Введение

Использование цифровых технологий для передачи или приема в радиочастотном спектре. Цифровое радио – это использование цифровых технологий для передачи или приема сигналов в радиочастотном спектре. Цифровая передача посредством радиоволн включает цифровое вещание и, в частности, цифровые аудиорадиосервисы.

Типы

В цифровых системах вещания аналоговый аудиосигнал оцифровывается, сжимается с использованием формата аудиокодирования, такого как AAC+ (MDCT) или MP2, и передается с использованием схемы цифровой модуляции. Цель состоит в том, чтобы увеличить количество радиопрограмм в заданном спектре, улучшить качество звука, устранить проблемы с затуханием в мобильных средах, обеспечить дополнительные услуги передачи данных и уменьшить мощность передачи или количество передатчиков, необходимых для охвата региона. Однако аналоговое радио (AM и FM) все еще более популярно, а прослушивание радио через IP (Интернет-протокол) набирает популярность. В 2012 году Международным союзом электросвязи были признаны четыре цифровые беспроводные радиосистемы: две европейские системы Digital Audio Broadcasting (DAB) и Digital Radio Mondiale (DRM), японский ISDB T и технология in band on channel, используемая в США и арабском мире под брендом HD Radio. Более старое определение, которое все еще используется в литературе по коммуникационной технике, – это технологии беспроводной цифровой передачи, то есть стандарты микроволновой и радиочастотной связи, в которых аналоговые информационные сигналы и цифровые данные передаются цифровым сигналом посредством метода цифровой модуляции. Это определение включает в себя системы вещания, такие как цифровое телевидение и цифровое радиовещание, а также двусторонние цифровые радиостандарты, такие как сотовые телефоны второго поколения (2G) и более поздние, связь на коротких расстояниях, например, цифровые беспроводные телефоны, беспроводные компьютерные сети, цифровые микроволновые радиолинии связи, системы дальней космической связи, такие как связь с двумя космическими зондами Voyager и т.д. Менее распространенным определением является реализация радиоприемника и передатчика, основанная на цифровой обработке сигнала, но способная передавать или принимать стандарты аналоговой радиосвязи, например, FM-радио. Это может снизить шум и искажения, возникающие в электронике. Также это позволяет создавать программно-определяемое радио, где технология передачи изменяется путем выбора другого программного обеспечения. Однако в большинстве случаев это увеличит энергопотребление приемного оборудования.

Устройства для DAB

Цифровое аудиовещание (DAB), также известное как Eureka 147, было внедрено примерно в 20 странах мира. Оно основано на формате аудиокодирования MPEG 1 Audio Layer II, координацию которого осуществляла организация WorldDMB. В ноябре 2006 года WorldDMB объявила о переходе DAB на формат аудиокодирования HE AACv2, также известный как eAAC+. Также внедряются формат MPEG Surround и более надежное кодирование для коррекции ошибок, называемое кодированием Reed–Solomon. Это обновление получило название DAB+. Приемники, поддерживающие новый стандарт DAB, начали выпускаться в 2007 году, а для некоторых старых приемников стало доступно обновление прошивки. DAB и DAB+ нельзя использовать для мобильного телевидения, так как они не содержат видеокодеков. Стандарты, связанные с DAB – Digital Multimedia Broadcasting (DMB) и DAB IP – подходят для мобильного радио и телевидения, поскольку используют MPEG 4 AVC и WMV9 соответственно в качестве форматов кодирования видео. Однако видеоподканал DMB можно легко добавить к любой DAB-трансляции, поскольку DMB изначально разрабатывался для передачи по подканалу DAB. В корейских DMB-вещаниях обычные аудиосервисы MPEG 1 Layer II DAB транслируются вместе с видеосервисами DMB.

Соединенные Штаты

Соединенные Штаты выбрали собственную технологию HD Radio, являющуюся разновидностью технологии IBOC (in-band on-channel). Согласно iBiquity, "HD Radio" – это торговое название компании для ее фирменной цифровой радиосистемы, однако это название не подразумевает высокого разрешения или "гибридной цифровой" природы, как это часто ошибочно указывается. Для передачи используется мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM), технология, также применяемая для европейского наземного цифрового телевизионного вещания (DVB-T). Технология HD Radio была разработана и лицензируется компанией iBiquity Digital Corporation. Широко распространено мнение, что основная причина внедрения технологии HD Radio – предложение ограниченных цифровых радиоуслуг с одновременным сохранением относительной ценности станций и обеспечение контроля над новыми программными сервисами со стороны существующих лицензиатов. FM-системы цифрового вещания в США обеспечивают аудиопоток со скоростью от 96 до 128 килобит в секунду (кбит/с), с дополнительной передачей на вспомогательных "поднесущих" частотах со скоростью до 64 кбит/с. AM-системы цифрового вещания имеют скорость передачи данных около 48 кбит/с, а вспомогательные сервисы предоставляются с существенно более низкой скоростью. Как FM, так и AM используют методы сжатия с потерями для оптимального использования ограниченной полосы пропускания. Компании Lucent Digital Radio, USA Digital Radio (USADR) и Digital Radio Express в 1999 году начали тестирование различных схем цифрового вещания, рассчитывая представить свои результаты Национальному комитету по радиосистемам (NRSC) в декабре 1999 года. Результаты этих тестов остаются неясными, что в целом характеризует состояние разработки наземного цифрового радиовещания в Северной Америке. В то время как традиционные наземные радиовещатели стремятся к "цифровизации", большинство крупных американских автопроизводителей продвигают цифровое спутниковое радио. Технология HD Radio также нашла применение в автомобильной индустрии, о заводской установке которой объявили BMW, Ford, Hyundai, Jaguar, Lincoln, Mercedes, MINI и Volvo. Спутниковое радио отличается отсутствием цензуры FCC в США, относительным отсутствием рекламы и возможностью прослушивания одних и тех же станций в любой точке страны. В настоящее время слушателям необходимо оплачивать ежегодную или ежемесячную подписку для доступа к сервису. В течение 2000 года спутниковое радио Sirius запустило группировку из трех спутников Sirius. Спутники были построены компанией Space Systems/Loral и запущены российскими ракетами-носителями "Протон". Как и в случае с XM Satellite Radio, Sirius внедрила сеть наземных ретрансляторов для приема сигнала в местах, где спутниковый сигнал блокируется крупными сооружениями, включая естественные объекты и высотные здания. XM Satellite Radio располагает группировкой из трех спутников, два из которых были запущены весной 2001 года, а третий – позднее, в 2005 году. Спутники Boeing 702 были выведены на орбиту ракетами Sea Launch. Резервные наземные передатчики (репитеры) будут построены в городах, где спутниковый сигнал может быть заблокирован высокими зданиями. 19 февраля 2007 года Sirius Satellite Radio и XM Satellite Radio объединились, образовав Sirius XM Radio. FCC провела аукцион полосы частот для спутникового вещания в диапазоне S, около 2,3 ГГц. Наземное вещание имеет преимущество в бесплатности и локальности. Спутниковое радио не обладает этими преимуществами, однако в начале XXI века оно получило развитие благодаря предоставлению нецензурируемого контента (в частности, переходу Говарда Стерна с наземного радио на спутниковое) и полностью цифровых музыкальных каналов без рекламы, предлагающих форматы, аналогичные местным станциям. Сигнал "HD Radio" FM-вещательной станции в США имеет ограниченную дальность прослушивания от передающей вышки. Правила FCC в настоящее время ограничивают мощность цифровой части передачи станции до 10% от разрешенной мощности аналоговой части. Даже при таком уровне мощности наличие цифрового сигнала рядом с аналоговым сигналом станции может привести к появлению помех в старых радиоприемниках из-за трудностей с подавлением соседнего цифрового сигнала. "Существуют опасения, что HD Radio на FM может увеличить взаимные помехи между станциями, хотя HD Radio на уровне мощности 10% соответствует спектральной маске FCC". HD Radio HD Radio#примечание 14. "HD Radio" позволяет каждой существующей радиостанции добавлять дополнительные "каналы" в США, передавая цифровой сигнал по обе стороны от своего канала, непосредственно за пределами существующего частотно-модулированного сигнала. Сигнал HD Radio занимает 0,1 МГц, начинающийся на 0,1 МГц выше и ниже несущей частоты станции. Например, если несущая частота аналогового сигнала станции составляет 93,3 МГц, цифровой сигнал будет занимать диапазон 93,1–93,2 МГц и 93,4–93,5 МГц в FM-диапазоне. В этом едином цифровом потоке данных может передаваться несколько цифровых аудиопотоков, или "подканалов", при этом количество аудиоподканалов и распределение полосы пропускания определяются станцией. На тюнере радио эти подканалы будут отображаться как (в приведенном выше примере) "93.3 2", "93.3 3" и так далее. Используемые частоты не меняются при добавлении новых каналов на радиостанцию (93,3 МГц в примере выше). Вместо этого фиксированное количество полосы пропускания просто перераспределяется между аудиопотоками, в результате чего каждый из них получает меньшую полосу пропускания и, следовательно, более низкое качество звука. Нет федерально предписанного перехода на HD Radio для FM- и AM-станций. Однако 27 октября 2020 года FCC одобрила добровольный переход на полностью цифровую AM-трансляцию по всей стране.

Канада

Канада начала разрешать экспериментальные передачи HD Radio в декабре 2012 года и цифровые аудио-субканалы в индивидуальном порядке. Первыми станциями в стране стали CFRM FM в Литтл-Карренте, CING FM в Гамильтоне и CJSA FM в Торонто (а также CFMS FM в пригороде Торонто Маркхэм, подавшая заявку на использование технологии HD Radio), все они расположены в провинции Онтарио.

Германия

В 2020 году сигналы DAB+ охватывают более 90% территории Германии. Национальный мультиплекс содержит три общественные станции Deutschlandfunk и 12 коммерческих станций. В большинстве районов доступны дополнительные мультиплексы с общественными вещателями и региональными коммерческими станциями. Первая сеть станций DAB была развернута в Баварии 17 октября 1995 года и достигла полного покрытия к 1999 году. Другие федеральные земли финансировали создание сетей станций, но из-за отсутствия успеха они прекратили финансирование: MDR прекратила вещание в 1998 году, а Бранденбург признал проект неудачным в 2004 году. Вместо этого Берлин и Бранденбург начали переход на цифровое радио, основанное на аудио-режиме DVB-T, учитывая успех стандарта DVB-T в регионе после отключения аналогового телевидения в августе 2003 года (став первым регионом в Германии, осуществившим переход). В 2004 году была выпущена версия DVB-H, предназначенная для передачи сигнала на мобильные приемники. В течение 2005 года большинство радиостанций покинули сеть DAB, и в полностью финансируемой государством сети станций остался только один общественный мультиплекс. В конечном итоге, комиссия по определению финансовых потребностей вещателей заблокировала федеральное финансирование 15 июля 2009 года, пока не будет доказана экономическая целесообразность DAB-вещания, и указала на DVB-T как на жизнеспособную альтернативу. Развертывание цифрового радио было перезапущено в 2011 году: в декабре 2010 года совместная комиссия государственных и частных радиовещателей приняла решение о "DAB+" в качестве нового национального стандарта. Новая сеть станций начала работу 1 августа 2011 года с 27 станций мощностью 10 кВт каждая, обеспечивая покрытие 70% территории страны. На частотном диапазоне 5C был создан единый "Bundesmux" ("fed mux": сокращение от "федеральный мультиплекс") как единая частотная сеть на канале 5C (см.). С учетом первоначального успеха DAB+ операторы связи приняли решение о расширении сети цифровых радиостанций в ноябре 2012 года.

Норвегия

Норвегия стала первой страной, где в 2017 году было полностью прекращено аналоговое FM-вещание, которое было заменено общенациональным цифровым вещанием DAB+. Местные радиостанции могут продолжать вещание в FM.

Другие европейские страны

Поскольку DAB доступен в Бельгии, Нидерландах, Швейцарии, Дании, Норвегии и Северной Италии, в европейском опорном регионе (см. страны, использующие DAB/DMB) наблюдается хорошее покрытие, что свидетельствует о достаточном развитии на рынке. Франция, Испания, Швеция и Польша используют DAB+ только в крупных городах. Португалия и Финляндия отказались от DAB. Финляндия обращается к ЕС с просьбой обязать автопроизводителей поддерживать FM так же, как и DAB.

Австралия

Австралия начала регулярное цифровое радиовещание в стандарте DAB+ 4 мая 2009 года, после многих лет тестирования альтернативных систем. Обычные радиостанции вещают в диапазонах AM и FM, а также четыре станции (ABC и SBS) транслируются через цифровые телеканалы. В настоящее время вещание доступно в пяти столицах штатов: Аделаиде, Брисбене, Мельбурне, Перте и Сиднее, и проводится тестирование в Канберре и Дарвине.

Япония

Япония начала наземное звуковое вещание с использованием ISDB Tsb и MobaHO!, а также цифровое спутниковое звуковое вещание на частоте 2,6 ГГц.

Южная Корея

1 декабря 2005 года Южная Корея запустила сервис T-DMB, включающий как телевизионные, так и радиостанции. T-DMB является производным от DAB, спецификации которого опубликованы ETSI. Уже в 2005 году в течение одного месяца было продано более 110 000 приемников.

Гонконг

Гонконг заменил DAB на DVB-T2 Lite.

Развивающиеся страны

Цифровое радио теперь предоставляется развивающимся странам. Компания спутниковой связи WorldSpace создавала сеть из трех спутников, включая "AfriStar", "AsiaStar" и "AmeriStar", для предоставления цифровых аудиоинформационных услуг в Африку, Азию и Латинскую Америку. AfriStar и AsiaStar находятся на орбите. Запуск AmeriStar из Соединенных Штатов невозможен, поскольку Worldspace вещает в L-диапазоне, что создаст помехи для военных США, как упоминалось выше. В период расцвета компания обслуживала более 170 000 подписчиков в Восточной и Южной Африке, на Ближнем Востоке и в большей части Азии, причем 96% из них приходилось на Индию. Timbre Media совместно с Saregama India планируют перезапустить компанию. По состоянию на 2013 год Worldspace прекратила свою деятельность, но два спутника остаются на орбите и все еще транслируют несколько каналов. Подробности – в основной статье WorldSpace. Каждый спутник обеспечивает три луча передачи, способных поддерживать по 50 каналов, транслирующих новости, музыку, развлечения и образовательные программы, а также компьютерные мультимедийные услуги. Местные, региональные и международные вещатели сотрудничали с WorldStar для предоставления услуг. Консорциум вещателей и производителей оборудования также работает над внедрением преимуществ цифрового вещания в радиочастотный спектр, используемый в настоящее время для наземных AM-радиопередач, включая международные коротковолновые передачи. Более семидесяти вещателей в настоящее время вещают программы, используя новый стандарт Digital Radio Mondiale (DRM), и доступны коммерческие DRM-приемники (хотя на сайте DRM представлено немного моделей, и некоторые из них сняты с производства). Система DRM использует стандарт aacPlus на основе MPEG 4 для кодирования музыки и CELP или HVXC для речевых программ. Однако в настоящее время их стоимость слишком высока для многих стран третьего мира. Внедрение DRM было незначительным, и многие традиционные коротковолновые вещатели теперь ограничиваются потоковой передачей в Интернете, использованием фиксированных спутниковых систем (телевизионных приставок) или местных аналоговых FM-ретрансляторов для снижения затрат. Доступно очень мало (дорогих) DRM-радиоприемников, и некоторые вещатели (RTE в Ирландии на частоте 252 кГц) прекратили испытания, не запустив сервис. Низкозатратные DAB-радиоприемники теперь доступны от различных японских производителей, а WorldSpace сотрудничает с Thomson Broadcast для внедрения сельского коммуникационного центра, известного как Telekiosk, для предоставления коммуникационных услуг в сельские районы. Telekiosks являются автономными и доступны в стационарном или мобильном исполнении.