[patron 1]

Известная проблема - интермодуляция, ограничивающая количество используемых частот, увеличивающаяся с уменьшением расстояния между передатчиками (взимомодуляция), увеличивающаяся с количеством передатчиков на ограниченном пространстве и т.д.

В частности : при записи ТВ передач, концертов, спектаклей и т.д. могут работать одновременно несколько десятков карманных и ручных радиомикрофонов в руках или спрятанных под одеждой участников или актёров. Часто группа людей с передатчиками находится например на сцене, плотно стоящими друг к другу. В такой ситуации весьма непросто найти частоты, свободные от интерференции. 

В аналоговых каналах такой связи вопрос интермодуляции стоит очень остро. Цифровые каналы связи, по словам их производителей, практически свободны от этой проблемы. Насколько подобные утверждения верны ?

Например вот цитата из статьи фирмы Audio Limited о премуществе цифрового канала :

The most obvious advantage is that a digital system can successfully operate on or near a frequency that is exhibiting RF energy (whether noise, carrier, etc.) from an unrelated system in closer proximity than an analogue system. But even more important is its immunity from various non-linearities and spurious signals is greatly enhanced.

На русском это звучит примерно так : "...Наиболее очевидным преимуществом является то, что цифровая система может успешно работать на частоте или вблизи частоты, которая излучает радиочастотную энергию (будь то шум, несущая и т. д.) от системы, находящейся в непосредственной близости, чем аналоговая система. Но еще более важным является его невосприимчивость к различным нелинейностям..."

Изменено 27 марта, 2019 пользователем patron

[yurik82 23]

Вопрос вообще (пофлеймить про цифру и аналог) или конкретно про радиомикрофоны?

 

Для аналоговой передачи звука необходимо обеспечить высокое соотношение сигнал/шум, тем больше чем выше требования к качеству С/Ш в аудиоканале. Для вещательного FM-качества надо 20+ дБ (более 100 раз). При появлении помехи в полосе рабочих частот (шум, несущая) снизится качество звука на выходе.

 

В цифровых каналах появление любого шума увеличивает % BER (Bit error rate), что снижает скорость канала, но не влияет на передаваемые данные пока доступной скорости хватает для нужного нам битрейта данных.

Наибольшее преимущество в энергетике линка для цифры дает использование психоакустического сжатия звука кодеками (сжатие с потерями, которые не может отличить человеческое ухо). Типичный звук (речь, музыка) сжимается в среднем в 8 раз без отличия на слух. Например в DAB радиовещании (которое пришло на смену FM вещанию) сейчас используют кодек HE-AACv2  (известен также как eAAC+), ранее использовали разновидность MP3.

 

Сравнимое с обычным FM-вещанием (широкополосная FM +-75 kHz) качество дает битрейт всего 96 или 128 кбит

 

Второе большое преимущество цифровой передачи - возможность использовать более энергоэффективные виды модуляции чем AM, FM. В перерасчете на 1 Дж потраченной энергии QPSK или QAM передают больше бит информации чем AM или FM.

В стандарте DAB для передачи потока 2 Мбит нужна полоса 1.5 МГц. В таком потоке можно закодировать 16 станций по 128 кбит или 20 станций по 96 кбит. На 1 станцию это получается 75 кГц (для сравнения на 1 станцию FM надо +-75 = 150 кГц - в 2 раза больше)

 

Требования к SNR ниже, без пропуска кадров (без заиканий) такой вид модуляции может декодироваться при CINR всего 10-11 дБ (в аналоге это будет шумное прослушивание при таком CINR)

 

Требования к SNR ниже, потому что допустимый % искажений (ошибок выше). BER <5% считается допустимым (несущественно проседает скорость канала), а в аудио 5% искажений это огромная величина (для HiFi надо <0.5%). Т.е. в цифре можно передать чуть избыточно информации (потратить на 5% больше энергии в Джоулях), и та которая не декодировалась успешно - отсеется процессором. В аналоге такой возможности "отбросить шум" нет. И шум и полезный сигнал попадают в ухо и раздражают мозг. Поэтому в аналоге надо потратить не в 1.05, а в 10 раз больше энергии в Джоулях на стороне передатчика. Т.к. приемник (человек) не обладает возможностью отфильтровать эти ненужные 5% шума - надо вдуть в 10 раз больше мощи в полезный сигнал, чтобы снизить шум с 5% до 0.5%.
Мозг умеет только маскировать шум, а процессор умеет его полностью отсеивать за счет избыточно передаваемых данных.

 

За счет такого энергетического преимущества:

- раз в 8 за счет психоакустики и за счет архивации избыточных данных (алгоритм Райса)
- раза в 2 за счет энергоэффективной модуляции
- 10 раз за счет пониженных требований к SNR для получения BER<5%

получается прирост энергетики 160 раз. Т.е. чтобы получить такую же стойкость к помехам для радиомикрофона по сравнению с аналоговым можно уменьшить мощность в 160 раз. А если взять с запасом, и уменьшить всего в 16 раз, то получится ещё и 10-кратное преимущество по стойкости к помехам.
Взяв чуть шире полосу пропускания канала или адаптивную модуляцию (например надо передавать 96 кбит, а выбрали цифровой канал с пиковой скоростью передачи до 256 кбит) получаем большой запас на помехи. И при этом мощность передатчика всё равно на порядок ниже чем у аналога

Изменено 27 марта, 2019 пользователем yurik82

[Aner 8]

Добавив к цифре технологии TDMA, FDMA вы увеличите количество людей с передатчиками, использующие одну и туже полосу, не мешающие друг другу. Чего в аналоге сделать не получится.

[Tpeck 0]

3 hours ago, patron said:

В аналоговых каналах такой связи вопрос интермодуляции стоит очень остро. Цифровые каналы связи, по словам их производителей, практически свободны от этой проблемы. Насколько подобные утверждения верны ?

Это вы так витиевато описали избирательность по соседнему каналу?

В цифровых системах связи можно сделать спектр с очень крутыми фронтами и если аналоговые тракты будут линейными, то он такой же красивый будет и на радиочастоте.

[yurik82 23]

39 минут назад, Tpeck сказал:

Это вы так витиевато описали избирательность по соседнему каналу?

в контексте радиомикрофонов с широкополосной ЧМ и приемниками с ФАПЧ - есть еще явление захвата, из 2 каналов может захватить более сильный а не более нужный

https://okno-audio.ru/news_public/4730.html

[Rst7 5]

4 hours ago, patron said:

В аналоговых каналах такой связи вопрос интермодуляции стоит очень остро. Цифровые каналы связи, по словам их производителей, практически свободны от этой проблемы. Насколько подобные утверждения верны ?

Если Вы про "слова производителей" в смысле слов производителей радиомикрофонов и IEM-систем с цифровыми каналами -  то они сильно лукавят. Работает это все объективно так себе в реальных условиях, а с учетом негуманного совершенно прайслиста - так и вообще можно сказать, что не работает.

Во-первых, никакими моднейшими алгоритмами сжатия с потерями в этих системах и не пахнет. Из-за ограничений по latency плюс предрассудки, царящие в отрасли.

Во-вторых, когда в зал в зоне херового покрытия GSM заходит 1000 человек с мобильниками, и все телефоны начинают регулярно пытаться регистрироваться в сети, то наружу вылазят ограничения по линейности приемного тракта до ФСС. Забивает нафиг приемники по входу. И если в случае аналоговых систем там просто пошипит и перестанет, то в случае цифровых - будет мьют, что куда менее приятно.

[patron 1]

8 hours ago, yurik82 said:

Вопрос вообще (пофлеймить про цифру и аналог) или конкретно про радиомикрофоны?

 

Конкретно про радиомикрофоны.

Чисто аналоговые сейчас применяют разве что в игрушках и очень дешёвых приборах. Большинство профессиональных на рынке - либо дигитальные, либо гибридные.

Тупо взяли два канала радиомикрофонов с близкими характеристиками : один чисто дигитальный - Audio Limited и один гибридный - Lectrosoniсs  и проверили их в работе в равных условиях. Оба приёмника включили в два канала микшера, на голове стереотелефоны, каждый канал слушается одним ухом. Два передатчика с микрофонами находятся на теле человека, отходящего от приёмников в различных направлениях.

Сравнение выявило особенности : у гибридного по мере удаления шумы медленно увеличиваются, при существенной дальности появляются кратковременные выпадения в виде лёгких щелчков, но звук присутствует вплоть до сильных выпадений сигнала. У дигитального - шумы остаются низкими до момента полного пропадания звука. В общем дальность заметно больше у гибридного. Неприятность у дигитального - непредсказуемое полное обрубание звука.

Интермодуляция в аналоговых и гибридных системах проявляется в виде посторонних завывающих свистов, всякого рода нестационарных шумов и т.д.

Устойчивость обеих систем к интермодуляции ещё не сравнивали - не совсем тривиальное это дело. Но заинтриговали заявления изготовителя дигитального канала, что он практически свободен от интермодуляции.  

Изменено 27 марта, 2019 пользователем patron

[yurik82 23]

27 минут назад, patron сказал:

Конкретно про радиомикрофоны.

Тогда это скорее обсуждение конкретных образцов оборудования, а не принципа "аналог или цифра".

Какие производитель выбрал частоты, какие мощности ТХ, насколько упрощена схемотехника приёмника и т.д. Тут наверно в пределах "аналогового" или в пределах "цифрового" стана можно выявить очень большой разброс технических решений и потребительских свойств

[V_G 11]

50 минут назад, patron сказал:

Устойчивость обеих систем к интермодуляции ещё не сравнивали - не совсем тривиальное это дело. Но заинтриговали заявления изготовителя дигитального канала, что он практически свободен от интермодуляции.  

 

Дайте определение интермодуляции: судя по всему то, что вы подразумеваете под этим термином, резко отличается от общепринятого в радиотехнике

[patron 1]

12 hours ago, V_G said:

Дайте определение интермодуляции: судя по всему то, что вы подразумеваете под этим термином, резко отличается от общепринятого в радиотехнике

Не рискну дать своё, 100% корректное определение. Если обратиться к википедиям со ссылками на первоисточники, то в русской вики оно совсем однобокое. В английской, на мой взгляд, более корректное : Intermodulation (IM) or intermodulation distortion (IMD) is the amplitude modulation of signals containing two or more different frequencies, caused by nonlinearities or time variance in a system. 

Конкретно в приложении к радиомикрофонной тематике имеет место несколько подтем. 

Первая из них - два и более передатчиков, находящихся на близком расстоянии от приёмника - интермодуляция возникает на нелинейностях ВЧ каскадов.

Вторая из них - два и более передатчиков, находящихся близко друг к другу - возникает взаимомодуляция их сигналов на нелинейностях активного элемента выходного каскада - сейчас это чаще всего полевой транзистор. Сигнал одного передатчика, излучаемый его антенной, проникает через антенну воторого передатчика к стоку выходного транзистора и наоборот.

Не совсем одно и то-же, но сюда-же относятся и интерференционные свисты, возникающие в преобразователях ПЧ приёмников.   

Изменено 28 марта, 2019 пользователем patron

[V_G 11]

42 минуты назад, patron сказал:

Первая из них - два и более передатчиков, находящихся на близком расстоянии от приёмника - интермодуляция возникает на нелинейностях ВЧ каскадов.

Если говорить совсем о радиотехнике, то два или более помеховых передатчика должны создать на нелинейностях приемника комбинационную частоту, равную частоте настройки приемника. При этом уровень комбинационной частоты должен быть сравнимым с уровнем полезного сигнала, чтобы его забить или хотя бы заметно исказить. При значениях интермодуляционной избирательности современных приемников 50...80 дБ помеховые сигналы на входе приемника  должны быть примерно на эту величину мощнее.

Сомневаюсь чтобы в одном помещении (даже в большом, в радиусе действия радиомикрофонов) разность сигналов от нескольких милливаттных передатчиков была такой высокой.

[V_G 11]

1 час назад, patron сказал:

Вторая из них - два и более передатчиков, наодящихся близко друг к другу - возникает взаимомодуляция их сигналов на нелинейностях активного элемента выходного каскада - сейчас это чаще всего полевой транзистор.   

Еще больше сомневаюсь, чтобы выходной сигнал передатчика мощностью несколько десятков милливатт так убивал выходной каскад рядом расположенного передатчика. Хотя при неграмотной конструкции подобное может случиться (точнее, может выходить из себя не выходной каскад, а плохо экранированный и плохо отвязанный от антенны ГУН).  Но мы же говорим о серийной профессиональной аппаратуре?

[Pengozoid 0]

Про непредсказуемое обрубание цифрового канала: при работе с изделиями, например, которые тоже передают звук, и в которых можно посмотреть статистику радиоканала - например, количество исправленных ошибок в блоках Рида-Соломона, декодированную мощность и соотношение сигнал-шум - можно довольно хорошо предсказать момент «еще немного отойдешь, и всё заткнется». Естественно, при внезапном приходе импульсной помехи затыкатся тоже внезапно - что аналог, что цифра.

Я считаю, что проблема непредсказуемости - не проблема цифрового канала как такового, а проблема отсутствия хорошего отображения метрик качества связи

Изменено 28 марта, 2019 пользователем Pengozoid

[patron 1]

4 hours ago, V_G said:

Если говорить совсем о радиотехнике, то два или более помеховых передатчика должны создать на нелинейностях приемника комбинационную частоту, равную частоте настройки приемника. При этом уровень комбинационной частоты должен быть сравнимым с уровнем полезного сигнала, чтобы его забить или хотя бы заметно исказить. При значениях интермодуляционной избирательности современных приемников 50...80 дБ помеховые сигналы на входе приемника  должны быть примерно на эту величину мощнее.

Сомневаюсь чтобы в одном помещении (даже в большом, в радиусе действия радиомикрофонов) разность сигналов от нескольких милливаттных передатчиков была такой высокой.

Такая проблема чаще всего возникает когда у звукооператора на боку висит сумка и в ней находятся штуки 4 приёмника и 4 передатчика мощностью 100-250 мВт, расстояние между их антеннами исчисляется сантиметрами, мало того - в той-же сумке находится аудио рекордер, например фирмы Sound Devices SD 788, который призводит огромное количество грязи от цифровой части, которая забивает вход приёмников на 20 - 30 дБ

[V_G 11]

4 работающих передатчика рядом с приемниками в одной сумке? Это ненадлежащий режим эксплуатации. Нет смысла обсуждать достоинства и недостатки микроскопа, когда им забивают гвозди.