Сандық радио тарату стандарты DRM

Кіріспе

Цифрлық радио хабарларын тарату стандарты

Digital Radio Mondiale (DRM; mondiale – итальян және француз тілдерінде "күн дүниесі") – қазіргі аналогты радио хабарларын таратуға қолданылатын жиіліктерде, оның ішінде AM хабарларын таратуда, әсіресе қысқа толқынды және FM хабарларын таратуда жұмыс істеуге арналған цифрлық аудио хабарларын тарату технологияларының жиынтығы. DRM, AM және FM-ге қарағанда спектрлік тиімділігі жоғары, берілген жолақтың кеңдігінде көбірек станциялардың жоғары сапада таратылуын қамтамасыз етеді, бұл xHE AAC аудио кодектеу форматы арқылы жүзеге асырылады. Басқа MPEG 4 кодектері мен Opus та үйлесімді, бірақ стандарт қазір xHE AAC-ті қолдануды міндеттейді. Digital Radio Mondiale – бұл платформаны әзірлеген және енгізуін ілгерілететін халықаралық коммерциялық емес консорциумның атауы. Radio France Internationale, TéléDiffusion de France, BBC World Service, Deutsche Welle, Voice of America, Telefunken (қазір Transradio) және Thomcast (қазір Ampegon) DRM консорциумын құруға қатысты. DRM принципі бойынша, жолақтың кеңдігі шектеуші фактор, ал компьютерлік өңдеу қуаты қолжетімді; қазіргі заманғы процессорлық жүктемелі аудио сығымдау технологиялары процессор ресурстарын пайдалана отырып, қолжетімді жолақты тиімді пайдалануға мүмкіндік береді.

Ерекшеліктері

DRM 30 МГц-тен төмен жиіліктерде (ұзын толқын, орта толқын және қысқа толқын) хабар тарата алады, бұл сигналдың өте ұзақ қашықтыққа таралуына мүмкіндік береді. Бұл төменгі жиіліктегі режимдер бұрын «DRM30» деп аталатын. VHF жолақтарында «DRM+» термині қолданылды. DRM+ 30 мен 300 МГц аралығындағы қол жетімді радиоспектрді пайдалана алады; әдетте бұл I (47-68 МГц), II (87,5-108 МГц) және III (174-230 МГц) жолақтарын білдіреді. DRM қолданыстағы аналогтық тарату құрылғыларының, мысалы антенналардың, қоректендіргіштердің және әсіресе DRM30 үшін таратушылардың өзінің қайта пайдаланылуын қамтамасыз етеді, бұл жаңа инвестициялардың қажеттілігін азайтады. DRM осы жиілік диапазондарындағы әдеттегі хабар таратуды қиындататын әлсіреу мен кедергілерге төзімді. Кодтау мен декодтау цифрлық сигналды өңдеу арқылы жүзеге асырылады, сондықтан дәстүрлі таратушы және қабылдағышпен жабдықталған төмен құнмен жасалған кіріктірілген жүйе күрделі кодтау мен декодтауды орындай алады. Цифрлық орта ретінде DRM аудио арналардан басқа да деректерді (деректерді тарату), сондай-ақ RDS түріндегі метадеректерді немесе бағдарламамен байланысты деректерді, Цифрлық аудио хабар тарату (DAB) сияқты, тарата алады. DRM қызметтерін әртүрлі желілік конфигурацияларда пайдалануға болады, мысалы дәстүрлі AM бір қызмет, бір таратушы моделінен бастап, көп қызметті (көптеген, максимум төртке дейін) көп таратушы моделіне дейін, бір жиілікті желі (SFN) немесе көп жиілікті желі (MFN) ретінде. Бір таратушының бір уақытта аналогтық және DRM қызметтерін ұсынатын гибридтік жұмыс режимі де мүмкін. DRM басқа бағдарламаларды тоқтатып, төтенше жағдай туралы хабарларды қабылдау үшін күшінде тұрған радиоларды қосатын Төтенше жағдай туралы ескерту мүмкіндіктері деп аталатын технологияны қамтиды.

Мәртебе

Техникалық стандартты ETSI-ден тегін алуға болады, ал ITU әлемнің көп бөлігінде оны қолдануға рұқсат берді. ITU 2-аймағындағы қолданыстағы халықаралық келісімдерге енгізілген өзгерістерді бекіту күтілуде. Алғашқы хабар 2003 жылғы 16 маусымда Женевада, Швейцарияда, ITU-ның Дүниежүзілік радио конференциясында таратылды. Қазіргі уақытта хабар таратушылардың арасында Akashvani (бұрынғы All India Radio), BBC World Service, funklust (бұрынғы BitXpress), Radio Exterior de España, Radio New Zealand International, Vatican Radio, Radio Romania International және Radio Kuwait бар. Осы уақытқа дейін DRM қабылдағыштары көбінесе жеке компьютерді пайдаланған. Бірнеше өндірушілер DRM қабылдағыштарын ұсынды, бірақ олар хабар таратудың шектеулі таңдауына байланысты нишалық өнімдер болып қала берді. Ұлттық хабар тарату компанияларының, әсіресе All India Radio-ның DRM-ге негізделген цифрлық қызметтерге көшуі арзан және тиімді жаңа қабылдағыштардың өндірісін ынталандырады деп күтілуде. Chengdu NewStar Electronics 2012 жылдың мамырынан бастап DR111 ұсынады, ол DRM консорциумы белгілеген DRM қабылдағыштарының ең төменгі талаптарына сәйкес келеді және бүкіл әлемде сатылады. Akashvani-дің жалпы шетелдік қызметі күн сайын DRM арқылы Батыс Еуропаға 9.95 МГц жиілігінде 17:45-ден 22:30 UTC-ға дейін хабар таратады. All India Radio көптеген AM хабар таратушыларын DRM-мен алмастырып, жаңарту жұмыстарын жүргізуде. 2012 жылы басталған жоба 2015 жылы аяқталуға жоспарланған. British Broadcasting Corporation (BBC) бұл технологияны Ұлыбританияда сынақтан өткізді, Plymouth аймағындағы MF жолағында BBC Radio Devon хабарын таратып көрді. Сынақ бір жылға созылды (2007 жылғы сәуір – 2008 жылғы сәуір). BBC сондай-ақ 2010 жылы Шотландияның Fife аймағындағы Craigkelly хабар тарату станциясынан, Эдинбург қаласын қамтитын аймақта FM жолағында DRM+ сынағын жүргізді. Бұл сынақта 10 кВт (ERP) FM хабар таратушысы екі түрлі режимде 1 кВт DRM+ хабар таратушысымен алмастырылды және жабыну FM-мен салыстырылды. Digital Radio Mondiale 2007 жылғы Ofcom-ның Ұлыбританиядағы радионың болашағы туралы кеңесуіне AM орта толқынды жолағында енгізілді. RTÉ сондай-ақ ұқсас кезеңде Trim, County Meath, Ирландиядағы 252 кГц LW хабар таратушысында, Atlantic 252 жабылғаннан кейін DRM-ді қолдау үшін жаңартылған 252 кГц LW хабар таратушысында бірнеше бағдарламалық түнде сынақтар жүргізді. Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS радио өндірушілеріне лицензияланатын бағдарламалық радиоларға арналған пакет ұсынады. DRM бар автомобиль радиоларына арналған бағдарламалық пакет – Digital Radio Mondiale.

The technical standard is available free of charge from the ETSI, and the ITU has approved its use in most of the world. Approval for ITU region 2 is pending amendments to existing international agreements. The inaugural broadcast took place on June 16, 2003, in Geneva, Switzerland, at the ITU's World Radio Conference. Current broadcasters include Akashvani (formerly All India Radio), BBC World Service, funklust (formerly known as BitXpress), Radio Exterior de España, Radio New Zealand International, Vatican Radio, Radio Romania International and Radio Kuwait. Until now DRM receivers have typically used a personal computer. A few manufacturers have introduced DRM receivers which have thus far remained niche products due to limited choice of broadcasts. It is expected that the transition of national broadcasters to digital services on DRM, notably All India Radio, will stimulate the production of a new generation of affordable, and efficient receivers. Chengdu NewStar Electronics is offering the DR111 from May 2012 on which meets the minimum requirements for DRM receivers specified by the DRM consortium and is sold worldwide. The General Overseas Service of Akashvani broadcasts daily in DRM to Western Europe on 9.95 MHz at 17:45 to 22:30 UTC. All India Radio is in the process of replacing and refurbishing many of its domestic AM transmitters with DRM. The project which began in 2012 is scheduled to complete during 2015. The British Broadcasting Corporation BBC has trialled the technology in the United Kingdom by broadcasting BBC Radio Devon in the Plymouth area in the MF band. The trial lasted for a year (April 2007 – April 2008). The BBC also trialed DRM+ in the FM band in 2010 from the Craigkelly transmitting station in Fife, Scotland, over an area which included the city of Edinburgh. In this trial, a 10 kW (ERP) FM transmitter was replaced with a 1 kW DRM+ transmitter in two different modes, and coverage compared with FM. Digital Radio Mondiale was included in the 2007 Ofcom consultation on the future of radio in the United Kingdom for the AM medium wave band. RTÉ has also run single and multiple programme overnight tests during a similar period on the 252 kHz LW transmitter in Trim, County Meath, Ireland which was upgraded to support DRM after Atlantic 252 closed. The Fraunhofer Institute for integrated circuits IIS offers a package for software defined radios which can be licensed to radio manufacturers. Software package for car radios with DRM – Digital Radio Mondiale

Халықаралық реттеу

2006 жылдың 28 қыркүйегінде Австралияның спектрді реттеушісі, Австралияның байланыс және медиа органы, диапазондық жоспарлау аяқталғанға дейін Digital Radio Mondiale (DRM) технологиясын қолданатын хабар тарату қызметтері үшін пайдаланылуы мүмкін жиілік жолақтарына ембарго қойылғанын жариялады. Осы жолақтар: "5,950–6,200; 7,100–7,300; 9,500–9,900; 11,650–12,050; 13,600–13,800; 15,100–15,600; 17,550–17,900; 21,450–21,850 және 25,670–26,100 кГц". 2005 жылдан бері АҚШ Федералды байланыс комиссиясы былай деп мәлімдейді: "Цифрлық түрде модуляцияланған сигналдар үшін Digital Radio Mondiale (DRM) стандарты қолданылуға тиіс". 73-бөлімнің 758-тармағы тек ЖЖР (HF) хабарларын таратуға арналған.

Опус

Opus – DRM стандартына кірмейтін, бірақ көптеген танымал бағдарламалық қамтамасыздарда қолдауға ие ашық кодты кодек. MPEG отбасымен салыстырғанда, төмен кешігу (кодирование мен декодирование арасындағы уақыт айырмасы) сияқты техникалық артықшылықтарынан басқа, бұл кодек авторлық құқықсыз және патенттік лицензиялауға жатпайды. Қазіргі уақытта жабдық өндірушілер MPEG кодектерін пайдалану үшін роялти төлейді. Dream 2.1 нұсқасынан бастап Opus форматын қолдана алады. Spark, Opus-тың бір бөлігі болып табылатын CELT трансляцияларын қолдайды. Алайда, Opus төмен біт-рейтте xHE AAC-ге қарағанда сапасы нашар, ал біт-рейтті үнемдеу өте маңызды. Шындығында, 8 Кбит/с жылдамдықта Opus тіпті аналогтық қысқа толқын радиодан да нашар дыбыстайды. Opus пен xHE AAC арасындағы 12 Кбит/с біт-рейттегі салыстыруды көрсететін видео мына жерде қолжетімді.

Модуляция

DRM үшін қолданылатын модуляция кодталған ортогональді жиілікті бөлу мультиплексі (COFDM) болып табылады, онда әрбір тасымалдаушы таңдамалы қателік кодтаумен квадратуралық амплитуда модуляциясы (QAM) арқылы модуляцияланады. Тарату параметрлерін таңдау сигналдың қажетті беріктігіне және таралу жағдайларына байланысты. Тарату сигналына шу, кедергі, көп жолды толқын таралуы және Допплер эффектісі әсер етеді. Бірнеше қателік кодтау схемалары мен бірнеше модуляция үлгілерін таңдау мүмкін: 64 QAM, 16 QAM және 4 QAM. OFDM модуляциясы таралу жағдайларына байланысты реттелуі тиіс кейбір параметрлерге ие. Бұл тасымалдаушы арақашықтық, Допплер эффектісіне қарсы беріктікті анықтайды (бұл жиіліктердің ауытқуына әкеледі, таралу: Допплер таралуы) және OFDM күзет аралығы, көп жолды таралуға қарсы беріктікті анықтайды (бұл кідіріс ауытқуына әкеледі, таралу: кідіріс таралуы). DRM консорциумы типтік таралу жағдайларына сәйкес келетін төрт түрлі профильді анықтады: А: Гаусс каналы, өте аз көп жолды таралумен және Допплер эффектісімен. Бұл профиль жергілікті немесе аймақтық хабар тарату үшін қолайлы. B: көп жолды таралу арнасы. Бұл режим орта қашықтыққа арналған және қазіргі кезде жиі қолданылады. C: B режиміне ұқсас, бірақ Допплерге қарсы жақсырақ беріктігі бар (тасымалдаушы арақашықтығы жоғары). Бұл режим алыс қашықтыққа таратуға қолайлы. D: B режиміне ұқсас, бірақ үлкен кідіріс пен Допплер таралуына төзімді. Бұл жағдай, өте алыс қашықтықтағы қолайсыз таралу жағдайларында кездеседі. Бұл профиль үшін пайдалы бит жылдамдығы төмендейді. Бұл профильдер арасындағы айырбас, беріктік, таралу жағдайларына төзімділік және қызмет үшін пайдалы бит жылдамдықтары арасында болады. Төмендегі кестеде осы профильдерге байланысты мәндер келтірілген. Тасымалдаушы арақашықтығы неғұрлым үлкен болса, жүйе Допплер эффектісіне (Допплер таралуы) соғұрлым төзімді болады. Сақтану аралығы неғұрлым үлкен болса, ұзақ көп жолды таралу қателеріне қарсы тұру мүмкіндігі артады (кідіріс таралуы). Нәтижесінде төмен бит жылдамдығымен цифрлық ақпарат COFDM арқылы модуляцияланады. Ол DRM және AM арасында ауысу арқылы бір мезгілде тарату режимінде жұмыс істей алады, сондай-ақ басқа баламаларға (мысалы, DAB немесе FM қызметтеріне) қосылуға дайын. DRM қысқа толқын, орта толқын (9 және 10 кГц арна аралығы) және ұзақ толқынмен сәтті сынақтан өтті.

The modulation used for DRM is coded orthogonal frequency division multiplexing (COFDM), where every carrier is modulated with quadrature amplitude modulation (QAM) with a selectable error coding. The choice of transmission parameters depends on signal robustness wanted and propagation conditions. Transmission signal is affected by noise, interference, multipath wave propagation and Doppler effect. It is possible to choose among several error coding schemes and several modulation patterns: 64 QAM, 16 QAM and 4 QAM. OFDM modulation has some parameters that must be adjusted depending on propagation conditions. This is the carrier spacing which will determine the robustness against Doppler effect (which cause frequencies offsets, spread: Doppler spread) and OFDM guard interval which determine robustness against multipath propagation (which cause delay offsets, spread: delay spread). The DRM consortium has determined four different profiles corresponding to typical propagation conditions:
A: Gaussian channel with very little multipath propagation and Doppler effect. This profile is suited for local or regional broadcasting. B: multipath propagation channel. This mode is suited for medium range transmission. It is nowadays frequently used. C: similar to mode B, but with better robustness to Doppler (more carrier spacing). This mode is suited for long distance transmission. D: similar to mode B, but with a resistance to large delay spread and Doppler spread. This case exists with adverse propagation conditions on very long distance transmissions. The useful bit rate for this profile is decreased. The trade off between these profiles stands between robustness, resistance in regards to propagation conditions and useful bit rates for the service. This table presents some values depending on these profiles. The larger the carrier spacing, the more the system is resistant to Doppler effect (Doppler spread). The larger the guard interval, the greater the resistance to long multipath propagation errors (delay spread). The resulting low bit rate digital information is modulated using COFDM. It can run in simulcast mode by switching between DRM and AM, and it is also prepared for linking to other alternatives (e. g., DAB or FM services). DRM has been tested successfully on shortwave, mediumwave (with 9 as well as 10 kHz channel spacing) and longwave. Mode OFDM carrier spacing (Hz) Number of carriers Symbol length (ms) Guard interval length (ms) Nb symbols per frame 9 kHz 10 kHz 18 kHz 20 kHz A 41.66 204 228 412 460 26.66 2.66 15 B 46.88 182 206 366 410 26.66 5.33 15 C 68.18 138 280 20.00 5.33 20 D 107.14 88 178 16.66 7.33 24

There is also a lower bandwidth two way communication version of DRM as a replacement for SSB communications on HF note that it is not compatible with the official DRM specification. It may be possible in some future time for the 4.5 kHz bandwidth DRM version used by the Amateur Radio community to be merged with the existing DRM specification. The Dream software will receive the commercial versions and also limited transmission mode using the FAAC AAC encoder.

| Mode | OFDM тасымалдаушы арақашықтығы (Гц) | Тасымалдаушы саны | Символ ұзындығы (мс) | Күзет аралығы ұзындығы (мс) | Фреймдегі Nb символы |
|---|---|---|---|---|---|
| 9 кГц | 41.66 | 204 | 228 | 26.66 | 15 |
| 10 кГц | 46.88 | 182 | 206 | 26.66 | 15 |
| 18 кГц | 68.18 | 138 | 280 | 20.00 | 20 |
| 20 кГц | 107.14 | 88 | 178 | 16.66 | 24 |

Сондай-ақ, HF-тегі SSB байланысын алмастыру үшін DRM-нің төменгі жолақты екі жақты байланыс нұсқасы бар – бұл ресми DRM спецификациясына сәйкес келмейді. Болашақта радио әуесқойлар қауымдастығы қолданатын 4,5 кГц жолақты DRM нұсқасын қолданыстағы DRM спецификациясымен біріктіру мүмкін болады. Dream бағдарламалық жасақтамасы коммерциялық нұсқаларды және FAAC AAC кодтаушысын пайдалана отырып, шектеулі тарату режимін қабылдайды.

DRM+

DRM бастапқы стандарты 30 МГц-тен төменгі жиілік диапазондарын қамтыса, DRM консорциумы 2005 жылғы наурыз айында жүйені 108 МГц-ге дейінгі VHF диапазондарына кеңейту процесін бастауға дауыс берді. 2009 жылғы 31 тамызда DRM+ (E режимі) Еуропалық телекоммуникациялық стандарттар институтының техникалық сипаттамаларын жариялау арқылы ресми радиохабар тарату стандартына айналды; бұл, іс жүзінде, DRM спецификациясының жаңа нұсқасы болып табылады, онда қосымша режим 30 МГц-тен асып 174 МГц-ге дейін жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Кең жолақты каналдар қолданылады, бұл радиостанцияларға жоғары битрейттерді пайдалануға және осылайша дыбыс сапасын арттыруға мүмкіндік береді. 100 кГц DRM+ каналы 0,7 мегабит/с кеңдігіндегі бір төмен ажыратымдылықтағы мобильді телеарнаны таратуға жеткілікті сыйымдылыққа ие: мобильді теледидарды DMB немесе DVB-H емес, DRM+ арқылы таратуға болады. Дегенмен, DRM+ (DRM Mode E) жобаланған және стандартталған түрінде, беріктік деңгейіне байланысты 37,2 және 186,3 кбит/с арасындағы битрейттерді ғана қамтамасыз етеді, 4 QAM немесе 16 QAM модуляциясын және 100 кГц енін пайдаланады. + DRM+ битрейттері [кбит/с] Режим MSC модуляциясы 100 кГц ені үшін беріктік деңгейі битрейт [кбит/с] E 4 QAM Макс. 37,2 Мин. 74,5 16 QAM Макс. 99,4 Мин. 186,3 DRM+ барлық VHF жолақтарында сәтті сынақтан өтті, бұл DRM жүйесіне ең кең жиілік қолданысын береді; оны I, II (FM жолағы) және III жолақтарында қолдануға болады. DRM+ III жолақта DAB-пен үйлесімді жұмыс істей алады. ITU DRM+ бойынша үш ұсыныс жариялады, құжаттарда олар Digital System G деп белгіленген. Бұл DRM жүйесінің толыққанды енгізілуін білдіреді (DRM 30 және DRM+). ITU R Rec. BS.1114 – 30 МГц-тен 3 ГГц-ке дейінгі жиілік диапазонындағы дыбыс тарату бойынша ITU ұсынысы. DAB, HD Radio және ISDB-T осы құжатта тиісінше А, С және F цифрлық жүйелері ретінде ұсынылған. 2011 жылы жалпыеуропалық ұйым Community Media Forum Europe Еуропалық комиссияға DRM+ шағын ауқымды хабар тарату (жергілікті радио, қоғамдық радио) үшін DAB/DAB+ орнына қолданылуы керек деп ұсынды.