Перспективы цифрового радиовещания (стр. 1 )

1 Введение

Перспективы цифрового радиовещания 

Для цифрового радиовещания в диапазоне длинных, средних и коротких волн разработан стандарт DRM. Разработчики решили обратиться к этим диапазонам, поскольку они дают беспрецедентные возможности для дальнего вещания при существенно меньших затратах на его организацию, а техническое качество вещания с амплитудной модуляцией уже не отвечает современным требованиям.
Организация DRM (Digital Radio Mondiale) была основана в марте 1998 г. Это некоммерческий международный консорциум, включающий более 60 участников из Европы, Азии и Америки, в том числе российский канал "Голос России". В основу нового стандарта, названного "система А" положен доработанный прототип системы Skywave-2000, разработанной французской фирмой Thomcast. Осенью 2000 года Международный Союз Электросвязи рекомендовал своим членам использовать его, после чего закрепилось название "система DRM".
Формат характеризуется гибкими параметрами передачи, позволяющими использовать его во всех диапазонах ниже 30 МГц. Одновременно он может использоваться и для диапазона УКВ. Первые системы DRM обеспечивают радиовещание в стандартной полосе радиоканала, составляющей 9/10 кГц. Впоследствии можно формировать и более широкие потоки, повышая качество передачи сигнала. Для внедрения новой системы можно модернизировать существующие АМ-передатчики, что снимет ряд проблем переходного периода.

Преимущества DRM и перспективы его внедрения

Цифровое радиовещание планируется вводить постепенно. Аналогично тому, как сегодняшние радиоприемники принимают одновременно AM - и ОВЧ-ЧМ-трансляции, завтрашние, будут принимать дополнительно DAB и

DRM. Для этого приемник оборудуются несколькими тюнерами, которые по промежуточной или низкой частоте будут выдавать сигналы на общий блок низкочастотной цифровой обработки. Поскольку DRM можно будет принимать на существующих частотах AM, переход от аналогового радио к цифровому для слушателей, имеющих цифровые приемники, произойдет без особых проблем: первое поколение этих приемников комбинированное, то есть у слушателя имеется возможность принимать и аналоговый и цифровой сигналы.

DRM можно будет принимать как на домашних, так и на автомобильных и переносных цифровых приемниках. Чтобы "поймать" станцию, достаточно будет задать на дисплее цифрового приемника ее название. Потребителю больше не придется искать нужную волну, приемник сам будет автоматически подстраиваться, находя частоту, оптимальную в данное время.

Переход на цифру также позволит более рационально использовать имеющийся спектр. Для DRM это связано и с компактным распределением сигнала в полосе и с возможностью создания одночастотных сетей, а также с тем, что высокая помехозащищенность КВ-сигнала позволяет формировать меньше альтернативных каналов, нежели при аналоговом КВ-вещании.

Преимущества DRM для слушателя:

FM-качество на длинных, средних и коротких волнах в любое время и в любой точке планеты; относительно дешевые, легкие в обращении приемники, более разнообразные программы, которые предоставляют цифровые технологии; радиоприемники, которые сочетают качественный звук с видеотекстом, что позволяет слушателям всегда знать, что он слушает, а также получать дополнительную информацию.

Преимущества DRM для радиовещателя:

дальнейшее использование существующей передающей техники и российских частот; экономичное использование радиочастотного спектра (РЧС), что позволяет осуществлять передачу цифровой звуковой программы с полосой до 10-15 кГц в канале, совмещенном с каналом аналогового радиовещания (на частотах ниже 30 МГц); использование маломощных передатчиков при той же зоне обслуживания, что и при аналоговых системах. Передача на малой мощности позволяет эффективно декодировать сигнал при отношении сигнал/шум порядка 5 дБ; повышение помехоустойчивости; упрощенный контроль качества сигнала и охвата большой территории сигналом высокого качества, обеспечение приема при низких затратах энергии; возможность расширить спектр услуг, предлагаемых слушателю; расширение аудитории.

Преимущества DRM для производителей:

обновление старых технологий AM; расширение потенциального рынка сбыта для производителей приемопередающих систем.

Краткое описание стандарта DRM

В отличие от стандарта DAB, использующего MPEG II, в DRM применяется более современный вариант компрессии MPEG-4. Он включает адаптивный механизм компрессии сигнала AAC (AdvancedAudioCoding) в моно и стереовариантах, а также CELP (Code-exitedLinearPrediction) для высококачественного кодирования речи и шумоподобных сигналов. В MPEG-4 долговременное предсказание проводится не во временной, а в

спектральной плоскости. Кодер делает предсказание, а затем кодирует либо разницу между реальным и предсказанным сигналом, либо сам входной сигнал, если его значение можно закодировать более компактно, чем разницу. Кроме того, кодер поддерживает несколько новых механизмов, связанных со способностью потока адаптироваться к изменениям параметров канала. Любой из вариантов может дополняться техникой SBR (SpectralBandReplicatoin), предназначенной для повышения качества передачи верхних частот. При передаче на частотах ниже 30 МГц все форматы, кроме стереофонического, используют полосу 9/10 МГц. Использование техники SBR требует более широкой полосы. В DRM, как и в DAB, применяется система модуляции СOFDM.

Рисунок 1- Структура сигнала COFDM

Эта система весьма эффективна для передачи сигналов по радиоканалу с многолучевым распространением радиоволн и селективным замиранием сигнала, характерным для коротких волн. Для компенсации помех многолучевого распространения используется защитный интервал. Он не должен превышать 20% от общей длительности символа, чтобы не снизить пропускную способность канала. Количество несущих, размещаемых в полосе частот канала, ограничивается Допплеровским смещением частоты

сигнала, возникающим в режиме мобильного приема. С учетом этих факторов в полосе 9/10 кГц используется около 200 несущих. Их точное количество, равно как и длительность символа и защитного интервала, зависит от характера распространения радиоволн (поверхностные или пространственные), предположительной дальности передачи и требуемой достоверности.
Каналы, входящие в MSC, разделяются на 2 части, различающиеся по значимости информации для правильного декодирования. Они подвергаются раздельному помехоустойчивому кодированию, характеризующемуся разной степенью помехозащищенности. В качестве помехоустойчивого кодирования применяется перемежение данных и сверточное кодирование со скоростями кода от 0.5 до 0.8. Перемежение данных в системах COFDM реализуется и по времени, и по частоте, что позволяет восстанавливать сигнал при высоком уровне селективного замирания в радиоканале. Кроме того, для борьбы с этим явлением в поток вводятся пилотные сигналы, позволяющие приемнику оценить степень затухания сигналов на каждой несущей частоте. Уровень налагаемой защиты также зависит от диапазона и предполагаемой дальности распространения сигнала. В частности, при передаче на коротких волнах глубина перемежения составляет 2.4 с, а на длинных и средних волнах - 0.8 с. Кроме того, на коротких волнах используется сверточное кодирование с более низкими скоростями кода и вводится большее количество пилотных сигналов.

Поскольку комплексный сигнал COFDM использует квадратурную амплитудную модуляцию, с меняющейся амплитудой и фазой, от усилительного тракта передатчика требуется высокий уровень линейности усиления. Поэтому при модернизации существующего оборудования особое внимание следует уделить линеаризации усилительного тракта. Поскольку передатчик ДСВ-150 работает с амплитудной модуляцией в выходной ступени обеспечить требуемую линейность усиления в высокочастотном тракте невозможно. В связи с этим, передатчик следует перевести в режим

раздельного усиления огибающей и фазы сигнала COFDM. Однако, поскольку огибающая цифрового сигнала содержит очень низкие частоты (2,5 Гц), модуляционный тракт передатчика ДСВ-150 не пригоден для ее усиления.

Целью настоящей работы является разработка модуляционного тракта способного передавать низкие частоты и обеспечивать высокий КПД.

2. Реконструкция структурной схемы передатчика «ДСВ-150»

2.1 Особенности структурной схемы передатчика «ДСВ-150»

Описание и структурная схема передатчика до реконструкции.

Основные технические характеристики, параметры качества и структурная схема передатчика.

Передатчик ДСВ-150 предназначен высококачественного радиовещания на фиксированных частотах километрового и гектометрового диапазонов волн (150-1605 кГц)

Технические характеристики.

Мощность излучения в режиме несущей частоты, кВт…………………...…150

Нестабильность частоты за месяц…………………………..…………......

КПД в режиме несущей частоты в большей части диапазона, %,…………...70

Мощность излучения гармоник, мВт, менее…………………………………..50

Параметры качества.

Допускаемые отклонения АЧХ, дБ, не более при модуляции 50%

относительно уровня модуляции при частоте 1кГц, диапазоне

модулирующих частот……………………………………………………………….±1

Диапазон модулирующих частот……………………………………… 50-10000

Коэффициент гармоник, %, не более, при модуляции 90% в полосах частот:

50-100 Гц…………………………………...…3,8

100-4000 Гц……………………………………..2

выше 4000 Гц………………….……………..……….4

уровень шумов относительно уровня соответствующего 100%

модуляции, дБ, не более………………………………………………...…….60

Передатчик автоматически, с помощью одной кнопки, перестраивается на одну из трех фиксированных частот. Предусмотрено дистанционное управление с пульта, который может быть установлен на расстоянии 5 км от передатчика. При управлении с пульта осуществляются включение и выключение аппаратуры, а так же о выполнении команд и появлении неисправностей аппаратуры в аппаратуре передатчика.

Диапазон передатчика разбит на при поддиапазона. Переход с одного диапазона на другой осуществляется с помощью переключателей с моторными приводами. При переходе на другой поддиапазон изменяются значения контурных емкостей и индуктивностей. Плавная настройка внутри каждого поддиапазона осуществляется изменением индуктивностей вариометров, имеющих моторные приводы