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.
Digital radio is the use of digital technology to transmit or receive across the radio spectrum. Digital transmission by radio waves includes digital broadcasting, and especially digital audio radio services.
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.