В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Прошло больше года со дня начала ежедневного экспериментального вещания первого российского передатчика в цифровом формате DRM с радиопрограммой "Голос России" (оно было начато 11 июня 2003 г.). Передачи программы в КВ-диапазоне осуществлялись на территорию Центральной и Западной Европы с радиоцентра № 3 (г. Талдом) Московского регионального центра - филиала РТРС. Результаты экспериментального DRM-вещания за год и обзор проблем, выявленных в ходе этого эксперимента, предлагаются вниманию читателей
Для формирования сигнала цифрового вещания в ходе эксперимента применялся кодер-модулятор TXW5122D и синтезатор TXW5321D в комплекте с цифровым измерительным приемником TSW 1002D. Работа с этим оборудованием предполагала возможность использования уже существующих радиопередатчиков, и эта возможность была реализована. При участии специалистов МТУСИ коллектив радиоцентра № 3 успешно внедрил цифровое вещание стандарта DRM в кратчайшие сроки.
Для работы в режиме цифрового вещания был модернизирован, построенный по двухтактной схеме, однополосный передатчик типа "Арарат", в оконечном каскаде которого были установлены линейные тетроды ГУ-94А.
На рис. 1 желтым цветом условно показаны составные части оборудования существующего модернизированного передатчика, сиреневым - покупное оборудование.
Звуковой сигнал вещания подается на вход цифрового кодера-модулятора TXW 5122D, затем сформированный цифровой сигнал переносится на рабочую частоту с помощью синтезатора TXW 532ID и поступает на транзисторный широкополосный усилитель (ШПУ) и далее на предварительный резонансный каскад на лампах ГУ-78Б, работающих в режиме класса А. Пре-доконечный и оконечный резонансные каскады, выполненные по схеме с общей сеткой на лампах ГУ-61А и ГУ-94А соответственно, работают в режимах класса АВ.
Режимы класса А в предварительных каскадах и класса АВ в предоконечном и оконечном каскадах наряду с тщательным симметрированием плеч дали возможность добиться хорошей линейности радиочастотного тракта (комбинационные искажения третьего порядка при испытании двухтоновым равноамплитуд-ным сигналом не хуже -38...-42 дБ во всем диапазоне изменения уровней входного сигнала). В свою очередь, это обеспечило получение достаточно высокого значения отношения сигнал/шум (ОСШ) на выходе передатчика (около 39-40 дБ). ОСШ на выходе синтезатора TXW 5321D, измеренное также с помощью приемника TSW 1002D, было на уровне 42 дБ.
После выходной контурной системы (ВКС) симметричный фидер подводит выходной сигнал к антенне типа СГД 4/4 РА. Антенна представляет собой четырехэтажную синфазную горизонтальную диапазонную антенну с проволочными вибраторами. Выделенная для DRM-вещания антенна имеет главный лепесток диаграммы направленности шириной 30° и с азимутом 240°.
С выхода передатчика через направленный ответвитель сигнал подается на измерительный приемник для настройки и контроля передатчика.
При настройке линейности передатчика контролировалось соблюдение норм на внеполосные излучения в соответствии с "маской", построенной согласно рекомендации Международного союза электросвязи (МСЭ) Р SM.328-10 Spectra and bandwidth of emissions. На рис. 2 изображен снимок экрана спектроанали-затора со спектром цифрового сигнала DRM на выходе передатчика и наложенной на него "маской" (красная линия). Как видно на рисунке, эти требования соблюдаются с запасом.
С помощью измерительного цифрового приемника TSW 1002D осуществлялся контроль над работой передатчика. Также с помощью приемника можно наблюдать за спектром цифрового сигнала и отношением сигнал/шум на выходе передатчика в процессе вещания.
Установка параметров кодирования с помощью панели управления кодера-модулятора позволяет выбрать их оптимальные значения с точки зрения достижения устойчивости приема в зоне обслуживания при достаточно высоком качестве звука, сравнимом с качеством вещания FM. Заметим, что для большинства вещателей стандарты низкоскоростного кодирования речи (CELP, HVXC) не являются привлекательными; специалисты предпочитают AAC+SBR как наиболее соответствующий запросам слушателей. Используя данный стандарт кодирования, сотрудники радиоцентра экспериментировали с различными режимами и скоростями передачи, оценивая качество звука и устойчивость приема наших передач в Европе. Для этих оценок широко использовались возможности Интернета. В результате тестовых передач с последующим анализом сообщений респондентов, публикуемых на форуме сайта www.drmrx.org, а также присылаемых по электронной почте на радиоцентр № 3, были определены оптимальные по указанному критерию режимы и параметры кодирования: режим помехоустойчивости В, модуляция главного служебного канала (MSC modulation) QAM-64, стандарт кодирования AAC+SBR (mono), скорость кода (code rate) 0.5, скорость передачи (bit rate) 17 380 бит/с.
К сожалению, в настоящее время передачи ведутся в режиме моно ввиду отсутствия соответствующей линии подачи звуковой программы, хотя респонденты уже задают вопросы о планах вещания в режиме стерео (некоторые зарубежные DRM-станции уже обеспечивают передачи стереопрограмм в KB-диапазоне). Большую помощь в тестировании DRM-передач оказывают энтузиасты цифрового радиовещания в данном стандарте - специалисты и радиолюбители со всего мира. Так, на рис. 3 представлена карта мира, на которой красными точками отмечены места расположения приемников зарегистрировавшихся пользователей программы приема DRM Software Radio, публикующих протоколы приема DRM-передатчиков с оценкой качества их сигнала. Эллипсом обведены те точки, откуда были получены отчеты по приему сигнала DRM-передатчика из Талдома с программой "Голос России". При много-скачковом распространении был зафиксирован прием и декодирование сигнала на острове Вознесения в Атлантическом океане, а недавно и в Австралии, и Новой Зеландии. Поскольку намеченной зоной вещания является Западная и Центральная Европа, то при анализе основное внимание было уделено европейским приемникам, принимающим сигнал на первом скачке.
На рис. 4 показана зона вещания передатчика в более крупном масштабе (желтый эллипс). На карте отмечены точки, откуда фактически были получены отклики (более 50 респондентов). При этом респонденты сообщали не только свои координаты и результаты приема, но также давали сведения об используемых приемниках и антеннах, а также о компьютерах и программном обеспечении (обычно DREAM как бесплатная программа и/или DRM Software Radio от Merlin Communications, иногда Fraunhofer Software Radio или Coding Technologies receiver). Оценки качества приема отличались и по причине различающегося оборудования, используемого разными респондентами. Это также принималось во внимание при анализе полученных откликов.
Более половины отзывов по приему DRM-сигнала было получено из Германии, где цифровое DRM-вещание становится все более популярным среди радиолюбителей: для них проводятся семинары и конференции, в прессе и в Интернете появляется много публикаций о DRM и о DAB с практическими решениями. Многие из немецких респондентов отмечали хорошее качество звука, употребляя при этом эпитеты "кристально чистый" и "FM-подобный".
Хотя максимум излучения антенны был направлен на Рим, отклики из Италии были немногочисленны и непостоянны (всего 3 респондента).
Самые лучшие и стабильные показатели приема программы "Голос России" были зарегистрированы в Португалии, г. Синеш, где была зафиксирована рекордная среди DRM-станций величина ОСШ-ЗбдБ.
Протоколы приема в Германии показывают меньшее среднее значение SNR при больших и частых колебаниях значений (15-33 дБ). Подобная картина наблюдалась и при приеме в Бельгии, Нидерландах, Англии, Шотландии, Швеции, то есть на территориях, расположенных выше 50° с.ш., хотя процент правильного декодирования звука довольно высок - 80-95%.
По мнению автора, закономерность более стабильного приема DRM-сигнала в Португалии по сравнению с его приемом в Германии на протяжении года наблюдений на разных частотах (15 780, 9490, 12 060 кГц и вновь 15 780 кГц) объясняется положением главного лепестка диаграммы направленности антенны (азимут 240°). Дело в том, что Португалия находится ближе к оси главного лепестка, чем Германия и другие страны северной части Европы. Учитывая нестабильность ионосферы, при распространении коротких волн уровень сигнала на краях фактической зоны покрытия колеблется гораздо сильнее, приводя иногда к срыву декодирования.
Тем не менее, включив конфигурацию антенны СГД 4/2 РА вместо исходной СГД 4/4 РА и расширив тем самым главный лепесток ее диаграммы направленности в горизонтальной плоскости нам удалось покрыть большую часть Европы DRM-вещанием, пожертвовав усилением антенны ради большей равномерности уровня сигнала в зоне вещания.
По мнению автора, для наилучшего обслуживания намеченной зоны вещания (Центральная и Западная Европа) было бы целесообразно применить другие имеющиеся на радиоцентре антенны с азимутом максимума излучения 260-267° и достаточно широким главным лепестком диаграммы направленности (50°).
Приему сигнала радио "Голос России" в Европе иногда мешали АМ-станции, по неизвестной причине выходившие в эфир на той же частоте. При этом наблюдались провалы отношения сигнал/шум и сбои декодирования звука (после исчезновения помех декодирование звука происходит нормально).
В ноябре-декабре 2003 г. респонденты в Европе отмечали прекращение приема DRM-сигнала на частоте 15 780 кГц с наступлением сумерек, но "зимнюю", более низкую частоту 9490 кГц радиоцентру выделили с запозданием и, как выяснилось, неудачно. Сразу после принятия решения о переходе на 9490 кГц нами было дано объявление в Интернете о смене частоты, на которое оперативно откликнулись сразу несколько респондентов из Германии. Они предупреждали, что на частотах 9485, 9490 и 9495 кГц в европейском эфире наблюдается присутствие нескольких мощных АМ-стан-ций. Эти сообщения были переданы руководству, однако с середины января и всю первую декаду февраля 2004 г. нашим специалистам пришлось работать на выделенной частоте, и мы еще в большей степени столкнулись с проблемой помех.
Влияние АМ-помех проявлялось в срыве декодирования звука в точке приема. Изменение режимов и параметров кодирования с целью повысить помехозащищенность сигнала в ущерб качеству звука на приеме (снижение скорости передачи до 11 кбит/с и соответственно без SBR) положительного эффекта не дало. Спектрограммы, полученные вместе с соответствующими протоколами приема, явно свидетельствовали о наложении боковых полос АМ-станций, несущие которых примыкали справа и слева к спектру цифрового сигнала, вызывая "провалы" в значении SNR и, как следствие, сбой декодирования звука на приеме.
Работа в узкополосном режиме (5 кГц) при QAM-16 и скорости передачи 8 кбит/с давала более устойчивый прием, однако по сравнению с AM не обеспечивала преимуществ в качестве звучания.
При смене частоты на 12 060 кГц ситуация с приемом DRM-сигнала нормализовалась, был восстановлен режим со скоростью передачи 17,38 кбит/с при QAM-64.
С подобными проблемами влияния помех сталкивались и наши зарубежные коллеги, в чем можно удостовериться на вышеуказанном форуме в Интернете: проблема международного распределения частот чрезвычайно актуальна. Тем не менее вышедшая недавно в эфир радиостанция TDF (Франция) в режиме DRM на частоте 15 790 кГц (практически вплотную к спектру нашего сигнала) не создает помех приему DRM-передач программы "Голос России". Судя по сообщениям, помех от нашего передатчика тоже не наблюдается. Таким образом, при соблюдении требований к спектру выходного сигнала в соответствии с рекомендациями МСЭ передатчики могут работать в режиме DRM с рабочей полосой 10 кГц без создания заметных взаимных помех при "нарезке" рабочих частот также через 10 кГц. Условия распространения коротких волн не являются постоянными, и прием сигнала даже в отсутствие помех иногда бывает затруднен. Как показывает практика, провалы отношения сигнал/шум в точке приема ниже 15 дБ в течение нескольких секунд при выбранном качестве звука (то есть при QAM-64) также приводят к сбоям декодирования. Надо полагать, что на подобных трассах следует иметь запас мощности передатчика для компенсации влияния глубоких замираний на качество приема (для справки: "Немецкая волна" использует для DRM-вещания на коротких волнах передатчики со средней мощностью в цифровом режиме от 40 до 200 кВт, Би-би-си -от 33 до 70 кВт).
В целом результаты вещания программы "Голос России" за год оцениваются положительно, излучаемый цифровой сигнал не уступает по качеству лучшим европейским DRM-станциям.
По итогам экспериментального вещания за истекший период были сделаны следующие выводы:
Ведущий инженер радиоцентра № 3 МРЦ
Андрей Шайдуров
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #6, 2004
Посещений: 16056
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
