Форматы цифрового радиовещания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Форматы цифрового радиовещания

Далее, рассмотрев положительные и отрицательные стороны аналогового звукового вещания действующего и гипотетически возможного к применению на территории Российской Федерации, сравним его с возможными вариантами цифрового вещания. Пойдём от «противного».

Учитывая огромную территорию Российской Федерации, первоначально можно было бы предположить, что более уместно в этом случае использовать цифровое спутниковое вещание по типу, как в США SM-Satellite Sirius или в Африке и Азии WorldSpace. Через эти спутники транслируется больше 120 различных радиоканалов с прекрасным качеством. Такой идее подвержены и в настоящее время некоторые специалисты, как правило, мало занимающиеся вопросами радиовещания. Они не учитывают, что для приёма необходимо иметь спутниковое оборудование или специальные радиоприёмники со встроенной мини-тарелкой. Но и это не всё. Для постоянного, уверенного приёма необходимо держать прямую, не заслонённую посторонними предметами, связь между приёмником и спутником. Любая, на первый взгляд малозначительная помеха, как раскачивающаяся под воздействием ветра, ветка дерева перед встроенной мини-тарелкой приёмника, нарушит качественный приём радиостанции. В городских условиях эта проблема многократно возрастает, делая реально малопригодной этот вид связи. Помимо видимых проблем, существует ещё одна - высокая стоимость спутникового вещания. Для надёжной работы данного вида связи, спутники необходимо обновлять каждые 10-12 лет, а это - большие средства. Поэтому многие операторы связи часть программ предлагают только за абонентную плату.

Ещё один из вариантов - наземное цифровое радиовещание DAB (Digital Audio Broadcasting ) схоже с системой FM. В этом случае, приблизительно на каждые 80-100 км ставится свой передатчик, причём в каждом канале может одновременно транслироваться 6 программ, а это прямая и нежелательная конкуренция между коммерческими станциями. В городских условиях подобное может и пройти, но не для малых населённых пунктов. Для государств с большими территориями формат DAB станет слишком дорогим способом распространения программ.

Новейшая технология цифрового наземного телевещания DVB-T позволяет передавать и радиосигнал. Но здесь ситуация аналогичная с форматом DAB, а именно, маленькие площади покрытия и большая конкуренция.

Ещё один стандарт, изобретённый в США - HD-Radio приспособлен исключительно для FM и СВ диапазонов с распространением сигнала по трём каналам передачи, что уже само по себе не подходит, например, для России. Ко всему прочему, это частная разработка, действующая только за абонентскую плату. При этом, что очень важно, HD-Radio формат не приспособлен для ионосферного распространения сигнала в СВ диапазоне. А это значит, что в тёмное время суток трансляция на средних волнах может идти только в аналоговом режиме, либо в противном случае их можно просто отключать.

Кардинально иная картина с цифровым методом передачи сигналов на длинных, средних и коротких волнах (в настоящее время принято решение развивать систему стандарта в диапазоне от 26МГц вплоть до 108МГц FM диапазона - технология DRM+) в формате DRM. Здесь масса преимуществ, особенно для вещания на большие территории Российской Федерации. (Технология DRM+ позволит разместить в 6 раз больше радиоканалов в диапазонах частот I (48,5 - 74,0 МГц) и II (76,0 - 108,0 МГц). На 2008 год намечено первое испытание новой расширенной разработки. Дальнейшая её судьба будет зависеть от потребностей и интереса рынка).

Одним из основных достоинств нового стандарта DRM, в отличие от многих других стандартов, является органичное вписывание его в имеющиеся частотные планы без их какого-либо нарушения. Это позволяет проводить весьма ускоренную, экономичную модернизацию действующих на радиоцентрах аналоговых РПДУ не реконструируя антенно-фидерные устройства (АФУ).

Система передачи данных в формате DRM работает по принципу передачи данных на многих несущих. В то время, как в аналоговой технологии используется только одна несущая с передачей одинаковой информации в обеих боковых полосах, то в «цифре» закодированный сигнал распределяется почти по 200 несущим. Информация, прежде чем дойти до радиослушателя, проходит сложный путь, сохраняя качество звука путём цифрового кодирования. Подобная технология передачи сигнала позволяет повысить помехоустойчивость. При аналоговых трансляциях сигнал под влиянием помехового фона начинает слабеть до полного затухания. Цифровой же сигнал будет проходить практически без помех до тех пор, пока не будет превышен уровень допустимого порога помех. Как только этот порог будет превышен, то звук исчезает напрочь. Особенность передачи сигнала в формате DRM именно в отсутствии плавного перехода ( graceful degradation ), от хорошего качества трансляции к плохому: приём либо идеальный, либо вообще нет никакого.

Одним из преимуществ стандарта DRM является и используемый им современный и совершенный алгоритм кодирования MPEG 4 AAC+ SBR (Motion Pictures Expert Group/ Advanced Audio Coding /Spectral Band Replication), позволяющий кодировать аналоговый сигнал в «цифру» и после передачи снова переводить его в аналог. Подобное кодирование сигнала позволяет передавать поток данных в 15 кГц в ВЧ канале с полосой пропускания всего в 9 или в 10 кГц с качеством, близким к качеству FM звучания. То есть, формат DRM обеспечивает более рациональное использование частотного ресурса. Скорость цифрового потока в данном случае может не превышать 24 кбит/с. И это даже с передачей звука в стерео режиме! Дополнительно существует и более экономный низкоскоростной ( 3-11 кбит/с) алгоритм кодирования, предназначенный для речевой передачи звука в моно режиме. Подходит он идеально под формат информационного радиовещания, как передачи сводок новостей, погоды, ситуации на дорогах и различный объявлений. Подобный сверхэкономный вариант кодирования может быть привлекательным для иновещания - для одновременной передачи речевой информации, например, трансляции программ на разных языках с одного передатчика.

Таким образом, одним из основных аспектов цифровых методов передачи является высокая их эффективность в условиях сильных помех и более рациональное использование радиочастотного ресурса.

Цифровая обработка сигналов и методы цифровой связи приводят к новым применениям, включая мобильный компьютер, факсимильный аппарат и другие мобильные услуги по обработке информации. Высокая помехоустойчивость позволяет системам ЦРВ либо превзойти по эффективности использования РЧС системы аналогового радиовещания (на частотах выше 30 МГц), либо в полосах аналогового вещания обеспечить существенно более высокие стандарты качества услуги.

Преимущества цифровой реализации основаны также на том обстоятельстве, что цифровая техника переживает быстрые и впечатляющие темпы улучшения характеристик, снижения стоимости и потребляемой мощности.

Успехи технологии сверхвысокого порядка интеграции элементов сделали цифровую обработку сигналов вещания и их цифровую передачу по радиоканалам более эффективной, нежели аналоговая обработка и аналоговые методы передачи. К наиболее эффективным методам цифровой обработки и передачи звуковых вещательных сигналов относятся:

преобразование и кодирование (кодирование источника), позволяющие эффективно устранить избыточность в таких сигналах, благодаря чему в несколько раз уменьшить скорость пере даваемого цифрового потока по сравнению с методами ИКМ;

помехоустойчивое кодирование канала - кодирование с исправлением ошибок, представляющее собой метод обработки сигналов, предназначенный для увеличения надежности их пере дачи по цифровым каналам за счет специально вводимой избы точности. Такая обработка, в сочетании с процедурой перемежения сигналов по времени и частоте, приводит к существенному повышению энергетической эффективности систем цифрового вещания, значительному повышению их помехоустойчивости. Цифровые системы вещания имеют более высокие характеристики по сравнению с аналоговыми системами в условиях сильных соканальных помех и помех по соседнему каналу. Возможность работы систем ЦРВ в условиях сильных помех повышает эффективность использования РЧС, обеспечивает возможность совместной (аналоговой и цифровой) передачи звуковой программы в одном радиоканале;

новейшие методы цифровой модуляции позволяют повысить эффективность использования РЧС по сравнению с аналоговыми методами. Прежде всего, речь идет о спектральных методах модуляции, при которых процессы модуляции и демодуляции производятся над сигналами, представленными в частотной области;

применение цифровых методов для синхронизации, передачи управляющих сообщений и контроля параметров позволяет значительно снизить потери на передачу вспомогательной информации, обеспечивающей функционирование аппаратуры как системы синхронной связи;

цифровые системы позволяют относительно легко реализовывать архитектуры с гибко изменяемой шириной полосы частот - как в радиочастотном диапазоне, так и в диапазоне звуковых частот (основной полосе);

цифровая технология позволяет вводить новые услуги, которые не поддерживались аналоговыми системами вещания, например, прием, совместно с радиовещательными программами, большого объема текстовой информации различного назначения, дополнительных сведений и данных, существенно повышающих качество услуги и расширяющих ее объем.

Благодаря применению эффективных методов цифровой обработки и передачи звуковых вещательных сигналов достигаются следующие дополнительные преимущества:

- возможность, при соответствующем выборе метода кодирования, практически полной коррекции искажений, возникающих в тракте передачи;

- возможность приема звуковых программ в условиях селективных как по частоте, так и по времени замираний, обусловленных многолучевым характером распространения радиоволн и меняющейся во времени картиной их отражений от местных предметов при приеме на подвижном объекте;

- экономичное использование радиочастотного спектра. В зависимости от используемого диапазона частот это позволяет осуществлять передачу либо большого количества звуковых программ в одном блоке (на частотах выше 30 МГц), либо цифровой звуковой программы с полосой до 10 кГц и более в канале, совмещенном с каналом аналогового радиовещания (на частотах ниже 30МГц);

- передача на малой мощности, позволяющая эффективно декодировать сигнал при отношении несущей к шуму (Н/Ш) порядка 5 дБ. Для сравнения: удовлетворительный прием в ОВЧ ЧМ системе реализуется при Н/Ш не менее 40 дБ. Сказанное иллюстрирует график 1, на котором показана зависимость качества радиоприема (по субъективной ориентировочной оценке слушателей) от отношения несущая/шум;

- высокая технологичность радиоприемников и другого цифрового оборудования. Так, многоцелевые программируемые цифровые сигнальные процессоры позволяют выполнять цифровые модуляторы и демодуляторы на полностью программной основе.

График 1

Зависимость оценки качества радиоприема Q от отношения уровней несущей к шуму.

В результате существует устойчивая тенденция к непрерывному уменьшению стоимости цифровых систем.

Реальная стоимость цифровых радиоприемников по оценке российских и зарубежных специалистов при массовом их производстве не будет превышать 3050 долларов США.

Радиовещательные компании заинтересованы в безупречном качестве приёма своих программ. Формат DRM как нельзя лучше подходит для этой цели. Одновременно в формате DRM возможно использовать различные режимы передачи сигнала, которые могут применяться разными по назначению радиослужбами: как гражданскими, служебными, например транспортными управлениями, медицинской помощи и т.п., так и специальными, например, службы МВД, МЧС, ФСБ, МИД, МО и т.п. Это может осуществляться при условиях ионосферного распространения радиоволн в достаточно более экономичном режиме с пониженной скоростью цифрового потока, правда при этом и качество звука может немного пострадать. Для подстраховки качества, улучшения приёма возможен вариант трансляций одного и того же сигнала на разных частотах из разных передающих точек. Приёмник сам настроится на лучшую частоту и по ходу изменения качества трансляции может самостоятельно перейти с одной частоты на другую, качество прохождения которой на данный момент лучше.

Есть ещё один вариант для бесперебойного приёма - работа на общей волне. Для этого один и тот же сигнал передаётся одновременно на одной и той же частоте в один и тот же регион, но из разных передающих точек. Таким способом удаётся достичь уверенного приёма даже в диапазоне коротких волн при ионосферном распространении.

Как и большинство цифровых технологий, формат DRM позволяет не только существенно улучшить качество передачи аудиоданных, доведя его до уровня CD дисков, но и предоставить слушателям и операторам дополнительные сервисные возможности. Одновременно с передачей звукового сигнала формат DRM позволяет передавать текстовую, а в определённых случаях (если DRM приёмник имеет соответствующие функции и дисплей) и видео информацию к программе или независимо от неё. Об этих возможностях приёма дополнительной информации более подробно будет рассказано далее. Это могут быть данные:

- о прогнозе погоды;

- о положении на дорогах;

- показ названия рубрики передачи, а также имени автора и ведущего;

- показ названия музыкальной композиции, исполнителя;

- вызов на дисплее текста или видеосюжетов самых актуальных новостей;

- вызов на дисплей видеосюжетов самых острых моментов происходящих

в спортивных матчах или соревнованиях;

- возможность ауди-видио записи особо важных сообщений, в память приёмника для последующего прослушивания или просмотра;

- возможность коммутации с мобильными средствами связи (различными операторами «Мегафон», «МТС», «БИ-ЛАЙН», «СКАЙ-ЛИНК» и др.).

Эта возможность обеспечивает при определённом построении системного блока DRM приёмника вхождение в Интернет, а, соответственно, и электронную почту.

- представление данных о приёме всех станций в месте нахождения радиослушателя;

- выбор желаемой станции посредством маркировки её на дисплее приёмника;

- автоматический, незаметный для радиослушателя переход на более лучшую по качеству частоту;

- просмотр (при наличии в DRM приёмнике соответствующей функции) постоянно закачиваемых данных в долговременную память DRM приёмника, которая может составлять десятки - сотни ГБт, концертов, фильмов, аудиокниг, актуальных статей и другой самой разнообразной информации. Эта услуга должна быть платной, поскольку будет подключена к платным серверам;

- загрузка и постоянное обновление программного обеспечения и актуализация уже имеющегося, например, в навигационных системах транспортных средств путём передачи данных на КВ по всему миру;

- представление экономических, консультационных, юридических и других данных по требованию (заказу) слушателя (абонента). Эта услуга должна быть платной, поскольку будет подключена к платным серверам.

- представление рекламных роликов, текстовой и звуковой рекламной информации о товарах различных предприятий, фирмах, туризме, строительстве, квартирах, загородных домах, продаже, покупке и т.д.

- представление требуемых информационных услуг по закрытым каналам различным государственным и коммерческим службам: МВД, МЧС, ФСО, ФСБ, МИД, МО, медицина, транспорт, банки, биржи, энергетика, газ, Администрации Президента, городов, областей, Федеральных округов и многим другим. аналоговое цифровое звуковое вещание

Примеры сервисных возможностей цифрового формата DRM этим не ограничиваются, а могут быть далеко продолжены с учётом построения соответствующих бизнес-планов и анализа экономики вопроса. Ведь подавляющее большинство сервисных возможностей радиостанций, работающих в цифровом формате DRM, должны быть платными, а прибыль перераспределяться в соответствующих пропорциях между всеми поставщиками тех или иных сервисных услуг. Это делает цифровой формат DRM (в отличии от многих других форматов) особо привлекательным с экономической, коммерческой точек зрения и быстро окупаемым.

Отметим ещё одно из основных достоинств цифрового формата DRM, связанное с энергопотреблением радиопередающих устройств (РПДУ), работающих в цифровом формате.

Для аналогового режима (АР) и РПДУ с АМ справедливы соотношения мощностей:

При максимальной пиковой мощности Рпик.= Рнес.(1+m), (при m = 1, Рпик.= 4Рнес.) излучаемой передатчиком в аналоговом режиме (АР), средняя излучаемая мощность равна Рср.=Рнес.(1+m?ср./2), где m -индекс АМ, а Рнес.--мощность несущей частоты передатчика. При mср.= 0,65 (для реальных речевых и музыкальных программ) средняя излучаемая мощность передатчиком в АР режиме составит Рср. для АР = 1,4225 Рнес., а пик-фактор по мощности:

pАР = Рпик. / Рср. для АР= 2,8 .

Для цифрового режима (ЦР) и работы РПДУ в однополосном режиме (ОМ) справедливы соотношения мощностей:

Рпик. = 0,1 Рср. для ЦР., а пик-фактор по мощности: pАР = Рпик. / Рср. для ЦВ= 10.

Таким образом, при одинаковых пиковых мощностях Рпик. передатчиков, передатчик в ЦР излучает мощность в 10/2,8 = 3,57раза меньшую, чем передатчик, работающий в аналоговом режиме (АР). В передатчиках с АР мощность излучения делится строго пополам в соответствии с двумя излучаемыми полосами, а в передатчиках с ЦР вся излучаемая мощность приходится на одну полосу, поскольку режим ОМ. Поэтому для получения информативной одинаковой способности можно понизить излучаемую мощность передатчиков с ЦР по сравнению с АР ещё вдвое, т.е. в итоге в 7,14раза. Учитывая физические свойства распространения радиоволн при однополосной модуляции (ОМ), а также процессы, происходящие во входных избирательных цепях приёмников ОМ сигналов, можно показать, что итоговая цифра соотношения излучаемых мощностей передатчиков, работающих в АР и ЦР, достигнет 10 - 12 раз. Из этого следует, что при одинаковых промышленных коэффициентах полезного действия (это необходимое условие!), передатчики в ЦР потребляют в 10 - 12 раз меньшую мощность, чем передатчики в АР (при одинаковой информационной способности). Это огромный экономический эффект цифровых передатчиков по сравнению с аналоговыми РПДУ особенно важен, если учесть всё возрастающую стоимость электроэнергии.

Обобщив проведённый анализ, можно заключить, что радиовещатели получают в пользование уникальную, универсальную, унифицированную, приведённую к общему знаменателю цифровых технологий, радиосистему передачи сигналов, работающую в полном спектре несущих частот, начиная с длинных волн и заканчивая FM диапазоном - систему DRM цифрового вещания.

Размещено на Allbest.ru