В рубрику "Регулирование и стандарты" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Алексей Шушкевич
Руководитель сектора
передающих систем
ФГУП "РТРС"
Юрий Хмелюк
Главный инженер ЗАО "Радиоагентство-М"
Система DRM движется вверх по частотному спектру. Члены Консорциума DRM публично j объявили свои планы расширения этой системы для работы на частотах до 120 МГц, включая частоты, выделенные для ОВЧ-ЧМ-радиовещания в полосе 87,5-108,0 МГц.
Стоит заметить, что система DRM базируется на Рекомендации ITU-R BS.1514 для радиовещательной службы, использующей полосы частот ниже 30 МГц
Решение о модернизации системы DRM для работы в полосах частот выше 30 МГц было принято в марте 2005 г. в Париже, чему в течение длительного времени предшествовали слухи о том, что члены Консорциума DRM исследуют возможности уточнения технических условий системы.
В настоящее время Консорциумом ведутся работы в этом направлении. При этом учитывается, что ширина полосы цифрового звукового сигнала, предназначенного для работы системы DRM в полосах частот выше 30 МГц, должна составлять от 50 до 100 кГц.
Шаг вверх по частотному спектру приводит к очевидной конкуренции с системой Eureka 147/DAB, разработанной в 1990 г. Система DAB была разработана для частот выше 30 МГц; она может работать и работает в диапазоне ОВЧ.
Окончательное уточнение технических условий системы DRM для работы в полосах выше 30 МГц и развитие вариантов соответствующих технических решений произойдет через 3-5 лет. Таким образом, новый стандарт может быть разработан к 2008-2010 гг.
ОВЧ-диапазон: DAB? DRM?
Насколько целесообразно внедрение системы DRM в полосы частот выше 30 МГц?
Система DAB идеально подходит для национальной сети, посредством которой пакет программ распространяется на большие территории, но одновременно с этим она менее гибкая и достаточно дорогостоящая, вследствие чего не очень подходит для радиостанций, целевая аудитория которых проживает на относительно небольших территориях.
Использование же системы DRM в ОВЧ-диапазоне практически не изменит существующую картину: зоны покрытия радиовещательными станциями останутся без изменений, но качество ЧМ-модулированного сигнала улучшится за счет того, что он станет цифровым.
Две упомянутые системы могут существовать в ОВЧ-диапазоне параллельно, дополняя друг друга.
Стандарт DRM был рекомендован Международным союзом электросвязи (ITU), Международной электротехнической комиссией (IEC) и Европейским институтом стандартов (ETSI) как стандарт для использования в радиовещательных полосах ниже 30 МГц, включающий ВЧ-, СЧ- и НЧ-АМ-ра-диовещание. Эта система была разработана для каналов шириной 9 или 10 кГц (см. Рек. ITU-RBS 1514).
Внедрение цифрового радиовещания в диапазонах длинных, средних и коротких волн является одним из наиболее перспективных направлений в мире. В настоящее время в составе консорциума DRM насчитывается более 70 членов. Среди них такие компании, как Thales, Deutsche Telecom, BBC, RFI и другие крупные компании и исследовательские центры. Наша страна представлена в этой организации радиостанцией "Голос России", которая является членом Консорциума DRM с 1998 г. Многие компании ("Голос России", DW, ВВС и др.) проводят тестовое вещание в режиме DRM, что свидетельствует о перспективности данного направления.
В тракте передачи сигнала DRM формируются три системных канала:
На рис. 1 показана ширина суммарного спектра, занимаемого сигналом DRM, измеренная в промежуточном тракте приемника (ПЧ = 12 кГц).
Наибольшие успехи в исследовании и реализации различных цифровых систем модуляции в полосах АМ-вещания были достигнуты в европейских странах и США. АМ-аналоговые службы звукового радиовещания широко используются во всем мире. Россия принимает активное участие в испытаниях таких систем.
Новая жизнь с DRM
Стандарт DRM признан оптимальным цифровым форматом для радиовещания в ВЧ-, СЧ- и НЧ-диапазонах, позволяющим дать им "второе дыхание".
Внедрение вещания в стандарте DRM обеспечит новую жизнь системам радиосвязи и радиовещания ВЧ-диапазона, обеспечивая качественную трансляцию программ на большие расстояния (ее качество и надежность сравнимы с широко распространенными системами ОВЧ-ЧМ-вещания, действующими в ближней зоне), а также сохранение зоны обслуживания передатчика при значительном уменьшении (до 6 раз) мощности этого устройства.
Основной средой распространения радиоволн в коротковолновом диапазоне являются тропосфера и ионосфера, 
состояние которых зависит от времени года и времени суток, географических и климатических факторов, солнечной активности, магнитного поля Земли и многих других факторов. В системах DRM используется довольно сложный, но относительно легко регулируемый (применительно к радиоканалу) вид модуляции — COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing - когерентная фазовая модуляция на ортогональных частотно-разнесенных несущих). Достоинством метода модуляции COFDM является возможность создания одноча-стотных сетей, в которых трансляция программы на большую территорию осуществляется посредством нескольких передатчиков, работающих одновременно на одной частоте. Модуляция COFDM позволяет реализовать сигналы, оптимально адаптированные к состоянию радиоканала в процессе проведения сеанса связи. Выбор параметров осуществляется с учетом условий распространения радиоволн.
Исследования показывают, что при разносе частот на 1,5-2 кГц замирания сигнала на них будут некоррелированными — а значит, одновременная передача информации на многих частотах, как это принято в системе DRM, может обеспечить сохранность информации. Общее количество несущих частот, на которых передается информация, в зависимости от режима работы может изменяться от 88 до 460.
Как повысить надежность принимаемого сигнала?
Технология DRM предполагает использование высокой частотной и энергетической эффективности радиопередатчика при передаче звукового вещательного сигнала: необходимая спектральная эффективность сигналов (модуляции) должна составлять не менее 4-5 бит/с/Гц (эффективность сигналов ОФМ-4, применяющихся в системе T-DAB, не превышает 1,5 бит/с/Гц). Это достигается путем использования сигналов типа 16-QAM и 64-QAM для модуляции большого числа одновременно излучаемых несущих.
При квадратурной амплитудной модуляции (QAM — Quadrature Amplitude Modulation) изменяется как фаза, так и амплитуда сигнала, что позволяет увеличить количество кодируемых битов
и при этом существенно повысить помехоустойчивость.
Каждая поднесущая переносит одновременно 2 бита (модуляция 4-QAM), 4 бита (модуляция 16-QAM), 6 битов (модуляция 64-QAM). Векторные диаграммы системы сигналов 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM изображены на рис. 2. Каждая группа обладает своей помехозащищенностью, учитывающей минимально допустимые отношения сигнал/шум для приемлемого качества демодуляции. Модуляция 4-QAM допускает в 4-5 раз больший уровень шума, чем модуляция 64-QAM.
По существу этот вид манипуляции представляет собой сочетание AM и ФМ, в связи с чем его называют также амплитудно-фазовой манипуляцией (АФМ). В случае с QAM изменяется и фаза и амплитуда несущей. Применяются QAM 4-го уровня и выше (4-QAM, 16-QAM, 64-QAM), причем 4-QAM совпадает с ОФМ 4-го уровня.
Учитывая результаты исследований, было решено в полосе шириной 9 или 10 кГц использовать около 200 несущих, а в качестве основных типов модуляции принять 16-QAM и 64-QAM.
Векторная диаграмма модуляции 64-QAM с соответствующим распределением битов показана на рис. 3, где а - нормирующий коэффициент ; z — комплексный символ модуляции; y'0... у'5-биты, представляющие z.
На рис. 4 и 5 приведены реальные векторные диаграммы модуляции 64-QAM в зоне уверенного приема (рис. 4) и вне зоны уверенного приема (сигнал "рассыпается" — рис. 5), полученные при проведении натурных измерений DRM-сигнала передатчика, работающего в ВЧ-диапазоне (программа "Голос России").
Как отмечалось выше, распространение радиоволн в ВЧ-диапазоне зависит от многих факторов, оказывающих значительное влияние на надежность принимаемого сигнала в любое заданное время на заданной частоте. При приеме сигнала на одной частоте от одного передатчика могут возникать кратковременные замирания (есть вероятность того, что в режиме DRM это приведет к пропаданию звука), что будет негативно восприниматься радиослушателями. В связи с этим для повышения надежности принимаемого сигнала возникает необходимость использования нескольких ВЧ-передатчиков, работающих из разных географических точек на одну зону. Естественно, эти передатчики должны быть синхронизированы в соответствии с требованиями системы DRM. Такая одночастотная сеть подходит для покрытия качественным вещанием больших территорий, расположенных на расстоянии не менее одного скачка от передатчика, и позволяет многократно расширять зоны обслуживания при существенной экономии радиочастотного спектра.
На рис. 6 условно показана ориентировочная зона покрытия вещанием территории РФ, обеспеченная работой двух передатчиков в режиме DRM.
Вопрос повышения надежности принимаемого сигнала можно решить при использовании синхронизированных передатчиков, работающих на разных частотах. Подобное решение может значительно повысить надежность вещания в системе DRM, так как позволяет свести к минимуму факторы, влияющие на прохождение радиоволн в ВЧ-диапазоне, за счет правильного подбора частот для передатчиков.
Однако есть у этого решения и отрицательная сторона: оно требует наличия приемников, которые могут переключаться на альтернативные частоты в зависимости от напряженности поля в данной точке, что, по мнению авторов статьи, приведет к удорожанию приемных устройств.
В целях обеспечения работоспособности
При организации одночастотной сети в диапазоне ВЧ должны соблюдаться требования к выбору величины защитного интервала для одночастотной сети, определяющего допустимую величину задержки эхосигнала и максимального расстояния между передатчиками, работающими на совмещенных каналах. Все передатчики одновременно должны излучать одинаковый OFDM-символ, для чего необходима временная синхронизация. Принцип ее действия основан на синхронизации (с помощью схемы ФАПЧ) опорного генератора приемника высокостабильными сигналами спутниковой радионавигационной системы GPS. Такая синхронизация ограничивает эхосигналы (естественные или излучаемые передатчиками на совмещенных каналах) величиной защитного интервала.
Также должны соблюдаться требования, предъявляемые к частоте передатчика. В одночастотной сети системы COFDM стабильность и точность рабочей частоты должны быть такими, чтобы каждая излучаемая поднесущая занимала свое абсолютное положение независимо от используемой частоты радиоканала.
На практике для синхронизации работы одночастотных сетей используется опорная частота приемников GPS (GPS использует один импульс в секунду — 1 PPS). Этот опорный импульс вводит временную метку в частотном уплотнении в самом начале работы первичной сети, с тем чтобы в каждом передатчике процессор системы COFDM осуществил задержку предстоящего частотного уплотнения до прихода опорного импульса. От этой временной метки ведется отсчет всех временных интервалов. При такой синхронизации зона интерференции будет неподвижна относительно территории.
Исследования показали, что влияние интерференционных искажений существенно снижается при введении временной задержки цифровых сигналов. В этом случае искажения будут иметь частотно-селективный характер, что в меньшей степени сказывается на качестве передачи.
К большому сожалению, в России до сих пор не приняты стандарты для цифрового звукового радиовещания.
В целях обеспечения устойчивой работоспособности единого комплекса, целостности сети электросвязи и использования радиочастотного спектра необходимо принятие соответствующих документов, действие которых распространялось бы на цифровые радиовещательные передатчики с классом излучения X7EWX, работающие в системах звукового вещания.
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #5, 2006
Посещений: 16542
Статьи по теме
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Регулирование и стандарты" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
