В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Лев Кацнельсон
Доцент СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Людмила Козлова
Зам. директора Центра проектирования и строительства "DATATEL" по перспективным технологиям
С большим интересом прочитали статью [1], где сообщается, что на выставке NAT EXPO'2007 была представлена новая система цифрового радиовещания (ЦРВ), которая называется HD Radio, или IBOC.
Далее цитируем: "...эта система, по утверждению разработчиков, является полностью совместимой с существующими и работающими в эфире FM-радиостанциями!. . Все старые аналоговые FM-paduo-приемники остаются "на связи..."
Если приведенная информация соответствует действительности, то, конечно, система IBOC представляет собой выдающееся научно-техническое достижение, а ее разработчики заслуживают немедленного выдвижения на соискание какой-либо престижной премии.
Нет ли взаимного влияния цифровых и аналоговых сигналов при приеме комплексных IBOC-сигналов? Насколько устойчиво функционирует система IBOC при осуществлении приема в подвижных объектах (мобильном приеме) и наличии многолучевого распространения сигналов?
Рис. 2, представленный в [1], свидетельствует о том, что спектр сигнала ведущей ЧМ(ЕМ)-радиостанции несколько сужен по сравнению с сигналом обычного стереофонического ОВЧ (УКВ)-радиовещания с ЧМ по системе с пилот-тоном (далее - для краткости -"FM-радиовещания"), а спектр комплексного IBOC-сигнала расширен примерно до 400 кГц.
Как это влияет на качество звуковоспроизведения аналогового сигнала и уровни помех в соседних каналах?
Найти в статье [1] ответы на эти и другие вопросы весьма затруднительно.
Для прояснения ситуации полезно обратиться к давним публикациям [2, 3], изданным более 10 лет назад.
Позволим себе кратко напомнить содержание этих публикаций.
Существующие системы ЦРВ можно разделить на две категории:
Наиболее распространенными системами ЦРВ, которые относятся к первой категории, являются DAB и другие системы, построенные на ее основе (в частности, DMB). Для функционирования системы DAB 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, 6 высококачественных стереопрограмм и разнообразную дополнительную информацию.
Ко второй категории можно отнести системы ЦРВ IBAC/IBOC, разработанные в США. Эти системы предназначены для работы в ОВЧ(УКВ)-ди-апазоне 87,5 (88)^108 МГц и СВ-ди-апазоне 525^-1608 кГц одновременно с существующими аналоговыми ЧМ-и АМ-радиостанциями, вещающими в этих же диапазонах. В целях проведения сравнительного анализа технических возможностей и характеристик различных систем ЦЗРВ в 1995-1996 гг. в США под эгидой Ассоциации электронной промышленности (Electronic Industry Association - EIA) были проведены их лабораторные и полевые испытания.
Для лабораторных испытаний Субкомитет производителей потребительской электроники (Consumer Electronics Manufacturers Association - CEМА) США, который является одним из секторов EIA, выбрал семь нижеперечисленных систем ЦЗРВ. Более подробную техническую информацию об этих системах можно найти в [2, 3].
1. Система, разработанная фирмами AT&T и Lucent Technologies (США).
Эта система предназначена для работы в ЧМ (ЕМ)-диапазоне 88-108 МГц в режимах использования соседнего канала (по отношению к действующему аналоговому ЧМ-радиоканалу) или резервного канала. Первый режим называется In-Band Adjacent Channel (IBAC), второй - In-Band Reserved Channel (IBRC). Цифровой сигнал занимает один свободный ЧМ-канал шириной 200 кГц.
2. Система, разработанная фирмами AT&T/ Amati /Lucent Technologies (США).
Система также предназначена для работы в ЧМ-диапазоне 88-108 МГц, но в канале, совмещенном с каналом аналогового ЧМ-вещания (In-Band On Channel (IBOC), что дословно переводится как "внутридиапазонная, передаваемая в том же канале"). Спектр радиочастотного цифрового сигнала располагается либо в двух полосах частот (режим DSB) шириной 73,5 кГц каждая, симметрично относительно несущей ЧМ-сигнала (на удалении от 126,5 кГц до 200 кГц от несущей), либо в одной из боковых полос: верхней или нижней (режимы LSB и USB соответственно).
В режиме DSB комплексный сигнал, включающий аналоговый ЧМ-сигнал, занимает полосу частот 400 кГц. В этом режиме средняя мощность цифрового сигнала примерно на 15 дБ ниже, чем у основного ЧМ-сигнала. В IBOC-сигнале используется многочастотная или COFDM-модуляция.
3. Система VOA/JPL (США).
Данная система ЦЗРВ предназначена для непосредственного спутникового вещания в диапазоне частот 2310-2360 МГц (S-диапазон). Лабораторные и полевые испытания проводились на частоте 2030 МГц. Цифровой сигнал, передаваемый в системе VOA/JPL, занимает один канал, ширина полосы частот которого равна 200 кГц.
4. Система USADR FM-1 (США).
Она также относится к ШОС-систе-мам (см. п. 2), но цифровой сигнал занимает две боковые полосы частот, шириной по 100 кГц каждая, которые расположены симметрично на удалении от 120 до 220 кГц от несущей ЧМ-сигнала. Ширина полосы частот, занимаемая комплексным вещательным сигналом, составляет 440 кГц.
5. Система USADR FM-2 (США).
Это система IBOC, использующая для передачи цифровой информации 64 субканала. Скорость передачи цифрового потока в каждом из них равна 2 кбит/с. Общая скорость передачи цифровой информации - 384 кбит/с. В системе применяется 8-уровневая амплитудная модуляция (8 level amplitude shift key modulation).
6. Система USADR AM (США).
Система предназначена для использования в СВ-диапазоне, в котором для аналогового радиовещания применяются сигналы с амплитудной модуляцией (AM). Для осуществления ЦЗРВ формируется комплексный сигнал, включающий в себя аналоговый AM- и цифровой сигналы. Общая скорость передачи цифровой информации равна 128 кбит/с. Ширина полосы частот, занимаемой комплексным вещательным сигналом, составляет 40 кГц.
7. Система DAB, разработанная участниками международного консорциума "Eureka-147" ("Эврика-147").
Система DAB испытывалась в лабораторных и полевых условиях при работе в L-диапазоне (1452-1492 МГц). В системе применен метод модуляции COFDM. Количество несущих в передаваемом сигнале равнялось 384, что соответствует режиму передачи П. Цифровое кодирование звуковых сигналов производилось кодерами MPEG-1 Audio Layer II (MUSICAM) при скорости передачи 224 кбит/с на стереосигнал. Второй режим для испытаний в лабораторных условиях соответствовал скорости передачи 192 кбит/с на стереосигнал. Кроме того, система DAB испытывалась на способность передавать пять стереоканалов: один - со скоростью 256 кбит/с, два - со скоростью 224 кбит/с и еще два - со скоростью 192 кбит/с. Имелась возможность, в дополнение к пяти стереоканалам, передать один моноканал со скоростью 64 кбит/с и два канала данных со скоростями 64 и 24 кбит/с соответственно.
Результаты лабораторных и полевых испытаний выявили, в частности, следующее [2].
А. Совместимость
Помехи типа "сигнал IBOC — сигнал ведущей ЧМ-станции"
Во всех тестируемых ЧМ (FM) IBOC-системах (пп. 2, 4, 5) выявлено
неприемлемое снижение качества приема ведущих ЧМ-станций, возникающее вследствие влияния цифровых сигналов IBOC на аналоговые ЧМ-сигналы. Это является фундаментальным недостатком IBOC-систем: они несовместимы с существующими вещательными ЧМ-приемниками.
Все ЧМ IBOC-системы несколько снижают характеристики основной ЧМ-станции на поднесущих, которые используются для передачи дополнительной информации.
Помехи типа "цифровой сигнал — аналоговый сигнал"
При работе всех внутридиапазонных ЧМ-систем ЦЗРВ IBAC/IBOC (пп. 1, 2, 4, 5) было обнаружено повышение уровней помех для аналоговых ЧМ-ра-диостанций, вещающих в первом или втором соседних каналах. Результаты измерений показали, что помехи, возникающие при приеме сигналов существующего аналогового ЧМ-вещания, неприемлемы. Измеренные параметры показывают, что внутридиапазонные системы не могут удовлетворительно работать при существующем распределении частот.
Помехи типа "цифровой сигнал -цифровой сигнал" и "аналоговый сигнал - цифровой сигнал"
Все тестируемые ЧМ ШОС-системы (пп. 2, 4, 5) создают помехи типа "цифровой сигнал - цифровой сигнал" на первом соседнем канале, а системы USADR (пп. 4, 5) и на втором соседнем канале.
Б. Устойчивость приема сигналов
При ухудшении условий приема в случае многолучевого распространения радиосигналов системы IBOC (AT&T/Amati/Lucent Technologies (п. 2), USADR FM-1 (п. 4), USADR FM-2 (п. 5), USADR AM (п.6), а также система VOA/JPL (п. З) продемонстрировали крайне плохие ("extremely poor" [2]) характеристики, отсутствие защиты от различных типов многолучевого распространения. Кроме того, испытания показали, что система непосредственного спутникового вещания VOA/JPL чувствительна к блокированию сигнала, вызванному наличием зданий, других строений, деревьев, холмов, скал, дорожных плакатов и т.д.
Система DAB продемонстрировала прекрасные характеристики по всем показателям качества и устойчивости приема цифровых сигналов как при наличии одного передатчика, так и в особенности при наличии сети, состоящей из нескольких передатчиков.
В. Качество звуковоспроизведения
Испытания представленных систем ЦЗРВ на качество звуковоспроизведения проводились с использованием расширенной субъективно-статистической экспертизы.
Результаты, характеризующие качество звуковоспроизведения представленных систем ЦЗРВ, приведены в [2, 3].
По мнению экспертов, система DAB при скорости передачи цифрового звукового потока 224 кбит/с обеспечивает лучшее качество воспроизведения звуковых программ.
Качество звуковоспроизведения системы USADR AM (п. 6) было оценено в среднем как "раздражающее".
По поводу систем IBOC/IBAC (пп. 1, 2, 4, 5) в работе [2] отмечается, что для внутридиапазонных систем, которым присуща несовместимость с существующим аналоговым ЧМ-приемом, дальнейшая оценка относительного уровня качества звуковоспроизведения является неуместной ("irrelevant").
Г. Возможность передачи данных
Все системы обладают какими-либо возможностями для передачи данных, однако система DAB, которая обеспечивает динамическое размещение каналов данных, передаваемых с различными скоростями, имеет прекрасные возможности для будущей эксплуатации.
Учитывая изложенное, комиссия СЕМА сделала следующее заключение:
1. Нижеперечисленные системы ЦЗРВ не позволяют достичь минимально приемлемого уровня характеристик и не рекомендуются для дальнейшего рассмотрения:
2. Система непосредственного спутникового вещания VOA/JPL (п. 3) также обладает низкой устойчивостью к помехам, вызванным многолучевым распространением сигналов. Кроме того, эта система не обеспечивает возможность приема сигналов в условиях отсутствия прямой видимости между приемной антенной пользователя и вещающим искусственным спутником Земли при наличии блокирующих препятствий (зданий или других строений, деревьев, холмов, скал и т.д.).
3. На основании проведенных испытаний экспертная комиссия СЕМА сделала следующий общий вывод: из всех тестируемых систем только DAB обеспечивает те параметры качества звучания и устойчивости приема сигналов, которые радиослушатели ожидают от новой службы цифрового звукового радиовещания.
Нельзя исключать, что за время, прошедшее после провала на упомянутых испытаниях, разработчики системы IBOC (HD Radio) усовершенствовали ее и устранили некоторые из отмеченных недостатков или ослабили их влияние на качество приема. Однако любому желающему как-либо использовать систему IBOC (если, конечно, он не хочет попасть впросак) можно посоветовать самым тщательным, скрупулезным и придирчивым образом проверить все характеристики этой системы в условиях реальной эксплуатации, обратив особое внимание на параметры, которые указаны выше.
Разумеется, если наши украинские коллеги желают внедрять в своей стране систему IBOC, то это их несомненное и бесспорное право. То, что в Киеве одна радиостанция начала передавать сигналы по системе IBOC и при этом не возникло заметных проблем, не вызывает удивления, хотя и требует проверки. Очень заметные проблемы могут возникнуть, когда в славном городе Киеве в ОВЧ (ЕМ)-диапазоне 87,5-108 МГц будут одновременно осуществлять вещание по системе IBOC несколько десятков радиостанций, работая при этом в соседних радиоканалах. Такую ситуацию можно уподобить увеличению количества жильцов в переполненной коммунальной квартире в полтора-два раза без увеличения числа имеющихся комнат и прочих удобств.
Возможно ли это реализовать? Да, возможно, и тому есть много примеров. Однако российским читателям не надо объяснять все преимущества подобного уплотнения.
Что касается мнения авторов этих строк по данному вопросу, то оно заключается в следующем: наиболее благоразумные действия по отношению к системе IBOC состоят в том, чтобы держаться от этой системы как можно дальше, предложить разработчикам внедрять указанную систему в их собственной стране и наблюдать со стороны, что из этого получится.
Кроме того, в статье [1] содержится упоминание о системе ЦРВ DAB, причем говорится буквально следующее: "...есть и определенный неудачный практический опыт создания мультипрограммных цифровых сетей по технологии DAB в нескольких странах Западной Европы", "... во Франции доля слушателей цифровых DAB-приставок не превышает 0,2%..." При этом автор не счел нужным указать источник такой информации (сомнительно, что он сам это придумал).
Здесь следует отметить, что системы IBOC и DAB являются конкурирующими с начала 90-х годов прошлого века и есть смысл рассмотреть данный вопрос подробнее.
Реальная ситуация с внедрением системы ЦРВ DAB и родственных с ней систем DM B (Digital Multimedia Broadcasting) и DAB+ (последняя рассмотрена ниже) к весне 2008 г. отражена в [4].
Регулярное вещание на основе систем ЦРВ DAB или DMB осуществляется в ряде стран Европы и за ее пределами, в числе которых: Великобритания, Германия, Бельгия, Дания, Нидерланды, Норвегия, Испания, Португалия, Швеция, Швейцария, Китай, Канада, Южная Корея, Сингапур и др.
Кратко рассмотрим положение дел в странах, лидирующих в данной области.
Великобритания (население 60 млн чел., здесь и далее приводятся округленные цифры). Вещание осуществляют 43 общественные и 126 коммерческих радиостанций, передавая звуковые и мультимедийные программы, а также разнообразные данные. Возможность приема этих программ имеет 85% населения. Продано более 5 млн DAB-радиоприемников (в это число входят собственно DAB-радиоприемники и комбинированные устройства, которые содержат радиоприемные DAB-модули, например, мобильные телефоны или МРЗ-плейеры. Такие устройства пользуются большой популярностью).
Германия (население 83 млн чел.). Радиовещание по системе DAB организовано почти во всех федеральных землях. Всего в Германии функционируют более 180 общественных и коммерческих радиостанций, программы которых может принимать 82% населения.
Регулярное вещание по системе DMB (данная система обеспечивает передачу телевизионных программ и мультимедийной информации на мобильные приемные устройства и, в частности, мобильные телефоны) осуществляется в 16 главных городах страны, в числе которых: Берлин, Мюнхен, Гамбург, Дюссельдорф, Франкфурт, Нюрнберг, Штутгарт, Лейпциг и др. Германия была первой страной, которая вела телевизионную трансляцию игр чемпионата мира по футболу 2006 г. по системе DMB. Продано более 546 тысяч DAB- и DMB-радиоприемников.
Бельгия (население 10,5 млн чел.). Охват DAB-вещанием составляет 100% населения во фламандской части Бельгии и 98% во франкоязычной части. Прием программ возможен вдоль всех автострад и основных дорог. Имеется 15 DAB-радиостанций.
Дания (население 5,5 млн чел.). Возможность приема DAB-программ имеет 80% населения. Всего работают 17 DAB-радиостанций. Продано более 1 млн DAB-радиоприемников.
Нидерланды (население 16 млн чел.). Вещание осуществляют 16 DAB-радиостанций. Обслуживается 70% населения.
Норвегия (население 4,5 млн чел.). На регулярной основе работают 14 DAB-радиостанций. Обслуживается более 80% населения. Продано более 167 тыс. DAB-радиоприемников.
Швейцария (население 7,5 млн чел.). Передаются 33 DAB-программы, подготовленные 19 радиостанциями. Программы доступны 85% населения.
Испания (население 45 млн чел.). Зона обслуживания ЦРВ охватывает 52% населения. Функционируют 27 DAB-радиостанций.
Китай (население 1,32 млрд чел.). Организация, ответственная за радиовещание в КНР (SARFT), объявила в 2006 г., что система DAB выбрана в Китае как промышленный стандарт для ЦРВ. Регулярное вещание по указанной системе осуществляется в провинциях Гуангдонг и Бейджинг (обслуживаются 80 и 12 млн человек соответственно). Экспериментальное вещание проводится в районе Шанхая и др. Во многих районах Китая проводятся испытания системы DMB. Шесть китайских фирм наладили серийное производство DMB-радиоприемников (в том числе совмещенных с мобильными телефонами). Планируется, что на Олимпийских играх летом 2008 г. будет организована телевизионная трансляция соревнований в формате DMB.
Южная Корея (население 49 млн чел.). Зона обслуживания вещанием по системе DMB составляет примерно 75% территории страны или почти все населенные районы. В декабре 2005 г. Южная Корея стала первой страной в мире, которая начала коммерческое DMB-вещание, включающее передачу сигналов мобильного телевидения, звуковых программ и общих данных. Количество проданных радиоприемных устройств DMB превышает 7 млн.
Сингапур (население 4,5 млн чел.). Обслуживается 99% населения. Вещание осуществляет 21 DAB-радиостанция.
Канада. Работают 58 DAB-радиостанций в Монреале, Оттаве, Торонто и Ванкувере. Возможность принимать программы ЦРВ имеет примерно 30% населения.
Этот список можно продолжить.
Если приведенные результаты оцениваются в статье [1] как "...определенный неудачный практический опыт создания мультипрограммных цифровых сетей по технологии DAB в нескольких странах Западной Европы...", то впору взывать к совести авторов такого утверждения.
Кроме того, хотелось бы узнать: что означает термин "DAB-приставка"? Приставка к чему? В настоящее время DAB/DMB-радиоприемники на любой вкус и кошелек (начиная примерно с €55-60) серийно выпускают более 200 фирм-производителей в разных странах [4]. Суммарное количество проданных DAB/ DMB-радиоприемников превышает 13 млн, и эта цифра будет расти. Так кому и зачем нужны эти загадочные " DAB-приставки"?
Недавно была анонсирована система ЦРВ DAB+ и опубликован нормативный документ ETSI (Technical Standard TS 102 563) на нее [4, 5]. В этой системе применен более новый и эффективный метод кодирования звуковых сигналов (ЗС) MPEG-4 High Efficiency AAC v2 (MPEG-4 HE AAC v2) [5]. Этот же метод используется для кодирования ЗС в системах ЦРВ DRM [6], DMB и других.
Метод MPEG-4 HE AAC v2 основан на трех алгоритмах обработки ЗС:
Система DAB+ имеет следующие основные преимущества перед системой DAB:
В настоящее время испытания систем ЦРВ, которые относятся к семейству стандартов, разработанных в рамках проекта Eureka-147 (DAB, DAB+, DMB и др.), проводятся в следующих странах (помимо многих из перечисленных выше): Австралия, Франция, Италия, Ирландия, Бруней, Тайвань, Чешская Республика, Венгрия, Гана, Индонезия, Кувейт, Малайзия, Новая Зеландия, Южно-Африканская Республика, Мальта и др.
Что касается упомянутой в статье [1] Франции, то Национальная ассамблея (законодательный орган этой страны) приняла в феврале 2007 года закон, согласно которому семейство стандартов "Eureka-147" выбрано как промышленный стандарт цифрового радиовещания. После проведения успешных испытаний систем DAB+ и DMB Министерство культуры и коммуникаций Франции в декабре 2007 года опубликовало декрет о начале регулярного вещания на основе указанного семейства стандартов. В первом полугодии 2008 года намечено провести тендер на построение радиовещательных сетей. Начало регулярного вещания с применением названных систем ЦРВ запланировано на конец 2008 года с первоначальным охватом 50% населения (население Франции составляет 63 млн чел.).
Подобная информация о положении дел в других странах опубликована в [4].
Авторы надеются, что выводы из всего вышеизложенного уважаемые читатели сделают сами.
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #4, 2008
Посещений: 21521
Статьи по теме
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
