Почему качество радиосвязи плохое?

Почему современные самолеты и центры УВД не имеют качественного звука для связи? Например в этом видео:


Или вообще любой другой пример пилотной связи (у кого-то хуже, у кого-то лучше).

Это, конечно, не так уж плохо, но это сравнимо с дешевой гарнитурой за 4 доллара, настолько искажен звук. Это может вызвать проблемы, когда пилот не понимает некоторые слова и просит повторить предложение. И еще больше проблем, если пилот или диспетчер не являются носителями английского языка.

Есть ли за этим какая-то техническая причина, например, ограничения антенны/сигнала внутри самолета? Качество такое же, когда пилот просто рулит по земле, так что я предполагаю, что это не имеет никакого отношения к скорости или высоте.

PS Вопрос чем-то похожий, но речь идет о системе громкой связи для пассажиров, я говорю о связи пилот-диспетчер.

ОБНОВЛЕНИЕ
Хотя я принял (честно - под давлением сверстников) ответ от TomMcW, который дал неплохие технические подробности по этому вопросу, мне лично нравится ответ Энтони X, который указал на очень важный факт, что системы должны быть изменены во всем мире в одночасье. очень короткий период времени, и, вероятно, именно поэтому за последние пару десятилетий не было сделано никаких серьезных изменений. Поэтому я предлагаю прочитать и его ответ, а не только тот, который получил наибольшее количество голосов.

Это потому, что сигнал по-прежнему передается за счет изменения амплитуды несущей (AM). AM подвержен радиочастотным помехам и искажениям гораздо больше, чем FM/PM. Добавим, что он еще и аналоговый, а мы привыкли к цифровому общению (телефон, аудио-CD, видео...)
@mins, тогда еще раз, почему все еще AM? Существует множество других методов модуляции, способных к связи на большие расстояния, почему бы не использовать что-то получше? Конечно, не все полосы частот доступны во всех странах, но справедливо ожидать некоторого прогресса через многие десятилетия.
Это потому, что нам нужно заменить все передатчики и все приемники. Будет переходный период, когда будет присутствовать AM и новый метод (который будет сжатым и цифровым). Я думаю, у ИКАО уже есть план на этот счет (думаю, данные и голос будут передаваться по-другому). Обратите внимание, что длинная океаническая передача, которая является AM (фактически SSB , т.е. AM без несущей и только с одной боковой полосой), не может использовать FM, который требует более сильного сигнала, чем FM, для правильной демодуляции.
@mins FM не требует более сильного сигнала, чем AM. Наоборот, он требует гораздо меньше энергии. Проблема в том, что выделенный FM- спектр не распространяется на большие расстояния, что зависит от его длины волны, а не от технологии.
@EJP: речь идет об океанической связи, сравнивая качество FM с AM / SSB. Независимо от текущих режимов и принадлежности диапазонов. Полезная мощность, принимаемая на антенну в ЧМ, будет примерно в 4 раза слабее, чем в SSB при той же мощности передатчика на данной частоте. По моему опыту, для аналоговой модуляции SSB имеет наилучшие характеристики на расстоянии от HF до UHF (хотя это и не самое лучшее качество). Посмотрите, как этот парень сравнивает оба режима на частоте 144 МГц.
@mins Я могу ошибаться, но я думаю, что причина в 4 раза более сильного сигнала, который может иметь передача SSB по FM, просто основана на том факте, что одна боковая полоса и несущая подавляются, а это означает, что передатчик может выкачивать боковую полосу сильнее, так как мощность не нужно вкладывать в другие частоты.
Комментарий @EJP может немного сбивать с толку. Спектров FM/AM нет. Радиодиапазон использует AM, но на самом деле находится рядом с диапазоном FM-вещания с почти идентичным распространением. Различия возникают в HF (поэтому он используется для океанских полетов). AM уступает FM, но обычно вполне разборчив. Я не считаю качество радиосвязи в авиационном диапазоне «плохим», за исключением случая, когда у кого-то плохое радио (что, как радиолюбитель, я могу сообщить, также происходит с людьми, которые используют FM и цифровое... :-) ) .
@Steve: Вы совершенно правы насчет экономии энергии в SSB. Те же рассуждения применимы между узкополосным и широкополосным FM, хотя эффективность достигается за счет выбора индекса модуляции . Боковые полосы FM не ограничены одной парой, как в AM. Существуют таблицы ( функции Бесселя ), которые дают энергию в несущей и боковых полосах для заданного индекса: например, для MI = 2,405 в несущей нет энергии (но пар боковых полос больше, на самом деле содержится 98% энергии в 5 парах).
@TomMcW, ну, оба ответа хороши, выбрать довольно сложно, было бы неплохо, если бы можно было объединить ответы, но выбор между одинаково хорошими ответами довольно сложен. Я читал некоторые обсуждения на мета об этом, но это все еще сложно. Вы указали на некоторые хорошие вещи о технической стороне вещей, но большинство из них я уже знал, хотя другие, кто будет читать это, могут не знать об этом. И Энтони X дал несколько хороших моментов, о которых я вообще не думал. Так что по сути вы ответили на две разные части вопроса - почему звук некачественный и почему технологии не обновляются.
@TomMcW, я бы отметил оба, если бы мог :) В любом случае, я надеюсь, что люди прочитают все ответы и комментарии, если им это интересно.
Кстати, +1 за вопрос, который вызывает такое живое обсуждение в комментариях.
@ScienceSamovar: Почему AM не FM? AM и SSB гораздо меньше подвержены влиянию доплеровского сдвига, как FM. FM использует отклонения частоты относительно несущей частоты в ответ на изменения амплитуды звука. На скорости, с которой летают самолеты, FM-приемник не будет ловить сигнал. В режимах AM и SSB необходима только доплеровская коррекция, это регулировка приемника на несколько кГц +/- . Для связи на большие расстояния через ВЧ режим FM будет нечитаемым из-за множественных скачков сигнала и фазовых искажений.

Ответы (5)

На это есть техническая причина. Во-первых, я должен отметить, что большая часть речи в видео исходит от пилота-инструктора, а не по радио. Это просто звук прямо из его гарнитуры. Это говорит о том, что сам хисет уже производит «радиоэффект». По сути, вы слышите, что все частоты ниже примерно 300 Гц и выше примерно 4 кГц резко обрезаются фильтром. Это оставляет очень узкую полосу звуковых частот.

Хотя этот звук очень искусственный, первая причина в том, что он отфильтровывает как можно больше фонового шума, оставляя только голос. Большая часть того, что делает речь разборчивой, происходит в этом диапазоне.

Вторая причина заключается в том, что для связи с авиадиспетчерской службой используется AM-радио. С AM полоса пропускания звуковых частот, которые вы отправляете, соответствует полосе пропускания радиочастот, используемых для его отправки. Поэтому, если вы отправляете полночастотный звук от 10 Гц до 10 кГц, вы будете использовать очень широкую полосу частот. Чтобы освободить место для большего количества каналов связи, вы должны ограничить полосу пропускания сигналов, чтобы не вторгаться на близлежащие частоты.

Из википедии:

Качество звука в радиодиапазоне ограничено используемой полосой пропускания радиочастот. В более новой схеме разноса каналов наибольшая полоса пропускания канала может быть ограничена 8,33 кГц, поэтому максимально возможная звуковая частота составляет 4,165 кГц. В схеме разнесения каналов 25 кГц теоретически возможна верхняя звуковая частота 12,5 кГц. Однако большинство голосовых передач в радиодиапазоне никогда не достигают этих пределов. Обычно вся передача содержится в полосе частот от 6 кГц до 8 кГц, что соответствует верхней звуковой частоте от 3 кГц до 4 кГц.[14] Эта частота, хотя и низкая по сравнению с верхним диапазоном человеческого слуха, достаточна для передачи речи.

Власти будут вводить ограничение пропускной способности, чтобы максимизировать доступность частот. Радиостанции, используемые в авиации, должны быть сертифицированы в соответствии с этими ограничениями. В США это FCC (Friendly Candy Company). Но у меня нет конкретных законодательных ограничений. Может быть, кто-то придумал их.

Вот простое объяснение того, как пропускная способность аудио влияет на пропускную способность радио.

Полоса пропускания 4 кГц не является проблемой (телефоны используют 3 кГц). Проблема заключается в том, что процесс модуляции-демодуляции неточен из-за изменений амплитуды в канале.
@mins, когда вы говорите, что телефоны используют частоту 3 кГц, вы имеете в виду современные цифровые телефоны. Это совсем другая игра с мячом. Несущая частота am-передач зависит от частоты сигнала. Если вы отправляете тон 1 кГц, результирующая передача будет несущей частотой + 1 кГц и несущей частотой - 1 кГц. Полоса шириной в кГц. Если вы отправляете тон 10 кГц, это несущая частота + 10 кГц и - 10 кГц. Полоса шириной 20 кГц
@mins удалил ссылки на FM из моего ответа, чтобы избежать путаницы. Я изучал радио эоны лет назад и с тех пор ничего с ним не делал. (Думаю, срок действия моей радиолюбительской лицензии истек в 1986 году!) Мои воспоминания об этих концепциях нечеткие.
«По сути, вы слышите, что все частоты ниже примерно 6 кГц и выше примерно 8 кГц резко отсекаются фильтром. Это оставляет очень узкую полосу звуковых частот». @TomMcW, я нахожу это утверждение сбивающим с толку. Это то, что ты действительно хотел сказать?
@TomMcW, я думаю, вы неправильно прочитали текст в Википедии. В тексте говорится, что общая полоса пропускания составляет от 6 до 8 кГц, что соответствует полосе пропускания звука от 3 до 4 кГц. (Половина полосы пропускания AM) В этом случае верхняя граница фильтра будет составлять 3 или 4 кГц. Нижняя отсечка обычно составляет 300 Гц. В тексте Википедии не упоминается нижняя частота среза.
@мин Вы ошибаетесь. В FM амплитуда по определению модулирует частоту. Отклонение частоты при передаче соответствует отклонению амплитуды на входе, а полоса пропускания соответствует максимальному отклонению частоты, умноженному на 2. Полоса пропускания звука при передаче FM ограничена только передатчиком и приемником, а не средой.
@wirewrap Вы правы, спасибо. Остановившись на секунду, чтобы подумать, я понял, что 6-8 кГц просто дадут вам свистящие звуки. Да ... я отредактирую свой ответ и использую ваши цифры. Они имеют больше смысла. ...и я чертов звукорежиссер.
@EJP: Я могу ошибаться, но ... Отклонение частоты [...] соответствует отклонению амплитуды на входе : требование к полосе пропускания также учитывает индекс модуляции , который зависит от частоты модуляции. При синусоидальной модуляции при постоянной амплитуде энергия не будет равномерно распределена в полосе пропускания, появится ряд боковых полос, амплитуда которых будет зависеть от частоты , а не от амплитуды, при fc-1m, fc+1m, fc- 2 м, fc+2 м и т. д., как подробно описано на стр. 32 этого документа .
@mins См. стр. 25 вашей цитаты. Вы ходите по кругу. Индекс модуляции представляет собой отношение входной полосы пропускания к выходной девиации частоты. Таким образом, девиация выходной частоты не определяется индексом модуляции.
1. Пропускная способность канала ограничивает только пропускную способность звука в довольно наивных схемах (AM, FM). Более совершенные схемы известны с 1950-х годов, а с 1980-х годов они широко используются в коммерческих целях для мобильных телефонов. 2. Фильтры 300-3400 Гц для POTS так же старые. Современные нелинейные фильтры могут работать лучше.
@EJP: Мгновенные значения: действительно, это определение FM (вы можете предположить, что я это знаю). Вы продолжаете рассуждать о зависимости амплитуды от времени, видимой на осциллографе, а я говорю об зависимости амплитуда-частота, видимой на анализаторе спектра. Допустим, мы не согласны :)
Какой ужасный, неосведомленный ответ, который полностью упускает из виду тот факт, что даже FM-радиоприемники, используемые сегодня, также имеют такую ​​же узкую или более узкую полосу пропускания звука! Стандартная полоса пропускания звука для FM VHF уже довольно давно составляет 3 кГц. Так много для technical reason. Также одна большая проблема, которую я видел с инструктором, заключается в том, что кажется (по крайней мере, мне), что его вход микрофона, кажется, все время входит в насыщение. Возможно, было бы лучше уменьшить усиление микрофона и правильно настроить компрессор динамического диапазона, если такая возможность есть в радиостанциях мобильной связи.
Также в этой записи они даже не используют упомянутые 4 кГц. Взглянув на звуковой спектр, похоже, что у них есть сильный фильтр, который срезает практически все, что выше 2 кГц. Плотность спектра мощности выглядит так, как будто она имеет большую часть мощности между 400 Гц и 1 кГц. Еще раз, парень на фото плохо входит в насыщение.

Когда впервые были установлены стандарты радиосвязи, они основывались на технологии того времени: аналоговые сигналы фильтровались для обеспечения амплитудной модуляции в ограниченной полосе пропускания. В большинстве случаев этого достаточно для передачи разборчивого голоса, что является пределом его предназначения.

Время и технологии изменились... теоретически, цифровая система могла бы передавать звук с более высокой точностью и большей эффективностью использования полосы пропускания, но для реализации такой системы потребовалось бы, чтобы все самолеты и все наземные станции ВЕЗДЕ были соответствующим образом оборудованы. Это непростая задача. Просто посмотрите, как телевидение перешло от аналогового к цифровому, и подумайте об этом:

  1. Авиационная радиосвязь является важным компонентом управления воздушным движением и обеспечения безопасности полетов, используемого самолетами, регулярно выполняющими рейсы между всеми юрисдикциями на планете.
  2. Все (в воздухе и на земле) в данном воздушном пространстве должны иметь возможность слышать и быть услышанными всеми остальными. Любой переход в стандартах должен происходить без нарушения этого принципа.
  3. Самолеты сложны в эксплуатации; любые изменения в оборудовании должны учитывать человеческий фактор. Как повлияет переход на новый стандарт радиосвязи на задачи пилота по выбору радиостанций и радиоканалов?
Может аналог дешевле? «Если он не сломан, не чини его. Особенно если он дешевле». Миграция телевидения была мотивирована тем, что пользователи связи хотели лучшего качества, что, вероятно, является менее приоритетным для авиационного радио. Похоже на то, что все внутренние инструменты компании создаются с помощью Winforms или начальной загрузки вместо пользовательского решения.
Кроме того, мы переходим на новую технологию, которая снижает (а во многих случаях и вовсе устраняет) потребность в голосовой связи в первую очередь, например, CPDLC.
Но, помимо практического вопроса, почему мы не можем иметь цифровую систему (в другом частотном диапазоне), которая также ретранслирует на стандартных АМ-волнах, пока все не освоятся? Любой, у кого есть новый стандарт, может воспользоваться более четким звуком благодаря отказоустойчивости AM.
@ jdk1.0 Это был бы сложный и дорогостоящий переход, требующий от всех стран согласования новых технических стандартов и подхода к переходу, чтобы все страны имели соответствующую полосу частот, свободную от любого другого использования и выделенную исключительно для цифрового радио, двухдиапазонного оборудование, изготовленное и установленное в диспетчерских пунктах по всему миру и на всех самолетах. Прочитайте эту Википедию для краткого обсуждения предмета; обратите внимание, что, несмотря на проблемы с качеством, существующая аналоговая система имеет одно или два преимущества в плане безопасности.
@ Энтони-х Верно, поэтому я предварил свой вопрос словами «помимо практического вопроса». По сути, я задавался вопросом о недостатках конкретной стратегии перехода, учитывая, что у нас волшебным образом уже есть оборудование для всех, кто хочет его использовать. Единственная причина, о которой я могу думать, - это потребность в большей пропускной способности, как вы упомянули (а также преимущества безопасности).
@ jdk1.0 «Необходима большая пропускная способность» - да, для перехода - и существующая, и новая полосы будут распределяться одновременно, но после перехода потребуется меньшая пропускная способность (разумное кодирование, протоколы и т. д. были бы более эффективными с точки зрения пропускной способности) делать ту же работу)

Внешние воздействия могут оказывать влияние на системы связи. Ссылка для проверки космической погоды:

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

Этот ответ следует расширить на...

На качество звука влияет то, как пилот говорит в микрофон. Для идеального звука не следует говорить прямо в микрофон, так как это увеличивает низкие частоты голоса динамиков и усиливает хлопки и шипение, вызванные нормальным дыханием. Разговор с микрофоном на уровне подбородка, а не на уровне губ, значительно повышает разборчивость звука. Большинство качественных коммуникационных устройств содержат схему компандера (сжатие/расширение звука) для выравнивания звука. Это приводит к повышению более тихих частей и снижению более громких частей передачи до разумных уровней.

Что касается режима передачи, будь то AM, FM или SSB, применяется принцип GIGO. Мусор на входе Мусор на выходе в сочетании с чрезмерной модуляцией или чрезмерной девиацией в случае FM отрицательно повлияет на принимаемый звук.

AM и SSB используются в авиации, потому что на эти режимы не влияет доплеровский сдвиг, вызванный быстро движущимся самолетом, который может создать проблемы при передаче в диапазоне FM.

На SSB не влияет доплеровский сдвиг? Ху, как заставить BFO следовать боковой полосе без ссылки на несущую?
Самолет на скорости 800 км/ч или 2880 м/с вызывает доплеровский сдвиг всего 9,6 ppm (частей на миллион). Вам нужен очень стабильный кварцевый генератор с меньшей погрешностью частоты, чем 10 ppm. Самолеты очень медленные по сравнению со скоростью света.
При использовании SSB несущая подавляется или удаляется при передаче с использованием балансного модулятора. Когда сигнал получен, BFO (Генератор частоты ударов) эмулирует отсутствующую несущую, повторно вставляется и смешивается с этим сигналом, воссоздавая исходный сигнал. Сигнал BFO становится опорной несущей в приемнике. В зависимости от того, какая боковая полоса используется, частота BFO соответствующим образом смещается.
На FM больше влияет доплеровский сдвиг, потому что это явление, по сути, является примером того, что называется косвенным FM (изменение частоты, вызванное движущимся объектом). Представьте, что гудит поезд с точки зрения пешехода. Когда самолет приближается к вышке, диспетчеру УВД придется настроиться на более высокую частоту, при посадке УВД и самолету на той же частоте, а при взлете УВД придется настроиться на более низкую частоту, чтобы поддерживать контакт. Заноза в заднице как для УВД, так и для пилота. Изменение частоты составляет около 31 Гц на км/ч.
@Uwe 800 км / ч - это около 220 м / с, а не 2880 м / с, как следует из вашего комментария. На скорости почти 3 км/с вы находитесь на уровне мощных истребителей или разведывательных самолетов.
@Uwe, скорость света высока, но авиационная радиосвязь происходит в диапазоне 100 МГц, а каналы имеют ширину всего 25 кГц (8,33 кГц в Европе). В вашем примере: 136.025 -> 136.0251 или 4000 частей на миллион (12000 частей на миллион в Европе). (Я не уверен, почему я ошибаюсь на 2 порядка по сравнению с Resident_heretic.)

«Эффект захвата» - одна из причин, по которой AM-радио по-прежнему предпочтительнее FM-радио для авиационной связи. Следующая цитата взята из документа, озаглавленного « Применение радиосвязи с амплитудной модуляцией в авиации »:

В телекоммуникациях эффект захвата — это явление, связанное с FM-приемом, при котором будет демодулироваться только более сильный из двух сигналов на той же или близкой к ней частоте. Эффект захвата определяется как полное подавление более слабого сигнала на ограничителе приемника. (если он есть), где более слабый сигнал не усиливается, а ослабляется. Когда оба сигнала почти равны по силе или затухают независимо друг от друга, приемник может переключаться с одного на другой и демонстрировать ограждение из штакетника. Во многих коммерческих приложениях здорово, что вы можете добиться исключительной четкости с помощью FM-радио, а также очень легко разделить каналы благодаря эффекту захвата. Однако в авиации радио используется для передачи голосовых сигналов, не требующих высокой четкости. Важнее,

Амплитудная модуляция, или АМ-радио, передача не подвержена эффекту захвата. Это одна из причин, по которой авиационная промышленность решила использовать для связи AM, а не FM, что позволяет транслировать несколько сигналов на одном и том же канале.

Далее источник описывает компьютерное моделирование радиосвязи AM и FM.

Было бы практично оборудовать FM-приемник индикатором, который оценивал бы общую мощность сигналов в канале, отличном от самого сильного передатчика , например, путем умножения принятого сигнала с ограниченной полосой пропускания на синтезированную несущую, которая была на 90 градусов не по фазе относительно сигнала? первичный обнаруженный сигнал?
Почему качество радиосвязи плохое?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v