Аналоговые и цифровые передачи. Протоколы связи.

AM, амплитудная модуляция.

Амплитуда несущей волны изменяется в соответствии с законом модулирующего звукового сигнала. Несущая волна пульсирует по амплитуде, повторяя изгибы синусоиды. Огибающая - это плавная кривая, соединяющая максимумы и минимумы амплитуды модулированного сигнала. Она в точности повторяет форму исходного звукового сигнала.

Демодулятор : амплитудный детектор считывает изменения амплитуды несущей волны и восстанавливает исходный звуковой сигнал. Амплитудный детектор выделяет изменения амплитуды несущей волны, преобразуя высокочастотный АМ-сигнал в низкочастотный, соответствующий исходному модулирующему звуковому сигналу.

Отлично улавливает амплитудные наводки : треск, грозовые разряды, техногенные помехи, белый шум (содержит все радио частоты равномерно).

Звук в канале с полезным сигналом : узкий диапазон 5000 Гц, телефонный оттенок, замирания (фединги), искажения при перемодуляции (обрезание пиков, хрипы), почти всегда присутствие несущей - слышен слабый фон (несущая без модуляции).

Спектр : симметричный, узкий, центральная несущая и две боковые полосы.
Ширина полосы зависит от частоты модуляции, 2 * F (частота модуляции), 2 * 5000 = 10 кГц .

FM, частотная модуляция.

Частота несущей изменяется в соответствии с амплитудой модулирующего звукового сигнала. Смещение несущей по частоте вслед за звуковым модулирующим сигналом также наблюдается на водопаде SDR.

FM‑демодулятор реагирует только на изменения частоты, есть ограничитель амплитуды. Демодулятор извлекает звуковой сигнал из изменений частоты.

Меньше шума, больше качества звука, стереоэффект, нет замираний и мимнимум фона.

Спектр : симметричный, широкий, многополосный
Ширина полосы зависит от девиации частоты, 2 * (девиация дельта f + F модуляции), 2 * (75 кГц + 15 кГц) = 180 кГц.

PM, фазовая модуляция.

Фаза несущей непосредственно зависит от амплитуды модулирующего сигнала, а частота меняется косвенно, как производная от фазы, лишь незначительно колеблясь возле центральной частоты. Фазовый сдвиг можно представить как задержку или опережение синусоиды относительно опорного сигнала - непрерывно и пропорционально амплитуде модулирующего сигнала. Фазовый сдвиг не изменяет синусоидальность, но результатирующая проекция на график приобретает импульсные пики из за резких переключений фазы и неравномерные последовательности горбов из-за того же сдвига фазы и незначительных изменений частоты ...

Один изолированный сигнал нельзя сравнить сам с собой - для измерения фазы нужен опорный сигнал (эталон). Фаза - это относительная величина. Без указания точки отсчёта, указание фазы - бессмысленно. Нужна система координат для отсчета 0: синхронизация по пилот‑сигналу, включение пилот-символов в данные, фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ, PLL).

Аналогия представления фазовой модуляции из механики.
# Представьте вращающийся диск с отмеченной точкой.
# Диск вращается равномерно (постоянная частота F ).
# Расстояние от центра до точки не меняется (постоянная амплитуда A ).
# Траектория точки остаётся идеальной окружностью (аналог синусоиды в проекции).
# Но, сама точка - периодически смещается вперёд / назад по своей окружности (изменение фазы) относительно 0(t).

Как демодулируется фаза.
# Сигнал остаётся синусоидой - изменение фазы не искажает форму, а лишь сдвигает её во времени относительно опорного.
# Сигнал непрерывен: в любой момент времени (t) существует только одно значение фазы (t).
# Вращающийся диск с точкой фазы - комплексное представление сигнала (вектор на плоскости).
# Положение точки на диске - мгновенное значение сигнала в комплексной плоскости.
# Антенна преобразует электромагнитную волну в реальный физический одномерный сигнал = напряжение.
:: Одномерный сигнал напряжение это скалярная величина (однопоточный сигнал, описываемый одной функцией времени : нет горизонтальной или вертикальной компоненты в пространстве).
:: В любой момент времени (t) сигнал в антенне = s(t) или точнее = U(t), если рассматривать напряжение.
:: В каждый момент t сигнал одномерен: он описывается единственным значением напряжения. Однако в форме функции U(t) закодированы все ключевые параметры волны : амплитуда, несущая частота и фаза. Хотя сигнал U(t) одномерен по своей природе, он несёт в себе полную информацию о пространственно‑временных характеристиках электромагнитной волны, которые проявляются через динамику напряжения во времени.

# Время - одномерно. И сигнал s(t) - одномерный, и приёмник работает в реальном времени - принимает сигнал s(t). Приёмник видит только одну проекцию - не из‑за ограничения восприятия, а потому что именно так физически устроен радиосигнал и его детектирование.
# В момент времени, s(t) = A*cos(.) - простейший случай: текущее гармоническое колебание с постоянной амплитудой, частотой и фазой.
# Если через центр вращающегося диска провести координаты x горизонтальная и y вертикальная, то положение фаза(t) определяет реальная часть x(t) - проекция точки на ось X (A*cos(.)) - в физических измерениях часто соответствует напряжению на выходе антенны = s(t) (если опорный сигнал - косинусный).
:: Значений : s(t) входного сигнала и опорного сигнала - уже достаточно, чтобы узнать фазу 0, 180, 360 градусов.
:: s(t) = A*cos(0) = A (амплитуда, максимально положительное значение) = A*cos(360).
:: s(t) = A*cos(180) = -A (амплитуда, максимально отрицательное значение).
:: Из-за симметричности косинусов, эти расчёты - не работают для произвольных фаз (одного значения s(t) будет недостаточно).

# Одновременно сигнал отображается на координатах, как мнимая часть y(t) - проекция точки на ось Y (A*sin(t)) - математическая абстракция, на практике искусственно получаемая через фазовый сдвиг опорного сигнала на 90 градусов.
# В продвинутых приёмниках используют квадратурное детектирование - это позволяет точно вычислить фазу.
Канал I = x(t) = A*cos(.) ;
Канал Q = y(t) = A*sin(.) ;
Фаза(t) = arctan ( y(t) / x(t) ) = arctan (Q/I) ...
Если есть опорный сигнал, то можно извлечь фазу - даже по одной проекции.
Но и в случае I Q - антенна принимает один физический сигнал (например, x(t)), вторую проекцию (y(t)) получают искусственно, сдвигая опорный сигнал на 90, приёмник видит только одну проекцию, но может восстановить фазу, сравнивая её с опорным сигналом.

Слабо реагирует на изменения амплитуды и частоты. Сдвиг фазы не создает явных слышимых звуков. Возможны металлические оттенки сигнала, из‑за специфики демодуляции и нелинейностей в фазовом детекторе. Нет замираний и шума фона, но есть зависимость от распространения радиоволн в окружающей среде.

Спектр : симметричный, узкий с расширением в широкий (при сигнале), многополосный.
Ширина полосы зависит от амплитудной модуляции / громкости.
# Ширина полосы = 2 * fмодуляции * (дельта Фазы + 1) // для однотонального сигнала.
# Ширина полосы = 2 * fмодуляции * (Индекс фазовой модуляции + 1) // общий случай, где Индекс ФМ не зависит от частоты fмодуляции (как в частотной FM), но при увеличении модулирующей частоты, спектр - увеличивается пропорционально.
# Теоретически спектр PM-сигнала бесконечен, так как содержит бесконечное число гармоник, кратных частоте модулирующего сигнала. Однако на практике спектр ограничивают полосой частот, в пределах которой сосредоточена основная часть мощности сигнала (например, 90%).

В реальных системах ставят фильтры (например, фильтры Найквиста с коэффициентом скругления = 0,35), которые сжимают спектр (уплотнение), и позволяют выжимать из спектра больше данных. При этом, ширина полосы становится примерно равна = символьной скорости.
# В формулах, это выглядит как подстановка Коэффициент скругления вместо Индекс манипуляции, что влияет на результат расчета, или оценочно проще, Бод = Ширина полосы.
# BPSK (2‑PSK), 2 фазы : 0 и 180 градусов, Индекс манипуляции = ПИ = 3,14 радиан, символьная скорость = (1 бит на символ) = скорость передачи = 100 кбит/с, ширина полосы, теоретическая = 830 кГц, с коэффициентом скругления = 135 кГц, но информации - меньше.
# QPSK (4‑PSK), 4 фазы. 0 градусов [0 ПИ или 0 радиан]. 90 градусов [ПИ/2 или 1,57 радиан]. 180 градусов [ПИ или 3,14 радиан]. 270 градусов [3*ПИ/2 или 4,71 радиан]. Индекс манипуляции = ПИ / 2 = 1,57 радиан, символьная скорость = 100 кбод, (2 бита * на символ), скорость передачи = 200 кбит/с, ширина полосы, теоретическая = 510 кГц, с коэффициентом скругления = 135 кГц, но информации - больше.

Использование N бит на символ позволяет экономить полосу частот:
# при одинаковой символьной скорости
# повышать спектральную эффективность канала: больше бит в символе полосы.
# кбод, бод (символов в секунду) - скорость символьная, уже подразумевается в секунду, но не определяет, сколько бит в символе передается каждую секунду. Потому что один символ может кодировать разное число бит в зависимости от типа модуляции.
- # BPSK (2 состояния, 0:1, 1 символ = 1 бит).
- # QPSK (4 состояния, 00:11, 1 символ = 2 бита).
- # 16‑QAM / PSK (16 состояний, 0000:1111, 1 символ = 4 бита).
- # 64‑QAM (64 состояния, 000000:111111, 1 символ = 6 бит).
# бод это просто счетчик - сколько посылок символов отправляется в секунду.
# кбит/с, бит/с - условная скорость передачи информации секунду; объем передаваемой информации.
# N (бит на символ) - эффективность кодирования, N = log2M, где M (алфавит модуляции) - число состояний (символ = количество бит), задаёт, сколько бит упаковывается в один символ.
- # уже зная ФАКТИЧЕСКУЮ символьную скорость, как символов/сек = бод.
- # вычисляется УСЛОВНАЯ величина объема информации, как бит * символ, потому-что фактически набор бит, как 1011 - не отправляется, отправляется кодовое представление бит в символ = символ, как однозначное значение возможного сдвига фазы, например = 22,5 градуса, которое на стороне приемника - однозначно декодируется в значение 1011.
- # Вместо реальных четырех бит = отправлен всего один сигнал, эффективно.
- # # Экономия времени: вместо четырёх отдельных передач по биту - одна передача символа.
- # # Экономия полосы: один сигнал занимает ту же полосу, что и один бит, но несёт в 4 раза больше информации.
- # # Бод - это не сигнал, а темп передачи (скорость переключений сигнала в новое состояние).
- # # Сам сигнал (фаза / амплитуда) - это носитель информации, а не скорость.
- # # Символ - это код значения, а не само значение.
- # # Число бит на символ (N) задаёт эффективность.

Бод показывает,
# как часто должен переключаться передатчик (отправка символов в секунду),
# и какой ширины полоса частот нужна (условно, 1000 бод / символов = 1000 Гц).
# символьная скорость (бод) = чтобы знать, какую полосу выделить.
# сколько бит на символ, (модуляция) = чтобы выбрать декодер и протокол декодирования.

Период сигнала, временной интервал, за который сигнал совершает полное колебание и возвращается в исходное состояние (по фазе и амплитуде), аналогия круга 360 градусов = 6,28 радиан = полный сдвиг фазы.
# Рекомендуется придерживаться меньше 5 радиан (-2ПИ +2ПИ), чтобы избежать перемодуляции. Скорее всего это правило устарело.
# Сегодня, в цифровых системах, фазовый сдвиг на 20 рад (или больше) - это просто число в программе. Всё работает линейно, стабильно и точно, если правильно спроектирован алгоритм и тракт. Поэтому современная радиосвязь (Wi‑Fi, LTE, спутниковые системы) почти полностью перешла на цифровую модуляцию / демодуляцию - где фазовые манипуляции любой сложности реализуются в две строчки кода ...
# phase = 20 # задаём фазу в радианах, просто число, компьютер не знает, что это - много, это просто float.
# signal = math.sin(2 * math.pi * f * t + phase) # используем сдвиг фазы, и все - никаких ограничений в 5 радиан ...

Таблица отличий AM, FM, PM модуляций.

Почему же тогда, если ключевой принцип цифровой модуляции, передавать данные : не бит в бит, а - группами бит, закодированными в конкретные состояния несущей, условно называемые символами (фаза, частота, амплитуда) и принцип распространения радиоволн одинаков - почему появилась необходимость различия применения частотной FM и фазовой PM модуляции? В чем главная суть различий CW, SSB, FSK, PSK, RTTY и других - разве недостаточно основных модуляций?

AM, FM и PM модуляции - это фундамент, на котором построены все иные современные методы модуляции. Понимание принципов амплитудной (AM), частотной (FM) и фазовой (PM) модуляций служит фундаментальной основой для осмысления более сложных методов модуляции. Любые виды модуляции описываются через три базовых параметра сигнала: амплитуда, частота, фаза, и базовые модуляции демонстрируют чистое управление одним из этих параметров. Остальные методы - комбинации или цифровые версии тех же принципов.

 

Метод.	Тип модуляции.	Занимаемая полоса.	Помехоустойчивость.	Скорость передачи.	Особенности и применение.
AM	Аналоговая.	Широкая - 2 x ширина спектра сигнала.	Низкая.	Низкая.	Простая реализация; подвержена амплитудным помехам. Радиовещание (СВ, ДВ), авиасвязь.
FM.	Аналоговая.	Средняя - зависит от индекса модуляции.	Средняя - высокая.	Средняя.	Устойчива к амплитудным помехам; «пороговый эффект» при слабом сигнале. FM‑радио (87,5–108 МГц), мобильная связь.
PM.	Аналоговая.	Средняя - сходная с FM.	Высокая.	Средняя.	Фаза несёт информацию; устойчива к амплитудным и частотным помехам. Спутниковая связь, специализированные системы передачи данных.
CW.	Аналоговая по форме, цифровая кодированная по содержанию (манипуляция).	Минимальная - узкий тональный сигнал.	Очень высокая.	Очень низкая.	Телеграф Морзе; занимает минимум полосы. Любительская радиосвязь, аварийные сигналы.
SSB.	Аналоговая (улучшенная AM).	Узкая - ширина спектра сигнала.	Средняя.	Низкая - средняя.	Экономит спектр (в 3 раза против AM); концентрирует мощность в одной боковой полосе. Дальняя КВ‑связь, морское / авиационное радио.
FSK.	Цифровая (манипуляция).	Узкая - средняя - зависит от разноса частот.	Высокая.	Средняя.	Простая демодуляция; устойчива к амплитудным помехам. Телеметрия, RTTY, пейджинговые системы.
PSK.	Цифровая (манипуляция).	Узкая - эффективное использование спектра.	Высокая.	Высокая.	Многоуровневые варианты (QPSK, 8‑PSK) увеличивают скорость. Спутниковая связь, Wi‑Fi, цифровое ТВ.
RTTY.	Цифровая (частный случай FSK).	Узкая - типовой разнос 170 Гц.	Высокая.	Низкая.	Стандартизированный протокол текстовой передачи. Морская связь, метеоданные, любительское радио.

 

Таблица сравнений AM, FM, PM модуляций.

 

Параметр.	AM (амплитудная модуляция).	FM (частотная модуляция).	PM (фазовая модуляция).
Краткое обобщение.	AM выбирают там, где важны простота и низкая стоимость, а качество связи и скорость не критичны (радиовещание, авиация).	FM оптимален для аналоговой передачи с высоким качеством звука в условиях помех (радио, рации).	PM (и её цифровые варианты) - стандарт для современных цифровых систем с высокой скоростью и спектральной эффективностью (мобильная связь, спутниковые каналы).
Изменяемый параметр.	- Амплитуда несущей. - частота и фаза остаются постоянными.	- Частота несущей. - амплитуда несущей постоянна, частота меняется по закону сигнала [зависимость f(t) от m(t)], а фаза изменяется опосредованно, как интеграл от этого закона. - Закон сигнала в FM - прямая пропорциональность между мгновенной частотой несущей f(t) и значением модулирующего сигнала m(t). Фаза становится интегралом от m(t) и характерно зависит от частоты модуляции. Это фундаментальное свойство отличает частотную FM от фазовой PM модуляции, где фаза меняется прямо пропорционально m(t), а не по её интегралу.	Фаза несущей. - амплитуда и частота остаются постоянными.
Формула сигнала.	s(t) = [A0 + m(t)] * cos(2Pi * fc * t).	s(t) = A * cos[2Pi * (fc + Delta f * m(t)) * t].	s(t) = A * cos(2Pi * fc * t + Fi(t)).
Устойчивость к помехам.	Низкая (помехи напрямую влияют на амплитуду).	Высокая (устойчива к амплитудным помехам).	Высокая (устойчива к амплитудным помехам, но чувствительна к фазовым искажениям).
Спектральная эффективность.	Низкая (широкий спектр из‑за боковых полос).	Средняя (зависит от индекса модуляции).	Высокая (позволяет уплотнять данные).
Ширина полосы пропускания.	Широкая (две боковые полосы).	Зависит от девиации частоты.	Зависит от скорости изменения фазы.
Энергоэффективность.	Низкая (требует линейных усилителей).	Высокая (допускает нелинейные усилители).	Средняя (требует точного контроля фазы).
Сложность реализации.	Простая (аналоговые схемы).	Средняя (требуется стабильный генератор частоты).	Высокая (нужна цифровая обработка, синхронизация).
Чувствительность к доплеровскому сдвигу.	Низкая.	Высокая (частота плывёт при движении).	Средняя (при правильной синхронизации - низкая).
Скорость передачи данных.	Низкая (1 - 2 бит/символ в аналоговых системах).	Средняя (1 - 4 бит/символ).	Высокая (до 8 бит/символ в цифровых схемах).
Совместимость с цифровыми схемами.	Низкая (аналоговая база).	Средняя (гибридные системы).	Высокая (совместимо с DSP и ПЛИС на уровне архитектуры).
Помехозащищённость в городских условиях.	Низкая (импульсные помехи сильно влияют на амплитуду).	Высокая (помехи меньше влияют на частоту).	Высокая (при стабильной фазе).
Требования к синхронизации.	Низкие.	Средние.	Высокие (нужна точная фазовая синхронизация).
Достоинства.	- Простота реализации - Низкая стоимость оборудования.	- Высокое качество звука - Устойчивость к шумам - Энергоэффективность.	- Высокая спектральная эффективность - Поддержка высоких скоростей - Гибкость кодирования.
Недостатки.	- Низкая помехозащищённость - Большой расход полосы - Чувствительность к замираниям.	- Широкий спектр при WBFM - Сложность демодуляции.	- Сложность синхронизации - Высокая стоимость цифровых схем - Чувствительность к фазовым искажениям - Чувствительность к дрейфу частоты.
Типичные диапазоны частот.	ДВ, СВ, КВ (0,1 - 30 МГц).	УКВ (144 МГц, 430 МГц), VHF/UHF.	КВ, УКВ, спутниковые диапазоны.
Примеры стандартов.	AM‑радио (530 - 1700 кГц).	FM‑радио (88 - 108 МГц), NFM в рациях.	QPSK, 8‑PSK, 16‑QAM, BPSK.
Типичные гражданские применения.	- Радиовещание (AM‑диапазон) - Авиационная связь - Коротковолновая связь.	- Радиовещание (FM‑диапазон) - Портативные радиостанции - Аналоговая мобильная связь. - Радиовещание, профессиональная связь, где важна устойчивость к шумам.	- Цифровая связь (Wi‑Fi, LTE, 5G) - Спутниковые системы - Оптоволоконные линии. - Цифровая связь, спутниковая передача данных, системы, где критична спектральная эффективность.
Радиолюбительские применения (аналоговые).	- КВ‑связь (телефон, CW); - SSB (однополосная модуляция, разновидность AM); - местные передачи на СВ/КВ; - ретро‑оборудование.	- VHF/UHF‑связь (144/430 МГц); - репитеры; - местная голосовая связь.	- телеграфия с фазовой манипуляцией.
Радиолюбительские применения (цифровые).	- Практически не используется в цифровых режимах.	- FSK (RTTY, Packet Radio); - WFM для цифровых голосовых стандартов (DMR, YSF).	- PSK31, PSK63; - QPSK, 8‑PSK в спутниковой связи; - фазовые режимы в FT8/JS8Call.

Таблица разнообразия гибридных модуляций.

Ответ на вопрос о разнообразии модуляций заключается в таблице сравнения AM, FM, PM :
# это аналоговые виды и не оптимизированы для цифровых данных;
# имеют низкую спектральную эффективность;
# не поддерживают современные механизмы помехозащиты (FEC, интерливинг);
# не позволяют реализовать многопользовательские схемы (TDMA, CDMA).

Современные методы (FSK, PSK, SSB и др.) - это:
# адаптация базовых принципов под цифровые задачи;
# компромисс между скоростью, помехоустойчивостью и полосой;
# специализация под конкретные сценарии использования.

 

Тип модуляции.	FSK, частотная.	PSK, фазовая.	Гибридные методы.
Протокол / Режим.	AFSK. AX.25 AFSK. FSK300. GFSK. GMSK (GSM). MFSK4. MFSK16. RTTY. DFSK LoRa. WSPR.	B(PSK) = 2 фазы. Q(PSK) = 4 фазы. BPSK31. BPSK63. QPSK31. QPSK63. PSK125. PSK250. PSK500.	APSK (Амплитуда + Фаза). Olivia (MFSK + PSK). Contestia (MFSK + FEC, аналог Olivia). FT8 (FSK + PSK). JT65 (FSK + PSK). JT9 (FSK + PSK). M‑FSK + DQPSK. QAM (I/Q модуляция).
Специализированные.			Pactor (PSK + FEC). SSTV, аналоговая частотная модуляция (FM) видеосигнала, передача изображений. DSSS‑FSK (расширенный спектр, устойчивость к помехам). FEC‑FSK (коррекция ошибок).
ODFM семейство.			OFDM, Множественные ортогональные поднесущие. # OFDM - это современный цифровой метод мультиплексирования, позволяющий эффективно использовать спектр за счёт параллельной передачи данных на ортогональных поднесущих. OFDM - это контейнер, внутри которого могут работать разные типы модуляции. # Какие типы модуляции применяются внутри OFDM ? На каждой поднесущей может использоваться свой метод модуляции (выбор зависит от условий канала): # BPSK (M=2): 1 бит на символ; # QPSK (M=4): 2 бита на символ; # 8‑PSK (M=8): 3 бита на символ; # QAM (16‑QAM, 64‑QAM): от 4 до 8 бит на символ. OFDMA, многопользовательский доступ (Wi-Fi 6). WiMax (64‑QAM, 16‑QAM), адаптивная модуляция (QAM/QPSK).

 

SSB, амплитудная модуляция с одной боковой полосой.

Демодулятор SSB требует более сложной обработки. Критичность точной настройки частоты, расстройка частот передатчика и приёмника (на 20–50 Гц) приводит к искажению звучания голоса. Ограниченная полоса пропускания : 2700 Гц против 6000 Гц у AM, также снижает качество звука. Влияние среды :эхо и реверберация, полярное эхо (задержка сигнала из‑за отражения от ионосферы), фазовые искажения при интерференции волн.

Спектр : примерно в 2 раза уже, чем у AM.
Полоса : только fc несущая и F, одна боковая полоса USB верхняя / LSB нижняя.
Формула ширины = F модуляции.

CW, непрерывная волна.

Простой амплитудный демодулятор, который выделяет импульсы из несущей волны, но это не делает CW прерываемую модуляцию - AM непрерывной, это не так. Звук не несёт речевой информации, только ритмическую структуру кода Морзе. Отсутствие гармоник и тембральной окраски, звук близок к синусоиде - облегчает распознавание на фоне помех.

Спектр : узкий, Полоса : узкая.

FSK, частотная манипуляция.

Манипуляция, изменение (переключение) частоты, делает FSK слышимым протоколом.

Звук в канале с полезным сигналом :
- Чередующиеся тона разной высоты, соответствующие битам данных.
- Ритмичный пикающий звук, где каждый пик - это отдельный символ.
- При высокой скорости передачи - слитное жужжание с модуляцией тона (из‑за быстрого переключения частот).
- Малый разнос (например, 200 Гц) - тона похожи по высоте, различить сложно.
- Большой разнос (например, 1000 Гц) - тона явно различаются по высоте.
- Низкая скорость (например, 50 бит/с) - отчётливые раздельные тона.
- Высокая скорость (например, 1200 бит/с) - слитный модулированный сигнал.
- Обычная FSK: резкие переходы между тонами - отчётливые пики.
- GFSK (с гауссовой фильтрацией): плавные переходы - более мягкий звук без щелчков.
- AFSK (аудио‑FSK): тона в слышимом диапазоне (например, 1000–3000 Гц).
- Стартовые/стоповые биты или преамбула могут звучать как отдельные тона заданной частоты.
- Медленная FSK (50 бит/с, 500 Гц): пи-пи-пи.
- Средняя скорость (300 бит/с, 1000 Гц): быстрая череда тонов разной высоты, напоминающая азбуку Морзе.
- Быстрая FSK (1200 бит/с, 800 Гц): слитное жужжание с лёгкой модуляцией тона.

Спектр : состоит из двух (или более) дискретных линий, соответствующих частотам манипуляции.
# Для бинарного FSK (BFSK) спектр включает две линии, разделённые девиацией частоты.
# Полоса : разность частот между сигналами 1 и 0, скорость передачи данных, учет шума и искажений. Более энергоэффективна, чем AM, но обычно шире, чем узкополосная FM при той же скорости.
# Формула : 2 * (fmax - fmin) + 2 * дельта fзапас.
- Девиация частоты (дельта f): разность между частотами, соответствующими 1 и 0.
- Индекс модуляции (m): отношение девиации частоты к скорости передачи данных, m = дельта f / скорость передачи в бодах.

PSK, фазовая манипуляция.

Манипуляция, изменение (переключение) фазы, делает PSK менее или не слышимым протоколом.

Звук в канале с полезным сигналом : не воспринимается как звук напрямую, это метод цифровой модуляции, само по себе изменения фазы не создает явные звуковые восприятия, несущая частота МГц недоступна для слуха, битовая скорость Мбит/с намного выше частоты звуковых колебаний и отдельные биты сливаются в шум.

Спектр : зависит от скорости передачи данных.
Полоса : обычно уже, чем у многих других видов цифровой модуляции (при одинаковой скорости передачи данных).
Формула : 2 * скорость передачи * (1 + коэффициент избыточности[запас, 0.5]).

QAM, квадратурная амплитудная модуляция.

QAM частично наследует амплитудные проблемы AM (чувствительность к замираниям, шумам, нелинейным искажениям), но явно использует фазу, и выигрывает за счёт цифровой обработки, помехоустойчивого кодирования и спектральной эффективности двумерной модуляции. QAM объединяет две несущие волны одинаковой частоты, сдвинутые относительно друг друга на фазу 90 градусов (квадратура). Каждая из них модулируется по амплитуде, что позволяет передавать несколько бит информации за один символ. Комбинация амплитуд и фаз этих двух сигналов (I и Q компоненты) кодирует данные. Сдвиг обеспечивает ортогональность (противоположность) сигналов, при котором они не мешают друг другу при совместной передаче.

Звук в канале не воспринимается как звук, так как это цифровой метод модуляции, используемый для передачи данных.
# Спектр : симметричный, узкий.
# Полоса : fc несущая и 2F, две боковые полосы, раздельные I и Q модуляции.
# I-компонента (In-Phase) без сдвига фазы, а Q-компонента (Quadrature) - с сдвигом на 90 градусов.

PWM, широтно-импульсная модуляция.

Pulse-Width Modulation может использоваться для передачи информации, но не является стандартным методом для аудиовещания. Для демодуляции (восстановления исходного сигнала) используется фильтр низких частот (ФНЧ), который сглаживает импульсы и выделяет средний уровень сигнала. Звук спрятан в длительности импульсов, требует демодуляции через ФНЧ.

Спектр : набор гармонических составляющих, возникающих из-за периодического изменения длительности импульсов.
# Полоса : обычно в 10 - 100 раз больше частоты сигнала.
# Формулы : Частота ; Коэффициент заполнения duty cycle ; Среднее значение напряжения ; Амплитуда n-й гармоники для симметричного PWM.

PAM, амплитудная импульсная модуляция.

PAM, это цифровой протокол, который частично разделяет амплитудные слабости AM, но компенсирует их цифровыми методами и имеет иную область применения (прямые baseband передачи данных без модуляции, Ethernet, USB, PCIe, SATA, внутренние шины чипсетов, оптоволокно) ... Импульсы следуют через фиксированные интервалы, амплитуда импульсов изменяется в соответствии с аналоговым сигналом или в дискретных уровнях амплитуды, каждый из которых соответствует определённому цифровому символу, через квантование и кодирование. PAM это не лучшее решение для радиосвязи, для радио лучше подходят QAM, OFDM, FSK / PSK.

Вывод: Как идентифицировать радио протокол на вид / слух.

Итак, совместив базовые знания возможностей человеческого слуха и описание основных видов радио модуляций можно уверенно предположить ...
# Что, встретив на Web, Kiwi или Радио SDR водопаде ...

# сигнал : одна узкая линия, сопровождаемая непонятными щелчками и шипением - очень высокая вероятность, что это фазовая PM манипуляция протокола PSK и его производных в любительской радиосвязи ...

# сигнал : две или более линий, сопровождаемых мелодичным тональным звучанием - очень высокая вероятность, что это частотная FM манипуляция протокола FSK и его производных в любительской радиосвязи ...

# сигнал : если полоса шире, чем у чистого PSK или FSK (суммирующая полоса), имеет дискретные ступеньки переключения частоты (след манипуляции FSK), внутри каждой ступеньки - вертикальные полоски или размытие (след фазовых переходов PSK), при передаче данных картина пульсирует (ступени переключаются), а внутри них меняется фаза, звук имеет тональные пики и провалы, одновременно сопровождая щелчки и треск на фоне тонов ... Если это широкая полоса с одновременным наличием и частотных ступеней, и фазовых шумов внутри - то очень высокая вероятность, что это Гибрид PSK + FSK, и их производных : APSK, OFDM, M-FSK + DQPSK, QAM (I + Q), OFDMA, WiMax (64-QAM, 16-QAM, QPSK) ... В гибридных схемах информация кодируется независимыми потоками, каждый из которых модулирует свой параметр несущей ...

 

0:54 19.01.2026

Связанные материалы.

FSK инфо декодирование - именно с этих размышлений начался очередной этап изучения работы радио протоколов, который неожиданно завершился проектом перевода программы MultiPSK на русский язык ...

Бинауральный эффект и радио - если вы не понимаете почему вы не понимаете как на слух различать фазовую манипуляцию PSK, то самое время ознакомиться с этим материалом ...

Обзор режимов MultiPSK от радиолюбителя F1ULT включая AMTOR, SITOR, BPSK, QPSK, CCW-OOK, CCW-FSK, CHIP, классическое CW, FSK (RTTY, ASCII, PACTOR, SYNOP), HF Fax, HELL, MFSK, THROB, DOMINO, MT63, AMTOR FEC NAVTEX, OLIVIA, PAX, PACKET APRS, PSK, DIGISSTV, SSTV ... Именно на этом материале я проводил первичное сравнение популярности применения FSK и PSK, и на основании большей упоминаемости PSK сделал неправильное заключение о смысле названия программы, именно как - MultiPSK (а не почему бы, например - MultiFSK) ... Только углубившись в перевод программы, в CHM справке я нашел правильное объяснение появления этого названия : просто автор программы сам является разработчиком радио протоколов PSK, PSKAM, PSKFEC, CCW-FSK, PAX, DIGISSTV, VOICE, LENTUS, и именно этим и можно объяснить перевес - не в сторону FSK ))) ...

Радио протоколы в 2025 году, возможно сохраняющие популярность в радио обмене информацией. Попытка собрать аудио- визуальные признаки идентификации наблюдаемых радио протоколов в одну таблицу, чтобы понять, как научиться идентифицировать радио сигналы на слух и по внешнему виду.

* Калькулятор идентификатор определения радиопротокола - пока всё еще остается не реализован, ввиду неоднозначности и объема входных данных. Прежняя попытка Идентификатор радиопротокола по программе Sorcerer - не является оптимальным вспомогательным решением ... И теперь я кажется понимаю, почему : свободные настройки протокола без ограничений - больше запутывают, чем помогают (но дают гораздо большую свободу осознанного выбора). Часть представленных в этом списке документов косвенно являются продолжением исследования темы аудио / визуальной идентификации радио протоколов. В частности, программа MultiPSK - более зажата стандартными рамками настроек параметров, а это предполагает более однозначные варианты выбора ...

Изучение вопросов технологий режимов модуляции плавно навело на мысли более детально исследовать программу MultiPSK, в которой решение автоматической идентификации радио протоколов уже могло быть частично реализовано. Русификация программы MultiPSK могла бы значительно помочь разобраться в деталях и тонкостях работы встроенных алгоритмов, но я не смог найти в интернете русский перевод этого софта.

Русификация MultiPSK, начало проекта перевода программы на русский язык. Решающим моментом в пользу выбора русифицировать этот софт - стала информация о готовом доступном способе перевода базовой версии - через подключаемые файлы локализации.

Русификация CHM справки MultiPSK не было основной целью работы по переводу программы на русский язык, но в какой то момент это решение возникло спонтанно, как естественная и необходимая часть русскоязычной локализации ...

Звуковая карта в MultiPSK - какие требования, как идентифицировать оборудование и решать проблемы со звуком.

Примеры работы RTL SDR с программой декодером радио протоколов MultiPSK, а также декодирование станций, принятых через Web и Kiwi SDR онлайн программно-управляемое радио.