Ведомственные аспекты внедрения DRM-вещания в России | Телекоммуникации вчера, сегодня, завтра

Последовательность действий при создании объекта радиосвязи

Бланк формы №1 ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ РЭС

Поставка оборудования обеспеченного радиочастотами

Витрина



Ведомственные аспекты внедрения DRM-вещания в России

Радиовещание в коротковолновом диапазоне остается важным аспектом мировой и национальной политики, обеспечивая беспрецедентные возможности для дальних радиопередач. Однако низкое качество аналогового АМ вещания, обусловленное сильной зависимостью от изменяющихся параметров ионосферного распространения радиоволн, приводит к оттоку потенциальных радиослушателей.

Главная цель цифрового радиовещания DRM - резкое улучшение качества приема (не хуже ЧМ вещания в УКВ диапазоне) по сравнению с традиционным аналоговым радиовещанием в диапазоне коротких волн, переведя в результате этого вещательные КВ каналы из чисто информационных в разряд художественно-информационных.

Проведенный анализ показал возможность передачи и качественного приема сигна-лов DRM в КВ диапазоне на расстояниях до 20 тыс. км  (половине длины экватора), т.е фактически возможно организовать цифровое радиовещание для любой точки мира с испо-льзованием одной радиостанции путем правильного выбора рабочей частоты и антенной системы. Анализ проведенных экспериментальных исследований различных систем аналогового и цифрового радиовещания показал возможность существенного сокращения мощности передающих устройств при переходе к DRM вещанию с сохранением неизменных зон обслуживания и существенном повышении качества связи. Мощность передатчиков DRM может быть меньше мощности АМ передатчиков в 2,5 – 4 раза.

Радиовещание DRM в КВ диапазоне возможно с использованием полосы частот 5, 10 или 20 кГц. При этом основным является режим работы в полосе 10 кГц. Для организации аналогового АМ радиовещания необходима полосы частот как минимум в 2 раза превышаю-щая верхнюю частоту спектра передаваемого речевого сигнала. Т.е. для передачи стандарт-ного канала тональной частоты (0,3 - 3,4 кГц) необходимая ширина спектра радиосигнала составит 7 кГц, а для передачи речевого сигнала полосой 5 кГц необходимо не менее 10 кГц. Таким образом, переход от аналогового АМ радиовещания к цифровому DRM радиовеща-нию не приведет к необходимости расширения полосы используемых радиочастот.

Для организации цифрового радиовещания можно использовать существующие ана-логовые передатчики при соответствующей доработке, связанной с необходимостью линеа-ризации их характеристики во избежание искажений при передаче цифровых сигналов.

Для приема сигналов цифрового радиовещания в формате DRM могут быть использованы как специализированные приемники, которые в настоящее время стоят порядка 300-700 долларов, так и аналоговые приемники при их подключении к ПЭВМ с программной обработкой цифрового сигнала на компьютере. Наиболее известными софт-приемниками являются программы DREAM и DRM Software Radio Merlin Communications.

Реализация цифрового радиовещания стандарта DRM в России позволит:

  • обеспечить глобальный охват населения радиопрограммами;
  • существенное улучшить качество радиопрограмм;
  • снизить излучаемую мощность и улучшить экологическую обстановку;
  • расширить зоны охвата и повысить качество радиопрограмм при организации вещания на зарубежные страны.

Цифровое радиовещание в стандарте DRM позволит не только организовать качественное звуковое вещание на значительной территории, но и обеспечить возможность адресной передачи (как всем, так и избранным пользователям) речевых сигналов и разнообразной дополнительной информации (данные, текстовая и графическая информация, неподвижные изображения). Кроме того, стандарт DRM предусматривает возможность совместной передачи в одном канале сигнала цифрового радиовещания и аналогового вещательного сигнала с амплитудной или однополосной модуляцией с верхней боковой полосой или нижней боковой полосой.

При исследовании процессов взаимодействия РЭС ведомственного назначения с радиовещательными системами необходимо учитывать технические особенности и режимы работы вещательных станций стандарта DRM. Применение метода копирования спектра-льных полос (SBR) позволяет расширить диапазон воспроизводимых частот звукового сигнала более чем в 2 раза за счет воссоздания высокочастотных составляющих спектра ЗС, т.е. фактически уменьшить в 2 раза необходимую ширину спектра DRM сигнала.

В тракте передачи системы DRM формируются три системных канала, имеющие разную чувствительность к ошибкам в канале передаче и, соответственно, разную степень помехоустойчивого кодирования:

  • MSC – главный канал передачи пользовательской информации;
  • FAC – канал быстрого доступа;
  • SDC – канал описания пользовательской информации.

Для канального кодирования в системе DRM применяются перфорированные сверточные коды, полученные из одного базового кода, скорость которого R = 1/4, а длина кодового ограничения L = 7. В зависимости от требований к уровням защиты информации от ошибок скорость кода может варьироваться от R=1/4 до R=8/9.

Для передачи сигналов в радиоэфире используются OFDM сигналы с квадратурной амплитудной манипуляцией с различными типами сигнального созвездия (4-QAM, 16-QAM, 64-QAM). Использование OFDM сигналов позволяет уменьшить влияние многолучевого распространения и частотно-селективных замираний в радиоканале на качество приема сигнала DRM. Для передачи пользовательской информации (собственно звуковое радиовещание) применяются 16-QAM, 64-QAM. Использование 64-QAM позволяет повысить пропускную способность канала, но резко снижает помехоустойчивость. Наилучшее качество передаваемой информации обеспечивается при 16-QAM.

Параметры OFDM сигнала зависят от полосы частот, занимаемых каналом DRM, количества несущих и их расположения по отношению к опорной частоте fR.

Стандарт DRM предусматривает реализацию режимов работы, определяемых четырьмя режимами устойчивости (A, B, C, D). В КВ диапазоне используются режимы B, C, D. Режим В является основным, он обеспечивает наибольшую пропускную способность при приемлемой степени устойчивости в каналах с замираниями сигналов с частотной и временной селективностью и длительной задержкой. Использование режимов C и D возможно для организации радиовещания на наиболее проблемных территориях, с точки зрения условий распространения радиоволн: большим доплеровским сдвигом и очень большой задержкой (защитный интервал в режиме D ‑ 7.33 мс).

В режиме B с полосой 20 кГц при использовании сигналов 64-QAM скорость пере-дачи полезной (радиовещательной, пользовательской) информации составит около 56 кбит/с. В режимах C и D скорость будет несколько ниже и составит соответственно 45 и 30 кбит/с. В полосе 10 кГц скорость передачи составит 28 кбит/с при 64-QAM и 18 кбит/с при 16-QAM. Результаты экспериментальных испытаний подтверждают возможность организации надежного радиовещания со скоростью 17 кбит/с на расстояния более 3 тысяч километров (вплоть до 11 тысяч километров).

В стандарте DRM есть возможность работы с различной шириной спектра сигнала (4,5; 5; 9; 10; 18; 20 кГц). Основным режимом работы в КВ диапазоне является режим с шириной спектра излучаемого сигнала 10 кГц. В условиях недостаточного частотного ресурса может использоваться режим с шириной спектра 5 кГц, а для организации радиовещания в условиях свободной сигнальной обстановки (например, для удаленных малонаселенных районов) возможно использование полосы 20 кГц с увеличением пропускной способности.

Кроме того, следует отметить, что одним из серьезных преимуществ DRM является то, что ширина полосы формируемого цифрового вещательного сигнала полностью эквивалентна ширине полосы существующего аналогового сигнала и, таким образом, не требуется выделение каких-либо дополнительных диапазонов частот для организации цифрового радиовещания. То есть предлагается пока сохранить существующую частотную «сетку» вещания с постепенным переводом части аналоговых передатчиков на цифровые стандарта DRM. Другими словами, методы внедрения цифрового радиовещания на территории РФ не должны радикально менять существующую систему вещания.

Возможность внедрения любого нового РЭС в полосу частот, уже используемую другими РЭС (в частности и РЭС связи ведомственного назначения) должна быть определена решением проблемы обеспечения электромагнитной совместимости между ними. Учитывая географическое положение и размеры территории РФ, КВ связь остаётся одним из основных видов связи как в народном хозяйстве, так и в вооруженных силах.

В связи с высокой загрузкой КВ диапазона средствами различных назначений, высокой активностью функционирования этих средств, а также учитывая сложившийся организационный порядок распределения частот в РФ для гражданского и военного сегмента, целесообразно на настоящий момент воздержаться от перевода полос частот, выделенных под радиовещание на территории РФ, из категории СИ в категорию ГР – до проведения соответствующих работ, в том числе конверсионных.

Проведенный анализ условий использования полос частот средствами радиовеща-тельной, фиксированной и подвижной служб показал неполное соответствие национального и международного (для района 1, включающего территорию Российской Федерации) распре-делений полос частот.

Вышеуказанные полосы частот возможно разделить на 4 категории:

  1. Полосы частот, распределённые радиовещательной службе согласно Регламенту радиосвязи и национальной таблице распределения частот, имеющие в ней категорию ГР: 5950-6200, 7100-7200, 7200-7300, 9500 – 9800, 11700-12050, 15100-15550, 17550-17900, 21450-21750, 25670-26100 кГц. В указанных полосах частот уже может внедряться цифровое радиовещание.
  2. Полосы частот, распределённые радиовещательной службе согласно Регламенту радиосвязи и национальной таблице распределения частот, имеющие в ней категорию СИ: 5900-5950, 7300-7350, 9400-9500, 11600-11650, 12050-12100, 13570-13600, 13800-13870, 15600-15800, 17480-17550, 18900-19020  кГц. С 1 апреля 2007 г. эти полосы используются радиовещательной службой при условии применения процедур статьи 12 РР, причём администрациям настоятельно предлагается использовать эти полосы для облегчения внедрения излучений с цифровой модуляцией в соответствии с положениями Резолюции 517 РР (Пересмотрена на ВКР-03) (Рекомендация ITU-R 5.134 серии S). Таким образом, в указанных полосах частот имеется приоритет радиовещательной службе, и эти полосы частот возможно рекомендовать к внедрению ЦРВ и изменению категории с СИ на ГР в процессе проведения соответствующих работ..
  3. Полосы частот, распределённые радиовещательной службе согласно Регламенту радиосвязи и национальной таблице распределения частот, имеющие в ней категорию СИ: 7350-7450, 9800-9900, 11650-11700, 13600-13800, 15550-15600, 21750-21850 кГц. Указанные полосы частот целесообразно рекомендовать к исследованию возможности обеспечения беспомеховой работы радиовещательной службе и возможности внедрения ЦРВ в рамках сближения национального и международного распределений при проведении дальнейших работ, в том числе конверсионных.
  4. Полосы частот 3200-3230, 3230-3400, 4750-4850, 4850-4995, 5005-5060 кГц согласно национальному распределению вообще не выделены для радиовещательной службы, в чем проявляется несоответствие национального и международного распределений. Эти полосы частот являются не сильно актуальными для развития цифрового радиовещания ввиду особенностей ионосферного распространения радиоволн и большого уровня внешних шумов.

Частотно-территориальный разнос РЭС СН и СР позволяют решить основные организационные мероприятия обеспечения их ЭМС. При этом приведенные нормы ЧТР РЭС СН и СР позволяют:

  • по известным видам работы, дистанциям связи и соотношениям мощностей РПУ определять минимально допустимое взаимное удаление и разнос частот между РПрУ и РПУ взаимодействующих радиолиний при обеспечении их работы с требуемым качеством;
  • находить предельную дистанцию связи, при которой в условиях НРП от других РЭС еще обеспечивается требуемое качество связи;
  • устанавливать рациональную повторяемость частот, используемых для обеспечения связи земными волнами в различных территориальных районах;
  • прогнозировать районы возможного размещения источников НРП;
  • определять необходимые параметры радиолинии для обеспечения связи на заданную дальность в условиях воздействия НРП от других РПУ.

Оценка уровней мешающих сигналов от передатчиков наземного цифрового радиовещания стандарта DRM для КВ средств связи различного назначения приводит к выводу, что широко применяемый в других случаях частотно-территориальный разнос применительно к радиовещанию в этом диапазоне сводится к частотному разносу.

Ссылка на то обстоятельство, что средства DRM в других странах уже внедрены, для России не может быть определяющей. Дело в том, что размеры территорий других стран, как правило, много меньше, чем наша  территория, и поэтому потребности в радиолиниях ионо-сферного рассеяния у этих стран нет или значительно меньше. КВ диапазон для радиолиний они почти не используют, тогда как для РЭС связи военного и гражданского назначения в нашей стране востребован. Радиостанции военного назначения (все, кроме комплекса «Акведук») рабо-тают в режиме АМ-ЧМ-модуляции. Хотя в настоящее время промышленностью проводятся работы по переходу на цифровые помехозащищенные режимы работы средств связи военного назначения, однако парк радиостанций обновляется медленно из-за недостаточного финансирования.

Наибольшими преимуществами по обеспечению электромагнитной совместимости между РЭС различного назначения обладает полоса 18900-19020 МГц, которую представляется возможным рекомендовать к изменению категории полосы в первую очередь. Выделение данной полосы под изменение категории в целях обеспечения дополнительного частотного ресурса для систем цифрового радиовещания стандарта DRM наиболее целесообразно при проведении в дальнейшем натурных испытаний.

Вместе с тем, учитывая то обстоятельство, что в Районе 1 другими странами нача-лось использование полос частот, распределенных служб наземного радиовещания, в перс-пективе следует проводить политику сближения полос частот для наземного радиовещания, выделенных на территории России. Поскольку переход на цифровое радиовещание потре-бует достаточно длительного времени (до 2015 года), основным направлением должна стать постепенная замена передатчиков аналогового вещания на цифровое в тех же полосах частот. В переходный период целесообразно провести натурные испытания на ЭМС со средствами связи специального назначения с целью определения защитных отношений.

Литература 

  1. Standard ETSI ES 201 980 v2.2.1 2005-10. Digital Radio Mondiale (DRM); System Specification.
  2. Фокин Н., Третьяк С. Измерения и испытания в системе цифрового радиовещания в диапазонах ДВ, СВ и КВ // «Broadcasting. Телевидение и радиовещание»,  №2, 2004.
  3. Шайдуров А. DRM в России: результаты экспериментального вещания // «Broadcasting. Телевидение и радиовещание» №6, 2004
  4. Кацнельсон Л.Н. Система цифрового радиовещания DRM.- СПб.: СПбГУТК им. М.А. Бонч-Бруевича, 2006.
  5. Требования ГКРЧ. Нормы 19-02 «Нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения радиопередатчиков гражданского назначения».
  6. Стандарт DRM: особенности, возможности, преимущества. Петер Зенгер. Broadcasting №5, 2006г.
  7. Нормы 19-02 «Нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения радиопередатчиков гражданского применения».- Допол­нение №1 «Системы цифрового звукового и телевизионного вещания с использованием модуляции COFDM».- 2002г.
  8. Регламент радиосвязи. Статья S12. Сезонное планирование ВЧ полос, распределенных радиовещательной службе между 5900 кГц и 26100 кГц.



Поиск по сайту


Смотрите также