В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
С интересом прочитал я статью М.Петрова и Р.Котиковой "Пилот-тон или полярная модуляция?" (Broadcasting, №8(36), 2003 ".), в которой рассматриваются пути перехода на единый стандарт вещания в полосе частот 65,9...74 МГц. Авторы понимают сложность задачи, и я искренне благодарен им за активную позицию. Но насколько предлагаемые ими пути решения отвечают поставленной цели? И какова же цель предприятия? На мой взгляд, целью должно стать улучшение использования потенциала диапазона 65,9...74 МГц, поэтому давайте рассмотрим ситуацию под таким углом зрения
Приемники: качество и количество
Что мы имеем сегодня в диапазоне 65,9...74 МГц? Трудно согласиться с утверждением, что "сравнение систем стереофонического радиовещания с полярной модуляцией и пилот-тоном показывает, что по качеству звучания они практически равноценны". Из издания в издание путешествует таблица - сопоставление параметров качества систем с полярной модуляцией (ПМ) и пилот-тоном (ПТ) (табл. 1).
Параметры вроде бы и одинаковые, но цифры в табл.1 - даже не потенциал, а отголосок полемики, которая велась полвека назад при выборе системы.
Во-первых, сделать ПМ-стереоприемник достойного качества так и не удалось. Дело тут не в квалификации инженеров и не в комплектующих - причина в самой системе. На рис.1, приведены спектры комплексного стереосигнала (КСС) для систем ПМ и ПТ. В тональной части спектра (до 15 кГц) в обоих случаях передается совместимый моносигнал, в надтональной - методом амплитудной модуляции - "стереофоническая" информация. Пилот-тон или частично подавленная поднесущая нужны для синхронизации декодера в приемнике. Остаток поднесущей 31,25 кГц в системе ПМ затерялся в сигнале, его едва можно разглядеть на рисунке: ближайшие составляющие спектра отстоят всего на 30 Гц, или 0,1%. Пилот-тон 19 кГц в системе ПТ расположился свободно: под него выделено окно шириной 4 кГц, ближайшие помехи удалены на 10%. В результате при равном качестве узел синхронизации в ПТ-декодере оказывается существенно проще и дешевле, чем в ПМ-декодере. Сделать хороший ПМ-декодер можно, но это очень дорого.
Даже в профессиональном измерительном декодере СДИ-1 пришлось сохранить ручную подстройку фазы и переключать фильтры для измерения АЧХ и уровня шумов. Чего же ждать от массового продукта?
Во-вторых, и при моно-, и при стереоприеме на выход приемника проникает надтональная часть КСС, частично подавленная цепью коррекции предыскажений (рис. 2). В системе ПТ -это пилот-тон 19 кГц, в системе ПМ помехи начинаются с частоты 16,25 кГц, и их уровень гораздо выше. Пилот-тон 19 кГц легко подавить режекторным фильтром, не искажая звуковых составляющих спектра (до 15 кГц), а в системе ПМ ситуация гораздо сложнее.
В результате при одинаковых цифрах в таблице реальное качество доставки сигнала в системе ПМ заметно хуже. Какой можно сделать вывод? Нет проблемы "перехода на единый стандарт стереовещания без ухудшения качества" - у существующего ПМ-стереовещания качества попросту нет. Приведу для справки параметры средненького современного тюнера для системы ПТ. Разделение каналов: 50 дБ на частоте 1 кГц; коэффициент гармоник 0,2%; относительный уровень собственных шумов минус 70 дБ; неравномерность АЧХ в диапазоне 40 Гц...15 кГц: 1 дБ.
Небесполезна и еще одна справка: в конце 2003 года только в Санкт-Петербурге на одного жителя приходилось 1,3 приемника, то есть больше, чем отечественных и импортных аппаратов для системы ПМ, выпущенных за всю историю существования системы. Так что количество пострадавших от перехода на ПМ окажется ничтожным. Напомню, что массовые модели приемников имеют расширенный диапазон (65,9...74 и 88...108 МГц) и декодер ПТ. Точных данных от таможни мне получить не удалось, но поход по магазинам и беседы с крупными поставщиками бытовой техники позволяют понять, что речь идет о миллионах новых радиоприемников, владельцы которых только выиграют.
Передающее оборудование
Как обстоят дела с радиопередающим оборудованием? И нужно ли проводить исследования "влияния на параметры стереосигналов действующих систем сложения нескольких передатчиков, работающих на одно антенно-фидерное устройство (АФУ)", как предлагают авторы статьи "Пилот-тон или полярная модуляция"?
Действительно, мосты сложения, АФУ, да и сами передатчики "Дождь" и "Мед" были изготовлены без оглядки на возможность работы с ПТ, и нельзя исключить вероятность того, что при переходе возникнут трудности или даже проблемы. Обратимся еще раз к сравнительной таблице параметров (табл. 2).
И что получается? Влияние на разделение каналов искажений АЧХ в тракте КСС можно оценить по уравнению:
A(FKCC) ~ 20xlog(2xF3RCC/fSC)2 (1).
Здесь: А - разделение каналов, дБ; FKCC - полоса пропускания тракта КСС, кГц; fSC -частота поднесущей, кГц.
На рис. 3 показана зависимость переходного затухания А от полосы пропускания тракта КСС по уровню -3 дБ, рассчитанная по уравнению (1). При переходе на ПТ разделение каналов ухудшится на 3,4 дБ.
Влияние полосы пропускания радиотракта на разделение каналов можно оценить по уравнению:
A(ΔF) ~ 20xlog(2xΔF/fSC)2 (2).
Здесь: А - разделение каналов, дБ; AF - полоса пропускания тракта КСС по уровню -3 дБ, дБ; fSC - частота поднесущей, кГц.
На рис. 4 показана зависимость переходного затухания А от полосы пропускания тракта ВЧ по уровню -3 дБ, рассчитанная по уравнению (2). Переход на ПТ уменьшает затухание на 3,4 дБ.
Не думаю, что такие потери можно считать критическими.
Если в исходном варианте разделение каналов, обеспечиваемое стереокодером, было равно, например, 50 дБ, то теория предсказывает вероятное ухудшение при переходе на ПТ до 43 дБ. Реальная жизнь сложнее: на разделение каналов влияет не только АЧХ тракта, но и его ФЧХ; следует помнить про качество кодера в передатчике и, что особенно важно, качество приемника. Если при работе с ПМ мы имели разделение каналов на выходе приемника меньше 30 дБ, а Кг=2%, то переход на ПТ дает нам 40 дБ и 0,3%.
Радиосигнал ПТ занимает чуть большую полосу частот в эфире: при девиации 50 кГц имеем 206,5 против 190 кГц, или 7% разницы. Неприятных последствий для ЭМС не предвидится, и рассуждения о недостаточной полосе пропускания АФУ и мостов сложения тоже кажутся немного надуманными. Трудности могут возникнуть при увеличении девиации до возможных 75 кГц, но давайте решать задачи по мере их поступления.
И не надо спешить с исследованиями, поскольку весьма вероятно, что в результате будет обнаружено, что "пациент исследования не перенес". Ресурс работы обсуждаемых передатчиков давно исчерпан, это во-первых. Во-вторых, нет необходимости затевать НИР. Достаточно подать на вход сигнал с частотой 1 кГц, например, и измерить зависимость СПАМ на выходе передатчика от девиации. Если СПАМ не превышает 2...3% при девиации 75 кГц, то режим этот опасности для оборудования не представляет; предсказываемое теорией незначительное увеличение нелинейных искажений - не слишком большая плата за переход на стереовещание.
Каковы итоги? Если работать с девиацией 50 кГц, то без всяких НИР мы улучшим качество вещания - за счет того, что приемная аппаратура для системы ПТ заметно лучше. Если же настроить фильтры мостов сложения и поработать над входными цепями модулятора, то потенциал системы ПТ будет реализован полностью.
Электромагнитная совместимость
Увеличение девиации может привести к ухудшению ЭМС. Частотное планирование чем-то сродни лечению насморка: если лечить, то через неделю выздоровеешь, а если не лечить, то семь дней придется недужить. И дело тут не в квалификации врача (или специалиста по распространению радиоволн), а в природе явления: точность существующих моделей, которыми оперируют при расчетах ЭМС, высокой не назовешь.
Во-первых, очень трудно учесть рельеф и состояние земной поверхности, тем более что они меняются со временем. Сказывается и изменение параметров атмосферы. Так что в графе "итого" появляются числа с пометкой "50/50", то есть требуемая величина напряженности поля будет обеспечена не менее чем на 50% территории и 50% времени.
Во-вторых, поскольку целью предприятия является не вычисление напряженности поля как таковой, а обеспечение совместимости и зоны обслуживания, в расчетах появляются параметры некого усредненного приемника -прямой аналог средней температуры пациентов больницы.
В результате точность расчетов оказывается весьма приблизительной, но тратить время и деньги на ее повышение едва ли нужно. Особенно остра ситуация в диапазоне метровых волн, когда размеры препятствий сопоставимы с длиной волны. Напомню, диапазон 65,9...74 МГц дает нам волны длиной около 4 м, а диапазон 88... 108- около 3 м, так что проезжающий трамвай или даже мотоцикл способен изменить распределение волн.
Но не все так печально. Сознательно оставаясь в рамках "50/50", зная мощность, высоту подвеса и характер местности, нетрудно по графикам из книги "Сети телевизионного и звукового ОВЧ-ЧМ-вещания: Справочник" (М.Г. Локшин, А.А. Шур, А.В. Кокорев и др. - М.: Радио и связь, 1988) определить и зону приема, и величину помех соседям. Пробовал проверить -получается весьма точно, расхождение результатов измерений с графиками оказалось удивительно малым - 2...3 дБ, погода и ветер влияют сильнее. И почему тогда цена получения разрешения "соответствующих органов связи использовать систему с пилот-тоном в диапазоне от 65,9 до 74 МГц" (пункт 5.1.3 из ГОСТ Р51741-2001.) оказывается непомерно высокой? И за что, собственно, платить, если не изменяется девиация и полоса частот, занимаемая радиостанцией в эфире?
Увеличение девиации до 75 кГц, безусловно, требует контроля за ЭМС. Предлагаю несложный алгоритм: постепенно увеличивать девиацию: 55, 60 и так далее, до 75 кГц и по мере появления проблем (помех другим существующим РЭС) искать их решение. Подход может показаться дилетантским, но не судите поспешно. При выводе РЭС в эфир после самых тщательных расчетов все равно наступает период полевых испытаний: включается передатчик, и опрашивают заинтересованных, нет ли помех? Так давайте не будем расходовать время и средства на проведение глобальных НИР там, где есть более простые решения, тем более что масштаб работы - не гарантия результата.
Деньги, деньги...
Эфир - общенародное достояние, и раздавать его для бесплатного пользования и извлечения прибыли было бы не честно. Учитываются ли в сегодняшней плате за ресурсы реалии жизни? На рис. 5 показано влияние передатчика на электромагнитную обстановку. Разумным представляется мне подход, когда тариф за использование участка спектра учитывает количество потенциальных слушателей, проживающих не в зоне уверенного приема, а в полосе отчуждения, то есть в той зоне, где на этой же частоте еще раз в эфир не выйдешь. Пусть экономисты разрабатывают тарифы и поправочные коэффициенты: другого инструмента для регулирования использования ресурсов, кроме тарифов, пока не придумали.
Учитывать ли в этих тарифах режим работы: моно/стерео/ПМ/ПТ? Обслуживать стереопередатчик немного сложнее, да и сам он дороже, так что тариф на трансляцию стерео может быть выше. Шире полоса, занимаемая в эфире, - платишь больше. Но в любом случае, платить вещатель должен за использование ресурса в госбюджет, а не ведомствам за надуманные НИР.
И кому все-таки платить? На листе бумаги не отразить весь объем финансовых потоков, но основные направления показать можно.
Если рассматривать коммерческую радиостанцию, то представляется логичным движение средств, изображенное на рис. 6. Генеральным источником финансирования выступает рекламодатель, часть этих денег через ТРК должна быть направлена (именно эту модальность подчеркивает красный цвет стрелок) в бюджет: плата за пользование природными ресурсами - эфиром, налоги с предпринимательской деятельности. Органы государственного контроля должны обеспечивать порядок в эфире: следить за мощностью и полосой частот, занимаемой сигналом в эфире, именно на эти цели идет обязательное финансирование из бюджета, и часть этих ресурсов может быть направлена на научные исследования. Платежи ТРК в бюджет должны стать основой гарантированного финансирования профильных НИИ, позволяющего хотя бы в минимальном объеме выполнять их функции. При желании ТРК может привлечь научные учреждения для выполнения каких-то работ.
В случае когда ТРК имеет бюджетное финансирование (рис. 7), источником средств оказываются слушатели -именно они платят налоги. Даже предполагать не хочется, что кто-то будет удовлетворять собственные желания за общественные деньги, и в описании движения средств можно обойтись одним глаголом: должен. Бюджет должен финансировать науку, саму ТРК и органы контроля. За счет налогоплательщиков покрываются расходы, связанные с эксплуатацией эфира - национального ресурса, так что органы надзора и контроля должны очень строго следить за деятельностью участников процесса.
Права человека
Нельзя забывать про владельцев старых приемников с ПМ. На мой взгляд, речь идет о сотне тысяч аппаратов, которые продолжают эксплуатироваться. В основе оценки - предположение, что период полураспада приемника превышает 5 лет. Пренебрегать интересами россиян - владельцев такого оборудования нельзя, но что они потеряют, если однажды на их приемниках погаснет лампочка "стерео"? Большая часть ничего заметить не сможет, поскольку лампочка эта давно уже перегорела, а остальные отметят снижение шумов и уменьшение искажений. Но останется совсем уж маленькая группа борцов за права потребителей с плакатом "Даешь ПМ!".
Если речь идет о радиостанции, финансируемой из средств государственного бюджета, то формально она обязана хранить верность системе ПМ. Но сколько осталось чисто бюджетных станций? По моим наблюдениям в крупных городах таких нет. Если государство не обеспечивает финансирования, то вправе ли оно запрещать радиостанции повышать качество вещания?
Коммерческая станция, оплатив кусочек эфира, вправе использовать его по своему усмотрению. И не вижу причин, по которым участок частотного диапазона, предназначенный для радиовещания, не мог бы быть использован по другому назначению, например для связи или радиомикрофонов караоке. Если в этом случае выделенный диапазон частот приносит владельцу прибыль большую, чем радиовещание, то почему бы и нет? Плати налоги и спи спокойно.
Но вернемся к вещанию. Это бизнес. Если содержание программы и качество ее доставки слушателю позволяют зарабатывать, то бизнес будет жить и процветать. Если же нет, то благоденствие продлится недолго -пока деньги не кончатся. И не нужно ставить рядом с такой станцией роту чиновников - система автоматического регулирования сработает сама.
О бедных ученых...
Довелось беседовать с неким профессором. Жалуется: "Журналы не выписываю, денег на Интернет нет, за участие в конференции - плати..." Беда, одним словом. Куда будет направлена его инициатива, на что употреблены накопленные знания? Над этим стоит задуматься... Особенно если учесть, что большая часть этих знаний была получена в свое время за счет бюджета, и было бы непростительным расточительством забыть про ученых.
Что же им делать в такой ситуации, куда приложить руки, как заработать на хлеб насущный, Интернет и прочие нужные вещи?
Как отмечалось в статье о пилот-тоне, "в полосе частот 65,9...74 МГц был составлен частотный план, позволяющий повсеместно реализовать передачу четырех программ звукового вещания". В ситуации, когда государство платило за все, можно было из московских кабинетов определить количество радиостанций, необходимых и достаточных в каком-либо месте, будь то Ленинград или Когалым. Сегодня обнаружилось, что в одних регионах рынок активнее и вещание десятков станций оказывается рентабельным. Есть и другие регионы. Оставить их без вещания? Ошибка. Попробовать организовывать малобюджетные станции? Встает сугубо научный вопрос: к каким последствиям приведет выход в эфир сотен маломощных (10...50 Вт) передатчиков вдоль трасс или в небольших населенных пунктах? Идет речь об использовании общественного ресурса, и оплачивать эти работы нужно из бюджета. Иначе результаты могут оказаться неожиданными...
Данные по радиоприемникам, положенные в основу расчетов ЭМС, сегодня несколько устарели, и полезно было бы уточнить эту информацию. Если государство берется защищать права потребителей (налогоплательщиков), то оно и должно финансировать такого рода работы.
У финишной черты?
Вернемся к вопросу, поставленному авторами. На мой взгляд, нет смысла тратить время и средства, особенно бюджетные, на исследования парка радиопередатчиков, безнадежно устаревших и выработавших ресурс. Представляется гораздо более продуктивным другой план действий.
Надо что-то исправить.
Старший научный сотрудник Университета телекоммуникаций им. М.А. Бонч-Бруевича
Михаил Сергеев
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #3, 2004
Посещений: 25787
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
