Radio cyfrowe Mondiale - Digital Radio Mondiale

Oficjalne logo DRM

Digital Radio Mondiale ( DRM ; mondiale to włoski i francuski oznaczający „na całym świecie”) to zestaw cyfrowych technologii nadawania dźwięku zaprojektowanych do pracy w pasmach obecnie używanych do analogowego nadawania radia, w tym nadawania AM , w szczególności na falach krótkich i nadawania FM . DRM jest bardziej wydajny spektralnie niż AM i FM, umożliwiając większej liczbie stacji w wyższej jakości przy danej przepustowości przy użyciu formatu kodowania audio xHE-AAC . Różne inne kodeki MPEG-4 i Opus są również kompatybilne, ale standard określa teraz xHE-AAC .

Digital Radio Mondiale to także nazwa międzynarodowego konsorcjum non-profit , które zaprojektowało platformę i obecnie promuje jej wprowadzenie. Radio France Internationale , TéléDiffusion de France , BBC World Service , Deutsche Welle , Voice of America , Telefunken (obecnie Transradio ) i Thomcast (obecnie Ampegon ) brały udział w tworzeniu konsorcjum DRM.

Zasada DRM polega na tym, że przepustowość jest czynnikiem ograniczającym, a moc obliczeniowa komputera jest tania; nowoczesne techniki kompresji dźwięku wykorzystujące procesor CPU umożliwiają bardziej efektywne wykorzystanie dostępnej przepustowości kosztem zasobów obliczeniowych.

Cechy

DRM może dostarczać dźwięk o jakości porównywalnej do FM na częstotliwościach poniżej 30 MHz ( długie fale , średnie i krótkie fale ), co pozwala na propagację sygnału na bardzo duże odległości. Tryby dla tych niższych częstotliwości były wcześniej znane jako „DRM30”. W pasmach VHF używano określenia „DRM+”. DRM+ jest w stanie wykorzystać dostępne widma rozgłoszeniowe w zakresie od 30 do 300 MHz; ogólnie oznacza to pasmo I (47 do 68 MHz), pasmo II (87,5 do 108 MHz) i pasmo III (174 do 230 MHz). DRM został zaprojektowany tak, aby móc ponownie wykorzystać części istniejących urządzeń nadawczych analogowych , takich jak anteny, zasilacze, a zwłaszcza w przypadku DRM30, same nadajniki, unikając dużych nowych inwestycji. DRM jest odporny na blaknięcie i zakłócenia, które często nękają konwencjonalne nadawanie w tych zakresach częstotliwości.

Kodowanie i dekodowanie może być wykonywane z wykorzystaniem cyfrowego przetwarzania sygnału , tak że tani komputer wbudowany z konwencjonalnym nadajnikiem i odbiornikiem może wykonywać dość złożone kodowanie i dekodowanie.

Jako medium cyfrowe DRM może przesyłać inne dane poza kanałami audio ( datacasting ) — a także metadane typu RDS lub dane związane z programem, tak jak robi to Digital Audio Broadcasting (DAB). Usługi DRM mogą być obsługiwane w wielu różnych konfiguracjach sieciowych, od tradycyjnego modelu AM z jedną usługą z jednym nadajnikiem do modelu z wieloma usługami (do czterech) z wieloma nadajnikami, jako sieć jednoczęstotliwościowa (SFN) lub wieloczęstotliwościowa. sieć częstotliwości (MFN). Możliwa jest również praca hybrydowa, w której ten sam nadajnik dostarcza jednocześnie usługi analogowe i DRM.

DRM zawiera technologię znaną jako Funkcje Ostrzegania o Niebezpieczeństwie, która może zastąpić inne programy i aktywować radiotelefony, które są w stanie gotowości w celu odbierania audycji alarmowych.

Status

Standard techniczny jest dostępny bezpłatnie w ETSI , a ITU zatwierdziło jego stosowanie w większości krajów świata. Zatwierdzenie dla regionu ITU 2 oczekuje na zmiany w istniejących umowach międzynarodowych. Inauguracyjna transmisja odbyła się 16 czerwca 2003 roku w Genewie , w Szwajcarii , w ITU Światowej Konferencji Radiowej .

Obecni nadawcy to All India Radio , BBC World Service , funklust (wcześniej znany jako BitXpress), Radio Exterior de España , Radio New Zealand International , Radio Watykańskie , Radio Romania International i Radio Kuwejt.

Do tej pory odbiorniki DRM zazwyczaj korzystały z komputera osobistego . Kilku producentów wprowadziło odbiorniki DRM, które do tej pory pozostawały produktami niszowymi ze względu na ograniczony wybór programów. Oczekuje się, że przejście krajowych nadawców na usługi cyfrowe w systemie DRM, w szczególności All India Radio, pobudzi produkcję nowej generacji niedrogich i wydajnych odbiorników.

Chengdu NewStar Electronics oferuje DR111 od maja 2012 r., który spełnia minimalne wymagania dla odbiorników DRM określone przez konsorcjum DRM i jest sprzedawany na całym świecie.

General Overseas Service of All India Radio nadaje codziennie w DRM do Europy Zachodniej na 9,95 MHz od 17:45 do 22:30 UTC. All India Radio jest w trakcie wymiany i remontu wielu krajowych nadajników AM z DRM. Projekt, który rozpoczął się w 2012 roku, ma zakończyć się w 2015 roku.

British Broadcasting Corporation BBC przetestowało tę technologię w Wielkiej Brytanii , nadając BBC Radio Devon w rejonie Plymouth w paśmie MF . Proces trwał przez rok (kwiecień 2007 - kwiecień 2008). BBC trialed także DRM + w paśmie FM w 2010 roku ze stacji nadawczej Craigkelly w Fife w Szkocji, na obszarze który obejmował miasto Edinburgh . W tej próbie poprzednio używany nadajnik FM o mocy 10 kW (ERP) został zastąpiony nadajnikiem 1 kW DRM+ w dwóch różnych trybach, a zasięg w porównaniu z cyfrowym radiem FM Mondiale został uwzględniony w konsultacjach Ofcom w 2007 r. na temat przyszłości radia w Stanach Zjednoczonych. Królestwo dla pasma fal średnich AM .

RTE także uruchomić jedno i wielu testów Program overnight podczas podobnym okresie na 252 kHz LW nadajnika w : Trim , County Meath , Irlandia, który został uaktualniony do wsparcia DRM po Atlantic 252 zamknięte.

Instytut Fraunhofera ds. układów scalonych IIS oferuje pakiet dla radiotelefonów definiowanych programowo, które mogą być licencjonowane dla producentów radiotelefonów. [1]

Przepisy międzynarodowe

W dniu 28 września 2006 r. australijski regulator widma, Australian Communications and Media Authority , ogłosił, że „nałożył embargo na pasma częstotliwości potencjalnie nadające się do użytku przez usługi nadawcze korzystające z radia cyfrowego Mondiale do czasu zakończenia planowania widma”. „5950–6200; 7100-7300; 9500-9900; 11650–12 050; 13600-13800; 15100-15600; 17550-17900; 21450–21850 i 25670–26100 kHz.

Stany Zjednoczone Federalna Komisja Łączności stwierdza w 47 CFR 73,758 że: „Dla modulowanych cyfrowo emisji, Digital Radio Mondiale (DRM) standard stosuje się rachunek” Część 73, sekcja 758 dotyczy tylko nadawania HF .

Przegląd technologiczny

Kodowanie źródła dźwięku

Użyteczne szybkości transmisji bitów dla DRM30 wahają się od 6,1 kbit/s (tryb D) do 34,8 kbit/s (tryb A) dla pasma 10 kHz (±5 kHz wokół częstotliwości środkowej). Możliwe jest osiągnięcie szybkości transmisji do 72 kbit/s (tryb A) przy użyciu standardowego kanału o szerokości 20 kHz (±10 kHz). (Dla porównania, czyste cyfrowe radio HD może nadawać 20 kbit/s przy użyciu kanałów o szerokości 10 kHz i do 60 kbit/s przy kanałach 20 kHz.) Przydatna szybkość transmisji zależy również od innych parametrów, takich jak:

Kiedy DRM był pierwotnie projektowany, było jasne, że najbardziej niezawodne tryby oferowały niewystarczającą pojemność dla najnowocześniejszego formatu kodowania audio MPEG-4 HE-AAC (High Efficiency Advanced Audio Coding). Dlatego standard został wprowadzony z wyborem trzech różnych systemów kodowania dźwięku (kodowanie źródłowe) w zależności od przepływności:

  • MPEG-4 HE-AAC (High Efficiency Advanced Audio Coding). AAC to percepcyjny koder odpowiedni dla głosu i muzyki, a High Efficiency jest opcjonalnym rozszerzeniem do rekonstrukcji wysokich częstotliwości (SBR: replikacja pasma widmowego) i obrazu stereo (PS: Parametric Stereo). Częstotliwości próbkowania 24 kHz lub 12 kHz mogą być używane dla rdzenia AAC (bez SBR), które odpowiadają odpowiednio 48 kHz i 24 kHz przy użyciu nadpróbkowania SBR.
  • MPEG-4 CELP, który jest koderem parametrycznym dostosowanym tylko do głosu (vocoder), ale jest odporny na błędy i wymaga małej przepływności.
  • MPEG-4 HVXC, który jest również parametrycznym koderem programów mowy, który używa jeszcze mniejszej przepływności niż CELP.

Jednak wraz z rozwojem MPEG-4 xHE-AAC , który jest implementacją ujednoliconego kodowania mowy i dźwięku MPEG , standard DRM został zaktualizowany i dwa formaty kodowania tylko mowy, CELP i HVXC, zostały zastąpione. USAC jest zaprojektowany do łączenia właściwości mowy i ogólnego kodowania dźwięku zgodnie z ograniczeniami szerokości pasma, dzięki czemu jest w stanie obsłużyć wszelkiego rodzaju materiały programowe. Biorąc pod uwagę, że na antenie było niewiele transmisji CELP i HVXC, decyzja o porzuceniu formatów kodowania tylko mowy została podjęta bez problemu.

Wielu nadawców nadal używa formatu kodowania HE-AAC , ponieważ nadal oferuje on akceptowalną jakość dźwięku, nieco porównywalną z transmisją FM przy przepływnościach powyżej około 15 kbit/s. Przewiduje się jednak, że w przyszłości większość nadawców przyjmie xHE-AAC .

Dodatkowo, od wersji 2.1, popularne oprogramowanie Dream może nadawać przy użyciu formatu kodowania Opus . Chociaż nie jest to zgodne z obecnym standardem DRM, włączenie tego kodeka jest przewidziane do eksperymentów. Oprócz dostrzeganych zalet technicznych w stosunku do rodziny MPEG, takich jak niskie opóźnienia (opóźnienie między kodowaniem a dekodowaniem), kodek jest bezpłatny i ma implementację open source. Jest to alternatywa dla zastrzeżonej rodziny MPEG, której użycie jest dozwolone według uznania właścicieli patentów. Niestety ma znacznie niższą jakość dźwięku niż xHE-AAC przy niskich przepływnościach, które są kluczem do zachowania przepustowości. W rzeczywistości przy 8 Kb/s Opus brzmi gorzej niż analogowe radio krótkofalowe. Film przedstawiający porównanie Opus i xHE-AAC jest dostępny tutaj . Producenci sprzętu płacą obecnie tantiemy za włączenie kodeków MPEG.

Pasmo

Nadawanie DRM może odbywać się przy użyciu różnych przepustowości:

  • 4,5 kHz. Daje zdolność do nadawcy, aby zrobić simulcast i korzystać ze wstęgą boczną niższy o 9 kHz kanału rastrowej dla AM , z sygnałem DRM 4.5 kHz zajmującej obszar tradycyjnie podejmowane przez górnej wstęgi bocznej. Jednak wynikowa szybkość transmisji i jakość dźwięku nie są dobre.
  • 5 kHz. Daje nadawcy możliwość nadawania symultanicznego i używania obszaru dolnej wstęgi bocznej kanału rastrowego 10 kHz dla AM , przy czym sygnał DRM 5 kHz zajmuje obszar tradycyjnie zajmowany przez górną wstęgę boczną. Jednak wynikowa szybkość transmisji i jakość dźwięku są marginalne (7,1–16,7 kbit/s dla 5 kHz). Ta technika może być używana w pasmach krótkofalowych na całym świecie.
  • 9 kHz. Zajmuje połowę standardowej przepustowości kanału nadawczego dla fal długich lub fal średnich regionu 1.
  • 10 kHz. Zajmuje połowę standardowej przepustowości kanału rozgłoszeniowego regionu 2 i może być używany do jednoczesnego nadawania z analogowym kanałem audio ograniczonym do NRSC5. Zajmuje cały światowy kanał nadawczy na falach krótkich (co daje 14,8–34,8 kbit/s).
  • 18 kHz. Zajmuje pełne pasmo regionu 1 kanałów fal długich lub fal średnich zgodnie z istniejącym planem częstotliwości . Zapewnia to lepszą jakość dźwięku.
  • 20 kHz. Zajmuje pełne pasmo kanału AM regionu 2 lub regionu 3 zgodnie z istniejącym planem częstotliwości. Zapewnia to najwyższą jakość dźwięku standardu DRM30 (zapewniając 30,6–72 kbit/s).
  • 100 kHz dla DRM+. Ta szerokość pasma może być używana w pasmach I , II i III, a DRM+ może transmitować cztery różne programy w tym paśmie lub nawet jeden cyfrowy kanał wideo o niskiej rozdzielczości.

Modulacja

Modulacja stosowana dla DRM jest kodowanym multipleksowaniem z ortogonalnym podziałem częstotliwości ( COFDM ), w którym każda nośna jest modulowana kwadraturową modulacją amplitudy ( QAM ) z wybieralnym kodowaniem błędów.

Wybór parametrów transmisji zależy od pożądanej odporności sygnału i warunków propagacji. Na sygnał transmisyjny wpływają szumy, zakłócenia, wielodrogowa propagacja fali oraz efekt Dopplera .

Możliwy jest wybór spośród kilku schematów kodowania błędów i kilku wzorów modulacji: 64-QAM, 16-QAM i 4-QAM. Modulacja OFDM ma pewne parametry, które należy dostosować w zależności od warunków propagacji. Jest to odstęp między nośnymi, który określa odporność na efekt Dopplera (który powoduje przesunięcia częstotliwości, rozproszenie: rozproszenie Dopplera) i przedział ochronny OFDM, który określa odporność na propagację wielościeżkową (co powoduje przesunięcia opóźnień, rozproszenie: rozproszenie opóźnienia). Konsorcjum DRM określiło cztery różne profile odpowiadające typowym warunkom propagacji:

  • O: Kanał Gaussa z bardzo małą propagacją wielościeżkową i efektem Dopplera. Ten profil nadaje się do nadawania lokalnego lub regionalnego.
  • B: kanał propagacji wielościeżkowej. Ten tryb jest odpowiedni do transmisji na średnim zasięgu. Obecnie jest często używany.
  • C: podobny do trybu B, ale z lepszą odpornością do Dopplera (większe odstępy między nośnikami). Ten tryb jest odpowiedni do transmisji na duże odległości.
  • D: podobny do trybu B, ale z odpornością na duże rozproszenie opóźnienia i rozproszenie Dopplera. Ten przypadek występuje w niekorzystnych warunkach propagacji przy transmisji na bardzo duże odległości. Użyteczna przepływność dla tego profilu jest zmniejszona.

Kompromis między tymi profilami stoi między solidnością, odpornością w odniesieniu do warunków propagacji i użytecznymi przepływnościami dla usługi. Ta tabela przedstawia niektóre wartości w zależności od tych profili. Im większy rozstaw nośników, tym bardziej system jest odporny na efekt Dopplera (rozproszenie Dopplera). Im większy odstęp ochronny, tym większa odporność na długie błędy propagacji wielościeżkowej (rozprzestrzenianie się opóźnienia).

Otrzymana informacja cyfrowa o niskiej przepływności jest modulowana przy użyciu COFDM . Może działać w trybie Simulcast poprzez przełączanie między DRM i AM, a także jest przygotowany do łączenia się z innymi alternatywami (np. usługami DAB lub FM).

DRM został pomyślnie przetestowany na falach krótkich , średnich ( z odstępami międzykanałowymi 9 i 10 kHz ) i długich .

Tryb Odstęp między nośnymi OFDM (Hz) Liczba przewoźników Długość symbolu (ms) Długość interwału ochronnego (ms) Liczba symboli na klatkę
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

Istnieje również wersja DRM z dwukierunkową komunikacją o niższej przepustowości jako zamiennik komunikacji SSB na HF – należy pamiętać, że nie jest ona zgodna z oficjalną specyfikacją DRM. W przyszłości może być możliwe połączenie wersji DRM o szerokości pasma 4,5 kHz używanej przez społeczność krótkofalowców z istniejącą specyfikacją DRM.

Oprogramowanie Dream otrzyma wersje komercyjne, a także ograniczony tryb transmisji za pomocą enkodera FAAC AAC.

Kodowanie błędów

Kodowanie błędów można wybrać tak, aby było mniej lub bardziej niezawodne.

Ta tabela pokazuje przykład użytecznych przepływności w zależności od klas ochrony

  • Profile propagacji OFDM (A lub B)
  • modulacja nośna (16QAM lub 64QAM)
  • i szerokość pasma kanału (9 lub 10 kHz)
Szybkość transmisji, kbit/s
Klasa ochrony (9 kHz) B (9 kHz) B (10 kHz) C (10 kHz) D (10 kHz)
64-QAM 16-QAM 16-QAM 64-QAM 16-QAM 64-QAM 16-QAM 64-QAM
0 19,6 7,6 8,7 17,4 6,8 13,7 4,5 9,1
1 23,5 10.2 11,6 20,9 9,1 16,4 6,0 10,9
2 27,8 - - 24,7 - 19,4 - 12,9
3 30,8 - - 27,4 - 21,5 - 14,3

Im niższa klasa ochrony, tym wyższy poziom korekcji błędów.

DRM+

Podczas gdy początkowy standard DRM obejmował pasma nadawcze poniżej 30 MHz, konsorcjum DRM przegłosowało w marcu 2005 r. rozpoczęcie procesu rozszerzenia systemu na pasma VHF do 108 MHz.

31 sierpnia 2009 DRM+ (Tryb E) stał się oficjalnym standardem nadawania wraz z publikacją specyfikacji technicznej przez Europejski Instytut Norm Telekomunikacyjnych ; jest to w rzeczywistości nowa wersja całej specyfikacji DRM z dodatkowym trybem umożliwiającym pracę powyżej 30 MHz do 174 MHz.

Stosowane są kanały o szerszej przepustowości, co pozwala stacjom radiowym używać wyższych przepływności, zapewniając w ten sposób wyższą jakość dźwięku. Kanał 100 kHz DRM+ ma wystarczającą pojemność, aby przenosić jeden kanał telewizji mobilnej o niskiej rozdzielczości 0,7 megabita/s: możliwe byłoby rozpowszechnianie telewizji mobilnej za pośrednictwem DRM+, a nie DMB lub DVB-H . Jednak DRM+ (DRM Mode E) w postaci zaprojektowanej i ustandaryzowanej zapewnia przepływność tylko od 37,2 do 186,3 kb/s, w zależności od poziomu odporności, przy użyciu modulacji 4-QAM lub 16-QAM i szerokości pasma 100 kHz.

Przepływności DRM+ [kbit/s]
Tryb Modulacja MSC Poziom odporności Pasmo 100 kHz
mi 4-QAM Maks. 37,2
Min 74,5
16-QAM Maks. 99,4
Min 186,3

DRM+ został pomyślnie przetestowany we wszystkich pasmach VHF , co daje systemowi DRM najszersze wykorzystanie częstotliwości; może być stosowany w paśmie I , II i III . DRM+ może współistnieć z DAB w paśmie III, ale można również wykorzystać obecne pasmo FM . ITU opublikował trzy zalecenia dotyczące DRM+, znane w dokumentach jako System Cyfrowy G. Wskazuje to na wprowadzenie pełnego systemu DRM (DRM 30 i DRM+). Zalecenie ITU-R BS.1114 to zalecenie ITU dotyczące nadawania dźwięku w zakresie częstotliwości od 30 MHz do 3 GHz. DAB, HD-Radio i ISDB-T były już zalecane w tym dokumencie jako systemy cyfrowe odpowiednio A, C i F.

W 2011 roku paneuropejska organizacja Community Media Forum Europe zarekomendowała Komisji Europejskiej, że DRM+ powinien być wykorzystywany raczej do nadawania na małą skalę (radio lokalne, radio społecznościowe) niż DAB/DAB+.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne