Введение

Стандарт цифрового радиовещания Digital Radio Mondiale (DRM; *mondiale* – итальянское и французское слово, означающее "всемирный") – это набор технологий цифрового аудиовещания, разработанных для работы в диапазонах, используемых в настоящее время для аналогового радиовещания, включая AM-вещание, особенно коротковолновое, и FM-вещание. DRM обладает большей спектральной эффективностью, чем AM и FM, что позволяет разместить больше станций с более высоким качеством в заданном объеме полосы пропускания, используя формат кодирования аудио xHE AAC. Различные другие кодеки MPEG 4 и Opus также совместимы, но стандарт теперь предусматривает использование xHE AAC. Digital Radio Mondiale – это также название международного некоммерческого консорциума, который разработал эту платформу и сейчас занимается ее продвижением и внедрением. Радио France Internationale, TéléDiffusion de France, BBC World Service, Deutsche Welle, Voice of America, Telefunken (ныне Transradio) и Thomcast (ныне Ampegon) участвовали в создании консорциума DRM. Основной принцип DRM заключается в том, что ограничивающим фактором является полоса пропускания, а вычислительные ресурсы относительно недороги; современные ресурсоемкие методы сжатия аудио позволяют более эффективно использовать доступную полосу пропускания за счет увеличения нагрузки на процессор.

Особенности

DRM может вещать на частотах ниже 30 МГц (длинные, средние и короткие волны), что обеспечивает распространение сигнала на очень большие расстояния. Режимы для этих низких частот ранее назывались "DRM30". В диапазонах VHF использовался термин "DRM+". DRM+ способен использовать доступные полосы частот вещания от 30 до 300 МГц; как правило, это означает полосу I (47–68 МГц), полосу II (87,5–108 МГц) и полосу III (174–230 МГц). DRM был разработан с возможностью повторного использования компонентов существующих аналоговых передающих систем, таких как антенны, линии передачи, и, особенно для DRM30, сами передатчики, что позволяет избежать значительных новых инвестиций. DRM устойчив к затуханиям и помехам, которые часто возникают при обычном вещании в этих частотных диапазонах. Кодирование и декодирование выполняются с помощью цифровой обработки сигналов, что позволяет недорогой встраиваемой системе с обычным передатчиком и приемником осуществлять довольно сложное кодирование и декодирование. Как цифровая среда, DRM может передавать данные, помимо аудиоканалов (datacasting), а также метаданные типа RDS или данные, связанные с программой, как это делает Digital Audio Broadcasting (DAB). Услуги DRM могут работать в различных сетевых конфигурациях – от традиционной AM-модели с одним сервисом и одним передатчиком до модели с несколькими сервисами (до четырех) и несколькими передатчиками, в виде одночастотной сети (SFN) или многочастотной сети (MFN). Возможна также гибридная работа, когда один и тот же передатчик обеспечивает одновременное вещание в аналоговом и DRM-форматах. DRM включает в себя технологию, известную как функции экстренного оповещения, которые могут прерывать текущую программу и активировать радиоприемники, находящиеся в режиме ожидания, для приема экстренных сообщений.

Статус

Технический стандарт доступен бесплатно в ETSI, а ITU одобрил его использование в большинстве стран мира. Утверждение для региона 2 МСЭ ожидает внесения поправок в существующие международные соглашения. Первая трансляция состоялась 16 июня 2003 года в Женеве, Швейцария, на Всемирной радиоконференции ITU. В настоящее время вещание осуществляют Akashvani (ранее All India Radio), BBC World Service, funklust (ранее известная как BitXpress), Radio Exterior de España, Radio New Zealand International, Vatican Radio, Radio Romania International и Radio Kuwait. До настоящего времени DRM-приемники обычно использовали персональный компьютер. Несколько производителей представили DRM-приемники, которые пока оставались нишевыми продуктами из-за ограниченного выбора вещания. Ожидается, что переход национальных вещателей к цифровым услугам на DRM, в частности All India Radio, будет стимулировать производство нового поколения доступных и эффективных приемников. Chengdu NewStar Electronics предлагает DR111 с мая 2012 года, который соответствует минимальным требованиям к DRM-приемникам, установленным консорциумом DRM, и продается по всему миру. Общая зарубежная служба Akashvani ежедневно осуществляет вещание в DRM в Западную Европу на частоте 9,95 МГц с 17:45 до 22:30 UTC. Всеиндийское радио находится в процессе замены и модернизации многих своих отечественных AM-передатчиков с использованием DRM. Проект, начатый в 2012 году, планируется завершить в 2015 году. Британская вещательная корпорация BBC провела испытания технологии в Соединенном Королевстве, транслируя BBC Radio Devon в районе Плимута в диапазоне MF. Испытание длилось год (с апреля 2007 года по апрель 2008 года). BBC также провела испытания DRM+ в FM-диапазоне в 2010 году со станции Craigkelly в Файфе, Шотландия, на территории, включавшей город Эдинбург. В ходе этого испытания FM-передатчик мощностью 10 кВт (ERP) был заменен на DRM+-передатчик мощностью 1 кВт в двух различных режимах, и была проведена сравнительная оценка зоны покрытия. Digital Radio Mondiale был включен в консультации Ofcom 2007 года о будущем радио в Соединенном Королевстве для AM-средневолнового диапазона. RTÉ также проводила одно- и многопрограммные ночные тесты в течение аналогичного периода на 252 кГц LW-передатчике в Трим, графство Мит, Ирландия, который был модернизирован для поддержки DRM после закрытия Atlantic 252. Институт интегральных схем Фраунгофера IIS предлагает пакет программного обеспечения для программно-определяемых радиоприемников, который может быть лицензирован производителям радиоприемников. Пакет программного обеспечения для автомобильных радиоприемников с DRM – Digital Radio Mondiale.

Международное регулирование

28 сентября 2006 года австралийский регулятор спектра, Австралийское управление по коммуникациям и средствам массовой информации, объявило о введении эмбарго на частотные диапазоны, потенциально подходящие для использования вещательными службами, работающими в стандарте Digital Radio Mondiale, до завершения планирования спектра. Эти диапазоны: 5950–6200; 7100–7300; 9500–9900; 11650–12050; 13600–13800; 15100–15600; 17550–17900; 21450–21850 и 25670–26100 кГц. С 2005 года Федеральная комиссия по связи США утверждает, что: "Для цифровых модулированных сигналов следует использовать стандарт Digital Radio Mondiale (DRM)". Раздел 758 части 73 относится исключительно к вещанию в коротковолновом диапазоне.

Опус

Opus — это кодек с открытым исходным кодом, не включенный в стандарт DRM, но обычно поддерживаемый популярными программными реализациями. Помимо воспринимаемых технических преимуществ перед семейством MPEG, таких как малая задержка (время между кодированием и декодированием), кодек не требует выплаты роялти и не подлежит патентному лицензированию. Производители оборудования в настоящее время платят роялти за использование кодеков MPEG. Начиная с версии 2.1, Dream может осуществлять вещание в формате Opus. Spark поддерживает передачи CELT, являющегося частью Opus. К сожалению, при низких битрейтах, критически важных для экономии полосы пропускания, Opus имеет значительно более низкое качество звука, чем xHE AAC. Фактически, на скорости 8 Кбит/с Opus звучит хуже, чем аналоговое коротковолновое радио. Видео, демонстрирующее сравнение Opus и xHE AAC при битрейте 12 Кбит/с, доступно здесь.

Модуляция

Модуляция, используемая для DRM, – кодированное ортогональное частотное мультиплексирование (COFDM), где каждый несущий модулируется квадратурной амплитудной модуляцией (QAM) с выборочным кодированием ошибок. Выбор параметров передачи зависит от требуемой устойчивости сигнала и условий распространения. На передаваемый сигнал влияют шум, помехи, многолучевое распространение волн и эффект Доплера. Можно выбирать из нескольких схем кодирования ошибок и нескольких схем модуляции: 64 QAM, 16 QAM и 4 QAM. Модуляция OFDM имеет параметры, которые необходимо настраивать в зависимости от условий распространения. Это расстояние между несущими, определяющее устойчивость к эффекту Доплера (вызывающему сдвиг частоты, разброс: доплеровский разброс), и защитный интервал OFDM, определяющий устойчивость к многолучевому распространению (вызывающему задержку, разброс: задержковый разброс). Консорциум DRM определил четыре различных профиля, соответствующие типичным условиям распространения: A: гауссов канал с минимальным многолучевым распространением и эффектом Доплера. Этот профиль подходит для локального или регионального вещания. B: канал с многолучевым распространением. Этот режим подходит для передачи на средние расстояния и в настоящее время часто используется. C: аналогичен режиму B, но с повышенной устойчивостью к эффекту Доплера (большим расстоянием между несущими). Этот режим подходит для передачи на большие расстояния. D: аналогичен режиму B, но устойчив к большому разбросу задержки и доплеровскому разбросу. Этот случай возникает при неблагоприятных условиях распространения при передаче на очень большие расстояния. Полезная скорость передачи данных для этого профиля снижена. Компромисс между этими профилями заключается в балансе между устойчивостью, устойчивостью к условиям распространения и полезной скоростью передачи данных для сервиса. В таблице представлены некоторые значения для этих профилей. Чем больше расстояние между несущими, тем выше устойчивость системы к эффекту Доплера (доплеровскому разбросу). Чем больше защитный интервал, тем выше устойчивость к ошибкам, вызванным многолучевым распространением (задержковый разброс). Полученная цифровая информация с низкой скоростью передачи битов модулируется с использованием COFDM. Она может работать в режиме одновременного вещания, переключаясь между DRM и AM, и также подготовлена для подключения к другим альтернативным службам (например, DAB или FM). DRM успешно тестировался на коротких, средних (с шагом 9 и 10 кГц) и длинных волнах. Режим OFDM расстояние между несущими (Гц) Количество несущих Длина символа (мс) Длина защитного интервала (мс) Количество символов в кадре 9 кГц 10 кГц 18 кГц 20 кГц 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 Существует также версия DRM с меньшей полосой пропускания для двусторонней связи, предназначенная для замены SSB-связи в диапазоне HF. Следует отметить, что она несовместима с официальной спецификацией DRM. В будущем возможно объединение версии DRM с полосой пропускания 4,5 кГц, используемой радиолюбительским сообществом, с существующей спецификацией DRM. Программное обеспечение Dream будет поддерживать коммерческие версии, а также ограниченный режим передачи с использованием кодировщика FAAC AAC.

DRM+

В то время как первоначальный стандарт DRM охватывал радиовещательные полосы ниже 30 МГц, консорциум DRM в марте 2005 года проголосовал за начало процесса расширения системы до диапазонов ВЧ (VHF) до 108 МГц. 31 августа 2009 года DRM+ (режим E) стал официальным стандартом вещания с публикацией технических спецификаций Европейским институтом стандартов в области телекоммуникаций; это, по сути, новый выпуск всей спецификации DRM с дополнительным режимом, обеспечивающим работу выше 30 МГц до 174 МГц. Используются каналы с большей полосой пропускания, что позволяет радиостанциям использовать более высокие битрейты, тем самым обеспечивая более высокое качество звука. Канал DRM+ шириной 100 кГц имеет достаточную пропускную способность для передачи одного канала мобильного телевидения с низким разрешением 0,7 Мбит/с: было бы целесообразно распространять мобильное телевидение через DRM+ вместо DMB или DVB-H. Однако DRM+ (DRM Mode E), как разработан и стандартизирован, обеспечивает битрейты только от 37,2 до 186,3 кбит/с в зависимости от уровня устойчивости, используя модуляцию 4 QAM или 16 QAM и полосу пропускания 100 кГц. + Битрейты DRM+ [кбит/с] Режим MSC Модуляция Уровень устойчивости Битрейт [кбит/с] для полосы пропускания 100 кГц E 4 QAM Макс. 37,2 Мин. 74,5 16 QAM Макс. 99,4 Мин. 186,3

DRM+ был успешно протестирован во всех диапазонах ВЧ, и это дает системе DRM самый широкий диапазон используемых частот; ее можно использовать в диапазонах I, II (FM-диапазон) и III. DRM+ может сосуществовать с DAB в диапазоне III. МСЭ опубликовал три рекомендации по DRM+, известные в документах как Цифровая система G. Это указывает на внедрение полной системы DRM (DRM 30 и DRM+). ITU R Rec. BS.1114 является рекомендацией МСЭ для звукового вещания в диапазоне частот от 30 МГц до 3 ГГц. DAB, HD Radio и ISDB-T уже рекомендованы в этом документе как цифровые системы A, C и F соответственно. В 2011 году общеевропейская организация Community Media Forum Europe рекомендовала Европейской комиссии использовать DRM+ для вещания малого масштаба (местное радио, общественное радио) вместо DAB/DAB+.