Главная » Статьи » СТАТЬИ О РАДИО И ТЕЛЕВИДЕНИИ

А.Карпий. Цифровизация FM: HD Radio – уже необходимая реальность!

 

А.Карпий. Цифровизация FM: HD Radio – уже необходимая реальность!

Доклад А.КАРПИЯ, генерального директора ООО «Транснациональная сеть «Славянское радио» на конгрессе НАТ 19 ноября 2008 года

 

Наберите в строке поиска «цифровое вещание» и увидите результат: более тысячи сайтов посвящены этой теме сегодня. А слова «Digital Broadcasting» приводят поисковую машину в замешательство: почти 50 миллионов ссылок за несколько секунд дает крупнейшая поисковая система Google. Цифровые технологии безостановочно и беспощадно идут на смену аналоговым. Иногда этот процесс протекает быстро, незаметно и естественно. Так получилось, например, с телевизионным вещанием с геостационарных спутников. Иногда столь же естественно неудачная технология скромно отходит в сторону, пример — спутниковое звуковое вещание DSR или наземное DAB. А сколько еще есть аббревиатур, в которых присутствуют буквы слов Digital Broadcasting или Digital Radio? Вот далеко не полный перечень: DVB-C/H/S/T, DMB-S/T, DRM и т.д. …Как и спутниковое вещание, распространение программ «по земле», по кабелю и через эфир должно стать и станет в соответствии с решением Правительства полностью цифровым до 2015 года. Но оно, конечно же, станет таковым не в одночасье, а постепенно. В ходе этого процесса какие-то технологии найдут себе место в нашей жизни, другие, наверняка, окажутся на полке в музее или в учебнике истории.

Едва ли какой-то метод кодирования или модуляции сможет стать доминирующим, вытеснив всех остальных конкурентов. Полностью унифицировать вещание невозможно, точно также как невозможно вылечить все болезни одним лекарством: придется в разных условиях решать разные задачи, а для этого, как показывает многолетняя практика, требуются разные инструменты. Эфирный канал позволяет абоненту перемещаться в пространстве - и это самое важное обстоятельство! Недостаток «эфирных» систем напрямую связан с принципом действия — емкость эфира природно ограничена. В качестве понятного примера можно привести мобильную связь. Какие бы усилия ни прилагали операторы, природу не обмануть: количество абонентов, которые могут быть обслужены одновременно в одном месте, всегда ограничено. Аналогия применима ко всем системам, которые в качестве последней мили используют эфирный канал. Это означает, что возможность каждому «получить свое» в данном приложении ограничена. Делаем вывод: системы с эфирным каналом лучше и рациональней использовать именно для вещания, то есть организации доступа любого количества абонентов к некоему общему ограниченному набору сервисов. Например, получившая на сегодняшний день широкое распространение система получения координат на местности GPS позволяет обслуживать какое угодно количество абонентов. Такими же свойствами обладает хорошо известное и уже привычное нам аналоговое теле- и радиовещание. Нельзя рассматривать сценарии развития телерадиовещания в отрыве от сложившегося состояния и ситуации в индустрии. Если речь идет о радиовещании, то необходимо учесть многое: сложившееся за многие годы распределение радиочастотного спектра между пользователями и службами; технологические возможности обработки и передачи сигналов; конкурентную среду, а самое главное - человеческий фактор. Рачительный хозяин тщательно продумает все возможные последствия своих поступков. Аналогичное отношение к радиочастотному спектру проявляют и государственные органы, управляющие распределением эфира. Радиочастотный спектр сегодня разделен между пользователями. Относительно мирно уживаются в эфире телевизионное и радиовещание, связь, передача информации, навигация, специальные пользователи и множество других сервисов. Но любые технологии, которые несут изменения параметров излучаемого сигнала, способные привести к появлению помех для других пользователей эфира, недопустимы.

 

 
 

 

 
 

Для массовых сервисов, к которым относится радиовещание, частотное планирование обычно осуществляется по принципу «до последнего посетителя». То есть радикальные перемены производятся после того, как сервис себя исчерпал. В этом контексте заманчиво выглядит возможность перейти на новую технологию, не изменяя параметров излучаемого аналогового сигнала, точнее — не выходя за рамки допусков. Международным Союзом Электросвязи (МСЭ) установлены требования к занимаемому спектру сигнала аналогового стереофонического радиовещания в диапазоне 87,5… 108 МГц: не более -25 дБ относительно немодулированной несущей при сдвиге 120…240 кГц и не более -35 дБ при сдвиге 240…600 кГц (рис.1.)

 

Для массовых сервисов не очень хорошо, если переход на новую технологию требует полной замены парка оборудования. Гораздо проще проходят эволюционные решения, к каковым можно отнести, например, переход от моно- к стереофоническому вещанию или от черно-белого к цветному телевидению. Сигнал стереофонического вещания можно прекрасно принимать на монофонический приемник. В этот же ряд можно поставить и появление RDS: владельцы новых радиоприемников пользуются дополнительной информацией, а владельцы обычных приемников не испытывают при этом никаких неудобств.

 

Привлекательно выглядят решения и технологии, обеспечивающие плавный переход от аналога к цифре и совместимость стандартов в переходный период. В этом случае, имеющиеся аналоговые приемники продолжают радовать своих владельцев, а обладатели новой цифровой аппаратуры получают новое качество звучания, новые сервисные функции и многие другие дополнительные возможности. По мере замены парка приемного оборудования (ожидаемый срок 7-10 лет) можно будет рассматривать вопрос и принимать решение об исключении аналоговой компоненты в излучаемом сигнале. Таким образом, мы сможем получить увеличение с трех до как минимум восьми дополнительных цифровых каналов на месте каждой существующей аналоговой несущей!

 

Необходимость замены части передающего оборудования для перехода на цифру может несколько огорчить владельцев и менеджмент радиостанций, но здесь нет каких-либо нерешаемых проблем. Новая HD Radio технология обеспечивает появление трех дополнительных (HD1, HD2, HD3) цифровых каналов с полным сохранением аналогового (FM) вещания, что позволит радиовещателям получить новые доходы от новых программ с новыми рекламными «окнами», трансляцией платных программ (используя функцию условного доступа), новых сервисных возможностей и нового качества звука, которые в свою очередь получат радиослушатели. При этом очевидно, что первые HD Radio слушатели будут очень инновационными и состоятельными людьми. Это как раз тот сектор потребителей, которые имеют потенциальную возможность и могут приобретать рекламируемые товары и услуги. Есть и другой путь. Можно найти инвестора (например трейдера приемного HD Radio оборудования), заинтересованного в развитии технологии, и покупку необходимого дополнительного оборудования возложить на него. А если у вещателя вообще нет желания вкладывать деньги или искать инвестора, то, очевидно, что ФКК объявит конкурс на новые цифровые каналы со специальными условиями. После определения на конкурсе победителя на право вещания на двух новых цифровых каналах, компании, получившие лицензии, будут обязаны взять на себя лицензионные обязательства и обеспечить вещание одного цифрового канала для владельца лицензии аналоговой частоты.

 

Переход на цифровую технологию имеет смысл только в том случае, если новый сервис будет для массового пользователя привлекательнее, чем имеющийся. Чем можно привлечь потребителя? Едва ли для массового радиослушателя будет значимым повышение качества звука или появление тыловых и центрального каналов при вещании Dolby digital 5:1… Но это отдельный вопрос, большой и важный, и, с Вашего разрешения, я оставлю его для обсуждения на одной из ближайших наших встреч в будущем.

 

Итак, разумным для реализации видится подход, когда новая система вписывается в существующее распределение спектра и обеспечивает совместимость с существующими аналоговыми радиопередатчиками. Именно этими свойствами обладает HD Radio технология, запатентованная фирмой iBiquity Digital Corporation и имплементирующаяся в соседней Украине технологической компанией «УкрСервис» совместно с Одесским государственным институтом радио и телевидения. Система построена с использованием принципа IBOC (in-band on-channel), то есть цифровой и аналоговый сигналы передаются в общем частотном канале на месте «пустующих сейчас» защитных промежутков между аналоговыми несущими существующих радиостанций. На сайте iBiquity четко охарактеризовано основное преимущество стандарта: «Static-free, crystal-clear reception; FM sounds as sensational as CDs». То есть: звучание как CD и безупречный прием. Действительно, данная цифровая технология позволит навсегда устранить последствия потерь сигнала и шумы в эфире, а при сравнении качества звучания радиоприемника с компакт-диском получить едва различимый на слух результат. Конечно, чудес не бывает: пропускная способность цифрового гибридного канала невысока (порядка 150 кбит/с) и обеспечить при такой скорости качество звучания приемника, превосходящее качество звучания CD, весьма затруднительно. Компания iBiquity Digital для решения достаточно сложной задачи качественного сжатия звукового потока изначально предполагала использовать (РАС)— Perceptual Audio Coder компании «Lucent technology».

 

В настоящее время в HD Radio технологии используется еще более эффективный алгоритм сжатия: обеспечиваемое качество звука превосходит аналоговое качество радиоприема и обеспечивает достаточный уровень для организации массового сервиса. Уместно также отметить тот факт, что, действительно, с 2007 года началось практическое 5.1 Surround Sound радиовещание с использованием технологии HD Radio. Это технически реализовано в мире уже минимум на трех радиостанциях, осталось понять, есть ли потребность у слушателей в 5.1 Surround Sound передаче звука?! Время покажет и даст свой ответ…Кроме качественного приема, система HD Radio предполагает одновременную со звуком передачу дополнительной текстовой и полноцветной графической информации, как общедоступной, так и адресованной конкретным абонентам. В частности, во время звучания аудиоматериала может транслироваться текстовая информация о передаваемом в эфир аудиофрагменте (название, автор, исполнитель, год создания, фото автора или исполнителя и так далее). Российских адиослушателей-водителей, наверняка, заинтересует информация о дорожном движении и пробках на дорогах родного города. Кстати сказать, автомобилестроители очень активно включились в поддержку и внедрение именно HD Radio цифровой технологии. В 2008 году 12 мировых автомобильных концернов предлагают HD Radio приемники уже как штатно установленную с завода опцию в более чем шестидесяти моделях различных общеизвестных марок: Dimler Chrysler, Opel, Volkswagen, Jaguar, Ford, Volvo, BMW, Land Rover, Audi, GM, Hyundai, Mercury, Lincoln, Skoda, Pontiac, Toyota, Lexus…

Предполагается организация в гибридном цифро-аналоговом режиме нескольких сервисов: основная программа (main program service — MPS), индивидуальные данные (personal data service — PDS), идентификация (station identification service — SIS) и дополнительный сервис (auxiliary application service — AAS).

 
 
 
 

Разрешите все-таки немного остановиться на техническом аспекте HD Radio стандарта. Как уже отмечалось выше, цифровая информация передается в данной технологии на дополнительных несущих, размещаемых в условно свободном пространстве частотного канала, выделенного для FM-вещания (рис.2). В процессе эволюции стандарта предусматриваются три режима работы системы: Hybrid (гибридный), Extended Hybrid (гибридный расширенный) и All Digital (полностью цифровой).

Спектр сигнала в режиме Hybrid включает обычный аналоговый сигнал стереофонического FМ-радиовещания, выше и ниже которого размещены поднесущие цифрового сигнала. Занимается полоса от -198,402 до -129,361 кГц и от 129,361 до 198,402 кГц относительно центральной частоты канала, то есть фактической частоты немодулированной несущей радиосигнала. Здесь размещены поднесущие с номерами от -546 до -356 и от 356 до 546.

 
 

Переход в режим Extended Hybrid осуществляется за счет небольшого «сужения» спектра аналогового сигнала путем ограничения девиации аналогового сигнала до +\-75 кГц. Дополнительные поднесущие цифрового сигнала в этом режиме расположены в интервале спектра от -101,744 до -129,361 кГц и от 101,744 до 129,361 кГц относительно центральной частоты радиоканала. Следует ожидать, что переход в режим Extended Hybrid подтолкнет пользователей к отказу от аналогового вещания и полному переходу на цифровую технологию, то есть в режим All Digital. В режиме All Digital в эфир передаются поднесущие только цифрового вещания. Естественно, доступная скорость передачи данных в этом случае оказывается самой высокой, чем во всех предыдущих.

 

Спектр гибридного сигнала при использовании HD Radio технологии незначительно шире, чем спектр в обычном аналоговом использовании : 400 кГц против почти реальных 300 . Относительная ширина полосы составляет 0,4/88 = 0,0055, то есть всего 0,5%, и , естественно, что все как приемные, так и передающие антенны беспрепятственно пропустят такой сигнал в эфир и примут его из эфира. Теоретически могут возникнуть трудности, например, только в том случае, когда на общую антенну работает несколько радиостанций, а мост сложения некорректно настроен.

 
 
 

Сам цифро-аналоговый (гибридный) передатчик может быть реализован по схеме совместного усиления (рис.3). На выходе цифрового модулятора — сформированная сетка цифровых поднесущих, модулированных звуковым и сервисным потоком данных. Аналоговый модулятор формирует FМ-сигнал стереофонического радиовещания. Обе эти составляющие объединяет сумматор. Полученный полный сигнал усиливается до указанной в лицензии вещателя мощности. Это самое простое решение для практической реализации, но в этом случае потребуется перевод аналогового усилителя мощности в более линейный (АБ) режим. Большинство современных и используемых сегодня в радиовещании усилителей работают в режиме без начального смещения (С) или с очень небольшим начальным током покоя выходных высокочастотных транзисторов. Доработка существующего усилительного оборудования совершенно не значительна и сводится только к увеличению тока смещения выходных транзисторов усилителя. Однако лучше, чтобы эту работу выполняли квалифицированные специалисты с приборами для контроля линейности усилительного оборудования и проверкой теплового режима выходного каскада после адаптации. Возможно, в некоторых случаях, необходимо будет заменить вентиляторы воздушного охлаждения на более производительные.

 
 
 

Для перехода в режим All Digital достаточно будет оставить в работе цифровой модулятор, предварительно перепрограммировав его в полностью цифровой режим и отключить аналоговый возбудитель.

При раздельном усилении (рис.4) линейный усилитель нужен только в цифровом тракте. Усилитель FМ-сигнала может работать с ограничением, чем достигается, в частности, высокий КПД и упрощается решение задачи отвода тепла. Исключить взаимное влияние аналогового и цифрового трактов непросто. Мост сложения должен обеспечивать хорошую развязку (минимально 30 ДБ), то есть подавление сигналов, проникающих с выхода одного усилителя на выход другого. Эта ситуация показана пунктиром на рисунке. Сумматор оказывается не очень простым по конструкции. Ситуация немного усложняется еще и тем, что складываются сигналы со значительными мощностями. Сразу успокою, при мощности аналога до 5 кВт, стоимость такого фирменного сумматора не превысит 3500 долларов США, так что и такой метод перехода можно считать достаточно рабочим вариантом. Можно ожидать, что со временем сумматоры местного производства окажутся в 2-3 раза дешевле зарубежных аналогов. 

 
 

Для передачи цифровой части радиосигнала также может использоваться отдельная антенна. Единственное отрицательное последствие, которое обнаруживается при беглом анализе данного решения, — различие условий приема цифрового и аналогового сигналов. В некоторых случаях сигналы от разных антенн могут иметь разную зону устойчивого приема радиосигнала в аналоге и в цифре.

 

Конкретное решение по инсталляции можно и нужно принимать только в конкретных условиях. Сегодня, после многочисленных успешных натурных испытаний в Европе уже понятно, что нет никаких непреодолимых препятствий для внедрения HD Radio технологии в России. Процесс разработки защитных отношений европейским институтом ETSI уже вышел на финишную прямую.

 

Приятно отметить, по состоянию на начало 2008 года в мире насчитывалось почти 10000 радиостанций, работающих в гибридном HD Radio формате. Их количество растет с каждым днем. По статистике каждый день в мире появляется новая HD Radio станция. Для массового старта цифровизации остается только дождаться, чтобы HD Radio технология была поддержана Министерством связи и массовых коммуникаций РФ.


Спасибо за внимание, если возникли какие-то вопросы по теме, не стесняйтесь – с удовольствием на них отвечу! Мой электронный адрес: askarpiy@gmail.com. Полезную информацию по теме вы также сможете найти на сайтах www.ukrservice.net или www.hdradio.ru.
материал по теме:  

http://audioproducer.625-net.ru/files/601/523/h_cf21091f9ba972520a60dd9fcd18d6c0

 
Категория: СТАТЬИ О РАДИО И ТЕЛЕВИДЕНИИ | Добавил: Radio-18 (20 Декабрь 2016)
Просмотров: 137
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *: