д., а в соседней области – на частотах 88,3, 89,1, 89,9, 90,7 и т. д. Определенные частоты были предназначены исключительно для станций класса A (см. FM-вещание), которые имели ограничение в три киловатта эффективной излучаемой мощности (ERP) и ограничение высоты антенны центра излучения в 300 футов (91,4 м) над средней высотой местности (HAAT). Эти частоты: 92,1, 92,7, 93,5, 94,3, 95,3, 95,9, 96,7, 97,7, 98,3, 99,3, 100,1, 100,9, 101,7, 102,3, 103,1, 103,9, 104,9, 105,5, 106,3 и 107,1. На других частотах станция могла быть класса B (50 кВт, 500 футов) или класса C (100 кВт, 2000 футов), в зависимости от зоны ее расположения. В конце 1980-х годов FCC перешла на план распределения частот, основанный на таблице разделения расстояний между действующими станциями, и разделила таблицу классов, чтобы создать дополнительные классы и изменить ограничения по высоте антенн на метрические. Мощность станций класса A была увеличена до шести киловатт, а вышеупомянутые ограничения по частотам были сняты. По состоянию на конец 2004 года станцию можно было "втиснуть" в любое место, если ее местоположение и класс соответствовали правилам таблицы разделения FCC. Правила, касающиеся расстояния между соседними каналами, не применяются к станциям, лицензированным до 1964 года. В 2017 году Бразилия подготовила основу для возврата каналов 5 и 6 (76,1–87,5 МГц) для использования в звуковом вещании и потребовала, чтобы новые радиоприемники могли настраиваться на новую расширенную полосу (faixa estendida, сокращенно eFM). Пять передатчиков государственной вещательной компании Brazil Communication Company стали первыми станциями расширенного диапазона, которые начали вещание 7 мая 2021 года.

Отклонение и пропускная способность

Обычно каждый канал имеет ширину 200 кГц (0,2 МГц) и способен пропускать аудио- и субнесущие частоты до 100 кГц. Отклонение частоты обычно ограничивается 150 кГц в сумме (±75 кГц) для предотвращения взаимных помех между соседними каналами в диапазоне. Вещательные станции в США могут превышать этот предел на 10%, если используют нестереофонические субнесущие, при этом общая модуляция увеличивается на 0,5% за каждый 1% используемый субнесущими. Для уменьшения полосы пропускания и размещения большего количества станций, некоторые станции могут быть ограничены отклонением в пределах (±50 кГц).

План полос OIRT

Группа радиовещания OIRT FM охватывает частоты от 65,8 до 74 МГц. Она использовалась в Советском Союзе и большинстве других стран-членов Варшавского договора Международной организации радио и телевидения в Восточной Европе (OIRT), за исключением Восточной Германии, которая всегда использовала радиодиапазон от 87,5 до 100 (позже 104) МГц, в соответствии с практикой Западной Европы. Нижняя часть диапазона ВЧ (VHF) ведет себя несколько похоже на коротковолновое радио, обладая большей дальностью, чем верхняя часть этого же диапазона. Она идеально подходила для охвата обширных и удаленных территорий, которые в противном случае не имели бы доступа к FM-радиовещанию. В определенном смысле, FM была хорошо приспособлена для этой полосы, поскольку эффект захвата FM мог снизить влияние помех от небесных волн. Переход на диапазон 87,5–108 МГц начался еще в 1980-х годах в некоторых странах Восточной Европы. После распада коммунистических режимов этот переход значительно ускорился с появлением частных радиостанций. Этому также способствовало отсутствие оборудования для диапазона OIRT и модернизация существующих передающих сетей. Многие страны полностью прекратили вещание в диапазоне OIRT FM, хотя его использование продолжается в других, в основном в бывших республиках СССР. Будущее вещания в диапазоне OIRT FM ограничено из-за отсутствия новых потребительских приемников для этой полосы за пределами России. Странами, которые все еще используют диапазон OIRT, являются Россия (включая Калининградскую область), Беларусь, Молдова, Украина и Туркменистан. В Чехословакии решение использовать диапазон 87,5–108 МГц вместо 65,9–74 МГц было принято в начале 1980-х годов. Был разработан план частот, который был международно согласован на Региональной административной конференции по FM-звуковому вещанию в диапазоне ВЧ (VHF) в Женеве в 1984 году. Выделенные частоты остаются действующими и используются в Чешской Республике и Словакии. Первый передатчик был введен в эксплуатацию на частоте 102,5 МГц недалеко от Праги в ноябре 1984 года. Три года спустя в стране работало одиннадцать передатчиков, в том числе три в районе Жижков в Праге. В 1988 году планировалось установить 270 передатчиков в 45 местах. Переход был завершен в 1993 году. В Польше все передатчики OIRT были выведены из эксплуатации в конце 1999 года. Венгрия закрыла свои последние передатчики в 2007 году, а в течение тридцати дней в июле того же года несколько венгерских радиолюбителей получили временное экспериментальное разрешение на проведение экспериментов по распространению радиоволн и помехам в диапазоне 70–70,5 МГц. В Беларуси на OIRT все еще работают только государственные общественные радиостанции. Все станции на OIRT в Беларуси являются дубликатами обычных FM-передач. Основная цель этих станций – обеспечение совместимости со старым оборудованием. В 2014 году Россия начала замену передатчиков диапазона OIRT на передатчики диапазона CCIR («западного» стандарта). Основная причина перехода на CCIR FM – расширение аудитории. В отличие от западной практики, частоты OIRT FM основаны на кратных значениях 30 кГц, а не 50, 100 или 200 кГц. Это могло быть сделано для уменьшения взаимных помех, вызванных спорадическим распространением E и другими атмосферными явлениями, которые чаще возникают на этих частотах. Однако эффекты многолучевого искажения менее заметны, чем в диапазоне CCIR. Стереозвук обычно достигается путем передачи стереодифференциального сигнала с использованием процесса, называемого полярной модуляцией. Полярная модуляция использует пониженную несущую частоту 31,25 кГц с аудиосигналом на обеих боковых полосах. Это дает следующую структуру сигнала: L + R > 31,25 кГц пониженная несущая частота L R.

Диапазон 4 метра (70–70,5 МГц), выделенный для радиолюбительской связи во многих европейских странах, полностью находится в пределах диапазона OIRT FM. Операторы в этом диапазоне и в диапазоне 6 метров (50–54 МГц) используют наличие вещательных станций как индикатор «открытия» связи с Восточной Европой или Россией. Это может быть как преимуществом, так и недостатком, поскольку ширина выделенной полосы для радиолюбительской связи в 4-метровом диапазоне составляет всего 0,5 МГц или меньше, и одна вещательная станция может создавать значительные помехи для большой части диапазона. Телевизионные каналы системы D R4 и R5 полностью или частично находятся в диапазоне 87,5–108 МГц FM-радиовещания. Странам, которые все еще используют систему D, необходимо рассмотреть вопрос о реорганизации телевизионного вещания, чтобы в полной мере использовать этот диапазон для аудиовещания.

Японский план

В Японии FM-диапазон составляет 76–95 МГц (ранее 76–90 МГц). Диапазон 90–108 МГц использовался для аналоговых каналов телевидения VHF 1, 2 и 3 (каждый телевизионный канал NTSC имеет ширину 6 МГц). Узкая полоса японского FM-диапазона (19 МГц по сравнению с чуть более 20 МГц для полосы CCIR) ограничивает количество FM-станций, которые можно разместить в диапазоне частот, в результате чего многие коммерческие радиостанции вынуждены использовать AM-вещание. Многие японские радиоприемники способны принимать как японский FM-диапазон, так и CCIR FM-диапазон, что позволяет продавать одну и ту же модель как в Японии, так и за ее пределами. Радио может охватывать частоты от 76 до 108 МГц, выбор диапазона частот может быть предусмотрен пользователем, либо во время сборки радио может быть настроено на работу в одной полосе с помощью специально установленного диода или другого внутреннего компонента. Традиционные аналоговые радиоприемники с ручной настройкой ранее имели маркировку "TV Sound" в диапазоне 76–88 МГц. Если такие радиоприемники продавались, например, в США, диапазон 76–88 МГц был бы обозначен как "TV Sound" для каналов VHF 5 и 6 (как два телевизионных канала NTSC шириной 6 МГц), а диапазон 88–108 МГц – как обычный FM. Совместимость "TV Sound" с обычным FM-радио завершилась с переходом на цифровое телевидение в США в 2009 году, за исключением небольшого числа маломощных станций на 6-м канале, которые все еще используют аналоговый сигнал; эти маломощные станции перейдут на цифровое вещание в 2021 году. В подержанных автомобилях, импортированных из Японии, установлено радио, предназначенное для японского FM-диапазона, и импортеры часто устанавливают "конвертер" для понижения частоты диапазона 87,5–107,9 МГц до частот, которые может принимать радио. Помимо отображения неверной частоты, существуют еще два недостатка, которые могут привести к нежелательным результатам: конвертер не может полностью преобразовать стандартный международный FM-диапазон (шириной до 20,5 МГц) в японский диапазон шириной всего 14 МГц (если конвертер не имеет двух переключаемых пользователем режимов понижения частоты), а автомобильная антенна может показывать плохую производительность в более высоком FM-диапазоне. Некоторые конвертеры просто понижают частоту FM-диапазона на 12 МГц, что приводит к логичным частотам (например, 78,9 МГц для 90,9 МГц, 82,3 МГц для 94,3 МГц и т. д.), но исключает диапазон 102–108 МГц. Кроме того, в Японии не используется RDS, в то время как большинство современных автомобильных радиостанций, доступных в Европе, поддерживают эту систему. Также конвертер может блокировать прохождение СВ-диапазона, используемого для AM-вещания. Лучшим решением является замена радио и антенны на модели, предназначенные для страны, в которой будет использоваться автомобиль. Австралия столкнулась с аналогичной ситуацией с австралийскими телевизионными каналами 3, 4 и 5, которые находятся в диапазоне 88–108 МГц, и первоначально планировала последовать примеру Японии, но в конечном итоге выбрала западный план частот из-за радиоприемников CCIR, импортированных в страну. В Австралии также продавались радиоприемники с диапазоном частот 76–90 МГц.

Исторический план оркестра США

В 1930-х годах начались исследования по созданию радиостанций, передающих в диапазоне "очень высоких частот" (VHF) выше 30 МГц. В октябре 1937 года Федеральная комиссия по связи (FCC) объявила о новых распределениях частот, включавших полосу экспериментальных и образовательных станций "Apex", состоящую из 75 каналов в диапазоне от 41,02 до 43,98 МГц. Подобно существующему AM-диапазону, эти станции использовали амплитудную модуляцию, однако интервал в 40 кГц между соседними частотами был в четыре раза больше, чем 10 кГц в стандартном AM-диапазоне, что снижало взаимные помехи и обеспечивало большую полосу пропускания для высококачественного вещания. Также в 1930-х годах Эдвин Говард Армстронг разработал конкурирующую технологию передачи – "широкополосную частотную модуляцию", которая позиционировалась как превосходящая AM-вещание, особенно благодаря высокой точности воспроизведения и почти полной невосприимчивости к статическим помехам. В мае 1940 года, во многом благодаря усилиям Армстронга, FCC приняла решение о ликвидации полосы Apex и разрешила использование FM-диапазона с 1 января 1941 года, работающего на 40 каналах в диапазоне 42–50 МГц, при этом первые пять каналов были зарезервированы для образовательных станций. Владельцы станций проявили значительный интерес к новому FM-диапазону, однако ограничения на строительство, введенные во время Второй мировой войны, замедлили его развитие. После окончания войны FCC приступила к стандартизации распределения частот. Одной из проблем являлись эффекты тропосферного и спорадического распространения E, которые иногда отражали сигналы станций на большие расстояния, вызывая взаимные помехи. Особенно противоречивым было предложение, выдвинутое Радиокорпорацией Америки (RCA) во главе с Дэвидом Сарноффом, о переносе FM-диапазона на более высокие частоты для предотвращения этой потенциальной проблемы. Армстронг утверждал, что это перераспределение преследовало скрытую цель сорвать развитие FM-радио, однако предложение RCA было принято, и 27 июня 1945 года FCC объявила о переносе FM-диапазона на 90 каналов в диапазоне 88–106 МГц, который вскоре был расширен до 100 каналов в диапазоне 88–108 МГц, при этом первые 20 каналов остались зарезервированными для образовательных станций. После этого был установлен период, в течение которого существующим FM-станциям разрешалось вещание одновременно в исходных "низких" и новых "высоких" FM-диапазонах, который завершился в полночь 8 января 1949 года, когда все передачи в низком диапазоне должны были быть прекращены. В 1978 году была выделена дополнительная частота 87,9 МГц, зарезервированная для образовательных станций. В марте 2008 года FCC запросила общественное мнение о возможности использования полосы частот, занимаемой аналоговыми телевизионными каналами 5 и 6 (76–88 МГц), для расширения FM-диапазона после завершения перехода на цифровое телевидение, запланированного сначала на февраль 2009 года (впоследствии перенесен на июнь 2009 года). Это предложение фактически предусматривало использование частот, соответствующих существующей японской FM-радиослужбе (начинающейся с 76 МГц), для расширения североамериканского FM-диапазона. С 2009 по 2021 год несколько телевизионных станций малой мощности, получивших неофициальное название "Franken FMs", фактически работали как радиостанции на 6-м канале, используя звуковую несущую 87,7 МГц этого канала, принимаемую большинством FM-приемников, настроенных на охват всей полосы II. С тех пор ограниченное число станций получило специальное временное разрешение на передачу специальной звуковой несущей в своих сигналах ATSC 3.0 для сохранения текущей ситуации.

Выключение радио FM

С постепенным внедрением цифрового радиовещания (например, HD Radio, DAB+) некоторые страны запланировали и начали поэтапный отказ от FM-радио. Норвегия в январе 2018 года стала первой страной, полностью прекратившей FM-вещание.