Журнал Радио 4 номер 1998 год. СВЯЗЬ: СРЕДСТВА И СПОСОБЫ

Журнал Радио 4 номер 1998 год. СВЯЗЬ: СРЕДСТВА И СПОСОБЫ ЦИФРОВОЕ РАДИОВЕЩАНИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМ ЦИФРОВОГО ЗВУК0В0Г0 РАДИОВЕЩАНИЯ Л. КАЦНЕЛЬСОН, канд. техн. наук, г. Санкт-Петербург   В 1996 г. журнал опубликовал два материала по проблеме цифрового звукового радиовещания. Это было время "нулевого цикла", когда решение о необходимости переходить на эфирное цифровое радиовещание созрело, но внедрение в практику еще не подтверждалось техническими предпосылками разработок подобных систем. Не был выработан и единый мировой стандарт. Поэтому в предыдущих публикациях речь шла только о возможностях цифрового вещания. В данной статье автор знакомит читателей с результатами испытаний различных конкретных систем, проведенных подкомитетом цифрового радиовещания Международной Ассоциации производителей потребительской электроники (СЕМА — Consumer Electronics Manufacturers Association), которые, надеемся, позволят мировому сообществу сделать еще один шаг на пути к поставленной цели.

К цифровому звуковому радиовещанию (ЦЗРВ) в настоящее время привлечено повышенное внимание во многих развитых странах мира- Это обусловлено новыми возможностями, которые открывает внедрение ЦЗРВ: высокое качество звуковоспроизведения, характерное для проигрывателей компакт-дисков; возможность передачи дополнительной информации, в частности программ "радио мультимедиа", сочетающих звуковую, видео, графическую, текстовую и другие виды информации; создание международных радиовещательных сетей и т. д.

Существующие системы ЦЗРВ можно разделить на две категории:
— системы, требующие для функционирования выделения отдельного частотного диапазона, свободного от других радиослужб;
—системы, для работы которых это не является необходимым условием.

Наиболее совершенной из разработанных ныне систем ЦЗРВ, относящейся к первой категории, является "Эврика-147/DAB" (DAB-digital audio broadcasting). Ей была посвящена статья в [1]. Эта система принята Европейским радиовещательным союзом (European Broadcasting Union — EBU) в качестве общеевропейской и рекомендована для внедрения во всем мире Межсоюзной технической комиссией Всемирной конференции радиовещательных союзов (Inter-Union Technical Committee of the World Conference of Broadcasting Unions). Системное построение и технические характеристики системы ЦЗРВ "Эврика-147/DAB" регламентированы в принятом в 1995 г. и дополненном в 1997 г. Европейском телекоммуникационном стандарте ETS 300 401 [3].

Для функционирования системы "Эврика-147/DAB" требуется выделение в диапазоне частот от 30 МГц до 3 ГГц полосы частот шириной не менее 1,54 МГц на один комплексный сигнал ЦЗРВ (так называемый "DAB-блок" или "ансамбль"), который может содержать, например, шесть высококачественных стереопрограмм и разнообразную дополнительную информацию.

Указанная система ЦЗРВ широко внедряется в ряде европейских и других стран. В частности, в Великобритании для наземного ЦЗРВ-DAB выделен диапазон частот 217,5... 230,0 МГц, в котором может быть размещено семь национальных и региональных многопрограммных DAB-блоков [ 5 ]. В Германии для наземного ЦЗРВ-DAB отведен диапазон частот 223... 230 МГц (12-й телевизионный канал), а также 1452... 1467,5 МГц (L-диапазон), что позволяет обеспечить прием в любой точке Германии, как минимум, двух DAB-блоков [6]. В этих странах с 1997 г. начато регулярное вещание по данной системе, а многие другие развитые европейские страны и Канада практически готовы начать такое вещание.

Ко второй категории относятся системы ЦЗРВ-IBAC/IBOC, разработанные в США. Они предназначены для работы в УКВ диапазоне 88...108 МГц и СВ диапазоне 525... 1608 кГц одновременно с существующими аналоговыми ЧМ и AM радиостанциями, вещающими в этих же диапазонах. На существование таких систем указывается, в частности, в [2]. В той же статье высказывается мнение о том, что, с точки зрения экономии радиочастотного спектра, система ЦЗРВ типа IBOC является предпочтительной для внедрения в России.

С целью проведения сравнительного анализа технических возможностей и характеристик различных систем ЦЗРВ в 1995-1996 гг. в США под эгидой Ассоциации электронной промышленности (Electronic Industry Assotiation — EIА) были проведены их лабораторные и полевые испытания.

Для лабораторных испытаний организация СЕМА (США), которая является одной из секторов EIA, выбрала семь следующих систем ЦЗРВ, разработанных в течение последних нескольких лет [4]:

1. Система, разработанная фирмами ATT и Lucent Technologies (США).

Она предназначена для работы в 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" (IВАС), второй — "In-Band Reserved Channel" (IBRC). Цифровой сигнал занимает один свободный ЧМ канал шириной 200 кГц. В нем могут передаваться с высоким качеством одна звуковая стереопрограмма и дополнительная информация. Цифровое кодирование звуковых сигналов обеспечивается с помощью так называемого "перцептуального аудиокодера" (Perceptual Audio Coder — РАС), разработанного фирмой ATT. Скорость передачи цифрового звукового стереосигнала на выходе этого кодера составляет 160 кбит/с. Общая скорость цифрового потока, поступающего на модулятор передатчика, — 360 кбит/с. В системе применяется четы-рехпозиционная фазовая модуляция и трехуровневый метод защиты от ошибок для обеспечения качества звуковоспроизведения при ухудшении условий передачи сигналов. Радиочастотный сигнал содержит пилот-тон, который необходим для эффективного восстановления несущей.

2. Система, разработанная фирмами ATT/Amati и Lucent Technologies (США), также предназначена для работы в 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". Как и в предыдущей системе, в цифровом сигнале может передаваться одна высококачественная звуковая стереопрограмма и дополнительная информация. Кодирование звукового сигнала осуществляется с помощью кодера РАС при скорости цифрового потока 160 кбит/с на стереосигнал. 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 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 [1].

3. Система VOA/JPL (США) 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 данной системе, занимает один канал с шириной полосы частот, равной 200 кГц. Кодирование звуковых сигналов также осуществляется в помощью кодера РАС при скорости передачи цифрового потока, равной 160 кбит/с. В системе применяется четырехпозиционная фазоразностная модуляция передаваемого сигнала.

4. Система USADR FM-1 (США) — это тоже IBOC-система (см. п. 2), однако скорость передачи кодированного цифрового звукового сигнала может изменяться от 128 до 256 кбит/с. Кроме того, цифровой сигнал занимает две боковые полосы частот шириной по 100 кГц каждая. Расположены они симметрично на удалении от 120 до 220 кГц от несущей ЧМ сигнала. Ширина полосы частот, занимаемая комплексным вещательным сигналом, составляет 440 кГц. В этой системе применяется разделение цифрового сигнала на 48 субканалов, причем скорость передачи цифрового потока в каждом из них составляет 8 кбит/с. По дополнительному 49-му каналу передается специальный сигнал для борьбы с многолучевым распространением. Средняя мощность цифрового сигнала на 15 дБ ниже мощности основного ЧМ сигнала. Общая скорость передачи цифрового потока составляет 384 кбит/с.

5. Система USADR FM-2 (США) тоже является системой IBOC, использующей 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 восьмиуровневая амплитудно-разностная ключевая модуляция (8 level amplitude shift key modulation).

6. Система USADR AM (США) 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. В последнем может содержаться одна стереопрограмма и дополнительная информация. Кодирование звукового сигнала производится с помощью кодера, выполненного по системе MUSICAM [1] при скорости цифрового потока на его выходе, равной 96 кбит/с. В этот сигнал может быть введен дополнительный поток данных со скоростью 2,4 кбит/с. Общая скорость передачи цифровой информации равна 128 кбит/с. Ширина полосы частот, занимаемой комплексным вещательным сигналом, составляет 40 кГц.

7. Система "Эврика-147/DAB" [1] испытывалась в лабораторных и полевых условиях при работе в L-диапазоне (1452... 1492 МГц). В системе применяется метод модуляции COFDM. Количество несущих в передаваемом сигнале равнялось 384, что соответствует режиму II [1,3]. Цифровое кодирование звуковых сигналов производилось кодерами MUSICAM [1] 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 "Эврика- 147/DAB" испытывалась на способность передавать пять стереоканалов: один — со скоростью 256 кбит/с; два — со скоростью 224 кбит/с; 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 кбит/с и 24 кбит/с соответственно.

Результаты лабораторных и полевых испытаний выявили, в частности, следующее [4]:

А. Совместимость

Помехи типа "сигнал IBOC — сигнал ведущей ЧМ станции". Во всех тестируемых ЧМ IBOC системах (пп. 2, 4, 5) выявлено неприемлемое снижение качества приема ведущих ЧМ станций, возникающее вследствие влияния цифровых сигналов IBOC на аналоговые ЧМ сигналы. Соответственно это является фундаментальным недостатком IBOC систем — они несовместимы с существующими вещательными ЧМ приемниками.

Все ЧМ IBOC системы несколько ухудшают характеристики основной ЧМ станции на поднесущих 67 и 92 кГц, 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 станций, вещающих в первом или втором соседнем канале. Результаты измерений показали, что уровни помех по первому соседнему каналу на 25 дБ хуже, чем защитные соотношения для ЧМ вещания, а по второму соседнему каналу — на 22 дБ хуже. Результирующие помехи приему существующего аналогового 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 IBOC системы (пп. 2,4,5) создают помехи типа "цифровой сигнал — цифровой сигнал" на первом соседнем канапе, а системы USADR (пп. 4, 5) — и на втором соседнем канапе. Результирующая площадь покрытия цифровым сигналом ограничена вследствие возникновения помех, обусловленных тем, что те же частоты занимают существующие радиовещательные аналоговые ЧМ станции.

Система ATT/Lucent IBAC (см. п. 1) также имеет ограниченный потенциал покрытия ввиду наличия помех от существующих ЧМ станций на частотах передачи цифрового сигнала, который занимает первый и второй соседние каналы.

Б. Устойчивость приема сигналов

При ухудшении условий приема радиочастотных сигналов и в условиях многолучевого распространения системы IBOC (ATT/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 [4] 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 "Эврика-147/DAB" показала 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. При этом использовались следующие градации средних оценок качества звуковоспроизведения по сравнению с рекомендуемым качеством, которое обеспечивают проигрыватели компакт-дисков (CD-качество):

-1,0...0 не раздражающее;
-2,0...-1,0 слегка раздражающее;
-3,0...-2,0 раздражающее;
-4,0...-3,0 очень раздражающее.

Результаты, характеризующие качество звуковоспроизведения представленных систем ЦЗРВ, приведены в таблице.

По мнению экспертов, система "Эврика-147/DAB" при скорости передачи цифрового звукового потока 224 кбит/с обеспечивает лучшее качество воспроизведения звуковых программ.

Система USADR AM (п.6) получила в среднем оценку качества звуковоспроизведения, относящуюся к категории "раздражающее", хотя ряд звуковых материалов получил оценку "очень раздражающее".

По поводу систем IBOC/IBAC (пп.1, 2, 4, 5, 6) в [4] отмечается, что для внутридиапазонных систем, которым присуща несовместимость с существующим аналоговым ЧМ приемом, дальнейшая оценка относительного уровня качества звуковоспроизведения является неуместной.

Г. Возможность передачи данных

Все системы обладают какими-либо возможностями для передачи данных. Однако система "Эврика- 147/DAB", позволяющая динамическое размещение каналов данных, передаваемых с различными скоростями, обеспечивает и прекрасные условия для будущей эксплуатации.

На основании результатов проведенных испытаний можно сделать следующие выводы.

Системы типа IBOC (пп. 2, 4, 5, 6) обладают рядом фундаментальных недостатков:

— отсутствие устойчивости к помехам, вызванным многолучевым распространением сигналов (что делает эти системы непригодными для пользователей на подвижных объектах или в любых других местах, где возможен прием отраженных сигналов);
— неприемлемое ухудшение параметров сигнала ведущей ЧМ радиостанции, что приводит к несовместимости данной системы с существующими радиовещательными ЧМ приемниками (а их общее число у потребителей достигает десятки миллионов единиц).

Общим недостатком для систем IBOC и IBAC (см. п.1) является наличие взаимных помех между цифровыми и аналоговыми сигналами, передаваемыми в пределах УКВ диапазона 88...108 МГц в одних и тех же или близко расположенных каналах. Это приводит к невозможности для указанных систем удовлетворительно работать при существующем распределении частот, а также усугубляет их несовместимость с ЧМ приемниками.

Учитывая изложенное, комиссия СЕМА сделала такие заключения.

1. Нижеперечисленные системы ЦЗРВ не позволяют достичь минимально приемлемого уровня характеристик и не рекомендуются для дальнейшего рассмотрения:

ATT/Amati/Lucent Technologies (п. 2, IBOC);
ATT/Lucent Technologies (п. 1, IBAC);
USADR FM-1 (п. 4, IBOC);
USADR FM-2 (п. 5, IBOC);
USADR AM(п. 6, IBOC).

Другими словами, эти системы непригодны для организации высококачественного цифрового звукового вещания.

2. Система непосредственного спутникового вещания VOA/JPL(cm. п. 3) также обладает низкой устойчивостью к помехам, вызванным многолучевым распространением сигналов. Кроме того, эта система не обеспечивает возможность приема сигналов в отсутствии прямой видимости между приемной антенной пользователя и искусственным спутником Земли при наличии блокирующих препятствий (зданий или Других строений, деревьев, холмов, скал и т.д.). Эти недостатки обусловливают непригодность данной системы для обслуживания пользователей, находящихся, например, в движущихся автомобилях в городских условиях, в лесу или в горах.

3. На основании проведенных испытаний экспертная комиссия СЕМА сделала следующий общий вывод: из всех тестируемых систем только "Эврика-147/DAB" обеспечивает те параметры качества звучания и устойчивости приема сигналов, которые радиослушатели ожидают от новой службы цифрового звукового радиовещания.

Из изложенного здесь следует, что для внедрения в России можно рекомендовать систему ЦЗРВ "Эврика-147/DAB". Она не имеет достойных конкурентов, завоевала широкое признание и внедряется не только в европейских, но и во многих других странах мира.

ЛИТЕРАТУРА
1. Денин А., Кацнельсон Л. Система цифрового радиовещания "Эврика-147". — Радио,
1996, ╧8. с. 30-32.
2. Исаев А., Мишенков С. Цифровое радиовещание: состояние и перспективы. — Радио, 1996, ╧11,с.6,7.
3. ETS 300 401 (FINAL DRAFT), January
1997, Second Edition; Radio Broadcasting systems; Digital Audio Broadcasting (DAB) to mobil, portable and fixed receivers.
4. Report of the field test tack group; field test data presentation. Desember 1996. Working Group В "Testing" of the СЕМА — DAR Subcommitee. Consumer Electronics Manufacturers Assotiation a sector of Electronic Industries Assotiation. Prepared by Lohnes and Culver. Washington D.C. Robert D. Culver PE.
5. A guide to BBC DAB services and receiver implementation, using European Standard ETS 300 401. A BBC DAB Publication [ref RD 0541P (96)] produced jointly by BBC Research and Development Departament and BBC Radio.
6. Digital Audio Broadcasting (DAB) — Der Radiohighway. Jahresbericht 1994/1995. Annual Report. Schriftenreihe der DAB-Plattform e. V. Heft 17. Am Moosfeld 31.81829 Munchen.

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 4 номер 1998 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.