Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Цифровое радиовещание в стандарте DRM

В рубрику "Оборудование для радиовещания" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Цифровое радиовещание в стандарте DRM

На сегодняшний день в мире существует четыре системы цифрового радиовещания: IBOC (больше известна под торговой маркой HD Radio), DAB, ISDB-TSB и DRM
Сергей Соколов
Генеральный директор "Дигитон Системс"

Цифровое радиовещание

Стандарт DRM (от англ. DigitalRadio-Mondiale) был разработан с целью замены системы аналогового радиовещания с амплитудной модуляцией (АМ) на коротких волнах, хотя также может быть успешно использован как на длинных, так и на средних волнах. DRM подразумевает использование того же частотного плана, который существует в указанных диапазонах при аналоговом АМ-радиовещании. DRM является системой монофонического радиовещания (один звуковой канал), однако при использовании более широкой полосы частот радиоспектра (отличной от принятого частотного плана), можно организовать передачу стереофонической программы (два канала).

Первые опытные зоны DRM-радиовещания были организованы в некоторых странах еще в 2003 году. В настоящее время есть страны, где DRM-вещание осуществляется на регулярной основе. Основной проблемой, мешающей распространению стандарта DRM в мире, является недоступность приемников и их относительно высокая цена.

В 2007 году была представлена модификация стандарта под названием DRM+, предназначенная для использования в диапазоне УКВ и замены аналогового FM-радиовещания. DRM+ позволяет организовать не только цифровое стереовещание, но и многоканальное звуковое вещание (surround-sound). В настоящее время в некоторых странах, включая Бразилию и Германию, организованы опытные зоны вещания в стандарте DRM+, однако о ведении где-либо регулярного вещания автору данной статьи не известно.

В статье описываются примеры построения систем цифрового радиовещания в соответствии со стандартом DRM (DRM30) и содержится обзор доступного на рынке DRM-оборудования.

DRM в России

Россия – это страна с огромными территориями при малой плотности населения. С учетом этого основным преимуществом цифрового радиовещания в стандарте DRM при внедрении его в нашей стране является большая зона покрытия сигналом, который обеспечивается одним вещательным передатчиком, что является следствием особенности распространения радиоволн в используемом диапазоне частот. Кроме того, на сегодняшний день на длинных, коротких и средних волнах в России не обеспечивается радиовещание в нужном количестве и качестве. DRM-радиовещание могло бы обеспечить качественным цифровым сигналом население на территориях, где нет FM-радиостанций или их количество недостаточно. С учетом того что DRM – это прежде всего монофоническое радиовещание, то в первую очередь напрашивается идея об организации вещания общественных и государственных радиостанций, работающих в формате talkradio и newsradio. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 28.03.2010 кажется вполне логичным. В нем признается целесообразным внедрение в России цифрового радиовещания в стандарте DRM, а также дается поручения Минкомсвязи, Минпромторгу и Ростех-регулированию организовать разработку соответствующих национальных стандартов. Однако дальше этого дело в нашей стране не пошло. Чего не скажешь о наших коллегах из Индии.

DRM-проект в Индии

Крупнейший в мире проект по внедрению цифрового радиовещания в стандарте DRM в настоящее время осуществляется в Индии. На рис. 1 представлена карта размещения DRM-передатчиков радиостанции AllIndiaRadio (AIR) c указанием их мощности. Значительная часть передатчиков уже поставлена и введена в эксплуатацию. Есть все основания предполагать, что до конца 2014 года все передатчики, указанные на представленной карте, будут в эфире.


По информации сайта www.drm.org, из 25 передатчиков, указанных на рис. 1, восемь работали в эфире уже в декабре 2013 года, обеспечивая уверенный прием DRM-сигнала на площади около 2 млн кв. км, с населением более 430 млн человек. В табл. 1 представлена информация о населенных пунктах, где расположены DRM-передатчики, площадь покрытия и охват населения.


В Индии проживает 1,2 млрд человек, это вторая страна в мире по населению после Китая. Есть все основания предполагать, что в ближайшее время на рынке появятся доступные DRM-приемники, так как теперь существует огромный рынок для их сбыта. Китай – крупнейший производитель бытовой электроники в современном мире – является соседом Индии.

Как работает DRM-радио

Программа звукового вещания и данные, которые позволяет дополнительно передать стандарт DRM, подаются на устройство под названием “контент-сервер”. После него в тракте формирования DRM-сигнала находятся модулятор и возбудитель.


После возбудителя высокочастотный сигнал подается на передатчик. Структурная схема тракта формирования DRM-сигнала представлена на рис. 2.

Контент-серверы

Идея наделения многоканального звукового кодера дополнительными функциями для формирования готового мультиплекса DRM-сигнала в формате MDI принадлежит институту Fraunhofer, где этот прибор назвали ContentServer™.

ContentServer™ является зарегистрированной торговой маркой, принадлежащей Fraunhofer. Как и в случае с копировальными аппаратами Xerox, название “контент-сервер” часто используется как имя нарицательное. Контент-сервер выполняет следующие три основные функции:

  • кодирование аудиоданных;
  • управление сопутствующими медиаданными (видео, графика, текст);
  • мультиплексирование всего медиаконтента в единый выходной MDI-поток.

Кроме Fraunhofer простейшие варианты контент-серверов производят некоторые разработчики модуляторов (Digi-dia, RIZ), для того чтобы была возможность подать программу звукового вещания непосредственно на модулятор. Как правило, возможности встроенных контент-серверов ограничены кодированием звуковых данных и формированием цифрового мультиплекса в формате MDI.

Контент-сервер Fraunhofer R5 обеспечивает кодирование четырех звуковых программ одновременно в реальном масштабе времени в соответствии с алгоритмами компрессии HE-AACv2, CELP и HVXC, включая многоканальные опции DRMSurroundSound и SXPro.

Контент-сервер может принимать входные звуковые данные в виде “живой” программы звукового вещания в аналоговом или цифровом виде или AoIP-потока в формате Livewire, а также в виде расписания, состоящего из файлов mp3 или wav.

Контент-сервер имеет пользовательский Web-интерфейс, который позволяет контролировать уровни сигналов, выполнять настройки и управлять работой устройства.

Сформированный контент-сервером выходной MDI/DCP сигнал может быть доставлен одновременно любому количеству DRM-модуляторов, которые расположены у разных передатчиков с поддержкой одночастотной радиовещательной сети. Содержание выходного сигнала может контролироваться через Web-интерфейс. Возможно вести запись в файл всего MDI/DCP-мультиплекса или отдельно каждого канала. Может быть задано неограниченное количество параметров мультиплексирования. Заданные конфигурации могут автоматически переключаться в соответствии с расписанием или выбираться вручную.

Для обеспечения безопасности и надежности работы в контент-сервер Fraun-hoferR5 встроен межсетевой экран (firewall) и осуществляется постоянная самодиагностика. Сигнализация о состоянии системы осуществляется через отчеты по e-mail, консоль, Web-интерфейс, логические релейные выходы и SNMP.

Fraunhofer продает свои контент-серверы только через партнеров, которые являются производителями DRM-оборудования. Производители передатчиков и модуляторов, в число которых входят Thomson, Nautel, Trans-radioи RFmondial, используют контент-серверы Fraunhofer, что позволяет им предлагать законченные решения для организации DRM-вещания.

Контент-сервер ALTO французского производителя Digidia реализован на базе персонального компьютера (PC).

Модуляторы

Модулятор осуществляет QFDM-модуляцию на основе контрольного пакета, который он получает от контент-сервера.

Модулятор должен иметь возможность внешней синхронизации для построения синхронных сетей цифрового вещания. С выхода модулятора на вход возбудителя поступает IQ-сигнал, который содержит информацию о фазе и амплитуде сигнала. Стандартного интерфейса между модулятором и возбудителем не существует, поэтому у разных производителей он может отличаться. Чаще всего IQ-сигнал передается через цифровой EBU-выход.

Многие производители предлагают модели модуляторов с встроенным возбудителем. В этом случае модулятор на выходе имеет высокочастотный сигнал, который необходимо лишь усилить до требуемой мощности. К таким типам модуляторов относятся:

  • RFmondialDRM30 Modulator/ RFExciterLV1e;
  • RIZ DRM Modulator Exciter;
  • Digidia DRM30 Modulator/RF ExciterSOPRANO;
  • Sat-SchneiderRM-Modulator;
  • TRANSRADIO DRM DMOD3;
  • THOMSON Stratus Modulator/RF Exciter.

Компании RFmondial, Digidia, THOMSON выпускают модуляторы и со встроенным контент-сервером. Такие модели удобны, когда требуется компактное, недорогое решение и нет необходимости в богатых функциональных возможностях внешнего контент-сервера.

DRM-модуляторы от компании RFmondial (Германия) могут поставляться как отдельное устройство в рековом корпусе 1U, так и в виде лицензий на встраиваемое программное обеспечение или аппаратных OEM-модулей.

Входной сигнал в формате MDI модулируется в соответствии со стандартом DRM (ETSI ES 201980). Настройка устройства осуществляется через последовательный порт или Web-интерфейс.

Входные интерфейсы: Ethernet или высокоскоростной последовательный интерфейс (HSSI).

Выходные интерфейсы: AES/EBU (тип разъема XLR), высокоскоростной последовательный интерфейс (HSSI).

Синхронизация: от внешнего источника 10 кГц или GPS.

Модулятор RFmondialLV6 обладает следующими возможностями:

  • коррекция пик-фактора и коррекция спектра, что позволяет при минимальных искажениях выходного сигнала существенно повысить КПД передатчика;
  • для синхронизации распространения программ звукового вещания одновременно в аналоговых и цифровых системах имеется дополнительный выход, на который сигнал подается с настраиваемой задержкой;
  • модулированный сигнал подается на второй выход с задаваемой задержкой для улучшения приема сигнала в зонах “замираний”;
  • поддержка режима симулькаста;
  • предварительная коррекция позволяет использовать передатчики с недостаточной линейностью АЧХ, компенсируя ее неравномерность;
  • модулятор имеет два интерфейса MDI, что позволяет принимать одновременно два входных сигнала и в случае аварии автоматически переключаться с одного входа на другой;
  • если невозможно принять два внешних MDI-сигнала, то в случае аварии и пропадания входного сигнала модулятор использует записанный на встроенный носитель MDI-поток, воспроизведение которого может быть “закольцовано”;
  • статус и параметры модулятора доступны через последовательный интерфейс или Ethernet по протоколу SNMP;
  • модулятор имеет надежный входной интерфейс, на транспортном уровне поддерживающий защиту данных и фрагментацию;
  • модулятор не содержит PC-компонентов, а основан на специализированной аппаратной платформе со встроенной операционной системой, что обеспечивает высокую надежность;
  • малое энергопотребление (менее 10 Вт) и пассивное охлаждение;
  • диапазон рабочих температур от - 20 до +70 °С;
  • соответствие спектральной маске с запасом (MER > 45 dB @ >20 dB).

Компания RFmondial предлагает модификацию модулятора со встроенным контент-сервером и возбудителем. Программы звукового вещания можно подать непосредственно на один из четырех звуковых входов модулятора или передать по Ethernet в виде AoIP-потока, распространенного в радиостудиях формата Li-vewire.

Производитель DRM-передатчиков Nautel использовал модуляторы RFmondial в своих последних поставках в Оман и Южную Корею.

Компания RIZ-Transmitters (Хорватия) предлагает модулятор со встроенным возбудителем в виде отдельного устройства в рековом корпусе 3U.

В Индию передатчики Nautel серии NX поставляются с модуляторами французской компании Digidia. Модулятор TENOR позволяет работать без использования отдельного контент-сервера, так как самостоятельно осуществляет кодирование звуковых сигналов. Модулятор SOPRANO имеет вход для MDI-сигнала и требует использования внешнего контент-сервера.

На фото (рис. 3) представлены готовые для тестирования перед отправкой в Индию комплекты DRM-оборудования для городов Ахмадабад (Гуджарат) и Ита-нагар (Аруначал-Прадеш). В стойках находятся контент-сервер DIGIDIA, модулятор DIGIDIA и контрольно-измерительный приемник Fraunhofer DT700. Представленные на фото стойки будут отправлены в Индию вместе с передатчиками Nautel NX 200.


Модулятор от TRANSRADIO обладает большим количеством функциональных возможностей, вследствие чего является самым дорогим устройством в своем классе. DMOD3 имеет встроенный возбудитель и может работать как в аналоговом AM-режиме (для этого имеется аналоговый вход), так и в цифровом режиме DRM30. Для формирования цифрового DRM-мультиплекса производитель рекомендует использовать внешний контент-сервер от Fraunhofer. Особенностью DMOD3 является автоматическая система предыскажений выходного сигнала с целью уменьшения внеполосного излучения передатчика. Предыскажения позволяют компенсировать линейные и нелинейные искажения, которые вносит передатчик в высокочастотный сигнал при его усилении.

Модулятор Stratus (TXW 5126D) от THOMSON имеет встроенный возбудитель и может работать в аналоговом режиме (АМ) или в цифровом (DRM).

Программный модулятор SPARK от группы немецких разработчиков поддерживает стандарты DRM, DRM+, AM+AMSS и FM+RDS. SPARK и обеспечивает весь набор скоростей звуковых потоков и режимов (A, B, C, D, E) работы DRM-системы в соответствии со стандартом. SPARK может формировать MDI-сигнал и выполнять роль простого контент-сервера, который можно использовать в исследовательских целях.


Модулятор SPARK полезен для использования в учебных лабораториях для исследований системы цифрового вещания DRM.

Модулятор Sat-Schneider DRM-Modulator использует программный модулятор SPARK работающий на серверной аппаратной платформе, которая находится внутри рекового корпуса, и операционной системе Ubuntu Linux. Все программное обеспечение установлено на флеш-карте памяти. Модулятор может контролироваться через систему удаленного доступа к рабочему столу компьютера. Выходная RMS-мощность модулятора 0 dBm, сигнал соответствует маске, как того требует ITU. Модулятор Sat-Schneider использовался для экспериментального цифрового вещания в формате DRM30 на частоте 243 кГц в г. Калунборг (Дания).

Возбудители

Возбудитель как самостоятельный продукт представляет интерес исключительно в лабораторных условиях для проведения исследований и разработки оборудования для DRM. Таким возбудителем является DiRaGen, который часто используется в лабораторных условиях в паре с программным модулятором SPARK.

Коротковолновый возбудитель DiRa-Gen рассчитан на сгенерированный при помощи PC DRM-сигнал. Для того чтобы сгенерировать DRM-сигнал, необходим персональный компьютер, оснащенный звуковой картой и программным модулятором DREAM или SPARK. Выходная частота может быть выбрана в пределах между 130 кГц и 30 МГц с шагом 1 Гц.

Контрольно-измерительные приемники

Контрольные DRM-приемники выпускаются компаниями RFmondial, DXTRA, Fraunhofer, WINRADIO и Digi-dia. Существует программный приемник с открытым кодом DREAM. Некоторые разработчики пытаются создавать приемники на его основе, однако такие приемники не отличаются высокими характеристиками и могут быть использованы только для исследований и экспериментов.

Наилучшими потребительскими качествами обладают приемники RFmon-dial и Fraunhofer. По этой причине эти приемники используют производители DRM-оборудования в комплексных решениях под собственным брендом. Кроме Fraunhofer DT700 (верхнее устройство на рис. 3), которые поставляются в комплектах с передатчиками Nautel NX 200, в Индии дополнительно используется 36 контрольно-измерительных приемников RFmondial.

Передатчики

Передатчики для DRM-вещания производят компании Nautel, Transradio, Continental Electronics, RIZ, Thomson и GatesAir. Все передатчики для DRM-проекта в Индии поставляются компанией Nautel.

Будущее DRM

Будущее DRM, как было сказано выше, во многом зависит от доступности и стоимости приемников. На сегодня это все еще остается проблемой номер один. Конечно, эксперты в области вещания во всем мире с большим вниманием наблюдают за DRM-проектом в Индии. От его успеха будет зависеть будущее DRM как в нашей стране, так и во всем мире. Прежде всего DRM подходит для организации цифрового вещания в государствах с большими территориями, а также для международного вещания. Мощное AM-вещание всегда было вопросом политическим. Безусловно, мощное радиовещание на длинных, средних и коротких волнах имеет перспективы в нашей стране. Но необходима политическая воля. Возможно, в недалеком будущем наше государство вернется к вопросам принятия DRM-стандарта как национального и реализации программы мощного радиовещания. Мощное радиовещание может иметь стратегическое значение при взаимодействии с МЧС и военными при чрезвычайных ситуациях.

Опубликовано: -2014
Посещений: 15008

Статьи по теме


  Автор
Сергей Соколов

Сергей Соколов

Генеральный директор компании "Дигитон Системс"

Всего статей:  25

В рубрику "Оборудование для радиовещания" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций