Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

К вопросу о внедрении DRM-вещания в России. О повышении эффективности использования модуляционной характеристики радиопередатчика при вещании в формате DRM в режиме simulcast

В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

К вопросу о внедрении DRM-вещания в РоссииО повышении эффективности использования модуляционной характеристики радиопередатчика при вещании в формате DRM в режиме simulcas

Международными организациями (ITU и ETSI) стандартизовано значительное число форматов цифрового радиовещания (ЦРВ), однако особый интерес для развития радиовещания в России представляет система DRM — детище одноименного консорциума (Digital Radio Mondiale) [1]

Игорь
Заикин
ФГУП "РТРС"

Вячеслав
Федотов
ФГУ РГРК "Голос России", к.т.н.

Роман
Шумилкин
ООО "ГТРС"

В сентябре 2009 года утверждена Федеральная целевая программа "Развитие телерадиовещания в РФ на 2009—2015 годы", предусматривающая внедрение в нашей стране наземной системы ЦРВ на базе этого формата. Это решение конкретизировано распоряжением Правительства РФ № 445-Р от 28 марта 2010 г.; Минкомсвязи и Минпромторгу России поручена разработка национальных стандартов на систему DRM, a Ростехрегулированию — их утверждение.

Согласно новому постановлению Правительства из ФЦП изъяты задачи по развитию сетей радиовещания. Но подготовка работ по модернизации инфраструктуры сетей радиовещания с учетом поступивших замечаний и изменившейся ситуации в радиовещании в целом и мощном радиовещании в частности продолжаются.

Предполагается, что вещание в формате DRM будет внедряться в рамках существующих частотных планов соответственно в диапазонах низких, средних и высоких частот (DRM30) и ОВЧ (DRM+).

Одним из важных достоинств системы DRM является возможность совмещения аналогового и цифрового каналов, то есть реализация режимов DRM30/simulcast (DRM+AM) и DRM+/simulcast (DRM+ЧМ), что особенно полезно во время переходного периода, пока потребительский рынок не наполнится приемниками, способными принимать сигналы ЦРВ [2]. Поэтому для подготовки к переходному периоду важно понять особенности работы радиовещательных передатчиков (РВПд) при совместной передаче аналогового и цифрового сигнала, что позволит уточнить требования к параметрам передатчика и приемника для обеспечения хорошего качества вещания.

В настоящей статье авторы ограничились анализом режима DRM30/simulcast (DRM+AM), когда РВПд в полосе радиоканала одновременно излучает сигналы аналогового радиовещания AM и цифрового радиовещания в формате DRM, то есть OFDM-сигнала с квадратурной модуляцией (16-КАМ или 64-КАМ). Пример совмещенной передачи цифрового и аналогового сигналов DRM+AM приведен на рис. 1, где выбрано значение общей полосы частот 18—20 кГц, что позволит при АМ-приеме получить качество классического AM и ощутить преимущества цифрового приема в формате DRM.

Это было продемонстрировано в докладах д.т.н. А.Н. Иванчина "О возможностях и проблемах стандарта DRM30" на семинарах, организованных в 2011—2012 гг. комитетом по цифровому радиовещанию Российского цифрового альянса, проводимых в компании "Голос России" на организованных демонстрационных стендах и на базе оборудования и передатчиков, модернизированных ЗАО "МРБ" в ПРЦ Куркино.

При комбинированной модуляции радиовещательный передатчик должен обеспечить нормативное качество приема аналогового и цифрового сигнала при равенстве зон обслуживания (ЗО) ЗО-АМ и ЗО-DRM. Для решения этой задачи влиять на размеры парциальных зон обслуживания можно путем изменения режимов модуляции или увеличивая "вес" цифрового сигнала на его модуляционной характеристике.

В настоящей работе речь пойдет о двух способах воздействия на размер ЗО-АМ: первый способ реализуется путем изменения способа собственно AM, а второй предполагает аудио-процессорную обработку аналогового сигнала на входе модулятора РВПд при сохранении традиционного способа осуществления амплитудной модуляции. Рассмотрим эти способы более подробно.

В соответствии со стандартом DRM30 [1] аналоговая часть излучаемого сигнала в режиме simulcast представляет собой классический АМ-сигнал с двумя боковыми полосами (рис. 1) — режим АЗЕ. Этот режим показан на рис. 2 как АМ-колебание U(t) для трех значений индекса модуляции т.


Уровни несущей и боковых, а также их суммарное значение при изменении индекса модуляции в пределах 0 ≤ m ≤ 1 представлены на графике (рис. 3), а упрощенный сигнал DRM — на рис. 4.


Реализуем далее режим simulcast, разместив аналоговый АМ-сигнал и цифровой DRM-сигнал на линейной части модуляционной характеристики передатчика. Для удобства представим модуляционную характеристику, состоящую из двух частей (рис. 5).


Как это видно из построений на рис. 5, АМ-сигнал (слева) максимально использует модуляционную характеристику передатчика только при индексах модуляции m = 1. Учитывая, что среднестатистический индекс модуляции m к 0,37, в этом случае наблюдается серьезное недоиспользование модуляционной характеристики в области аналогового АМ-сигнала. Для повышения среднего значения индекса модуляции m возможно использовать устройства компрессии звука, но при этом можно получить эффект "плоский звук", что неблагоприятно скажется на звучании радиостанции.

Для максимально возможного повышения эффективности использования модуляционной характеристики РВПд при передаче АМ-сигнала и получения благодаря этому наибольшей ЗО-АМ (при заданной мощности передатчика) предлагается в режиме simulcast использовать динамическую обработку аналогового АМ-сигнала (ДОАМ).

Одним из важных достоинств системы DRM является возможность совмещения аналогового и цифрового каналов

В радиовещании известен метод динамического управления несущей (ДУН), широко применяемый в передатчиках, работающих с амплитудной модуляцией (АЗЕ). В режиме ДУН происходит изменение уровня несущей по определенному закону в такт с огибающей модулирующего сигнала. При этом можно получить существенную экономию электроэнергии и сохранить размеры зоны обслуживания передатчика при условии, что при m = 0 уровень несущей будет равен номинальной мощности передатчика. Однако при использовании ДУН обнаруживаются искажения динамического диапазона сигнала на выходе радиоприемного устройства, поскольку динамической обработке подвергается только несущая передатчика. Напротив, в случае применения ДОАМ динамическому изменению подвергаются как уровень несущей, так и уровни боковых. Благодаря этому схема АРУ радиоприемника компенсирует динамическую обработку АМ-сигнала на передаче, устраняя динамические искажения в принятом вещательном сигнале.

График изменения уровней несущей и боковых в зависимости от индекса модуляции m представлен на рис. 6. На рис. 7 представлен АМ-сигнал с динамической обработкой с использованием ДОАМ.

Режим обработки ДОАМ позволяет сформировать АМ-сигнал с постоянным пиковым значением Umax вне зависимости от индекса модуляции, что позволяет максимально использовать модуляционную характеристику передатчика (рис. 8).


Таким образом, использование в аналоговой части сигнала simulcast режима ДОАМ позволяет существенно повысить эффективность использования модуляционной характеристики передатчика. Благодаря этому зона обслуживания передатчика аналоговой частью сигнала simulcast с использованием ДОАМ (то есть ЗО-АМ) будет максимально совпадать с зоной вещания передатчика, работающего в чисто аналоговом режиме с использованием классической AM (АЗЕ).

В то же время при правильном выборе уровней аналоговой и цифровой частей сигнала simulcast цифровая составляющая в сигнале передатчика сможет обеспечить примерно те же размеры ЗО-DRM, что и аналоговая часть сигнала в режиме ДОАМ.

Как отмечалось выше, подобного эффекта можно будет добиться, используя аудиопроцессорную обработку аналогового сигнала на входе модулятора РВПд.


Предварительная адаптивная обработка вещательного сигнала на входе радиопередающих устройств становится обязательной процедурой для конкурентоспособной радиостанции. Основной задачей такой обработки является поддержание постоянства пиковых уровней, повышение относительной средней мощности (ОСМ) вещательного сигнала, разборчивости и качества передачи. Традиционно ОСМ определяют как отношение измеренной мощности сигнала за отрезок времени т к мощности синусоидального сигнала с напряжением, равным наибольшему значению напряжения ЗВС.

Такая обработка, увеличивая зону приема, попутно решает задачу стабилизации уровня ЗВС на входе модулятора, что практически снимает угрозу перемодуляции передатчика. Установлено, что повышение среднего коэффициента модуляции радиовещательного АМ-передатчика (~ 0,37) вдвое приводит к повышению его излучаемой мощности на 15%, приросту площади зоны обслуживания на 15,6% [3].

Почти десятилетний опыт использования на радиовещательной сети России имеют отечественные аудио-процессоры серии АРГО, разработанные в МТУСИ в 1999-2000 гг. [4].

По мнению авторов, оба варианта изменения параметров аналогового АМ-сигнала в режиме simulcast заслуживают внимания и должны явиться предметом экспериментальной проверки на реальном радиовещательном передатчике.

Литература

  1. European Telecommunication Standard ETSI ES 201 980 v3.1.1 (2009-08), Digital Radio Mondial (DRM) System Specification.
  2. Иванчин А., Рихтер О, Ставиская Р. О выборе системы радиовещания для России // Broadcasting. Телевидение и радиовещание. — 2007. — № 5 (65) август — сентябрь. С. 20—23
  3. Попов О.Б., Рихтер С.Г. Цифровая обработка сигналов в трактах звукового вещания. Учеб. пособие. — М.: Горячая линия — Телеком, 2007. - 341 с.
  4. Попов О.Б., Рихтер С.Г. Повышение эффективности аудио-процессорной обработки вещательных сигналов / Оборудование для радиовещания. — М.: Гротек, 2010. — С. 6-8.

Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #7, 2012
Посещений: 11977

Статьи по теме

  Автор

 

Игорь Заикин

ФГУП "РТРС"

Всего статей:  1

  Автор

 

Вячеслав Федотов

ФГУ РГРК "Голос России", к.т.н.

Всего статей:  1

  Автор

 

Роман Шумилкин

ООО "ГТРС"

Всего статей:  1

В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций