Digitālais radio

 

Televīzijas pāreja uz digitālo pārraides veidu tiek daudzināta nu jau labu laiku. Tā ir realitāte. Vienlaikus televīzijas cienījamais priekštecis - radio - palicis uzmanības ēnā. Tiesa, ciparizācijas sacensībās tas no televīzijas nedaudz atpaliek, taču nesen digitālais radio, vismaz Amerikas Savienotajās Valstīs, sāka atgūt otro elpu, galvenokārt izmantojot jaunumus satelītu tehnoloģijās.

 

Priekšrocības

Atgādinām digitālā radio priekšrocības, salīdzinot ar parasto, analogo radio:

* uzlabota atskaņojuma kvalitāte;

* uzlabota mobilā uztveršana;

* labāka noturība pret traucējumiem;

* minimāls feidings;

* bez parastās programmas pa to pašu kanālu var pārraidīt dažādus datus, pat attēlus, radot papildu pakalpojumu iespējas;

* apraides teritorijas nosegšanai nepieciešama mazāka raidītāju jauda.

Augstas kvalitātes FM pārraides salīdzināmas ar CD kvalitāti - šo vispārpieņemto atskaņojuma kvalitātes standartu. Bet, ieslēdzot FM radiouztvērēju kustīgā automobilī, nepilnības izplatīšanas kanālā tūlīt liek sevi manīt. Radioviļņu daudzceļu atstarošanās rada signāla intensitātes izmaiņas - feidingu, kas pasliktina skaņas kvalitāti. Šos trūkumus novērš digitātais radio.

 

Pirmsākumi

Jau 1991. gadā Eiropā tika formulēts jaunais digitālā radio virszemes apraides standarts, kas pazīstams kā projekts Eureka-147. Tajā tika izklāstīta radikāli jauna digitālā radio pārraižu koncepcija , izmantojot daudzu ortogonālu nesēju modulācijas tehniku - COFDM, t. i., to pašu, ko lieto digitālā TV. Šī, t. s. DAB (Digital Audio Broadcasting) sistēma dod iespēju 1,5 MHz platā joslā izvietot apmēram 5-6 audioprogrammas, kuras uztverot, klausītājs var konstatēt iepriekšminētās priekšrocības. ITU (International Telecommunications Union) ieviešanai rekomendē tiešu DAB, jo tā spēj nodrošināt lielāku papildu informācijas plūsmu, kas perspektīvā būs noteicošs faktors. Tāpēc DAB pieņemta Eiropā, Austrālijā, Ķīnā, Indijā, Kanādā u. c. valstīs. Ar starptautisku vienošanos digitālā radio DAB sistēmai atvēlēta VHF josla 176-230 MHz un daļa tā saucamās L joslas 1452-1467,5 MHz.

 

DAB attīstība

DAB pārraižu pionieris Eiropā ir Anglija, kur radiokorporācija BBC tās sāka 1995. gadā. Arī citās ES valstīs sāktas DAB pārraides (Zviedrija, Beļģija, Holande, Vācija u. c.). Taču progress ir lēns, katrā gadījumā, mazāks nekā digitālajai TV.

Kādi tam iemesli? Digitālā TV sekmīgi konkurē ar DAB vienā saskarsmes punktā - papildu informācijas sniegšanā, jo, lai gan digitālajos radiouztvērējos turpmāk tiks iebūvēti krāsaini displeji, galvenokārt nekustīgu attēlu pārraidei, digitālās TV iespējas (piemēram, iespēja pieslēgties internetam, interaktivitāte u. c.) šai jomai ir daudz lielākas. Protams, DAB izplatību kavē vēl samērā nepilnīgā teritorijas apraide, pievilcīgu programmu trūkums, bet galvenais - DAB uztvērēju dārdzība, kā arī nesavietojamība.

 

Nesavietojamība

Tāpat kā analogā un digitālā TV, tā arī parastais analogais AM/FM radio nav savietojams ar jauno DAB pārraides sistēmu. To nosaka ne tikai atšķirīgās nesējfrekvenču joslas, bet, galvenokārt, arī atšķirīgie nesējfrekvenču modulācijas veidi un signālu apstrādes principi. Tas noved pie izmantojamā frekvenču kanāla platuma atšķirībām - DAB raidītājs radioviļņu frekvenču spektrā aizņem daudz platāku joslu. Turpretī FM raidītājs aizņem nedaudz vairāk par ±100 kHz, bet AM raidītājs - nedaudz mazāk par ±10 kHz platu frekvenču joslu (1. zīm.).

Vai tiešām nav iespējams izveidot ar AM/FM radio savietojamu digitālo radio?

 

Savietojamības iespējas

Tādas iespējas pastāv. Tā ir t. s. IBOC (In-band On-channel) amerikāņu digitālā radiosistēma. Izrādījās, ka, cita starpā, ASV nebija iespējams īstenot eiropiešu DAB galvenokārt tādēļ, ka šim nolūkam atvēlētās frekvences bija jau aizņemtas. Tādēļ radās objektīva nepieciešamība izstrādāt ar ierasto analogo AM/FM radio savietojamu digitālo radio. Tātad nosacījums bija šāds: gan AM/FM, gan digitālais radio vienlaikus raida tajos pašos AM/FM frekvenču kanālos, turklāt AM/FM radio uztveršana netiek traucēta.

 

IBOC [1]

Kopš 1991. gada ASV ar IBOC tehnoloģijas izstrādi nodarbojas USADR (USA Digital Radio), kurā piedalījās CBS (Columbia Broadcasting System), Gannet un Westinghouse Electric. 2000. gada jūlijā pēc vairākām izmaiņām, apvienojoties USADR un LDR (Lucent Digital Radio), izveidojās korporācija iBiquity Digital Corp., Kolumbijā, Merilendas štatā.

IBOC galvenā ideja: izvietot digitālos signālus šaurā AM/FM frekvenču kanāla sānu joslu ārējās daļās, pie kam AM gadījumā digitālos signālus ar mazāku amplitūdu izvieto arī AM kanāla centrālajā daļā (1. zīm.). Simetriski izvietotās digitālās sānu joslas ir neatkarīgas, taču stereopārraidē nes gandrīz to pašu informāciju. Ja viena no tām cietusi traucējumos, tad labu signālu var iegūt no otras.

IBOC sistēmā paredzēta analogo un digitālo signālu jaukšanas metode (blend-to-analog). Tas nozīmē, ka tā pati audioinformācija tiek pārraidīta kā ar analogo, tā ar jauno digitālo signālu. Šajā simultānajā pārraidē parādās tikai neliels savstarpējais laika kavējums (aizture), kas uztvērējā tiek likvidēts. Ja digitālais signāls sāk izzust, uztvērējs sašuj tā paliekas ar analogo signālu, ko klausītājs praktiski nepaman.

 

Pakāpeniska pāreja A®D

Arī amerikāņu mērķis ir pilnīgi digitāls radio. Pāreju uz to vajadzēs plānot. Radiokanālā novāks analogos un izvietos vienīgi digitālos signālus tikai tad, kad tirgus būs piesātināts (vismaz 85 procenti) ar digitālajiem uztvērējiem. Tos pašlaik steidz projektēt ražotāji. Korporācija iBiquity sagaida, ka visi IBOC uztvērēji digitalizācijas sākumfāzē spēs uztvert jaukto analogi digitālo signālu, bet pēc tam, kad analogos signālus vairs atbilstošā kanālā nepārraidīs, ikai digitālos signālus..

ASV speciālisti vēl šogad gaida NRSC (National Radio Systems Committee) DAB apakškomisijas vērtējumus par to, ka:

* IBOC sistēma būtiski uzlabo ierastās, analogās radiopārraides;

* traucējumi, ko rada digitālās sānu joslas, klausītājiem ir pilnīgi pieņemami, jo maz jūtami.

IBOC raidaparatūra pilnībā tiks demonstrēta NAB-2002 - Nacionālo raidorganizāciju asociācijas konferencē 2002. gada aprīlī Lasvegasā. Digitālos IBOC radiouztvērējus mazumtirdzniecībā sagaida tikai 2003. gada sākumā.

No tā jāsecina, ka ASV digitālais radio nevar lepoties ar straujas izplatības tempiem, ja vien neparādītos jaunumi satelītu tehnoloģijās [2].

 

Pie amerikāņu debesīm XM un SIRIUSS

ASV daudzsološa kļūst SDARS (Satellite Digital Audio Radio Services) darbība, kurā kā konkurenti ir XM Satellite Radio, Vašingtona, DC un Siriuss Satellite Radio (sākotnēji CD Radio) no Ņujorkas. (Nejaukt ar Siriuss satelītu, kas apkalpo Skandināviju un Baltijas jūras reģionu.) Siriuss trīs satelīti tika iešauti eliptiskās orbītās 2000. gadā no Baikonuras kosmodroma (Kazahstāna) ar Proton raķeti. Tie ir t. s. ģeosinhronie satelīti, kas uzlec un noriet ik pa 16 stundām. Tāpēc divi no trim satelītiem jebkurā laikā ir redzami virs ASV teritorijas (2. zīm.). Pretēji tiem, divi XM satelīti pieder pie parasto, ģeostacionāro satelītu grupas. (XM un Siriuss satelītu radio tehniskos raksturojumus skat. tabulā.)

Abas firmas garantē savu digitālo radioprogrammu uztveršanu visā ASV teritorijā, pie kam tiek piedāvāti 100 mūzikas un dažādu ziņu un komentāru kanāli. Firmas pagaidām orientējas galvenokārt uz autobraucējiem, kas šķērso ASV teritoriju un ir gatavi maksāt apmēram 10 USD mēnesī par šādu radio, kad vēlamā raidstacija vairs nepazūd, izbraucot no tās sniedzamības zonas. Katra no firmām cer uz apmēram četriem miljoniem abonentu.

Lasītājs tūlīt pārjautās: vai tiešām automobilī ir jēga klausīties satelītu radio? Tad jau tam nepieciešama liela antenas bļoda uz jumta, pie kam to vajag nepārtraukti orientēt uz atbilstošo satelītu! Kurš būs ar mieru tā izpušķot savu mašīnu!

 

Lielās jaudas debesīs

Sakaru satelītu ražotājfirmas ir krietni pavirzījušās uz priekšu, orbītā paceļot lielas jaudas raidītājus. Parasti GPS, telekomunikāciju vai DBS satelītu transpondera jauda ir 100-200 W robežās, bet šai gadījumā runa ir par kilovatiem. Tikai tādos stipra signāla apstākļos abonents uz Zemes var uztvert satelīta programmu ar visvirziena, plaukstas lieluma antenu, ko ērti lietot gan mājās, gan piestiprinot pie automašīnas jumta vai priekšējā loga.

- Mēs no jauna noteicām, ko spēj veikt satelīts. Lietojot 5 m antenu kopā ar satelīta raidītāju orbītā, ieguvām efektīvi izstaroto jaudu starojuma konusā vairāk nekā 70 dBW. Komerciāli to realizējām pirmie, - paskaidro XM radio kosmosa daļas viceprezidents Dereks de Bastos.

 

Worldspace

Līdzīgu lieljaudas sistēmu realizējusi firma Worldspace Vašingtonā, DC, kurai pieder satelītu pāris: Afristar 21°E un Asiastar 105°E, kas apraida Āfrikas un Āzijas teritorijas. Radio programmas un datus no tiem iespējams uztvert ar fiksētiem un mobiliem uztvērējiem. Afristar pārraides iespējams uztvert arī Dienvideiropā (3. zīm.). Tiek pārraidīti MPEG-2 III slānī kodēti signāli, nodrošinot AM mono kvalitāti ar 16 kbps, bet CD stereo - ar 64 kbps bitu plūsmu.

 

Raidītājs ar skrejviļņu lampām

Satelīta raidjaudu iegūst nevis ar pusvadītāju ierīcēm, bet ar skrejviļņu lampām - īpašām UHF elektrovakuumierīcēm. Katrā no trim Siriuss satelītiem izvietotas 48 120 W skrejviļņu lampas, no kurām 16 atrodas rezervē. XM satelīta raidītājs izveidots ar 16 216 W lampām. Galvenais projektētāju uzdevums - paralēli darbojošās skrejviļņu lampas safāzēt ar t. s. kombaineri tā, lai slodzē antenā to jauda summētos. Lai no Zemes uztvertā signāla līmeņa variācijas neradītu nevēlamas satelīta transpondera jaudas izmaiņas, izmanto signāla līmeņa automātisku regulēšanu.

 

Virszemes stacijas - atkārtotāji

Tā kā XM satelītu pacēluma leņķis virs horizonta ir tikai 45°, to signālus var noēnot lielas celtnes, tuneļi un reljefs (kalni un ieplakas). Šādās vietās - ar sliktu signālu uztveramību - tiek izvietotas virszemes apraides stacijas - atkārtotāji. Siriuss satelītiem, kuriem pacēluma leņķis ir lielāks (60°), šādu pa visu ASV teritoriju izvietotu staciju - atkārtotāju - ir mazāk. Atkārtotāji izmanto no satelītu signāliem atšķirīgu, virszemes apraides vajadzībām vairāk pielāgotu COFDM modulāciju.

 

Telemetrija

Lai nodrošinātu telemetriju, orbītas parametru kontroli un komandu izpildi, izmanto īpašus frekvenču kanālus. Piemēram, Siriuss satelītiem turpkanālam (Zeme®Sat) izmanto 3 MHz joslu 6422-6425 MHz frekvencēs, bet šurpkanālam - 0,75 MHz joslu 4196,375-4197,125 MHz frekvencēs. Šim nolūkam nav nepieciešami nepārtraukti, bet gan īsi signāli, kurus laikus plāno no Zemes stacijām Kito (Ekvadora), Utivē (Panama) un Guaratibo (Brazīlija). Šo staciju darbību vada un kontrolē no ASV (Ņujorksitijā, Pensilvānijā, un Tripīkā, Kalifornijā).

 

Digitālie sat-radio

Satelītu radiouztvērēji ārējā noformējuma ziņā neatšķiras no parastiem autouztvērējiem. Visa uztverošā sistēma izvietota uz plates VHS lentes izmēros. Uz tās atrodas tūners 2320-2345 MHz frekvencēs, digitālais signālprocesors, atmiņas iekārta un D/A dekodējošā daļa, protams, integrālo mikroshēmu veidā. Tāpat uztvērējam jāprot atpazīt satelītu signālus no atšķirīgi modulētiem atkārtotāju signāliem.

Jau nākošgad autoražotājfirmas (General Motors, Honda, Ford, BMW u. c.) jaunos automobiļos iebūvēs satelītu radiouztvērējus. Atkarībā no radio modeļa (lentes ieraksts, CD daudzdisku pleijers u. c.) cenas svārstās no 300 līdz 1200 USD. Firma Sony jau ražo šādus uztvērējus, kuri lietojami gan automobiļos, gan mājas apstākļos (4. zīm.).

Līdz ar to virszemes apraides digitālais radio (IBOC) ASV sācis asu konkurences cīņu ar SDARS satelītu radio.

 

Multimediju satelīti - 3G konkurenti?

Japāņu MBC (Mobile Broadcasting Corporation) firma Tokijā, kurai ir sava satelītu ražotne SS/L (Space Systems/Loral) pašlaik steidz projektēt un izgatavot satelītu multimediju vajadzībām. Šis SS/L 1300, pazīstams kā MBSat, tiks pacelts orbītā 2003. gada beigās. Līdzīgi kā XM/Siriuss satelīti, lielo raidjaudu (apmēram 2,4 kW) orbītā tas iegūs ar skrejviļņu lampu pastiprinātājiem. MBSat būs 24 120 W lampas. Atšķirība būs tā, ka MBSat raidītājs darbosies platākā - 25 MHz joslā (2630-2655 MHz S josla), pārraidot MPEG-2 un MPEG-4 standarta signālus ar 12 m atvāžamu antenu. Tā varēs nodrošināt datu, audio un video pārraides 70 atšķirīgos kanālos.

Platāka frekvenču josla nepieciešama progresīvākai t. s. CDMA (Code Division Multiple Access) kodu sadales modulācijai, kuru izmantos gan MBSat, gan virszemes stacijas - atkārtotāji. Tā rezultātā mobiliem pakalpojumiem varēs izdalīt bitu plūsmas pat virs 7 Mbps. MBC pārstāvji norāda, ka tas būs daudz lētāk par pakalpojumiem, kurus ar 348 kbps plūsmu cer nodrošināt mobilo telefonu virszemes apraides trešā paaudze (3G jeb UMTS - Universal Mobile Telecommunication System). Šāda konkurence var būt ļoti izdevīga 3G pakalpojumu abonentiem.

 

Arnolds VĪTOLS,

speciāli SP

 

Informācijas avoti

1. D. H. Layer. Digital Radio Takes to the road. IEEE Spectrum 2001, July, 40-46.

2. P. I. Brown. Satellite Radio. Via Satellite 2001, vol. XVI, 11, 18-26.