DRM – digitālais radio ceļā pie klausītājiem

 

DRM attīstība

The Digital Radio Mondiale (DRM) konsorcijs tika nodibināts 1998. gadā un tas pārstāv raidorganizācijas, akadēmiskās iestādes un ražotājus. Tā nodoms ir attīstīt tādu standartu, kas aizstātu analogo AM (amplitūdas modulācijas) radio ar digitālo radio, sauktu arī par DRM. Starptautiskā Telekomunikāciju savienība (ITU), Starptautiskā Elektrotehniskā komiteja ( IEC) un Eiropas Telekomunikāciju standartizācijas institūts (ETSI) ir atzinīgi novērtējis DRM pārraides visā pasaulē frekvenču joslā, kas ir zemāka par 30 MHz.

2005. gada martā DRM konsorcijs izlēma sākt procesu, kura mērķis ir paplašināt frekvenču joslu līdz 120 MHz. Pārbaudes un testa fāze varētu tikt pabeigta līdz 2007. -2009. gadam. DRM šobrīd ir vienīgas universālais AM radio digitalizācijas projekts, kas aptver visu pasauli. Ir saglabāts pašreizējais AM joslas platums 9 KHz vidējiem un garajiem viļņiem, kā arī 10 KHz īsviļņiem. Vidējos viļņos DRM pārraides var nodrošināt teicamu kvalitāti, kas ir ļoti tuva FM standartam – vairums klausītāju uzskata, ka AM šobrīd tā nav laba. DRM standartā ir iespējama teksta, datu pārraide, arī stereo audio signāla režīms.

Daudzus pašreizējos AM raidītājus ir iespējams modificēt, lai pārraidītu DRM. Jau tagad Latvijā ir iespējams uztvert digitālās radiopārraides un iegādāties programmatūras (software) uztvērējus. 2005. gada jūnijā Texas Instruments Incorporated (TI) un Radio Scape ir paziņojušas par pasaulē pirmo DRM mikročipu un moduļu izstrādi, kas nozīmē uztvērēju komerciālu ražošanu un laišanu pārdošanā nākošā gada sākumā. DRM standarts ietver gan stacionāru, gan pārnēsājamu radiouztvērēju lietošanu, arī mašīnu uztvērējus, kā arī software radio. Izmantojot DRM, audio kvalitāte galvenokārt ir noteikta ar raidīšanas veidu un spektra izmantošanu. To nevajag uzskatīt par joslas platumu – DRM tas nav viens un tas pats atšķirībā no AM, kad spektrs netiek izmantots efektīvi, jo audio informācijas pārraidei ir nepieciešamas abu frekvenču sānu joslas. Tas ir neefektīvi arī tāpēc, ka puse raidītāja jaudas aiziet nesējfrekvencē. Būtībā nesējfrekvences klātbūtne nav nepieciešama, tomēr tas nedaudz sarežģī uztvērēja konstrukciju. Radioamatieri jau sen lieto vienas sānu joslas modulāciju (SSB) vai vienas sānu joslas modulāciju ar nospiestu nesējfrekvenci.

Kad tiek izmantota DRM pārraide, audiosignāla pasliktināšanās nav tik jūtama feidinga vai interferences dēļ kā AM. Paredzot šo apstākli DRM uztvērēja programmatūrā, tas saņem pietiekamu ciparu datu plūsmu un ir spējīgs atkārtot to pašu informāciju, kas tiek kodēta raidītājā.

 

DRM pārraižu veidi

DRM signālu pārraida četros veidos – A, B, C un D.

 

	DRM veids Izplatīšanās   Datu ātrums Kļūdu aizsardzība A mazs feidings augsts mazākā B kā A plus selektīvais feidings vidējs maza C kā B plus stiprs feidings mazs vidēja D kā C plus stiprs Doplera efekts mazākais augsta

 

A veids ir vispiemērotākais vidējos un garajos viļņos, jo vietējām radiopārraidēm lieto zemes vilni (ground wave).

B veids ir visvienkāršākais pārraides veids īsviļņu radiostacijām. Nakts laikā, kad jūtama telpas viļņa (sky wave) ietekme, vidējo viļņu radiostacijas A vietā lieto B veidu. 

C veids tiek izmantots tālajām īsviļņu radiostacijām, piemēram, Jaunzēlandes radiopārraižu uztveršanai Eiropā. D veids savukārt ir vispiemērotākais, kad tiek lietotas Near Vertikal Incidence Skywave (NVIS) pārraides - radiosignāls stāvā leņķī atstarojas no jonosfēras un tūlīt nonāk atpakaļ uz zemes. To maz lieto Eiropā, taču radioamatieri ir veikuši pārraides 5 MHz diapazonā, lai noskaidrotu, vai NVIS ir piemērots nacionālajām pārraidēm tuvajā zonā no 30–500 km. NVIS pārraides parasti izmanto tropiskās īsviļņu stacijas, lai ar vienu raidītāju nosegtu ievērojamu platību.

Kad lieto A vai B veidu, izmanto trīs MPEG tehnoloģiju Advanced Band Replication (AAC), Spectral Band Replication (SBR) un Parametric Stereo (PS) apvienojumu - kodeku MPEG4 aacPlus, kas palīdz DRM uztvērējam saspiest nepieciešamo 15,2 KHz audiojoslu (ekvivalentu FM standartam) un tā aizņem 9/10 KHz platu radiospektru.

 

DRM aizsardzības līmeņi

Vairumam DRM radiostaciju A un B veidam tiek izmantots pirmais aizsardzības līmenis, kas ir vairāk piemērots signālam bez selektīvā feidinga un interferences. Vienīgi visaugstākais datu pārraides ātrums, kas pieejams A un B veidam, nodrošina augstu skaņas kvalitāti, kas ekvivalenta FM standartam (5.1 standarta audio nepieciešami 128 kbps, CD stereo kvalitātei tuvam - 32 kbps, augstas kvalitātes stereo signālam – 24 kbps, bet labas kvalitātes mono pietiek ar 16 kbps).

Tabulas parāda maksimālo iespējamo aacPlus kodeka datu pārraides ātrumu dažādiem DRM veidiem un aizsardzības pakāpēm. Ja radiostacija pārraida arī datu servisu, tad audio datu pārraides ātrums ir mazāks. Vairums B veida DRM īsviļņu radiostaciju strādā vienīgi ar AAC kodeku, nevis SBR un lieto 16-QAM.

 

Aizsardzības pakāpe	Veids A 64-QAM	Veids B 64-QAM
0	19,6 kbps	15,2 kbps
1	23,5 kbps	18,3 kbps
2	27,8 kbps	21,6 kbps
3	30,8 kbps	24,0 kbps

Tipisks datu pārraides ātrums DRM vidējo viļņu radiostacijai 9 KHz kanālam.

 

Aizsardzības pakāpe	Veids B 16-QAM	Veids B 64-QAM
0	11,6 kbps	17,4 kbps
1	14,5 kbps	20,9 kbps
2	---	24,7 kbps
3	---	27,4 kbps

Tipisks datu pārraides ātrums īsviļņu DRM radiostacijai 10 KHz kanālam.

 

C un D signāla pārraides veidu DRM izmanto tikai īsviļņu diapazonos, kā arī, lai noteiktu signāla stipruma un feidinga dziļuma attiecību un datu kapacitāti. Audio kvalitāte var būt visai slikta un ir salīdzināma ar AM standartu. Daudzi DRM raidītāji izmanto vienīgi AAC kodeku, lai gan nepietiekamas informācijas korekciju atbalsta abi divi AAC un SBR. Raidot ar C un D veidu, tiek lietots augsts aizsardzības līmenis, tas savukārt nosaka audio kvalitāti (joslas platumu), kas var būt pat sliktāka par AM un nav derīga multimediju pārraidēm. Lai gan signāls drīkst būt sliktā kvalitātē, paredzot iepriekš pietiekamu uztvērēja attiecību signāls – troksnis, tomēr nav iespējams noteikt visas feidinga raksturīgās pazīmes, un tad signāla kropļojumi ir ekvivalenti kā AM pārraidēs.

 

Aizsardzības pakāpe	Veids C MSC 16-QAM	Veids C MSC 64-QAM
0	9,1 kbps	13,7 kbps
1	11,4 kbps	16,4 kbps
2	---	19,4 kbps
3	---	21,5 kbps

C pārraide 10 KHz kanālā.

 

 

Aizsardzības pakāpe	Veids D MSC 16-QAM	Veids D MSC 64-QAM
0	6,0 kbps	9,1 kbps
1	7,5 kbps	10,9 kbps
2	---	12,9 kbps
3	---	14,3 kbps

D pārraide 10 KHz kanālā.

 

DRM un COFDM

DRM radiosignāls tiek pārraidīts ar kodēto ortogonālo frekvenču dalīšanas multipleksu (COFDM), kas ir efektīvs digitālais spektra izmantošanas veids, lietojot daudzus frekvenču nesējus vienādā attālumā. Tā ir standarta metode digitālai raidīšanai. Nesēju skaits, modulācija un atstarpe starp tiem dažādām raidīšanas sistēmām var būt dažāda, tomēr sinhronizācijas veids ir vienāds.

Digital Audio Broadcasting (DAB) sistēmai ir 1536 nesēji ar atstarpi 1 KHz. Digital Terrestrial Television (DTT) 2k modei ir 1705 nesēji ar atstarpi 4,464 KHz, kur 1512 nesēji satur informāciju, bet atlikušie ir vadības signāli. Faktiskais DRM frekvenču nesēju skaits ir atkarīgs no frekvenču joslas platuma - 9 KHz garajos un vidējos viļņos, bet 10 KHz īsviļņos.

 

DRM veids	Nesēju atstarpe	Nesēju skaits  9 kHz	Nesēju skaits  10 kHz	Nesēju skaits  18 kHz	Nesēju skaits  20 kHz
A	41,66 Hz	204	228	412	460
B	46,88 Hz	182	206	366	410
C	68,18 Hz	*	138	*	280
D	107,14 Hz	*	88	*	178

* šis veids nav noteikts garo/vidējo viļņu pārraidīšanai.

 

DRM veids	Nesēju atstarpe	Simbolu ilgums	Kļūdas korekcijas ilgums	Simbolu skaits vienā nesējā
A	41,66 Hz	26,66 ms	2,66 ms	15
B	46,88 Hz	26,66 ms	5,33 ms	15
C	68,18 Hz	20,00 ms	5,33 ms	20
D	107,14 Hz	16,66 ms	7,33 ms	24

 

COFDM nesējfrekvences atrodas visā signāla spektrā, tomēr ne visas pārraida informāciju. Nesējfrekvences atstarpes ir vienādas ar apgrieztu simbolu ilgumu. Katra nesējfrekvence var būt arī vadības jeb pilotsignāls. Šie pilotsignāli satur nepieciešamos lielumus datu korekcijai feidinga laikā. Pilotsignāli tiek pārraidīti ar noteiktu amplitūdas un fāzes vērtību. Nesējfrekvences sistemātiski maina savas funkcijas katrai attiecībai simbols/nesējs un padara signālu noturīgu pret feidingu un trokšņiem. Katrs nesējfrekvence ir modulēta ar kvadrātisko amplitūdas modulāciju (QAM), kas būtībā apvieno fiksētas amplitūdas un fāzes modulācijas. Selektīvā feidinga un interferences laikā DRM pārraide tiek aizsargāta no kļūdām ar ātrās atpazīšanas signālu Fast Access Channel (FAC) (400 ms), kas satur informāciju par modulācijas tipu, signāla parametriem, kā arī stacijas nosaukumu. Pēc FAC signāla uztvērējs to arī atpazīst, pārskaņo savu traktu saskaņā ar saņemtajām instrukcijām un beidzot dekodē DRM signālu tā, ka kāda nesēja zaudējums neietekmē datu pārraidi kopumā. Šobrīd daudzas īsviļņu radio stacijas aizsardzības un drošības dēļ strādā vairākās frekvencēs. DRM datu plūsma satur informāciju par šādām frekvencēm un uztvērējs slikta signāla apstākļos pārslēdzas uz citu vilni. 

 

*attēlos DRM software radio modeļi un pārnēsājamais uztvērējs.

Henriks ZEIĻAKS

Tālr. 9259505

 

 

    aacPlus kodeks- jāpārzīmē