Цифровое телевидение

1.1 Система DAB

Система DAB пригодна для организации наземного, спутникового и кабельного вещания и обладает следующими техническими преимуществами:

• высокое качество звуковоспроизведения (на уровне проигрывателей компакт-дисков);
• передача цифрового сигнала требует меньшей мощности, чем передача аналогового, а качество звучания остается неизменным начиная с момента, когда прием сигнала вообще становится возможным.
• возможность передачи в узкой полосе частот шириной 1,54 МГц шести стереопрограмм (с качеством, характерным для проигрывателя компакт-дисков) совместно с разнообразной дополнительной информацией;
• для каждого канала выделяется своя полоса частот и качество передачи можно динамически регулировать в месте, откуда ведется передача.
• возможность охвата вещанием больших территорий (в том числе территории всей России) путем организации одночастотных сетей (то есть сетей, состоящих из передатчиков, работающих в синхронном режиме на одной и той же частоте) или непосредственно вещания с искусственных спутников Земли;
• возможность передачи электронных газет, факсов, изображений, бизнес информации, телевизионных сигналов и т.д. ("радиомультимедиа");
• возможность приема программ наземного и непосредственно спутникового вещания на радиоприемники с ненаправленными штыревыми антеннами в домашней обстановке, в движущемся автомобиле или в походных условиях;
• высокая устойчивость к воздействию помех и, в частности, помех многолучевого распространения, позволяющая добиться стабильного приема даже при быстром перемещении автомобилей в городских районах со сложной многоэтажной застройкой;
• наличие специальных каналов для передачи информации ограниченному кругу пользователей (закрытые каналы с паролем или пейджинг);
• возможность использования универсального приемника при реализации наземного спутникового, гибридного и кабельного вариантов вещания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СТАНДАРТА DAB

Комплекс стандартов DAB определяет способы передачи информации, области занимаемых частот, набор сервисных услуг и методы их предоставления и т.д. Системное построение и технические характеристики системы регламентированы в принятом в 1995 г. и дополненном в 1997 г. европейском телекоммуникационном стандарте ETS 300401.  
Принцип транслирования DAB-радиопрограмм принципиально отличается от рассмотренных систем радиовещания. Уже не одна, а несколько различных программ объединяются в единый блок, называемый ансамблем (ENSEMBLE, или MULTIPLEX) и передаются на одной несущей частоте. Каждый ансамбль может состоять из 6 основных программ, а также дополнительных данных, связанных с программами.

  Для передачи цифровой эфирной информации определено использование системы COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Эта система предполагает дискретизацию аналогового потока не только по времени, но и по частоте. Полученные элементы оцифровываются, определенным образом перемешиваются и затем модулируют совокупность несущих, количество которых определяется мощностью передаваемого информационного потока (в стандарте DAB может использоваться от 192 до 1536 несущих). Расстояние между несущими выбирается таким образом, чтобы пересечение спектров соседних несущих не создавало помех при демодуляции, то есть чтобы выполнялось условие их ортогональности.

  Дополнительная дискретизация по частоте позволяет применять перемешивание и сверточные коды, повышающие устойчивость информации к помехам. Еще одной существенной особенностью системы COFDM является использование защитного интервала между передачей отдельных символов. Этот интервал перекрывает предполагаемое время появления отраженного сигнала символа, что снижает чувствительность к помехам, вызванным многолучевым распространением радиоволн.

Количество несущих, расстояние между  ними, длина защитного интервала  и значение FEC (степени защиты за счет применения сверточного кодирования) являются переменными величинами. Использование  такой системы передачи обеспечивает возможность чистого приема в местах плотной городской застройки. Еще одним важным плюсом применения COFDM является высокое качество мобильного приема, одной из основных проблем которого является сложность адаптации приемника к постоянному изменению мощности сигнала из-за изменения конфигурации отраженных сигналов.

 Специфика компоновки и передачи цифрового материала позволяет пересылать в общем потоке любые виды оцифрованной информации, при условии, что они не требуют широкой полосы частот. Это может быть текст, графика или даже движущиеся картинки.

Система DAB подвергалась лабораторным и полевым испытаниям при работе в диапазоне частот 1452-1492 МГц (L-диапазон). При испытаниях применялся режим II, что соответствует наличию 384 несущих в передаваемом радиосигнале. Кодирование цифровых звуковых сигналов в данной системе производилось кодерами MUSICAM при скоростях цифровых потоков на выходах кодеров от 192 кбит/с до 256 кбит/с на один стереосигнал. Система проверялась на способность передавать пять стереоканалов: один - со скоростью 256 кбит/с, два - со скоростью 224 кбит/с, два - со скоростью 192 кбит/с. Имелась возможность, в дополнение к пяти сереоканалам, передать один моноканал со скоростью 64 кбит/с и два канала данных со скоростями 64 и 24 кбит/с, соответственно.

В DAB сигнал, прежде чем поступить на передатчик, проходит несколько стадий обработки. Структура передающего тракта такова:

• Сигналы отдельных каналов поступают на входы кодеров, где происходит оцифровка и сжатие информации по стандартам MPEG1 или MPEG2.
• Сигналы с кодеров каналов поступают на групповой мультиплексор, который формирует последовательный поток битов с временным мультиплексированием, состоящий из кадров длительностью 24, 48 или 96 мс (модели DAB I, II, III, IV). В этот поток включаются данные скоростного канала информации (FIC), которые используются приемником для идентификации каналов.
• Сигнал с выхода мультиплексора поступает на вход СОFDM-модулятора, который добавляет информацию для коррекции ошибок, защитные интервалы и данные, идентифицирующие передатчик.
• После этого осуществляется быстрое преобразование Фурье и кодирование I/Q символов. Кодированные данные поступают на высокоскоростной цифро-аналоговый преобразователь, который формирует модулированный сигнал ПЧ.
• Частота сигнала ПЧ конвертируется в частоту, присвоенную каналу, и сигнал усиливается до необходимого для трансляции уровня мощности.

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ DAB

Европейские фирмы в 1987 году основали консорциум Eureka-147 с целью разработки принципиально новой системы  цифрового радиовещания DAB. Участниками  этого проекта являются около 50 фирм и организаций из Великобритании, Германии, Франции, Голландии, Италии, Швеции, Швейцарии, Норвегии, Финляндии, Японии, Канады, США и ряда других стран. В участники проекта от России, по представлению институтов - лидеров проекта - IRT (Германия) и ССЕТТ (Франция), был в 1995 г. принят ИРПА им. А.С.Попова.

В 1992 году на основе всемирного соглашения для DAB были выделены L- и S-диапазоны. Первые приемники, в основном для измерительных  целей, были созданы в 1988 году. С 1990 года ряд членов проекта Эврика-147 приняли  участие в проекте JESSI, в рамках которого была разработана первая интегральная микросхема для коммерческих DAB-приемников. Первый DAB-приемник потребительского типа был представлен на выставке в 1995 году в Берлине. Миниатюризация приемников продолжается, в настоящее время их серийным выпуском занимаются фирмы Grundig, Philips и др. В европейских странах эксплуатируется уже несколько десятков тысяч приемников.  
 
Великобритания

Правительство Великобритании в 1994 году приняло решение о выделении  для наземного DAB диапазона частот 217,5-230 Мгц. В данном диапазоне можно  разместить семь многопрограммных сигналов DAB (так называемых "DAB-блоков" или "ансамблей"), каждый из которых  занимает полосу частот, равную примерно 1,55 МГц. При этом обеспечиваются защитные частотные интервалы между сигналами DAB шириной около 200 кГц. Для облегчения опознавания ансамблей каждому из них присвоен короткий идентификатор (11B, 11C, 11D, 12A, 12B, 12C, 12D). Ансамбль 12B с сентября 1995г. использует BBC для передачи пяти национальных программ, принимаемых на территории всей Великобритании. Ансамбли 11C, 11D, 12A, 12D зарезервированы для служб Независимого национального радио (Independent National Radio (INR) Services).

Уже на первом этапе обслуживался район, охватывающий территорию Лондона и пригородов, на которой проживают более 10 миллионов  человек. К настоящему моменту программы  может принимать более половины населения страны.  

Германия 

В 1995 г. на конференции в Висбадене  было принято решение о возможности  использования для наземного DAB частот в УКВ диапазонах II (87 - 108 МГц), III (174 - 240 МГц), в L-диапазоне (1452 - 1467,5 МГц). В  том же году в Баварии началось опытное DAB-вещание семи звуковых программ и сервисной информации с 13 радиостанций на частотах 12 TV-канала. Добавочные местные программы транслируются в L-диапазоне. В земле Северный Рейн-Вестфалия к 1996 году было установлено пять передатчиков, работающих на частотах 12 ТВ канала; дополнительные местные станции приступили к вещанию в Кельне и Дюссельдорфе. В начале 1996 г. было распределено среди слушателей 2000 приемников, к концу того же года на руках у населения находилось уже 15000 тыс. приемников DAB с различным уровнем сервиса. С 1997 года началось регулярное вещание DAB в Баварии.  
Сегодня вещанием в этом стандарте обеспечено более 60% территории страны. Предполагается, что к 2004 г. сигнал DAB будет приниматься на всей территории Германии. Полный переход с аналогового радиовещания на цифровое должен завершиться в период между 2010 и 2015 годами. Для вещания будут использоваться сеть передатчиков, работающих в 12 ТВ канале (223-230 МГц, по одному DAB- блоку для каждой земли) и в L-диапазоне (1452-1467,5 МГц), где 100 DAB- блоков отдаются региональным программам. При таком распределении в любом месте Германии можно будет принять, как минимум, двенадцать высококачественных звуковых стереопрограмм и ряд каналов дополнительной информации при использовании приемника DAB с простой штыревой антенной.    

Россия 

Работы по созданию цифровой системы  радиовещания начались в России в  начале 1980 года во ВНИИРПА им. А.С. Попова, которые завершились созданием  отечественной системы ЦРВ, опытных  образцов передающего и приемного  оборудования и организацией экспериментального вещания в г. Новгороде в 1993 году. Однако, поскольку в 1995 году была стандартизована в качестве общеевропейской система ЦЗРВ Эврика-147/DAB, которая существенно отличается от отечественной, то, начиная с 1993 года, все работы были сосредоточены на внедрении в России этой системы. К сожалению, далее зафиксированы в основном не факты, а намерения.

Для экспериментального вещания в Санкт-Петербурге Министерство Связи приняло решение о выделении  полосы частот в диапазоне 92 - 100 Мгц. Опытные работы были успешно проведены, однако, для внедрения указанной  системы ЦЗРВ в масштабах Российской Федерации этих усилий недостаточно. До сих пор отсутствует единая федеральная программа введения цифрового стандарта на телевидении и радиоэлектронных СМИ.

 Для решения проблемы вещания необходимо решение множества организационных проблем, в первую очередь - выделение отдельного диапазона частот. Европейский опыт показал, что использование диапазона 88-108 мГц совместно с существующими ЧМ-станциями нецелесообразно. В конце 1999 г. коллегия Минсвязи РФ наметила трехэтапную стратегию перехода на цифровое радиовещание, рассчитанную на 10-15 лет:

• 2001-2002 гг. Опытное вещание в Москве и Петербурге 6 государственных станций: "Радио России", "Маяк", "Маяк-FM", "Юность", "Орфей" и одной местной. Возможна передача пейджинговой или мультимедийной информации.
• 2002-2003 гг. Расширение опытного вещания на Московскую и Ленинградскую области, появление 6 коммерческих станций.
• 2003-2010 гг. Полный охват территории РФ, в дальнейшем - сокращение количества аналоговых УКВ станций.

Для разработки был рекомендован диапазон 176-230 мГц. Однако стратегия - не программа  и реальных шагов для реализации этой концепции до сих пор не сделано. Российская бюрократия сильнее прогресса. Конкретные частоты в рекомендованном  диапазоне могут быть выделены только после продолжительного анализа электромагнитной обстановки, который должен провести НИИ Радио. А после выделения частот комитетом Минсвязи предстоит еще выиграть конкурс на ее использование в МПТР (Министерство печати и теле- и радиовещания). После этого останется пустяк - найти средства для реализации проекта. На государственное финансирование рассчитывать не приходится, на средства населения - тем более. Недавно состоянием российского проекта заинтересовались некоторые западные компании - производители DAB оборудования. Желая выйти на российский рынок, они готовы финансировать развертывание опытной зоны вещания. Вероятно, это наиболее реалистичный сценарий успешного развития событий.  
14 мая 2002г начались опытные передачи по трансляции стереофонических программ звукового вещания "Радио России", "Маяк" и "Юность" в цифровом формате через спутник связи и вещания "Экспресс-6А" (точка стояния 80 градусов в.д.) на территорию России от Калининграда до Владивостока. Однако это еще не регулярное вещание.

1.2. Система DRM

Для диапазонов средних и коротких волн разработан стандарт DRM. Разработчики решили обратиться к этим диапазонам, поскольку они дают беспрецедентные  возможности для дальнего вещания  при существенно меньших затратах на его организацию, а техническое качество вещания уже не отвечает современным требованиям.

 Организация DRM (Digital Radio Mondiale) была основана в марте 1998 г. Это некоммерческий международный консорциум, включающий более 60 участников из Европы, Азии и Америки, в том числе российский канал "Голос России". В основу нового стандарта, названного "система А" положен доработанный прототип системы Skywave-2000, разработанной французской фирмой Thomcast. Осенью 2000 года Международный Союз Электросвязи рекомендовал своим членам использовать его, после чего закрепилось название "система DRM".