: архив : архив журнала "Звукорежиссер" : 2001 : #5

Состояние и перспективы развития радиовещания в России в начале XXI века
Евгений Зелевич, Николай Мамаев

Ускоренная информатизация общества на рубеже веков выдвигает новые требования к системам звукового радиовещания. Наряду с использованием традиционных технических средств в длинноволновом (ДВ), средневолновом (СВ) и коротковолновом (КВ) диапазонах внедряются спутниковые системы аналогового и цифрового радиовещания.

Переход к цифровой обработке сигналов в современных информационных системах позволяет достичь нового уровня как по качеству программ, так и по их универсальности и энергетическим характеристикам. При использовании сложных видов модуляции, методов спектрального сжатия передаваемых сигналов в радиовещательных системах в стандартной полосе 9...10 кГц удаётся передать цифровой радиовещательный сигнал с качеством сигналов УКВ вещательных систем с частотной модуляцией и дополнительные сигналы со скоростью до 4 кбит/с.

В зависимости от мощности передатчиков и диапазона рабочих частот, передатчики с амплитудной модуляцией (АМ) обеспечивают вещание для населения не только России, но и многих стран мира. Однако качество сигналов АМ-вещания, особенно в тяжелых из-за состояния ионосферы условиях распространения сигналов, в ряде случаев оказывается неудовлетворительным, особенно для расстояний более трех тысяч километров.

Для обеспечения качественного приема радиовещательных программ за рубежом в СССР в 80-е годы были введены в эксплуатацию спутниковые системы "Орбита-РВ", "Радикал", а также телевизионная система "Москва". Спутниковая система "Москва", наряду с передачей телевизионных программ, обеспечивает резервный канал для передачи сигналов звукового радиовещания на широкую сеть УКВ-станций России, работающих в диапазонах частот 65,9…74 и 100…108 МГц. В системе "Москва" качество звукового сигнала соответствует каналу первого класса (полоса 50 Гц…10 кГц), в то время как в сети УКВ/ЧМ-станций может быть обеспечено качество каналов высшего класса.

Состояние передающей сети АМ-вещания в настоящее время оставляет желать лучшего из-за несоответствия передающих устройств современным требованиям:
- отсутствия режима однополосной передачи;
- невозможности регулировки уровня несущей, позволяющей улучшить условия электромагнитной совместимости и уменьшить энергопотребление,
- отсутствия устройств автоматического обслуживания;
- низкого коэффициента полезного действия, не превышающего 50%, по сравнению с современными передатчиками, имеющими КПД 85-90%;
- отсутствия режима передачи специальных цифровых сигналов, подвергающихся спектральному сжатию по методу MPEG.

Следует учесть и физическую изношенность около 60% передатчиков, находящихся в эксплуатации.

Парк передающих устройств различной мощности в ДВ- и СВ-диапазонах насчитывает 272 единицы, а парк передатчиков КВ-диапазона - 178 единиц. В таблице 1 приведены данные по количеству и излучаемой мощности передатчиков, находящихся в эксплуатации.

Таблица 1

ДВ- и СВ-диапазоны		КВ-диапазон
Мощность, кВт	Количество	Мощность, кВт	Количество
5...50	187	100...200	163
100...500	52	200...2000	15
500	33

В настоящее время на долю передающих устройств систем радиовещания рассматриваемых диапазонов приходится 57% электроэнергии, потребляемой оборудованием электросвязи.

Перечисленные выше причины и физическая изношенность, а также и "старение" передающих устройств, низкая эффективность из-за малого КПД передатчиков требуют полной модернизации радиовещательных сетей ДВ-, СВ- и КВ-диапазонов.

Предполагается, что замена передатчиков с аналоговой модуляцией цифровыми позволит снизить излучаемую мощность в 10 раз.

Ориентировочные расчеты расходов на электроэнергию за год для нескольких градаций мощности показывают, что за год эксплуатации современных ДВ- и СВ-передатчиков с АМ, имеющих КПД 85%, можно только лишь за счет уменьшения расхода электроэнергии сэкономить порядка 250 миллионов рублей.

По КВ-передатчикам расходы на электроэнергию за год уменьшатся на 190 млн.руб.

Испытания современного передающего оборудования при передаче цифровых сигналов с современными методами модуляции, проведённые во Франции, в США и в России в период 1998-1999 гг., показали, что при приёме сигналов на специальные цифровые приёмники есть возможность уменьшить мощность излучения передатчиков на порядок. Это означает, что и экономия на электроэнергии возрастёт на порядок.

Учитывая огромный парк бытовых приёмников, рассчитанных на аналоговый сигнал с амплитудной модуляцией (АМ), в настоящее время ведутся работы по созданию специальной приставки к ним, позволяющей принимать сигналы цифрового вещания. Эта приставка будет доступна по цене для широких слоёв населения.

Таким образом, можно сформулировать два основных направления модернизации сети звукового радиовещания в ДВ-, СВ- и КВ-диапазонах. Первое - это постепенная плановая замена выработавших свой срок мощных передатчиков современными с повышенным КПД. И второе - с появлением на рынке современных цифровых передатчиков целесообразно заменять ими парк передатчиков с амплитудной модуляцией, в первую очередь в сети радиовещания, обслуживающей дальнее зарубежье.

Ниже приводится краткое описание двух систем цифрового радиовещания - многочастотной и одночастотной.

Цифровое радиовещание в ДВ-, СВ- и КВ-диапазонах.

Успешное внедрение в эксплуатацию системы цифрового радиовещания (ЦРВ) по проекту "Эврика-147" и ее модификаций в УКВ диапазонах (88…108, 217…230, 1450…1470 и 2310…2300 МГц) привели специалистов к выводу о необходимости внедрения цифровых методов передачи в хорошо известных специалистам и слушателям длинноволновом, средневолновом и коротковолновом диапазонах.

С учетом того, что у населения планеты в 1994 году находилось более двух миллиардов приемников, обеспечивающих прием удаленных радиовещательных станций этих диапазонов, работы по внедрению цифровой технологии в указанных диапазонах представляются весьма актуальными.

В 1996 г. в Париже был организован международный консорциум Digital Radio Mondiale для координации разработки и внедрения единой системы цифрового радиовещания. По данной проблеме работают фирмы: Thomcast во Франции, Voice of America/Jet Propulsion Laboratory – в США, Deutsche Telecom Zentrum fur Rundfunk and Audiovision – в Германии, и ряд других компаний.

Разрабатываемые системы можно разделить на два вида – одночастотные и многочастотные (см. Табл.2).

Таблица 2

Тип системы	Страна разработчик
Многочастотные
Thomcast (Skywave 2000)	Франция
USA Digital Radio	США
Digital Radio Express (DRE)	США
Lucent Digital Radio (LDR)	США
Одночастотные
Voice of America/Jet Propulsion Laboratory (VOA/JPL)	США
Deutsche Telecom	Германия

По степени готовности к внедрению и проработке всех элементов системы, а также новизне и перспективности основных принципов построения, в лучшую сторону отличаются проекты фирмы Thomcast под наименованием Skywave 2000, а также Voice of America/Jet Propulsion Laboratory (VOA/JPL), представляющие соответственно многочастотную и одночастотную системы.

При разработке систем ЦРВ с целью использования радиоканалов, отведенных аналоговому вещанию, были приняты следующие условия:
- совместимость с однополосными аналоговыми радиовещательными сигналами, что позволит принимать цифровые и аналоговые сигналы на имеющиеся у населения сравнительно дешевые приемники, модернизированные с помощью специально установленных плат;
- отсутствие помех для аналоговых радиовещательных сигналов при одновременной передаче обоих видов сигналов через один передатчик;
- возможность использования существующего парка передатчиков и антенно-фидерных устройств (при необходимой их доработке).

В многочастотной системе Skywave 2000 используется многопозиционная квадратурная амплитудно-фазовая модуляция 16 и 64 КАМ.

Предусматривается возможность передачи в общем цифровом потоке совместно с радиовещательными сигналами различной дополнительной информации (о погоде, курсе валют, электронной почты и т.п.)

Имеется возможность изменения ширины полосы частот передаваемого сигнала на 3, 4,5 и 9 кГц при передаче данных со скоростями 8, 12 и 24 и кбит/с соответственно, в зависимости от условий прохождения сигналов заданного диапазона.

Скорость суммарного цифрового потока может варьироваться в пределах от 6 кбит/с (при передаче цифровых сигналов) до 48 кбит/с (при передаче стереопрограмм) в зависимости от режима работы.

Имеются специальные эталонные несущие, уровень которых на 3…6 дБ выше информационных. Эталонные несущие выполняют роль опорных сигналов для работы амплитудного и фазового детекторов.

В системе должны быть предусмотрены дополнительные группы несущих, по которым передаются служебная и коммерческая информация (номер и содержание программы, метеосводки, курсы валют и т.п.)

Следует оговориться: целый ряд параметров (количество несущих для передачи цифровых сигналов радиовещания, а также дополнительных несущих, число позиций в многопозиционном сигнале 16 или 64 КАМ и некоторые другие) зависит от результатов испытаний системы в реальных каналах, которые не завершены.

Система фирмы Voice of America/Jet Propulsion Laboratory (VOA/JPL), как уже выше отмечалось, относится к классу одночастотных систем. Основные ее характеристики:
- когерентная многоуровневая фазовая модуляция MPSK, где M – число позиций фазы;
- коррекция ошибок в радиоканале за счет применения помехоустойчивых кодов Рида-Соломона и декодера Витерби;
- адаптивный прием и временное перемежение для ослабления влияния на сигнал мультипликативных помех, имеющих место при многолучевости. При этом короткие пакеты ошибок, как правило, исправляются.

Испытания системы проводились на реальных трассах.

Ежедневное вещание велось на частотах 15,2 и 5,8 МГц из штата Калифорния (США) на северо-восток страны; сигналы принимались также в Испании и в Западной Африке.

На американских трассах протяженностью до 3 тыс. км принимался, как правило, один луч (одно отражение от ионосферы). В Западной Африке и Испании прием характеризовался наличием нескольких лучей. Система цифрового радиовещания испытывалась при скоростях передачи 32, 16 и 8 кбит/с. Одновременно с цифровым вещанием по данной системе работа велась аналоговыми сигналами с амплитудной модуляцией.

Было установлено, что при одинаковом качестве приема сигналов уровень излучаемой мощности в системе с цифровой модуляцией может быть выбран примерно на порядок меньшим, чем в аналоговой.

Немецкая фирма Deutsche Telecom AG применила в одночастотной системе сигналы с амплитудно-фазовой модуляцией (APSK), которые, по мнению разработчиков, менее подвержены влиянию нестабильности и нелинейности характеристик тракта передатчика.

Окончательный вывод в пользу одночастотных или многочастотных систем пока не сделан, однако сравнением систем установлено, что приемник в одночастотной системе значительно сложнее. В таком приемнике решающая схема должна работать на скорости до 600 х 106 операций в секунду, в то время как в многочастотной системе достаточна скорость обработки сигналов 50 х 106 операций в секунду. Учитывая огромный парк приёмников в мире, это обстоятельство может стать решающим.

Результаты испытаний в России систем цифрового вещания в ДВ-, СВ-, КВ-диапазонах.

1. Испытания цифровых систем радиовещания в СВ-диапазоне проводятся с 1998 года. В них участвовали: Главный центр управления сетями радиовещания и магистральной радиосвязи (ГЦУРС); ООТ "Октод" (бывший Октябрьский радиоцентр); Московская радиовещательная сеть (МРВС) с участием специалистов НИИР.

Основные параметры:
- частота передатчика 693 кГц (передатчик фирмы Deutsche Telecom);
- выходная мощность 5 кВт;
- скорость передачи данных 20 кбит/с;
- ширина полосы 5,5 кГц, режим моно.

В течение 1998 - 1999 годов проводились измерения и регулировка некоторых параметров аппаратуры (приёмников, задающего генератора), представленной фирмой Deutsche Telecom, с целью согласования отдельных блоков между собой.

Производилась также подстройка передатчика и подбор оптимальной антенны для неискаженного прохождения цифровых сигналов через передающий тракт.

Испытания всей системы DAB (Digital Audio Broadcasting) в средневолновом диапазоне проводились в марте и июне 1999 г.

При использовании приёмника с чувствительностью 30 мкВ измерения сигналов показали: при излучаемой мощности 5 кВт радиус зоны уверенного приёма составил порядка 80 км, при мощности 2,5 кВт зона уверенного приёма уменьшилась до 65 км.

Работоспособность системы при передаче цифровых сигналов подтверждена проведёнными тестовыми испытаниями. Эти испытания выявили необходимость тщательного согласования характеристик передатчика и антенно-фидерного тракта. При соответствующем согласовании антенны с передатчиком и хорошо настроенных приёмниках цифровое радиовещание в средневолновом диапазоне весьма перспективно.

2. Из радиоцентра Подмосковья ЦРР-1 14-15 ноября 2000 года специалистами ГЦУРС и фирмы Thomcast (Франция) была организована ретрансляция программы "Голос России" на Европу в полосах частот 9, 12 и 17 МГц. Радиосигналы принимались в Германии, Англии и Франции. Качество модулированного аналогового сигнала на выходе цифрового приёмника было вполне удовлетворительным. В эксперименте использовались:
- синтезатор частоты и модулятор фирмы Thomcast;
- отечественный однополосный радиопередатчик, с тщательно отрегулированной линейностью амплитудно-фазовой характеристики для передачи многопозиционного цифрового сигнала;
- ромбическая передающая антенна.

3. В период 13-15 декабря 2000 г. в Японии в процессе проведения выставки прозводителей радиоаппаратуры были проведены испытания российского передатчика "Пурга" в различных режимах настройки с использованием более эффективных антенн.

Целью испытаний было проверить возможности использования существующего парка радиопередающих устройств, методик проведения измерений и поддержания эксплуатационных характеристик в допустимых нормах.

Результаты испытаний вполне удовлетворительные. К сожалению, пока единственным методом оценки качества передачи по радиовещательным каналам являются субъективно-статистические испытания (ССИ), которые требуют больших затрат.

Для внедрения систем цифрового вещания необходимо:
- разработать частотные планы, предусматривающие использование многочастотных и одночастотных сетей, а также совместную работу аналоговых и цифровых сетей;
- разработать пакет регламентирующих документов, регулирующих условия доступа к ресурсу спектра;
- разработать перспективный план перераспределения полос частот, высвобождающихся в результате перехода от аналогового к цифровому радиовещанию;
- подготовить проекты рекомендаций в МСЭ-Р;
- изготовить опытные образцы, провести эксперименты в различных условиях распространения радиоволн;
- разработать стандарты и организовать производство радиопередающего и приёмного оборудования;
- ввести в действие новую систему с учетом переходного периода от одной системы к другой.

Эти задачи предлагается решать путём организации испытаний в опытных зонах.

К настоящему времени российские фирмы ООТ "Октод" (Москва), АООТ "МАРТ" (Санкт-Петербург), и ряд других фирм накопили определённый опыт по модернизации существующего парка передающих и антенно-фидерных устройств для обеспечения качественной передачи цифровых сигналов в ДВ-, СВ- и КВ-диапазонах.

Целесообразно также активизировать работу по созданию приёмников для приёма цифровых сигналов, либо специальных недорогих приставок к имеющимся у населения приёмникам.

Переход на цифровое вещание в ДВ-, СВ- и КВ-диапазонах позволит сделать качественный скачок в радиовещании, а экономические затраты быстро окупятся только за счет экономии электроэнергии, потребляемой радиопередатчиками.