Цифровое радио — это использование цифровых технологий для передачи или приема по всему радиоспектру . Цифровая передача по радиоволнам включает цифровое вещание и особенно услуги цифрового аудиорадиовещания .
В системах цифрового вещания аналоговый аудиосигнал оцифровывается , сжимается с использованием формата кодирования звука, такого как AAC+ ( MDCT ) [1] или MP2 , и передается с использованием схемы цифровой модуляции . Цель состоит в том, чтобы увеличить количество радиопрограмм в заданном спектре, улучшить качество звука, устранить проблемы замирания в мобильных средах, обеспечить дополнительные услуги передачи данных и уменьшить мощность передачи или количество передатчиков, необходимых для покрытия радиосигнала. область, край. Однако аналоговое радио (AM и FM) по-прежнему более популярно, и популярность прослушивания радио через IP ( Интернет-протокол ) растет.
В 2012 году четыре системы цифровой беспроводной радиосвязи признаны Международным союзом электросвязи : две европейские системы цифрового аудиовещания (DAB) и цифрового радиовещания (DRM), японская ISDB-T и внутриполосная одноканальная технология, используемая в США и арабский мир под торговой маркой HD Radio .
Более старое определение, которое до сих пор используется в литературе по технике связи, представляет собой технологии беспроводной цифровой передачи , т.е. стандарты микроволновой и радиочастотной связи , в которых аналоговые информационные сигналы, а также цифровые данные передаются с помощью цифрового сигнала посредством метода цифровой модуляции. Это определение включает системы вещания, такие как цифровое телевидение и цифровое радиовещание, а также стандарты двусторонней цифровой радиосвязи, такие как сотовые телефоны второго поколения ( 2G ), а также более поздние системы связи ближнего действия , такие как цифровые беспроводные телефоны , беспроводные компьютерные сети , цифровые микроволновые радиоканалы, системы связи в дальнем космосе, такие как связь с двумя космическими зондами «Вояджер» и т. д.
Менее распространенное определение — это реализации радиоприемника и передатчика, которые основаны на цифровой обработке сигналов , но могут передавать или принимать стандарты аналоговой радиопередачи, например FM-радио. Это может уменьшить шум и искажения, возникающие в электронике. Это также позволяет реализовать программную радиосвязь , при которой технология передачи меняется просто путем выбора другой части программного обеспечения. Однако в большинстве случаев это приведет к увеличению энергопотребления приемного оборудования .
Стандарты услуг цифрового аудиорадиовещания могут обеспечивать услуги наземной или спутниковой радиосвязи . Системы цифрового радиовещания обычно предназначены для портативных мобильных устройств, таких как системы мобильного телевидения , и в отличие от других систем цифрового телевидения , которые обычно требуют фиксированной направленной антенны. Некоторые системы цифровой радиосвязи предоставляют внутриполосные внутриканальные решения (IBOC), которые могут сосуществовать или одновременно передавать аналоговые передачи AM или FM, в то время как другие предназначены для определенных диапазонов радиочастот. Последнее позволяет одному широкополосному радиосигналу передавать мультиплекс нескольких радиоканалов с различными скоростями передачи данных, а также услуги передачи данных и другие формы мультимедиа. Некоторые системы цифрового вещания допускают использование одночастотной сети (SFN), в которой все наземные передатчики в регионе, передающие один и тот же мультиплекс радиопрограмм, могут использовать один и тот же частотный канал без проблем с собственными помехами , что еще больше повышает спектральную эффективность системы .
Хотя цифровое вещание предлагает множество потенциальных преимуществ, его внедрению препятствует отсутствие глобального соглашения по стандартам и множество недостатков. Стандарт цифрового радио DAB Eureka 147 координируется Всемирным форумом DMB . Этот стандарт цифровой радиотехнологии был определен в конце 1980-х годов и сейчас внедряется в некоторых европейских странах. Коммерческие ресиверы DAB начали продаваться в 1999 году, и к 2006 году в зоне покрытия DAB-вещания находилось 500 миллионов человек, хотя к этому времени продажи взлетели только в Великобритании и Дании . В 2006 году в эксплуатации находилось около 1000 станций DAB. [2] Стандарт Eureka 147 подвергся критике, поэтому был введен новый стандарт « DAB+ ».
Стандарт DRM уже несколько лет используется для цифрового вещания на частотах ниже 30 МГц (коротковолновое, средневолновое и длинноволновое). Также теперь существует расширенный стандарт DRM+, предназначенный для диапазонов УКВ. [3] Испытания DRM+ проводились в таких странах, как Бразилия, Германия, Франция, Индия, Шри-Ланка, Великобритания, Словакия, Италия (включая Ватикан), а также Швеция. [4]
DRM+ рассматривается [ кем? ] как более прозрачный и менее дорогой стандарт, чем DAB+, и, следовательно, лучший выбор для местного радио [ нужна ссылка ] ; коммерческие или общественные вещатели. Хотя DAB+ был введен в Австралии, в 2011 году правительство пришло к выводу, что предпочтение DRM и DRM+ перед HD Radio может использоваться для дополнения услуг DAB+ в (некоторых) местных и региональных регионах. [ нужна цитата ]
На сегодняшний день для односторонней цифровой радиосвязи определены следующие стандарты:
См. также программное обеспечение радио для обсуждения радиоприемников, использующих цифровую обработку сигналов .
Цифровое аудиовещание (DAB), также известное как Eureka 147, было принято примерно в 20 странах мира. Он основан на формате аудиокодирования MPEG-1 Audio Layer II и координируется WorldDMB .
В ноябре 2006 года WorldDMB объявил, что DAB будет использовать формат кодирования звука HE-AACv 2, также известный как eAAC+ . Также принимаются формат MPEG Surround и более сильное кодирование с коррекцией ошибок , называемое кодированием Рида – Соломона . [5] Обновление получило название DAB+ . Ресиверы, поддерживающие новый стандарт DAB, начали выпускаться в 2007 году, при этом для некоторых старых ресиверов было доступно обновление прошивки.
DAB и DAB+ нельзя использовать для мобильного телевидения, поскольку они не содержат видеокодеков. Стандарты, связанные с DAB, цифровое мультимедийное вещание (DMB) и DAB-IP подходят для мобильного радио и телевидения, поскольку в качестве форматов кодирования видео они поддерживают MPEG 4 AVC и WMV9 соответственно . Однако видеоподканал DMB можно легко добавить к любой передаче DAB, поскольку DMB с самого начала разрабатывался для передачи по подканалу DAB. Вещания DMB в Корее несут обычные аудиоуслуги MPEG 1 Layer II DAB наряду с видеоуслугами DMB.
Соединенные Штаты выбрали запатентованную технологию HD Radio , разновидность внутриполосной внутриканальной технологии (IBOC). По данным iBiquity , «HD Radio» — это торговое название компании для ее собственной цифровой радиосистемы, но это название не подразумевает ни высокое разрешение, ни «гибридную цифровую систему», как на него обычно неправильно ссылаются.
В передачах используется мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов , метод, который также используется для европейского наземного цифрового телевещания ( DVB-T ). Технология HD Radio была разработана и лицензирована iBiquity Digital Corporation. Широко распространено мнение [ кем? ] что основная причина использования технологии HD-радио заключается в том, чтобы предлагать некоторые ограниченные услуги цифрового радио, сохраняя при этом относительные «ценности» участвующих станций, и гарантировать, что новые программные услуги будут контролироваться существующими лицензиатами.
Цифровые схемы FM в США обеспечивают передачу звука со скоростью от 96 до 128 килобит в секунду (кбит/с) со вспомогательной передачей «поднесущей» со скоростью до 64 кбит/с. Цифровые схемы AM имеют скорость передачи данных около 48 кбит/с, при этом вспомогательные услуги предоставляются с гораздо более низкой скоростью передачи данных. В схемах FM и AM используются методы сжатия с потерями , чтобы наилучшим образом использовать ограниченную полосу пропускания .
Lucent Digital Radio, USA Digital Radio (USADR) и Digital Radio Express в 1999 году начали испытания своих различных схем цифрового вещания, ожидая, что они сообщат о своих результатах Национальному комитету радиосистем (NRSC) в декабре 1999 года . 6] Результаты этих испытаний остаются неясными, что в целом характеризует состояние наземного цифрового радиовещания в Северной Америке .
В то время как традиционные наземные радиовещатели пытаются «перейти на цифру», большинство крупных производителей автомобилей в США продвигают цифровое спутниковое радио . Технология HD Radio также проникла в автомобильный сектор благодаря устанавливаемым на заводе опциям, анонсированным BMW, Ford, Hyundai, Jaguar, Lincoln, Mercedes, MINI и Volvo. [7]
Спутниковое радио отличается свободой от цензуры Федеральной комиссии связи США , относительным отсутствием рекламы и способностью позволять людям в дороге слушать одни и те же станции в любом месте страны. В настоящее время слушатели должны платить годовую или ежемесячную абонентскую плату, чтобы получить доступ к услуге.
Спутниковое радио «Сириус» запустило группировку из трех спутников «Сириус» в течение 2000 года. Спутники были построены компанией Space Systems/Loral и запущены российскими ракетами-носителями «Протон ». Как и в случае со спутниковым радио XM, Sirius внедрил серию наземных наземных ретрансляторов, где в противном случае спутниковый сигнал был бы заблокирован крупными сооружениями, включая природные сооружения и высотные здания.
XM Satellite Radio имеет группировку из трех спутников, два из которых были запущены весной 2001 года, а один - позже, в 2005 году. Это спутники Boeing 702 comsats, которые были выведены на орбиту с помощью ракет-носителей Sea Launch . Резервные наземные передатчики ( ретрансляторы ) будут построены в городах, где спутниковые сигналы могут блокироваться большими зданиями.
19 февраля 2007 года Sirius Satellite Radio и XM Satellite Radio объединились и образовали Sirius XM Radio .
FCC выставила на аукцион распределение полосы пропускания для спутникового вещания в диапазоне S , около 2,3 ГГц.
Наземное вещание имеет преимущества, поскольку оно бесплатное и локальное. Спутниковое радио не является ни тем, ни другим; однако в начале 21 века он вырос за счет предоставления контента без цензуры (в первую очередь, перехода Говарда Стерна от наземного радио к спутниковому радио) и полностью цифровых музыкальных каналов без рекламы, которые предлагают аналогичные радиоформаты местным станциям.
Сигнал «HD Radio» FM-радиостанции в США имеет ограниченное расстояние прослушивания от вещательной вышки. Правила FCC в настоящее время ограничивают мощность цифровой части передачи станции до 10% от существующей аналоговой мощности, разрешенной станции. Даже на этом уровне мощности присутствие цифрового сигнала рядом с аналоговым сигналом станции может привести к тому, что старые радиостанции начнут улавливать шум из-за проблем с отклонением соседнего цифрового сигнала. «Все еще существуют некоторые опасения, что HD Radio на FM увеличит помехи между различными станциями, даже несмотря на то, что HD Radio с уровнем мощности 10% соответствует спектральной маске FCC». HD Radio HD Radio#cite note-14 .
«HD Radio» позволяет каждой существующей радиовещательной станции добавлять дополнительные «каналы» в США путем передачи цифрового сигнала по обе стороны своего канала, сразу за пределами существующего аналогового сигнала частотной модуляции. Сигнал HD Radio занимает полосу 0,1 МГц, которая начинается на 0,1 МГц выше и ниже станции несущей частоты. Например, если несущая частота аналогового сигнала станции составляет 93,3 МГц, цифровой сигнал заполнит 93,1–93,2 МГц и 93,4–93,5 МГц в диапазоне FM-вещания. Несколько цифровых аудиопотоков или «подканалов» могут передаваться в одном потоке цифровых данных, при этом количество аудиоподканалов и распределение полосы пропускания определяются по выбору станции. На радиотюнере они будут отображаться как (в приведенном выше случае) «93.3-2», «93.3-3» и т. д. Используемые частоты не меняются по мере добавления новых каналов к одной радиостанции (93,3 МГц в приведенном выше примере). Вместо этого фиксированный общий объем полосы пропускания просто перераспределяется между аудиопотоками, так что каждый из них теперь получает меньшую полосу пропускания и, следовательно, более низкое качество звука, чем раньше.
На федеральном уровне не предусмотрен переход на HD Radio как для FM, так и для AM-станций. Однако 27 октября 2020 года Федеральная комиссия по связи одобрила добровольную работу полностью цифрового AM по всей стране. [8]
Канада начала разрешать экспериментальное вещание HD Radio в декабре 2012 года и подканалы цифрового аудио в каждом конкретном случае. Первыми станциями в стране стали CFRM-FM в Литл-Каренте , CING-FM в Гамильтоне и CJSA-FM в Торонто (четвертый, CFMS-FM в пригороде Торонто Маркхэме , подает заявку на использование технологии HD Radio), все в провинции Онтарио. [9] [10]
В Соединенном Королевстве 44,3% населения сейчас имеют цифровое радио DAB, а 34,4% слушают различные цифровые платформы. Из-за раннего успеха старого стандарта DAB переход на более эффективный DAB+ занимает больше времени. Если бы DAB был выключен, старые ресиверы стали бы бесполезными. В 2020 году около половины станций Великобритании используют DAB+.
По данным RAJAR в первом квартале 2013 года, 26 миллионов человек, или 39,6% населения, составляющего 65,64 миллиона человек, сейчас настраиваются на цифровое радио каждую неделю, что на 2,6 миллиона больше, чем в прошлом году. Но количество слушателей FM выросло до 61%, а DAB снизилось до 21%. Слушатели DAB также могут использовать AM и FM. [11]
В настоящее время Великобритания имеет крупнейшую в мире цифровую радиосеть, насчитывающую около 500 передатчиков, два общенациональных ансамбля DAB и 48 местных и региональных ансамблей DAB, транслирующих более 250 коммерческих радиостанций и 34 радиостанции BBC ; в Лондоне можно принять около 100 станций . На цифровом радио DAB большинство слушателей могут принимать около 30 дополнительных станций.
Цифровые радиостанции также распространяются на платформах цифрового телевидения , таких как Sky, Virgin Media и Freeview, а также на интернет-радио .
Правительство примет решение о переключении радиовещания при условии соблюдения критериев прослушивания и покрытия . Переход на цифровое радио сохранит FM в качестве платформы, но при этом переведет некоторые услуги на распространение только в формате DAB.
Устройства DAB+ в Великобритании станут доступны широкой публике к 2010 году.
В 2020 году сигналы DAB+ охватят более 90% территории Германии. Национальный мультиплекс включает три общественных станции Deutschlandfunk и 12 коммерческих станций. В большинстве регионов доступны дополнительные мультиплексы с общественными вещательными компаниями и региональными коммерческими станциями.
Первая сеть станций DAB была развернута в Баварии с 17 октября 1995 года до полного покрытия в 1999 году. Другие штаты финансировали сеть станций, но отсутствие успеха заставило их отказаться от финансирования - MDR отключился уже в 1998 году, и Бранденбург объявил о провале. в 2004 году. Вместо этого Берлин/Бранденбург начал переходить на цифровое радио на основе режима DVB-T только для звука, учитывая успех стандарта DVB-T в регионе, когда ранее аналоговое телевидение было отключено в августе 2003 года (это был первый регион, переключиться в Германии). В это время вариант DVB-H семейства DVB был выпущен для передачи на мобильные приемники в 2004 году. В 2005 году большинство радиостанций покинули сеть DAB, оставив только один ансамбль общественных вещателей, который остался в теперь полностью финансируемой государством сети станций. Наконец, 15 июля 2009 года KEF ( комиссия по определению финансовых потребностей вещательных компаний ) заблокировала федеральное финансирование до тех пор, пока не будет доказана экономическая жизнеспособность вещания DAB, и указала на DVB-T как на жизнеспособную альтернативу.
Развертывание цифрового радио было перезапущено в 2011 году - в декабре 2010 года совместная комиссия государственных и частных радиовещательных компаний приняла решение о выборе «DAB+» в качестве нового национального стандарта. Новая сеть станций началась, как и планировалось, 1 августа 2011 года с 27 станциями по 10 кВт каждая. обеспечивая охват 70% по всей стране. Единый Bundesmux («fed-mux»: сокращение от «федеральный мультиплекс») был создан в диапазоне 5C как одночастотная сеть на канале 5C (см. [1]). После первоначального успеха DAB+ на рынке в ноябре 2012 года подрядчики решили расширить сеть цифровых радиостанций.
Норвегия была первой страной, где аналоговое FM-радио было отключено в 2017 году и заменено общенациональным распространением DAB+.
Местные станции могут продолжать вещание в FM-диапазоне.
Поскольку DAB доступен в Бельгии, Нидерландах, Швейцарии, Дании, Норвегии и Северной Италии, существует хорошее покрытие в европейской магистральной зоне (см. Страны, использующие DAB/DMB ), что указывает на достаточную динамику рынка. Франция, Испания, Швеция и Польша используют DAB+ только в крупных городах.
Португалия и Финляндия отказались от DAB. Финляндия просит ЕС обязать автопроизводителей поддерживать FM аналогично DAB.
Австралия начала регулярное цифровое аудиовещание с использованием стандарта DAB+ 4 мая 2009 года [12] после многих лет испытаний альтернативных систем. Обычные радиослужбы работают в диапазонах AM и FM, а также четыре станции (ABC и SBS) на цифровых телеканалах. В настоящее время услуги работают в пяти столицах штатов: Аделаиде , Брисбене , Мельбурне , Перте и Сиднее , а также проходят испытания в Канберре и Дарвине . [13]
Япония начала наземное звуковое вещание с использованием ISDB-Tsb и MobaHO! Цифровое вещание спутникового звука на частоте 2,6 ГГц
1 декабря 2005 года Южная Корея запустила службу T-DMB , которая включает в себя как теле-, так и радиостанции. T-DMB является производной от DAB со спецификациями, опубликованными ETSI . Только в 2005 году за один месяц было продано более 110 000 ресиверов.
Гонконг заменил DAB на DVB-T2 Lite.
Цифровое радио в настоящее время предоставляется развивающимся странам. Компания спутниковой связи WorldSpace создавала сеть из трех спутников, включая «AfriStar», «AsiaStar» и «AmeriStar», для предоставления цифровых аудиоинформационных услуг Африке , Азии и Латинской Америке . AfriStar и AsiaStar находятся на орбите. AmeriStar не может быть запущен из Соединенных Штатов , поскольку Worldspace ведет передачу в L-диапазоне и будет мешать военным США, как упоминалось выше. [ нужна цитата ] . в период своего расцвета обслуживал более 170 000 абонентов в восточной и южной Африке, на Ближнем Востоке и в большей части Азии, 96% из которых были из Индии. Timbre Media вместе с Saregama India планируют перезапустить компанию. По состоянию на 2013 год Worldspace прекратил свое существование, но на орбите находятся два спутника, на которых все еще есть несколько каналов. См. основную статью WorldSpace .
Каждый спутник обеспечивает три луча передачи, каждый из которых может поддерживать 50 каналов, передающих новости, музыку, развлечения и образование, а также компьютерные мультимедийные услуги. Местные, региональные и международные вещательные компании работали с WorldStar над предоставлением услуг.
Консорциум вещательных компаний и производителей оборудования также работает над тем, чтобы использовать преимущества цифрового вещания в радиоспектре, который в настоящее время используется для наземного радиовещания в диапазоне AM , включая международные передачи на коротких волнах . В настоящее время более семидесяти вещательных компаний передают программы с использованием нового стандарта, известного как Digital Radio Mondiale (DRM), и доступны коммерческие приемники DRM (хотя на веб-сайте DRM представлено несколько моделей, а некоторые из них сняты с производства). Система DRM использует стандарт aacPlus на основе MPEG-4 для кодирования музыки и CELP или HVXC для речевых программ. Однако в настоящее время они стоят слишком дорого, чтобы их могли себе позволить многие в странах третьего мира. Внедрение DRM было незначительным, и многие традиционные коротковолновые вещатели теперь транслируют только через Интернет, используют фиксированные спутники (телевизионные приставки) или локальные аналоговые FM-реле, чтобы сэкономить на затратах. Доступно очень мало (дорогих) радиоприемников DRM, а некоторые вещательные компании (RTE в Ирландии на частоте 252 кГц) прекратили испытания, не запустив услугу.
Недорогие радиоприемники DAB теперь доступны от различных японских производителей, и WorldSpace сотрудничает с Thomson Broadcast над созданием деревенского центра связи, известного как телекиоск, для предоставления услуг связи в сельских районах. Телекиоски автономны и доступны как стационарные, так и мобильные.
Ключевым прорывом или ключевой особенностью цифровых систем радиопередачи является то, что они позволяют снизить мощность передачи, обеспечить устойчивость к шуму, перекрестным помехам и другим формам помех и, таким образом, позволяют повторно использовать одну и ту же радиочастоту на более коротком расстоянии. Следовательно, спектральная эффективность (количество телефонных вызовов на МГц и базовую станцию или количество бит/с на Гц и передатчик и т. д.) может быть существенно увеличена. Цифровая радиопередача также может передавать любую информацию — при условии, что она выражается в цифровом виде . Раньше системы радиосвязи приходилось создавать специально для данного вида связи: например , телефона , телеграфа или телевидения . Все виды цифровой связи могут быть мультиплексированы или зашифрованы по желанию.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )