2017-12-16
4533
Тема 6. Системы цифрового радиовещания.
Цели и задачи изучения темы
Цели:
1. Ознакомить студентов с примерами реализации современных технологий цифрового радиовещания.
2. Сформировать представление о возможных способах организации цифрового радиовещания в различных диапазонах радиоволн.
З адачи:
1. Проанализировать состояние и возможности существующих технологий цифрового радиовещания.
2. Рассмотреть принципы построения наземных систем радиовещания на основе современных цифровых технологий.
3. Оценить перспективы внедрения технологий цифрового радиовещания в России.
Классификация систем ЦРВ
Варианты технической реализации цифрового радиовещания
Высокие потребительские характеристики сети многопрограммного высококачественного цифрового радиовещания определяют сложность реализации таких систем. В частности, это связано с:
- необходимостью обеспечить надежный высококачественный прием не только стационарными, но и мобильными (переносными и установленными на подвижном объекте) приемниками в условиях интенсивной городской застройки и горной местности, т.е. в многолучевом канале с МСИ и частотно-селективными замираниями;
- стремлением обеспечить высокую удельную скорость передачи информации, т.е. высокую эффективность использования отведенной полосы частот;
- ограниченными энергетическими ресурсами, особенно при использовании спутниковых ретрансляторов;
- жесткими ограничениями на сложность и стоимость бытового цифрового приемника.
Данные табл. 6.1 иллюстрируют теоретически возможные варианты технической реализации системы ЦРВ. Каждый из указанных здесь вариантов решения той или иной проблемы цифрового радиовещания имеет свои достоинства и недостатки. Выбор в пользу конкретного технологического решения может быть сделан только на основе анализа технико-экономических показателей с учетом высоких потребительских требований к сети многопрограммного высококачественного цифрового радиовещания.
Возможно использование разных методов передачи и приема, кодирования сигнала и канала, вариантов организации вещательной сети, других частных решений отдельных подсистем и элементов системы. Однако возможность реализации всех известных систем ЦРВ однозначно определяется достигнутым уровнем частотной (спектральной) и энергетической эффективности радиосистемы передачи (РСП) звукового вещательного сигнала. В свою очередь, частотно-энергетическая эффективность РСП определяется:
- эффективностью процедуры компактного представления звукового вещательного сигнала;
- эффективностью модуляции;
- эффективностью принятых методов формирования радиосигнала и его демодуляции/декодирования.
Рассмотрим технические решения, принятые в наиболее распространенных и проверенных практикой системах ЦРВ.
Таблица 6.1. Возможные варианты технической реализации системы ЦРВ
| Узловые проблемы реализации систем ЦРВ | Возможные варианты решения |
| Метод представления сигнала ЗВ в цифровой форме | а) кодирование формы сигнала во времени; б) кодирование сигнала в частотной области |
| Способ организации общего (суммарного) цифрового потока | а) временное уплотнение (ВРК) - последовательная передача; б) частотное уплотнение (ЧРК) - параллельная передача с вариантами, отличающимися числом поднесущих |
| Метод защиты радиоканала от ошибок | а) помехоустойчивое кодирование; б) маскирование (интерполяция); в) перемежение: по времени; по частоте; по времени и по частоте |
| Способ борьбы с многолучевостью в радиоканале | а) расширение базы сигнала, т.е. переход ксоставным (широкополосным) сигналам; б) направленные антенны; в) последовательные адаптивные алгоритмы; г) алгоритмы, связанные с увеличением длительности посылок и введением защитных интервалов |
| Тип модуляции | а) многократная квадратурная AM (KAM); б) относительная фазовая манипуляция (ОФМ): однократная (ОФМ-2) или двукратная (ОФМ-4); в) ЧММС (ЧМ с минимальным сдвигом) |
| Вариант организации вещательной сети сплошного покрытия | а) одночастотная (количество частот, используемых на обслуживаемой территории, N=1); б) малочастотная (N=3 - 7); в) многочастотная (N=9 - 31); г) сеть, у которой N>1, а разнос несущих меньше полосы; д) сеть, у которой N>1, а разнос несущих больше полосы. |
Таким образом, существует большое число вариантов технической реализации системы ЦРВ, причем выбор конкретного варианта должен осуществляться на основе анализа свойств радиоканала и требуемого качества вещания.
6.1.2. Цифровые систем эфирного радиовещания
Принципиально возможны следующие цифровые системы эфирного радиовещания с приемом на стационарные и на мобильные цифровые радиоприемники [3]:
• системы наземного ЦРВ, подразделяющиеся на системы, работающие на частотах ниже 30 МГц и в диапазонах ОВЧ и УВЧ;
• системы непосредственного (т.е. прямого спутникового) ЦРВ (НЦРВ) с приемом сигнала на бытовой радиоприемник;
• комбинированные системы ЦРВ, содержащие технические средства первых двух систем. В этом случае система ЦРВ может быть реализована как смешанная (гибридная) наземно-спутниковая система (НСС), в которой используется маломощная распределительная сеть для увеличения зоны обслуживания ИСЗ. НСС, как правило, предполагает использование одного и того же частотного диапазона спутниковыми и наземными службами.
В табл. 6.2 представлены сведения об известных на декабрь 2002 г. системах ЦРВ разных частотных диапазонов и вариантов построения [3].
Таблица 6.2. Существующие системы ЦРВ и их основные характеристики
| Наименование системы | Вариант построения | Диапазон рабочих частот | Возможность мобильного приема | ||
| Наземная | НЦРВ | НСС | |||
| T-DAB (Eureka 147/DAB) | + | - | - | ОВЧ+УВЧ (~1,5 ГГц) | Гарантирована |
| DRM | + | - | - | НЧ.СЧ.ВЧ | Гарантирована |
| AM IBOC DSB | + | - | - | СЧ | Гарантирована |
| IBAC и IBOC | + | - | - | ОВЧ | Ограничена |
| S-DAB (Media-Star) | - | + | + | УВЧ | Ограничена |
| World Space | - | + | - | УВЧ | Ограничена |
| Sirius Satellite Radio | - | + | + | УВЧ | Отсутствует |
| XM Satellite Radio | - | + | + | УВЧ | Отсутствует |
| DSR | - | + | - | СВЧ | Отсутствует |
| ADR | - | + | - | СВЧ | Отсутствует |
| Digital System E | - | + | + | УВЧ | Отсутствует |
Архитектура системы ЦРВ (в общем случае, комбинированной) представлена на рис. 6.1. Здесь:
1- центр управления системой вещания,
2 - основная станция передачи программ на ИСЗ,
3 - бортовой ретранслятор ИСЗ,
4 - мобильная приемная установка,
5 - стационарная приемная установка,
6 - антенны дополнительной наземной сети, где осуществляется переизлучение сигналов ИСЗ.
Функционирование такой системы может выглядеть следующим образом. Несколько звуковых программ, сформированных различными студиями, объединяются в единый цифровой поток на входе модулятора передающей станции 2. В результате сформированный банк вещательных программ транслируется на бортовой ретранслятор ИСЗ 3. Здесь, после демодуляции, возможно демультиплексирование единого цифрового потока - с целью формирования локальных наборов (пакетов) звуковых программ из общего банка программ для конкретной зоны вещания - в соответствии с командами, поступающими из центра управления системой вещания 1. Сформированный локальный цифровой поток поступает далее на модулятор бортового ретранслятора, а модулированный СВЧ сигнал излучается затем антенной системой (как вариант - многолучевой) ИСЗ в сторону Земли.
Рис. 6.1. Варианты построения систем ЦРВ
В принципе, любые системы радиовещания можно разделить на две категории:
- системы, требующие для функционирования выделения отдельного частотного диапазона, свободного от других радиослужб;
- системы, для работы которых это не является необходимым условием.
Наиболее совершенной из разработанных ныне систем ЦРВ, относящейся к первой категории,является Eureka 147/DAB. Для функционирования этой системы требуется выделение в диапазоне частот от 30 МГц до 3 ГГц полосы частот шириной не менее 1,54 МГц на один комплексный сигнал ЦРВ (так называемый "DAB-блок" или "ансамбль"), который может содержать, например, шесть высококачественных стереофонических программ и различную дополнительную информацию.
Ко второй категории относились системы ЦРВ IBAC и IBOC, разработанные в США. Они предназначены для работы в диапазонах ОВЧ 88...108 МГц и СЧ 525...1608 кГц - одновременно с существующими аналоговыми ЧМ и AM радиостанциями, вещающими в этих же диапазонах
Эти системы имели ряд существенных недостатков, но послужили прототипами систем наземного цифрового радиовещания более поздних разработок, таких как "Eureka 147/DAB", DRM и DRM+, HD-Radio и РАВИС.
Стандарты систем ЦРВ
Наземные системы ЦРВ
Наземные системы цифрового радиовещания сегодня активно вводятся в эксплуатацию во многих развитых странах. Принятые международные стандарты по системам ЦРВ определяют основные принципы их построения. Главной особенностью вводимых систем ЦРВ является то, что они должны функционировать в пределах тех частотных диапазонов радиоволн, которые уже выделены в международном сообществе для аналогового радиовещания. В связи с этим наземные системы ЦРВ делятся по диапазону рабочих частот до 30МГц и свыше 30МГц.
А. Система цифрового радиовещания DRM
DRM (Digital Radio Mondiale) - современный стандарт цифрового радиовещания, реализуемого на частотах ниже 30 МГц (реально в диапазонах СЧ и ВЧ) с использованием AM радиопередатчиков [3]. Созданный в марте 1998 г., консорциум DRM насчитывает (по состоянию на апрель 2002 г.) 72 члена, включая Россию; инициатором работ является фирма THALES (Broadcast & Multimedia) со штаб-квартирой во Франции.
Консорциум DRM - некоммерческая организация, созданная для развития и продвижения системы DRM во всем мире. В состав организации входят радиовещательные компании, операторы связи, производители радиоприемников и передатчиков, а также научно-исследовательские институты; Россию представляют ФГУП РТРС и ГРК "Голос России". Главная цель, которую преследуют разработчики идеологии DRM, - резко улучшить качество вещания по сравнению с традиционным аналоговым радиовещанием в диапазонах средних и особенно коротких волн.
Рассмотрим особенности структурной схемы. В формате DRM предполагается передача цифрового радиосигнала (включающего также некоторый объем цифровых данных не звукового характера от отдельного источника) в канале, совмещенном с каналом аналогового радиовещания. При этом существует до 12 вариантов комбинирования спектров аналогового (с полосой 4,5...5 кГц) и цифрового (с полосой от 4,5 до 10 кГц) сигналов (в том числе предусмотрена и однополосная передача цифрового сигнала с сохранением в смежной полосе аналогового).
В общем виде услуга передачи данных представляет собой синхронную или асинхронную передачу потока информации, файла или пакета (или серии пакетов) данных. Передача текста входит в состав основной DRM-услуги, ограничиваясь использованием потока объемом 80 бит/с. Вид и объем услуг, а также используемый диапазон частот, в значительной степени определяют особенности построения системы.
Структурная схема системы передачи DRM представлена на рис. 6.2.
Рис. 6.2. Структурная схема передающей части системы DRM.
Особенности схемы связаны, прежде всего, с тем, что в формате DRM используются три цифровых канала:
• MSC - главный служебный канал (пользовательской информации), содержащий групповой цифровой поток;
• FAC - канал быстрого доступа (к файлу передаваемой информации) - первый канал мультиплексного потока данных, содержащий информацию, которую необходимо расшифровать (демультиплексировать) в приемнике в первую очередь;
• SDC - канал описания обслуживания - второй канал мультиплексного потока данных, который несет информацию, позволяющую расшифровать услуги, заключенные в общем потоке данных канала MSC, а также дает возможность найти дополнительные источники этих данных. Он может содержать также элементы одновременной аналоговой и цифровой (simulcast) передачи.
Обращаясь к схеме на рис. 6.2, легко видеть, что здесь присутствуют все обязательные элементы передающей части системы ЦРВ: кодер источника и перекодирующие устройства, скремблеры и кодеры во всех каналах, перемежитель), пилот-генератор - обязательный элемент любой цифровой системы передачи, обеспечивающий, в частности, когерентную демодуляцию сигнала, и наконец, совокупность блоков, реализующих модем COFDM (подобно тому, как это сделано в формате DAB, рассматриваемом ниже).
Кодер источника и перекодирующие устройства (транскодеры) - обеспечивают адаптацию входных потоков (данных) к соответствующему формату цифровой передачи. Исходное кодирование звука в кодере источника DRM предполагает использование трех вариантов высокоэффективного компактного представления (сжатия) передаваемого звукового вещательного сигнала. Цифровые потоки с выхода кодера источника и перекодирующего устройства данных содержат две части, требующие двух различныхуровней защиты в кодере канала - нормального и высокого. Эта функция неравной защиты от ошибок (UEP) применяется с целью повышения помехозащищенности системы в "плохих" каналах. Все услуги, реализуемые в системе, характеризуются такими же двумя уровнями помехоустойчивой защиты.
Мультиплексор - комбинирует уровни помехоустойчивой защиты данных и звуковых сигналов в канале передачи.
OFDM-формирователь объединяет все приходящие цифровые потоки и размещает их на сетке "время-частота", a OFDM сигнал-генератор преобразует каждое множество OFDM-символов в соответствующую временную область сигнала, вводя при этом защитные интервалы.
Модулятор преобразует последовательность OFDM-символов (т.е. OFDM-сигнал) в аналоговый сигнал, излучаемый в эфир. Это действие завершает цифро-аналоговое преобразование и полосовую фильтрацию, которые должны обеспечить требуемую форму спектра излучения.
В стандарте введено понятие ячейка (cell) как обозначение отрезка синусоидального колебания, передаваемого с определенной амплитудой и фазой в течение некоторого времени Ts.
Каждый OFDM-символ - это сумма К таких отрезков колебаний – несущих (поднесущих), имеющих заданные значения, в общем случае, фазы и амплитуды и равномерно распределенных по частоте в пределах полосы радиоканала; при этом заданные значения параметров несущих остаются неизменными в течение всего времени существования символа Ts. Поэтому часто OFDM-символ определяют как элемент сигнала передачи системы для той части времени, в течение которой у каждой из несущих параметры модуляции (амплитуда и фаза) остаются неизменными.
Технология DRM предполагает очень высокую частотную и энергетическую эффективность радиосистемы передачи звукового вещательного сигнала - необходимая спектральная эффективность сигналов (модуляции) должна составлять не менее 4...5 бит/с/Гц (заметим, что эффективность сигналов ОФМ-4, применяющихся в системе T-DAB, не превышает 1,5 бит/с/Гц). Это достигается путем использования сигналов типа 16-КАМ и 64-КАМ - для модуляции большого числа одновременно излучаемых несущих.
Передача всех типов данных в системе осуществляется в трех цифровых каналах. Рассмотрим их назначение и структуру более подробно.
Главный служебный канал (MSC) содержит данные всех услуг, заключенных в DRM-сигнале. Таких услуг может быть от одной до четырех, причем каждая из них - это или звуковая программа, или данные. Скорость цифрового группового потока в канале зависит от выбранной полосы и способа передачи. MSC содержит от одного до четырех цифровых потоков. Каждый поток поделен на логические фреймы длительностью по 400 мс.
Цифровые потоки аудиоданных включают компрессированные аудиоданные и как необязательный компонент - данные текстовой передачи. В составе потоков данных может быть до четырех субпотоков, составленных из пакетов данных одной услуги. Здесь возможны различные комбинации, например: услуга звукового вещания может содержать один поток аудиоданных и поток или субпоток данных; услуга данных может состоять из одного потока данных или одного субпотока данных.
Каждый логический фрейм, как правило, состоит из двух частей, причем каждая из них со своим уровнем помехозащиты. Длительности этих частей устанавливаются независимо. Неравная защита от ошибок всего потока обеспечивается разным уровнем защиты частей логического фрейма. Логические фреймы от всех потоков отображаются вместе, чтобы формировать мультиплексный логический фрейм 400-миллисекундной длительности. Многокомпонентный групповой цифровой поток MSC состоит из последовательности мультиплексных фреймов.
Данные по конфигурации мультиплексирования содержатся в канале описания обслуживания SDC. Мультиплексирование может быть реконфигурировано и передано в границах с уперфрейма. Реконфигурация мультиплексирования происходит:
· при изменении параметров в канале FAC;
· в случае изменения (вида) услуги.
Информация о новой конфигурации мультиплексирования проходит с опережением по времени по каналу SDC, а время изменения конфигурации отражается специальным индексом реконфигурациив канале FAC.
Канал быстрого доступа (FAC) используется для обеспечения оперативного просмотра информации о предоставляемых системой услугах и начала эффективного декодирования цифрового потока. Данные о параметрах канала (например, ширина занимаемого спектра, глубина перемежения) и об услугах, заключенных в мультиплексном цифровом потоке, позволяют декодировать информацию об услугах в первую очередь.
Каждый передаваемый фрейм включает в себя FAC-блок, содержащий параметры, которые характеризуют канал и описывают одну услугу, а также включают параметры канального кодирования CRC. В частности, код языка потенциальных клиентов состоит из четырех бит (16 вариантов), тип звуковой программы описан пятью битами (32 варианта) и т.д. В случае если в мультиплексном потоке содержится больше одной услуги, то для их описания требуется большее число FAC-блоков.
Канал описания обслуживания (SDC) содержит информацию, позволяющую расшифровать услуги, заключенные в общем потоке данных канала MSC, дает возможность найти дополнительные (альтернативные) источники тех же самых данных, а также указывает признаки услуг, заключенных в мультиплексном потоке.
Объем данных канала SDC изменяется в соответствии с шириной занимаемого спектра суммарного (мультиплексного) потока, а также в зависимости от других параметров. Объем данных канала может быть увеличен при использовании функции перехода на альтернативную частоту AFS. Такой переход может осуществляться без потери обслуживания с сохранением всех данных, которые передаются в канале, если эти данные изменяются квазистатически. Выполнение этого условия требует тщательного контроля данных в SDC-фреймах. Данные в канале SDC, как правило, передаются с использованием модуляции 4-КАМ.
SDC рассматривается как отдельный канал данных. SDC-блок содержит объем данных, заключенный в одном суперфрейме передачи. Общий объем данных, необходимых для передачи, может превосходить возможности SDC-блока. Наличие функции AFS позволяет решить эту проблему путем информирования приемника о передаче очередного SDC-блока и о переходе на альтернативную частоту. Действенность этой функции обеспечивается FAC-каналом, который передает в приемник информацию, подтверждающую или отрицающую факт смены частоты.
Система DRM предназначена для использования на любой частоте ниже 30 МГц при учете канальных ограничений и условий распространения радиоволн, свойственных этим диапазонам. Чтобы удовлетворить этим требованиям, применяются различные режимы передачи, которые определяются параметрами двух типов:
• шириной полосы вещательного сигнала;
• параметрами, характеризующими эффективность передачи.
Первый тип параметров определяет общую (суммарную) ширину полосы частот и структуру ее использования для одной передачи. Параметры, определяющие эффективность передачи, определяются компромиссом между емкостью канала (полезной цифровой скоростью передачи) и устойчивостью к шуму, многолучевости при распространении радиосигнала и эффекту Доплера.
Каждый режим передачи характеризуется определенным уровнем (модой) помехозащищенности передачи сигнала в системе. В свою очередь, требуемый уровень помехозащищенности диктуется условиями распространения радиоволн и обеспечивается надлежащим выбором параметров OFDM - символов (и, следовательно, модема COFDM). Таким образом, параметры OFDM-символов обеспечивают различные уровни помехозащищенности системы, т.е. режимы передачи в системе.
Типовые радиовещательные каналы на частотах ниже 30 МГц характеризуются полосой 9 и 10 кГц. Система DRM предусматривает организацию каналов:
• в пределах этих номиналов полосы - чтобы удовлетворять существующим частотным планам;
• в пределах половины этих номиналов полосы (4,5 и 5 кГц) - чтобы обеспечивать вещание, совместимое с традиционным аналоговым;
• в пределах удвоенных номиналов полосы (18 и 20 кГц) - для реализации большой пропускной способности канала - в тех случаях, когда это допускает частотное планирование.
При любой ширине полосы частот сигнала эффективность передачи определяется компромиссом между пропускной способностью (полезной величиной цифровой скорости передачи) и реально обеспечиваемой устойчивостью к шумам, многолучевому распространению и эффекту Доплера. Здесь играют определяющую роль две совокупности параметров:
• кодовая скорость (R) корректирующего кода и кратность используемой модуляции;
• параметры OFDM-символа, определяющие структуру этих символов, которая, в свою очередь, является функцией условий распространения радиоволн.
Величины кодовой скорости и кратности используемой модуляции зависят от желательной степени кодозащиты цифрового потока данных (с учетом вида и уровня сервиса, режима и вида передачи) и обеспечивают один или два уровня защиты одновременно.
Как отмечалось ранее, цифровой сигнал в формате DRM предназначен для использования в полосе вещания AM сигнала. Одновременную (аналого-цифровую) передачу как услугу, использующую DRM и AM вещание, могут представлять расположенные рядом по частоте аналоговый AM сигнал (в виде DSB, VSB или SSB) и цифровой сигнал системы DRM.
Рисунки 6.3 и 6.4 иллюстрируют возможные решения по передаче AM и DRM сигналов посредством использования одного передатчика. Режим совместной передачи (simulcast) может быть реализован и при использовании двух отдельных передатчиков, излучающих соответственно аналоговый и цифровой сигналы.
Рис. 6.3. Вариант совместной аналого-цифровой передачи
Рисунок 6.3 иллюстрирует возможный вариант, когда на опорной частоте DRM сигнала fR организуется один или два радиовещательных канала (шириной 9 кГц или 10 кГц и 18 кГц или 20 кГц), а на несущей частоте fc передается одно- или двухполосный AM сигнал. Заметим, что если при амплитудной модуляции на рисунке фактически представлен спектр одно- или двухполосного AM радиовещательного сигнала, то в случае с DRM - это группа несущих, т.е. сигнал COFDM.
Рисунок 6.4 иллюстрирует возможный вариант, когда на опорной частоте DRM fR организуется номинально половина канала, а на несущей частоте fc передается одно- или двухполосный AM сигнал.
Рис. 6.4. Вариант совместной аналого-цифровой передачи
Стандарт в этом случае требует, чтобы номинал опорной частоты DRM был кратен 1 кГц, а опорная частота DRM и несущая AM - были разнесены на 4 или 5 кГц.
В системе DRM предполагается использовать универсальное звуковое кодирование (ААС) и кодирование речи (CELP и HVXC). Для ощутимого повышения качества звука может быть также использован специальный метод повышения эффективности (высокочастотной реконструкции) звукового кодирования (SBR). Однако в настоящее время польза от SBR определена только при использовании со звуковым кодированием ААС.
Для универсального кодирования звука используется алгоритм MPEG-4 ААС - лучший среди подобных, пригодных для применения в системе DRM.
ААС цифровой поток в DRM-системе - это цифровой поток аудиостандарта MPEG-4, версия 2 (эта версия предназначена для использования в каналах с высоким уровнем помех). Из числа возможных типов звуковых кодеров (объектов стандарта ISO/IEC) только вариант помехоустойчивого ААС-кодера низкой сложности (LC) принадлежит к числу высококачественных алгоритмов кодирования, поэтому именно он будет использоваться в системе DRM. Среди возможных способов организации цифрового потока MPEG-4 ААС (версия 2) выбран помехоустойчивый вариант HCR (Huffman Codeword Reordering), характеризующийся минимальными чувствительностью аудиоданных к ошибкам в канале передачи и цифровой скоростью потока.
Подробное рассмотрение перечисленных методов кодирования звука, а также способов помехоустойчивого кодирования и модуляции в стандарте DRM здесь не приводится, поскольку всё это было выполнено в пособии [27].
В заключение добавим, что по сообщению немецких специалистов института IRT появилась возможность цифровизации выделенного для аналогового радиовещания FM диапазона технологией DRM+. Данная технология предусматривает эффективное использование выделенного радиочастотного спектра и является полностью цифровой. В пособии эта технология не рассматривается, так как в России пока не проводятся исследования по её применению. Кроме этого, как будет показано в следующем разделе, существуют уже активно реализуемые на рынке услуг технологии цифровизации FM диапазона, конкуренция среди которых уже высока. Следовательно, перспективы внедрения технологии DRM+ пока весьма неопределенные.
Б. Система T-DAB
По определению [3]: "Система DAB - новая система звукового радиовещания, обеспечивающая замену существующих сетей с амплитудной и частотной модуляцией. Это устойчивая система передачи звука и данных, обладающая высокой эффективностью использования спектра и мощности. Она разработана для наземной, спутниковой, а также гибридной и смешанной передачи. Предназначена для предоставления пользователям высококачественных цифровых звуковых программ и данных, которые будут передаваться наземными и спутниковыми передатчиками в диапазонах ОВЧ и УВЧ и приниматься автомобильными, переносными и стационарными приемниками цифровых сигналов с использованием простой почти всенаправленной приемной антенны. В 1995 г. Европейский DAB-форум поставил задачу всемирного введения DAB-вещания в различных конкретных вариантах".
В 2002 г. постоянно действующие сервисы ЦРВ на базе системы Eureka-147/DAB в ее наземном варианте T-DAB предлагались в пятнадцати европейских странах плюс Австралия, Индия, Канада, Китай, Сингапур и Тайвань. Еще в ряде стран несколько лет работают пилотные проекты. Наиболее успешно цифровое радиовещание в формате T-DAB развивается в Англии и Германии.
За прошедшее время цена DAB-приемников неуклонно снижалась с более чем $1500 до $150...500. Дело идет к тому, что технология DAB станет серьезной угрозой для развития систем подвижной связи 3G, когда плата (чип) радиоприемника будет интегрирована в GSM-телефон, что ознаменует рождение интерактивного радиовещания – "вещания по запросу" с богатейшими мультимедийными возможностями.
Системное построение и технические характеристики системы Eureka-147/DAB в ее наземном варианте T-DAB регламентированы в принятом в 1995 и дополненном в 1997 г. европейском телекоммуникационном стандарте ETS 300 401 [13]. В документах МСЭ система T-DAB в посвященной ей рекомендации BS.1114-1 классифицируется как цифровая система А.
Организация цифровых потоков. Услуга цифрового радиовещания в формате T-DAB гарантирует пользователю возможность приема определенного количества звуковых программ различного качества и типа, а также определенного объема данных. Для реализации услуги в передающей части системы формируется комплексный сигнал (передачи) ЦРВ, объединяющий всю необходимую информацию. С этой целью в системе организованы три канала:
• канал передачи пользовательской информации (MSC), который используется для передачи набора звуковых программ, а также данных (при их наличии);
• канал быстрой информации (FIC), обеспечивающий быстрый доступ к информации в радиоприемнике. Канал содержит сведения о конфигурации мультиплексирования, дополнительную информацию о каналах пользователей и компонентах каналов данных;
• канал синхронизации, который формируется внутри передающей части системы и используется для обеспечения функций демодуляции и декодирования в приемнике.
В табл. 6.3 указаны входные сигналы, поступающие от различных источников. Из этих сигналов формируются компонентные цифровые потоки, а затем - кадр (фрейм) передачи. Рассмотрим далее способы организации передачи данных по каналам MSC и FIC, состав этих каналов, а также назначение каждого из входных сигналов системы.
Таблица 6.3. Входные сигналы системы T-DAB
| № на схеме рис. 6.16 | Наименование и состав сигнала | |
| Данные канала FIC (FIDC+MCI+SI) | ||
| Данные для управления мультиплексированием сигнала ЦРВ | ||
| Информация, передаваемая в канале пользователя | ||
| Звуковые программы | Данные, связанные с программой (PAD) | |
| ИКМ звуковой сигнал (fд=24 или 48 кГц) | ||
| Общие данные для канала пользователя | Данные пакетного режима | |
| Данные потокового режима |
Вся информация в рамках основной услуги ЦРВ объединяется главным каналом пользовательской информации MSC. В канале совместно с аудиоданными передаются данные, связанные с программой (PAD). Это разнообразная сервисная информация, которая передается вместе со звуком, но не слышна, например, текст, выводимый на ЖКД приемника и относящийся к звучащей программе, или данные, предназначенные для управления динамическим диапазоном и осуществления индикации типа "музыка/ речь" и т.п. Помимо данных PAD, в канале MSC могут передаваться дополнительные данные (канал AIC), а также данные условного доступа (СА), обеспечивающие проверку права пользователя на доступ и управление этим правом.
Функция управления правом на доступ заключается в распределении этих прав по конкретным радиоприемникам. Существует несколько видов получения права на доступ, соответствующих различным способам "подписки" на канал: предварительно внесенная плата за программу или плата за выбранную в данный момент программу, плата за канал или время. Реализация этой функции предполагает использование секретных ключей и криптографических алгоритмов.
Объединение компонентных потоков канала MSC происходит в главном мультиплексоре передачи пользовательской информации (рис. 6.5). Здесь поступившие данные организуются в последовательность общих фреймов с перемежением (CIFs). Такой фрейм насчитывает 55296 бит, состоит из 864 единиц емкости (CU), составляющих наименьшую адресуемую часть CIFs, и передается каждые 24 мс. Следовательно, скорость цифрового потока в канале MSC составляет 2304 кбит/с. До мультиплексирования информация в канале MSC обрабатывается в субканалах, представляющих собой единицу передачи и состоящих из целого числа CU.
Рис. 6.5. Структурная схема формирования каналов передачи
Обозначения на схеме: цифрами (1-5) обозначены входные сигналы, указанные в табл. 6.16; А1- ассемблер FIDS; A2 - ассемблер блока быстрой информации; A3 - ассемблер передачи информации в канале пользователя; А4 - ассемблер пакетного режима передачи информации в канале пользователя; Скр - скремблер; КСК - кодер сверточного кода; КК - кодер канала (объединяет здесь функции скремблирования, помехоустойчивого кодирования и перемежения по времени); КИ - кодер источника MUSICAM.
В канале MSC используются два режима передачи:
- потоковый, который обеспечивает прямую передачу от источника до места назначения с фиксированной скоростью (кратной 8 кбит/с) цифрового потока в конкретном субканале, при этом информация должна передаваться по требованию, причем данные должны быть разделены на логические фреймы.
- пакетный, предназначенный для передачи нескольких компонент данных различных каналов пользователей в одном и том же субканале.
В пакетном режиме допустимые скорости цифровых потоков также должны быть кратны 8 кбит/с - однако, с условием соответствия имеющейся емкости субканала для передачи данных. Пакеты идентифицируются адресом и имеют фиксированную длину. Используются 4 стандартных длины пакета - от 24 до 96 байт, у которых длина поля данных изменяется соответственно от 19 до 91 байта. Данные о связи между компонентами каналов пользователей и адресами пакетов передаются в канале FIC в виде информации о конфигурации мультиплексирования (MCI) (см. ниже).
Вся информация, необходимая для правильной организации фрейма передачи, составляющего основную часть комплексного сигнала ЦРВ, поступает через канал FIC в виде блоков быстрой информации FIBs - пакетов данных, состоящих из 256 бит. Приоритетной информацией в канале FIC является информация о конфигурации мультиплексирования (MCI), т.е. сведения об организации субканалов и канальных компонент. Это повторяющаяся информация о сигналах ЦРВ, компонентах каналов, субканалах и связи между ними. Для обеспечения быстрого доступа к MCI данные FIBs не подвергаются временному перемежению, в результате чего MCI не претерпевают задержки и приемник быстро реагирует на изменение конфигурации мультиплексирования.
Если изменение конфигурации только предстоит, то данные MCI о будущей конфигурации посылаются заблаговременно (до 6 с) для обеспечения непрерывности функционирования каналов.
Помимо MCI в канале FIC передается сервисная информация о каналах пользователей (SI), а также информация быстрого доступа (FIDS) - специально выделенная часть канала, используемая для передачи не связанных со звуком каналов данных: пейджинг, дорожная информация (ТМС) и сигналы экстренного оповещения (EWS).
К сервисной информации о каналах пользователей (SI) относится:
· наименование канала и язык вещания,
· дата и время,
· номер и тип программы (новости, музыка, спорт),
· комментарии к радиопрограмме;
· идентификаторы передатчика, зоны вещания, региона и страны;
· информация о частотах, о других сигналах ЦРВ и т.п.
Рассмотрим режимы передачи в системе DAB. Для того чтобы использовать радиовещательную систему T-DAB в различных конфигурациях передающей сети и в широком диапазоне рабочих частот, предусмотрены четыре альтернативных режима передачи. Они позволяют организовать вещание в диапазоне частот от приблизительно 30 МГц до 3 ГГц. Эти режимы были разработаны для компенсации эффекта Доплера и возможных задержек сигнала в условиях мобильного приема при наличии многолучевости и эхо-сигналов от альтернативных радиопередатчиков в одночастотной сети (SFN). В настоящее время приняты решения СЕРТ об использовании для этой системы преимущественно полос частот диапазона ОВЧ (Band III)- 174..230, 230...240 МГц и нижней части диапазона УВЧ (L-Band) - 1452...1492 МГц [1]. Полоса в диапазоне УВЧ выделена в 1992 г. Всемирной радиоконференцией (ВАКР) исключительно для цифрового радиовещания как наземного (T-DAB), так и спутникового (S-DAB).
В табл. 6.4 приведены основные параметры системы в зависимости от режима передачи. Как видно из приведенных в таблице данных, использование более высоких частот налагает большие ограничения на длительности защитных интервалов и, следовательно, на максимальную задержку эхо-сигнала, которая определяет допустимый разнос радиопередатчиков одночастотной сети вещания.
Таблица 6.4. Основные параметры системы T-DAB
| Параметры | Режим передачи | |||
| I | II | III | IV | |
| Номинальный частотный диапазон (для мобильного приема), МГц | <375 | < 1500 | <3000 | <750 |
| Количество несущих, используемых в модеме COFDM | ||||
| Длительность защитного интервала, мкс | ~246 | ~62 | ~31 | ~123 |
| Максимальное разнесение передатчиков при работе в одночастотной сети, км | ||||
| Длительность фрейма передачи, мс | ||||
| Число FIB во фрейме передачи | ||||
| Число CIF во фрейме передачи |
Режим I наиболее подходит для организации наземного вещания и построения одночастотных сетей, поскольку позволяет обеспечить наибольшее разнесение передатчиков и, следовательно, обойтись меньшим их количеством при заданной площади обслуживания.
Режим II наиболее приемлем для сетей местного радиовещания с использованием одного наземного передатчика, а также для построения гибридных НСС ЦРВ на частотах до 1,5 ГГц.
Режим III более пригоден для организации спутникового и дополняющего его наземного вещания на частотах до 3 ГГц, а также для использования в современных широкополосных сетях кабельного телевидения в диапазоне частот 47...862 МГц.
Режим IV оптимизирует параметры DAB-сигнала для использования в сетях SFN, организуемых в L-полосе. Он обеспечивает большее разнесение передатчиков в одночастотной сети, чем режим II.
В системе T-DAB для кодирования звуковых сигналов используется стандарт компактного представления MPEG-1 Audio, Layer 2 (система MUSICAM) рассмотренный в разделе 4.3.1. пособия [27]. Звуковые режимы, принятые в системе, скорости цифрового потока аудиоданных и длительности звуковых фреймов для двух допустимых значений частоты дискретизации f д приведены в табл. 6.5.
Таблица 6.5. Основные характеристики кодирования источника
| Частота дискретизации, кГц | Звуковой режим | Скорости цифрового потока аудиоданных, R3B, кбит/с | Длительность звукового фрейма, мс |
| Одноканальный (одна монопрограмма) | 32, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160, 192 | ||
| Стереофонический; двухканальный (два моноканала); объединенный стереофонический | 64, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256, 320, 384 | ||
| Для всех режимов передачи | 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 144, 160 |
Согласно формату T-DAB [3], в конце звукового фрейма DAB передаются фиксированные данные размером в два байта, связанные с программой (F-PAD). В конце звукового фрейма, помимо данных F-PAD, стандартом предусматривается передача данных X-PAD объемом 4 байта. Это расширенные данные, связанные с программой.
Данные F-PAD и X-PAD совместно обеспечивают реализацию следующих функций:
· управление динамическим диапазоном приемника с целью обеспечения соответствия динамического диапазона сигнала условиям прослушивания в зашумленной обстановке;
· передача сигнала индикации "музыка-речь" - для управления процессором ЗС в приемнике;
· организация канала команд - для передачи на декодер (синхронно с музыкальным сигналом) специальных команд;
· передача текста, связанного с передаваемой программой - для организации пояснений к конкретной звуковой программе;
· передача внутренней служебной информации - для применения только в пределах конкретной радиовещательной сети.
Качество звука в системе DAB и количество звуковых программ в пакете тесно взаимосвязаны, что объясняется различной степенью сжатия сигнала источника и применяемыми способами помехоустойчивого кодирования. Поток цифровых данных системы MUSICAM имеет низкую чувствительность к случайным ошибкам. При передаче по зашумленным каналам защиты требуют приблизительно 10% данных (при скорости 128 кбит/с на канал), поэтому помехозащите должны подвергаться лишь те компоненты звукового фрейма, которые наиболее чувствительны к ошибкам.
В табл. 6.6 показан предоставляемый системой DAB диапазон выбора качества звука и соответствующей ему скорости цифрового потока (bit rate) R ц на моноканал.
Таблица 6.6. Взаимосвязь: качество звука - скорость цифрового потока
| Качество звука | Скорость цифрового потока на моноканал, R ц кбит/с |
| Очень высокое (с запасом по обработке звукового сигнала), CD-качество | 192/128 |
| Субъективно отличное - для высококачественного радиовещания, CD-качество | |
| Высокое, эквивалентное хорошему качеству ОВЧ ЧМ вещания | |
| Среднее, эквивалентное хорошему качеству AM радиовещания | |
| Для передачи речи |
В табл. 6.7 [3] представлены возможные варианты динамической реконфигурации мультиплексирования каналов в одном ансамбле, т.е. возможные комбинации из N звуковых программ (стерео и моно) с различным качеством звука со скоростью цифрового потока на одну программу R 1 и некоторого объема (Rд) данных общего характера.
Количество радиопрограмм в ансамбле может оперативно меняться в зависимости от необходимости передать, например, дополнительную текстовую, графическую или видеоинформацию. При этом суммарная скорость передачи цифровых данных (без учета увеличения скорости за счет избыточного кодирования канала) составляет 1168 кбит/с.
Таблица 6.7. Варианты реконфигурации мультиплексирования
| Вариант комбинации из N звуковых программ (стерео + моно) | Скорость цифрового потока, кбит/с | ||
| R 1 (стерео) | R 1 (моно) | Rд | |
| 4 (4 + 0) | 4x256 | - | |
| 6 (6 + 0) | 6x192 | - | |
| 6 (4 + 2) | 1х256+3x192 | 1x128+1x64 | |
| 7 (4 + 3) | 1х256+3x192 | 3x64 | |
| 9 (9 + 0) | 9x128 | - | |
| 22 (0 + 22) | - | 22x48 | |
| 5 (5 + 0) | 2x256+3x192 | - | |
| 6 (6 + 0) | 3x256+3x128 | -- | |
| 5 (5 + 0) | 1х256+3x192 | -- |
Очевидно, что система T-DAB является одной из наиболее успешных разработок в области цифрового радиовещания. Это подтверждается её активным внедрением в странах Европы и ряде других стран. В России эта система не применяется и в будущем её внедрение также не предвидится.
В. Система HD-radio
Ещё одной, стремительно развивающейся технологией цифрового радиовещания, является гибридное HD Radio IBOC (кодирование в диапазоне с использованием нескольких несущих). Эта технология радиовещания реализуется методом передачи цифровых радиовещательных сигналов на том же самом частотном канале одновременно с традиционным радиовещательным сигналом. «HD» или «High Definition» в переводе с английского – «высокая точность». Создатели утверждают, что это означает безукоризненную точность и отличный, кристально чистый звук, который получается благодаря использованию цифровых технологий и новому HD Radio совместимому оборудованию. МСЭ (Международный Союз Электросвязи) поддержал разработку iBiquity FM HD Radio в предварительных рекомендациях в ноябре 2001г. 189 участников МСЭ ратифицировали эти рекомендации в августе 2002г. МСЭ утвердил разработку как стандарт для наземного использования в апреле 2001г. Идет развитие и внедрение во всем мире. iBiquity заключили лицензионное соглашение со многими производителями цифрового оборудования. Позитивно закончены тесты в Бразилии и Мексике. В Австралии, Швейцарии и Украине подготовлены документы для принятия стандарта. NTC на Филиппинах принял HD Radio стандарт. Построена первая HD радиосеть в этой стране [14].
Используя материал, приведенный в [27], рассмотрим основные принципы построения системы HD Radio и причины, по которым данная технология получила распространение во многих странах Америки и Европы.
Процесс «замещения» аналоговых технологий цифровыми не всегда протекает гладко – далеко не каждой цифровой технологии удаётся завоевать популярность и оправдать ожидания, поэтому вряд ли стоит ожидать появления безусловных лидеров среди цифровых форматов. Полная унификация вещания невозможна, поэтому в разных условиях придётся решать разные задачи подходящими для этого способами.
Прогнозируя перспективы адаптации новой технологии, необходимо оценивать их в контексте общего состояния дел и ситуации в отрасли, конкретную географически и исторически обусловленную специфику: сложившееся за многие годы распределение радиочастотного спектра между пользователями и службами; технологические возможности обработки и передачи сигналов; конкурентную среду, и важнейший фактор – человеческий.
В настоящее время единый радиочастотный спектр разделен между различными системами и их операторами. В одном и том же эфире одновременно «сосуществуют» телевизионное и радиовещание, связь, передача информации, навигация, специальные и иные сервисы. Так, для спектра сигнала аналогового стереофонического радиовещания в диапазоне 87,5-108 МГц определены следующие границы: не более -25 дБ относительно немодулированной несущей при сдвиге 120-240 кГц и не более -35 дБ при сдвиге 240-600 кГц. На рис. 6.6 показана утвержденная существующая маска Международного Союза Электросвязи (ITU) для Европейского использования.
Рис. 6.6. Нормы на уровни излучения в FM диапазоне
Поэтому особенно заманчиво выглядит возможность перехода на новую технологию без выхода за рамки допусков, установленных МСЭ. Кроме этого, при переходе на новую технологию нежелательна (особенно в случае массовых сервисов) тотальная замена парка оборудования. Предпочтительны эволюционные решения, предполагающие совместимость существующих и вводимых стандартов. Именно таким был, например, переход от моно- к стереофоническому вещанию или от черно-белого к цветному телевидению. Возможной альтернативой существующим стандартам радиовещания становится гибридный (аналого-цифровой) формат HD Radio, разработанный компанией iBiquity Digital (г. Колумбия, штат Мэриленд, США).
Новая HD Radio технология обеспечивает появление трех дополнительных цифровых каналов (HD1, HD2, HD3) с полным сохранением аналогового (FM) вещания. Система построена с использованием принципа IBOC (in-band on-channel): цифровой и аналоговый сигналы передаются в общем частотном канале на месте «пустующих сейчас» защитных промежутков между радиостанциями. Это позволяет в пределах установленных частотных диапазонов, без изменения их границ транслировать вместе с каждой аналоговой программой первоначально от трёх, а в перспективе до восьми дополнительных цифровых каналов. В результате можно будет не только повысить коэффициент использования эфира, но и обеспечить трансляцию платных программ (используя функцию условного доступа), реализовать новые сервисные возможности и новое качество звучания.
В этом случае имеющаяся у пользователей аппаратура не превращается в одночасье в бесполезный хлам, постепенно формируется спрос на качественно новые сервисы и, как следствие, на качественно новую аппаратуру. По мере замены парка приемного оборудования (ожидаемый срок 7-10 лет) можно будет принимать решение об исключении аналоговой компоненты в излучаемом сигнале и переходе к полному цифровому вещанию. Таким образом, можно будет получить увеличение с трех до восьми дополнительных цифровых каналов на месте каждой аналоговой несущей.
FM HD-радио является OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) системой, которая создаёт набор цифровых поднесущих симметрично с двух сторон обычного FM сигнала.
Комбинированный FM и HD радиосигнал вмещается в обычный спектр как это определено стандартными техническими условиями для FM.
Система позволяет произвести плавный поэтапный переход от аналогового к полностью цифровому вещанию через этапы:
· гибридное радиовещание,
· расширенное гибридное радиовещание,
· полностью цифровое радиовещание.
Цифровая информация передается в данной технологии на дополнительных несущих, размещаемых в условно свободном пространстве частотного канала, выделенного для FM-вещания. В процессе эволюции стандарта для каждого этапа предусматриваются соответственно три режима работы системы:
· Hybrid (гибридный),
· Extended Hybrid (гибридный расширенный),
· All Digital (полностью цифровой).
Спектр сигнала в режиме Hybrid (Рис. 6.7) включает обычный аналоговый сигнал стереофонического FМ-радиовещания, выше и ниже которого размещены поднесущие цифрового сигнала.
Рис. 6.7. Спектр радиосигнала в режиме Hybrid
Занимается полоса от -198,402 до -129,361 кГц и от 129,361 до 198,402 кГц относительно центральной частоты канала, то есть фактической частоты немодулированной несущей радиосигнала. Здесь размещены поднесущие с номерами от -546 до -356 и от 356 до 546, то есть по 191 в каждой полосе частот. В этом режиме реализуется:
• 109kbps общая пропускная способность. Из них 96kbps используется для передачи звуковых программ, 1.411kbps для PAD, (остальные избыточные данные используются для коррекции ошибок).
• Полное сохранение стереоаналогового вещания и SCA / RDS функций.
• Цифровые поднесущие на 20dB (1/100) ниже аналоговых, что составляет 1%
• Обе боковые спектральные составляющие идентичны.
Переход в режим Extended Hybrid (Рис. 6.8)осуществляется за счет небольшого «сужения» спектра аналогового сигнала путем ограничения девиации аналогового сигнала с +\-75 кГц до +\-70 кГц.
Рис. 6.8. Спектр радиосигнала в режиме Extended Hybrid
Дополнительные поднесущие цифрового сигнала (по 76 штук) в этом режиме расположены в интервале спектра от -101,744 до -129,361 кГц и от 101,744 до 129,361 кГц относительно центральной частоты радиоканала. Характеристики этого режима:
• 151kbps общая пропускная способность. Может использоваться для передачи программ нескольких станций и сопровождающих данных
• В этом режиме допустимо незначительное влияние на основной (host) сигнал SCI+RDS функции полностью сохраняются.
• Цифровые поднесущие на 20dB (1/100) ниже host.
• Малтикастинг (максимально до 3-х радиопрограмм).
Следующим шагом эволюции станет переход в режим All Digital. В режиме All Digital в эфир передаются поднесущие только цифрового вещания (Рис. 6.9). Естественно, доступная скорость передачи данных в этом случае оказывается самой высокой, чем во всех предыдущих.
Рис. 6.9. Спектр радиосигнала в режиме All Digital
Особенности технологии HD Radio:
1. Спектр гибридного сигнала при использовании HD Radio технологии незначительно шире, чем спектр в обычном аналоговом использовании: 400 кГц против почти 300 кГц. Относительная ширина полосы составляет 0,4 / 88 = 0,0055, то есть всего 0,5%, что позволяет использовать без изменений существующие приемные и передающие антенны. На рис. 6.10 приведен спектр гибридного сигнала в сравнении с маской МСЭ (синяя линия) и маской HD Radio (красная линия).
Рис. 6.10. Спектр гибридного сигнала в сравнении с маской МСЭ (синяя линия) и маской HD Radio (красная линия)
Очевидно, что уровни цифровой составляющей гибридного сигнала значительно ниже предельно допустимого уровня.
2. Сам цифро-аналоговый (гибридный) передатчик может быть реализован по схеме совместного усиления (Рис. 6.11).
Рис. 6.11. Передатчик по схеме совместного усиления
На выходе цифрового модулятора – сформированная сетка цифровых поднесущих, модулированных звуковым и сервисным потоком данных. Аналоговый модулятор формирует FМ-сигнал стереофонического радиовещания. Обе эти составляющие объединяет сумматор. Сумматор оказывается непростым по конструкции, к тому же ситуация немного усложняется еще и тем, что складываются сигналы со значительными мощностями. Согласно оценкам, при мощности аналогового сигнала до 5 кВт стоимость такого сумматора не превысит $3500. Полученный полный сигнал усиливается до указанной в лицензии вещателя мощности. Это самое простое решение для практической реализации, но в этом случае потребуется перевод аналогового усилителя мощности в более линейный (АБ) режим.
3. Большинство современных и используемых сегодня в радиовещании усилителей работают в режиме без начального смещения (С) или с очень небольшим начальным током покоя выходных транзисторов. Доработка существующего усилительного оборудования совершенно незначительна и сводится только к увеличению тока смещения выходных транзисторов усилителя с проверкой линейности усилительного оборудования и теплового режима выходного каскада после адаптации. Возможно, в некоторых случаях необходимо будет заменить вентиляторы воздушного охлаждения на более производительные.
4. При раздельном усилении (Рис. 6.12) линейный усилитель нужен только в цифровом тракте.
Рис. 6.12. Передатчик по схеме раздельного усиления аналогового и
цифрового сигналов
Усилитель FМ-сигнала может работать с ограничением, чем достигается, в частности, высокий КПД и упрощается решение задачи отвода тепла. Исключить взаимное влияние аналогового и цифрового трактов непросто. Мост сложения должен обеспечивать хорошую развязку (минимально 30 дБ), то есть подавление сигналов, проникающих с выхода одного усилителя на выход другого. Эта ситуация показана пунктиром на рисунке. Сумматор оказывается не очень простым по конструкции. Ситуация немного усложняется еще и тем, что складываются сигналы со значительными мощностями. Однако, при мощности аналога до 5 кВт, стоимость такого фирменного сумматора не превысит 3500 долларов США, что вполне приемлемо для коммерческих радиостанций. Можно ожидать, что со временем сумматоры местного производства окажутся в 2-3 раза дешевле зарубежных аналогов.
Для передачи цифровой части радиосигнала также может использоваться отдельная антенна. Единственное отрицательное последствие, которое обнаруживается при беглом анализе данного решения, — различие условий приема цифрового и аналогового сигналов. В некоторых случаях сигналы от разных антенн могут иметь разную зону устойчивого приема радиосигнала в аналоге и в цифре.
5. Для перехода в режим All Digital достаточно будет оставить в работе цифровой модулятор, предварительно перепрограммировав его в полностью цифровой режим, и отключить аналоговый возбудитель. Для передачи цифровой части радиосигнала также может использоваться отдельная антенна. Отметим, что географически районы устойчивого приёма аналогового и цифрового сигналов в общем случае могут не совпадать друг с другом.
На рисунках 6.13 – 6.16 показаны типовые варианты архитектуры системы HD Radio.
Рис. 6.13. Стандартная архитектура системы FM HD Radio
Рис. 6.14. Архитектура системы FM HD Radio с раздельными антеннами
Рис. 6.15. Архитектура системы FM HD при высокоуровневом суммировании
Рис. 6.16. Архитектура системы FM HD в режиме Fly.
Назначение элементов в схемах очевидно, поэтому дополнительных комментарий в пособии не приводится.
6. В гибридном цифро-аналоговом режиме предполагается организация нескольких сервисов:
- основная программа (main program service – MPS),
- индивидуальные данные (personal data service – PDS),
- идентификация (station identification service – SIS),
- дополнительный сервис (auxiliary application service – AAS).
HD Radio позволяет осуществлять одновременную со звуком передачу дополнительной текстовой и полноцветной графической информации – как общедоступной, так и адресованной конкретным абонентам. В частности, слушатели могут получать на свои приемники произвольный мультимедийный контент (текстовые сообщения, изображения, и т.д.) по их собственным запросам. Например, возможна передача маршрутных карт, изображений, схем проезда, информации о пробках или текущей метеообстановке, и т.д. Возможность передачи географической информации сыграла (сигналов системы GPS), вероятно, свою роль в активной поддержке нового формата именно производителями автомобилей.
За последние месяцы ускорился процесс тестирования и адаптации HD Radio технологии, доказательством чего являются события:
· ноябрь 2006 в Бразилии основан "Brazilian Alliance for Digital Radio" для того чтобы развивать и поддерживать HD Radio стандарт в этой стране.
· февраль 2007, итальянский производитель R.V.R. Elettronica стал первым лицензированным производителем HD Radio оборудования в Европе;
· март 2007, более чем 70 представителей автомобильной индустрии, вещатели и представители других индустрий участвовали в HD Radio форуме в Кёльне и приняли решение о производстве с 2008 года автомобилей со штатной комплектацией HD-Radio приемником по заказу региональных дилеров; В 2008 году 12 мировых автомобильных концернов предлагают HD Radio приемники уже как штатную опцию в более чем 60-ти моделях различных общеизвестных марок: Daimler Chrysler, Opel, Volkswagen, Jaguar, Ford, Volvo, BMW, Land Rover, Audi, GM, Hyundai, Mercury, Lincoln, Skoda, Pontiac, Toyota, Lexus, и других.
· май 2007, Мексиканская Федеральная Телекомм
