В рубрику "Регулирование и стандарты" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

О выборе системы цифрового радиовещания для России

Представляем вниманию читателей статью наших постоянных авторов, посвященную стандартам цифрового радиовещания и выбору наиболее приемлемых вариантов для нашей страны

Виктор
Горегляд

Юрий
Ковалгин

Сергей
Мышьянов

Сергей
Соколов

Стандарты цифрового радиовещания

В мире существует достаточно большое число стандартов цифрового радиовещания. В рекомендациях BS. 1114-6 [1] и BS. 1660-6 (08/2012) [2] МСЭ-R представлены особенности построения, технические характеристики и планирование сетей следующих систем цифрового наземного радиовещания:

T-DAB, для нее выделена полоса частот 174–230 МГц, ОВЧ III.
ISDB-ТSB, в телевизионных каналах шириной 6, 7 или 8 МГц для передачи программ звукового вещания выделяется сегмент как одна четырнадцатая часть полосы частот телевизионного канала, полоса частот этого сегмента составляет 429 кГц (6/14), 500 (7/14), 571 (8/14). Однако ширину этой полосы все же следует выбирать с учетом ситуации в отношении частот, сложившейся в каждой стране.
DRM (Digital Radio Mondiale, [3]), рекомендована для применения в диапазонах НЧ (30–300 кГц) в полосе частот 0,1485–0,2855 МГц (длинные волны, ДВ), СЧ (300– 3000 кГц) в полосе частот 0,5265– 1,6065 МГц (средние волны, СВ) и ВЧ (3–30 МГц). Напомним, что в диапазоне ВЧ в разных его частях для радиовещания выделены полосы частот 3,2–3,640, 4,75–4,995, 5,006–5,06, 5,95–6,2, 7,10–7,30, 9,50–9,90, 11,65–12,05, 13,6–13,8, 15,10–15,60, 17,55–17,90, 21,45– 21,85, 25,67–26,10 МГц (короткие волны, КВ).
DRM+ [4] (является расширением стандарта DRM), рекомендована для применения в диапазоне ОВЧ (30–300 МГц) в полосах частот, выделенных для радиовещания как при мобильном, так и стационарном приемах (ОВЧ I 65,9–74 МГц, ОВЧ II (87,5–108 МГц), ОВЧ III (174–230 МГц).
IBOC HD Radio FM, рекомендована для применения в диапазоне ОВЧ.
IBOC HD Radio AM, рекомендована для применения в диапазонах НЧ, СЧ, ВЧ.
РАВИС [11], отечественная аудиовизуальная информационная система реального времени, рекомендована МСЭ-R для применения в диапазоне ОВЧ.

Заметим, что технологии DRM и DRM+ в настоящее время представлены в едином документе DRM [5] и рассматриваются как единая система цифрового радиовещания, имеющая режимы работы А, B, C, D (для применения в диапазонах НЧ, СЧ и ВЧ) и Е (для применения в диапазоне ОВЧ). Это единый стандарт цифрового радиовещания, где в каждой из выделенных для радиовещания полосах частот (НЧ, СЧ, ВЧ, ОВЧ) рекомендуется для применения тот или иной из указанных выше режимов работы. Технологии IBOC HD Radio FM и IBOC HD Radio AM также объединены в рамках одного стандарта.

В каждой из всех перечисленных выше систем используется компрессия цифровых аудиоданных, скремблирование цифровых данных, канальное помехоустойчивое кодирование с разными уровнями защиты информации, OFDM-модуляция. Однако выбранные для реализации этих процедур алгоритмы отличаются (иногда в деталях), это позволяет говорить о неодинаковой их эффективности и заложенных функциональных возможностях.

Что в России

Из перечисленных выше систем цифрового радиовещания лишь две являются наиболее универсальными и рекомендованными МСЭ-R для применения во всех полосах частот, выделенных для радиовещания (диапазоны НЧ, СЧ, ВЧ, ОВЧ). Это системы DRM и IBOC HD Radio.

Решением правительства Российской Федерации от 28 марта 2010 года для нашей страны выбрана система DRM. Однако решение правительства РФ по выбору системы DRM относится только к диапазонам НЧ (длинные волны, ДВ), СЧ (средние волны, СВ) и ВЧ (короткие волны, КВ). Как показали многочисленные исследования, выполненные за рубежом, по целому ряду признаков технология, реализованная в стандарте DRM для диапазонов НЧ, СЧ и ВЧ, является наилучшей и с этой точки зрения наиболее перспективной. По этой причине сделанный Российской Федерацией выбор в пользу системы DRM представляется логичным и вполне оправданным. Что же касается режима работы Е системы DRM [5], рекомендованного для применения в диапазоне ОВЧ, то соответствующего решения правительства РФ пока нет, но проведенное в Санкт-Петербурге в июне– августе текущего года экспериментальное радиовещание в данном формате подтвердило соответствие полученных характеристик заявленным в стандарте значениям. Материалы данной работы в ноябре текущего года переданы в ГКРЧ для принятия решения о возможности использования данного режима работы системы DRM в Российской Федерации.

Почему DRM

Внедрение стандарта DRM [5]:

позволяет использовать технологии одного стандарта во всех полосах частот диапазонов (НЧ, СЧ, ВЧ и ОВЧ), выделенных для наземного цифрового радиовещания;
не требует изменения частотного планирования, принятого в Российской Федерации;
позволяет осуществить постепенный и плавный переход от аналогового к цифровому радиовещанию во всех выделенных для этой цели полосах частот диапазонов (НЧ, СЧ, ВЧ и ОВЧ);
обеспечивает возможность использования существующей в России радиопередающей инфраструктуры ФГУП РТРС;
создает условия для создания одночастотных сетей, что существенно экономит радиочастотный ресурс, повышает эффективность его использования;
обеспечивает возможность мобильного приема звуковых программ с высоким качеством как в мегаполисах и в местах компактного проживания населения, так и на удаленных и труднодоступных территориях с малой плотностью населения, что крайне важно для России с ее огромной территорией и крайне неравномерным распределением населения, с большим числом удаленных и труднодоступных мест;
создает возможность для эфирного оповещения населения, правительственных организаций, спецслужб, государственных и коммерческих предприятий в условиях чрезвычайных ситуаций;
позволяет интегрироваться в мировую информационную систему без дополнительных затрат, связанных с внедрением собственного стандарта на систему цифрового радиовещания и с обменом программами звукового вещания, созданием интегрированных международных информационных сетей цифрового звукового вещания;
помогает осуществить реализацию производства передающего и приемного оборудования на отечественных предприятиях;
значительно (в десять и более раз) снижает затраты на оплату электроэнергии и на обслуживание сетевого и передающего оборудования;
существенно увеличивает число программ звукового вещания, повышает их качество и привлекательность для населения за счет перехода к стереофонии, в том числе и многоканального формата;
позволяет ускорить темпы развития цифрового звукового вещания;
сможет обеспечить новыми заказами российскую радиопромышленность;
приведет к более эффективному использованию выделенных в России для радиовещания полос частот диапазона ОВЧ (65,9–74, 87,5–108 и 174–230 МГц),
позволит не потерять для звукового вещания полосы частот 65,9–74 и 174–230 МГц после отключения аналогового теле- и радиовещания;
существенно сократит расходы на лицензирование и частотное обеспечение.

Напомним, что Digital Radio Mondiale (DRM, цифровое всемирное радио) – многофункциональная система цифрового радиовещания – была впервые стандартизована Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI) в 2001 году [3]. Она предназначалась для работы в радиовещательных диапазонах длинных (ДВ), средних (СВ) и коротких (КВ) волн, то есть на участках частот до 30 МГц, выделенных ITU-R для целей звукового вещания.

В 2009 году была опубликована новая версия данного стандарта [4], в которой диапазон рабочих частот был расширен до частоты 230 МГц. В этой версии стандарта добавлен режим работы Е, сама версия системы при работе в этом режиме в ряде публикаций получила название DRM+.

В январе 2014 года была опубликована последняя версия данного стандарта [5].

Основные технические характеристики системы DRM при работе в режиме E представлены в таблице 1.

Требования к внеполосным излучениям

Спектральная маска внеполосного излучения для системы DRM в полосах частот ОВЧ I и ОВЧ II, (режим работы Е) приведена на рис. 1, а и в табл. 2.

Здесь же (рис. 1) представлена маска внеполосного излучения для ЧМ- и DAB-станций [7] в качестве минимального требования к передатчикам (с шириной полосы по разрешению 1 кГц (RBW)).

Спектральная маска внеполосного излучения для системы DRM+ в полосе частот 174–230 МГц диапазона ОВЧ приведена на рис. 1, б и в табл. 3 вместе с маской излучения для передатчиков системы DAB [8] в качестве минимального требования к передатчикам (с шириной полосы по разрешению 4 кГц (RBW)).

Требования к защитным отношениям

Минимальное допустимое отношение между полезным сигналом и сигналами помех, необходимое для защиты принимаемого полезного сигнала, определяется как защитное отношение PR, дБ.

В рекомендации МСЭ-R BS.1660-6 приводятся следующие виды и значения следующих защитных отношений:

базовое защитное отношение PRbasic для полезного сигнала, испытывающего воздействие мешающего сигнала при 50% вероятности охвата мест уверенного приема;
объединенный поправочный коэффициент местоположений CF (дБ) в качестве запаса, который необходимо добавить к базовому защитному отношению для полезного сигнала, испытывающего воздействие мешающего сигнала, для расчета защитных отношений при вероятности охвата мест уверенного приема 50%.
соответствующее защитное отношение PR(p) для полезного цифрового сигнала, на который воздействует мешающий сигнал, при вероятности охвата мест уверенного приема более 50% и с учетом относительной вероятности охвата мест соответствующих режимов приема, которые имеют более высокие требования к защите, вследствие более высокой вероятности охвата мест и объединенного поправочного коэффициента местоположений CF (дБ).

Защитные отношения для сигнала системы DRM+

1. Защитные отношения для сигнала системы DRM+ при воздействии помех от мешающих станций DRM- и ЧМ-радиостанций для полос частот 65,9–74 МГц и 87,5– 108 МГц диапазона ОВЧ приведены в таблицах 4, 5, 6, 7, 8, 9, а для полосы частот 174–230 МГц при воздействии помехи от DAB-радиостанций – в таблицах 10, 11 и 12.

2. Защитные отношения для сигнала системы DRM при воздействии помех от DVB-T-радиостанции в полосе частот 174–230 МГц диапазона ОВЧ.

Заметим, что механизм воздействия сигнала DAB на сигнал DRM такой же, как и для DVB-T. По этой причине предполагается, что для случая воздействия помех от DVB-T на сигнал DRM+ в полосе частот диапазона ОВЧ III могут быть приняты те же защитные отношения, что и для случая воздействия помех от системы DAB на сигнал DRM+ в полосе частот ОВЧ III.

Для внесения поправки на меньшую спектральную плотность мощности сигнала DVB-T той же напряженности поля по сравнению с сигналом DAB следует применить следующие поправочные коэффициенты к ЭИМ, создающие помехи сигналов до расчета его напряженности поля:

6,4 дБ для сигнала DVB-T c полосой частот радиоканала 7 МГц,
6,9 дБ для сигнала DVB-T с полосой частот радиоканала 8 МГц.

Защитные отношения для систем радиовещания при воздействии помех от системы DRM (режим работы Е)

1. Защитные отношения для ЧМ-сигнала в полосе частот 87,5–108 МГц диапазона ОВЧ.

Параметры ЧМ-сигнала приведены в Рекомендации МСЭ-R BS.412-9. В приложении 5 к Рекомендации МСЭ-R BS.412-9 указано, что помехи могут быть вызваны перекрестной модуляцией сильных ЧМ-сигналов при сдвиге частот, превышающем 400 кГц. Эффект перекрестной модуляции вследствие мешающего сигнала высокого уровня в диапазоне частот до 1 МГц также следует принимать в расчет при планировании систем OFDM в полосе II ОВЧ. Поэтому в таблице 13 приведены не только защитные отношения PRbasic в диапазоне от 0 до ±400 кГц, но также и отношения для разноса по частоте ±500 кГц и ±1000 кГц. Значения для сдвига по частоте от 600 до 900 кГц могут быть получены путем интерполяции.

2. Защитные отношения для сигнала системы DAB в полосе частот 174–230 МГц диапазона ОВЧ.

Параметры сигнала DAB приведены в Рекомендации МСЭ-R BS.1660-3. При планировании T-DAB следует учитывать возможность приема на мобильные средства с вероятностью охвата мест 99% и приема в помещении на переносные устройства с вероятностью охвата мест 95% соответственно.

Значения базового защитного отношения PRbasic для DAB при воздействии помех от сигнала системы DRM в полосе частот ОВЧ III приведены в таблице 14.

Значения соответствующих защитных отношений PR(p) приведены в таблице 15.

Заключение и выводы

В заключение отметим следующее. По совокупности признаков – области применения, функциональным возможностям, алгоритмам компрессии цифровых аудиоданных, защите от ошибок, качеству звука, эффективности использования радиочастотного ресурса, экономии эксплуатационных расходов – система DRM/DRM+ – это лучшая технология цифрового радиовещания на сегодня, и сделанный РФ выбор в пользу данной системы представляется вполне оправданным.

На первом этапе внедрения цифрового стандарта DRM (режим работы Е) в нашей стране наиболее приемлемы для использования данного стандарта следующие полосы частот диапазона ОВЧ – это 65,9– 74 МГц и 87,5–108 МГц.

Система DRM при работе в диапазоне ОВЧ обеспечивает качество воспроизведения компакт-диска при передаче двухканальных стереофонических программ, а также передачу сигналов многоканальной стереофонии, разнообразной мультимедийной информации. Она обеспечивает качественный прием сигналов DRM в стационарных и мобильных условиях, работу в одночастотных сетях (SFN – Single Frequency Network), имеет функцию условного доступа.

Система DRM в режиме работы Е может стать дополнением к системе DVB-T2/DVB-T2 Lite в полосе частот 174–230 МГц, что позволит, как показали предварительные исследования [9, 10], построить в этом диапазоне совмещенные сети доставки программ телевидения и звукового вещания.

Основной вывод. Стандарт цифрового радиовещания DRM в режиме работы Е может быть рекомендован для использования в Российской Федерации при организации высококачественного радиовещания в полосах частот 65,9–74 МГц и 87,5–108 МГц диапазона ОВЧ; его использование не требует немедленного вывода из эксплуатации передатчиков аналогового радиовещания с частотной модуляцией.

В следующей работе будут изложены рекомендации по использованию в Российской Федерации системы DRM в диапазоне ОВЧ.

Литература

Рекомендация МСЭ-R BS.1114-6. Системы наземного цифрового звукового радиовещания на автомобильные, переносные и стационарные приемники в диапазоне частот 30–3000 МГц (Вопрос МСЭ-R 56/6) (1994-1995-2001-2002-2003-2004-2007).
Рекомендация МСЭ-R BS.1660-6 Док. 6/33 (Rev.1). Техническая основа для планирования наземного цифрового звукового радиовещания в полосе ОВЧ.
ETSI TS 101980 v1.1.1.(2001– 09).Digital Radio Mondiale (расширение стандарта DRM); System Specification.
ETSI ES 201980 v3.1.1.(2009– 08).Digital Radio Mondiale (расширение стандарта DRM); System Specification. EBU-UER. – 221 p.
ETSI ES 201 980 v4.1.1 (2014-01).Digital Radio Mondiale (DRM); System Specification.
Рекомендация МСЭ-R BS.412-9 (12/1998). Planning standards terrestrial FM sound broadcasting et VHF. BS series Broadcasting service (sound).
Стандарт EN 302 018-2 Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Transmitting equipment for the Frequency Modulated (FM) sound broadcasting service.
Рекомендация МСЭ-RBS.1660-3 “Техническая основа для планирования наземного цифрового звукового радиовещания в полосе ОВЧ”.
Горегляд В.Д., Ковалгин Ю.А., Мышьянов С.В., Соколов С.А. О возможности диверсификации радиоканала вещательного телевидения // Broadcasting Телевидение и радиовещание. 2015, № 1. С. 26–29.
Горегляд В.Д., Ковалгин Ю.А., Мышьянов С.В., Соколов С.А. Диверсификация радиоканала вещательного телевидения // Broadcasting Телевидение и радиовещание. 2015, № 6. С. 42–46.
Дворкович В.П., Дворкович А.В. Цифровые информационные системы (теория и практика). М.: Техносфера, 2012. 1008 с.