Разработка требований к приемному оборудованию сетей цифрового радиовещания стандарта DRM

Разработка требований к приемному оборудованию сетей цифрового радиовещания стандарта РкМ

Ключевые слова: цифровое радиовещание, DRM, требования к приемникам, методы измерений

При проектировании сети цифрового радиовещания стандарта ЭИМ значения основных параметров приемного оборудования (чувствительности, избирательности) должны быть известны заранее. Однако, эти параметры для имеющихся образцов бытовых приемников РИМ (особенно диапазонов ДВ и СВ) в технической документации и литературе не приводятся. В опубликованных в 2010 г. РИМ-консорциумом "Минимальных требованиях к приемнику" изложены требования к его основным параметрам и методы их измерения. Эти требования не учитывают предполагаемых особенностей использования стандарта РМ в качестве сети государственного радиовещания РФ в части оповещения, передачи дополнительной информации, русификации интерфейса пользователя и тд. Разработан проект документов, нормирующих параметры приемного оборудования сетей цифрового радиовещания стандарта РИМ и методы их измерений для различных классов приемников: "Приемник РИМ-30. Общие технические условия (Базовые технические характеристики. Предоставляемые сервисы)" и "Приемник РИМ-30. Методы электрических высокочастотных измерений". Разработанные документы гармонизированы с требованиями РИМ консорциума для обеспечения международного соответствия разрабатываемых приемников, и с требованиями нормативных документов РФ, и учитывают особенности планируемого использования РИМ вещания в РФ.

Варламов О.В.,

старший научный сотрудник МТУСИ, к.т.н., vov@mtuci.ru

Для проектирования сети цифрового радиовещания стандарта DRM значения основных параметров приемного оборудования должны быть известны заранее. В опубликованном в 2010 году документе DRM-консорциума «Минимальные требования к приемнику» [1] изложены требования к его основным параметрам и методы их измерения. Однако параметры чувствительности имеющихся в настоящее время образцов бытовых приемников DRM (особенно в диапазонах ДВ и СВ) далеки от требований [1]. Далее приводятся результаты измерения чувствительности образцов приемников DRM и рассматривается возможность выполнения предъявляемых к ним требований.

С целью учета предполагаемых особенностей использования стандарта DRM в качестве сети государственного радиовещания РФ (в части обеспечения оповещения, передачи некоторых видов дополнительной информации и т.д.), для различных (по потребительским свойствам) классов приемников разрабатываются требования на параметры приемного оборудования сетей ЦРВ стандарта DRM и методы их измерений.

Измерения чувствительности образцов

DRM приемников

Измерения чувствительности проводилось для 3 образцов DRM приемников различных типов: «Орленок» СРЗ РП-227 DRM, «Himalaya DRM-2009» и «Roberts МР40». Следует отметить, что все они были выполнены на основе одного и того же DRM модуля RS-500 фирмы RadioScape и отличались (кроме дизайна) построением антенной цепи диапазонов ДВ и СВ. В частности, в при-

емнике «Himalaya DRM-2009» ферритовая антенна находится внутри корпуса, в «Roberts МР40» она внешняя, а в «Орленке» отсутствует.

Измерения чувствительности образцов DRM приемников по входу для внешней антенны при норме на этот параметр 8 дБмкВ показали значения от 5 до 11 дБмкВ во всем диапазоне КВ, что можно считать вполне приемлемым.

Измерения чувствительности образцов DRM приемников по напряженности электромагнитного поля проводились в диапазонах ДВ и СВ для приемника «Himalaya DRM-2009», как единственного, имеющего встроенную антенну. Для проведения измерений были изготовлены генератор сигналов DRM, однорамочный генератор электромагнитного поля, соответствующий [2], и калиброванная измерительная ферритовая антенна для дополнительного контроля напряженности поля. Результаты измерения реальной чувствительности по напряженности электромагнитного поля бытового DRM приемника «Himalaya DRM-2009» приведены на рисунке 1. Там же показаны требуемые значения в соответствии [1]. Как видно из рисунка, измеренная чувствительность этого приемника составляет 73...88 дБмкВ/м в диапазоне ДВ и 53...62 дБмкВ/м в диапазоне СВ, что на 13...42 дБ хуже требуемой.

Проведенные измерения не дают ответа на вопрос о причинах низкой чувствительности приемников в ДВ и СВ диапазонах, среди которых может быть как принципиальная невозможность достижения заданного результата, так и неоптимальное проектирование или неточная настройка в резонанс антенного контура, или недостаточная экранировка от шумов и помех цифровой части приемника. Далее рассматривается возможность построения антенной цепи, обеспечивающей требуемые значения чувствительности по электромагнитному полю.

Определение возможности обеспечения требуемой чувствительности бытовых приемников DRM в диапазонах ДВ и СВ

Исходя из нормативной чувствительности DRM приемников по входу для внешней антенны Ue, равной 8 дБмкВ, и требуемой чувствительности по электромагнитному полю Цэ(40 дБмкВ/м в диапазоне СВ и 46 дБмкВ/м в диапазоне ДВ), можно определить требуемый коэффициент передачи антенной цепи K = \(tu"~v’)120  Коэффициент передачи входной цепи с магнитной антенной традиционно определяется как: К = А, * п* Q ,

где п - коэффициент трансформации цепи связи, n < 1; Q — нагруженная добротность контура, зависящая от

величины входного сопротивления ВЧ тракта приемника и величины n; А,=//„* 2 * л * а * S / Л - действующая

высота магнитной антенны [3], где со - число витков антенной катушки; S - площадь сечения сердечника; X -длина волны; - действующая магнитная проницаемость ферритового сердечника, зависящая от начальной магнитной проницаемости феррита ц0 и соотношения геометрических размеров сердечника.

Следует отметить, что в традиционных приемниках AM сигналов добротность ферритовой антенны стараются повышать до максимально реализуемых величин (определяющихся потерями в сердечнике), достигающих значений 100... 150. При этом ограничение полосы пропускания антенного контура в диапазоне ДВ приводит лишь к сужению полосы воспроизводимых звуковых частот. Иная ситуация при приеме сигналов DRM с равномерным распределением спектра в полосе частот 9... 10 кГц. Ограничение полосы пропускания входного контура может приводить к ошибкам декодирования или даже делать его невозможным. Поэтому полоса пропускания антенного контура DRM приемника должна составлять не менее 10 кГц (неравномерностью АЧХ в 3 дБ можно пренебречь). Таким образом, чтобы обеспечить полосу пропускания 10 кГц на нижней частоте диапазона ДВ (150 кГц), максимальная нагруженная добротность антенного контура должна быть не более 15 (и не более 53 на частоте 530 кГц для диапазона СВ).

Исходя из заданных величин добротности, можно определить допустимые значения входного сопротивления. Искомое входное сопротивление ВЧ тракта определяется как:

К = К,

где Rm=2*7t* f*L*Q„, L = co2* D2 * *1 O'6//*1,27,

гдеD— диаметр катушки; /-длина намотки, и, с учетом приведенных выше выражений, может быть определено через требуемый коэффициент передачи и параметры магнитной антенны:

Rm=72*K2*\0'"/(Q„*7r,*{j„*l* f*D2* 1,27) Типичные параметры сердечников ферритовых антенн бытовых носимых приемников: длина 80 мм, диаметр 8 ММ, fi = 60. С учетом этого искомое входное сопротивление ВЧ тракта составит 4100 Ом для диапазона ДВ и 1324 Ом для диапазона СВ. Необходимое для конструктивной реализации число витков контурной катушки и катушки связи может быть определено из приведенных выше выражений.

Таким образом, требуемые значения чувствительности могут быть достигнуты, но для этого необходимо

включение достаточно высокоомного буферного каскада с заданным входным сопротивлением.

Проведенные далее дополнительные исследования причин недостаточной чувствительности по напряженности электромагнитного поля бытового DRM приемника «Himalaya DRM-2009» показали, что она ограничена недостаточной экранировкой магнитной антенны от шумов и помех цифровой части приемника.

Разработка требований на параметры приемного

оборудования сетей ЦРВ стандарта DRM

Предлагается в зависимости от условий эксплуатации, конструктивного исполнения и области применения подразделять приемники DRM на:

1. Приемники общего применения:

1.1. Стационарные для домашнего применения;

1.2. Автомобильные;

1.3. Переносные;

1.4. Носимые (малогабаритные с батарейным питанием);

1.5. Приемники в составе комбинированного устройства, используемого населением при чрезвычайных ситуациях.

2. Приемники, используемые для оповещения.

Перечень технических характеристик разделен на

две части:

- основные функциональные параметры (контролируются без проведения измерений);

- основные радиочастотные параметры, которые измеряются по разработанным методикам.

Требования к основным функциональным параметрам включают в себя:

- требования к диапазону принимаемых частот, шагу сетки частот, полосе захвата сигнала DRM;

- требования к звуковой подсистеме (поддержка форматов кодирования HVXC, CELP и ААС с соответствующими частотами дискретизации, метода реконструкции высоких частот SBR, декодирование стерео и параметрического стерео);

- требования к декодеру канала и демодулятору (поддержка режимов помехоустойчивости А, В, С, D, модуляции 4-QAM и 16-QAM для канала SDC, и 16-QAM и 64-QAM для канала MSC, уровней защиты: 0, 1, 2, 3 (64-QAM) и 0, 1 (16-QAM), иерархической модуляции: SPP, VSPP (SP, HMsym, HMmix), схемы защиты от ошибок ЕЕР, UEP, короткий и длинный интервалы интерливинга, полосы частот сигнала DRM: 4,5; 5; 9; 10 кГц).

Чувствительность испытанного образца бытового приемника Himalaya DRM-2009 в диапазонах НЧ и СЧ

к 90 g 80 f 5 70 х | 60 I Ч 50 | 40

I 30

150 350 550 750 950 1150 1350 1 550

Частота, кГц

—*—Измеренные значения ---Требуемое значение

♦ Контрольные измерения_________________

Рис. 1. Результаты измерения чувствительности приемника Himalaya DRM-2009

Функциональные параметры должны обеспечивать:

- прием аналоговых станций с AM и декодирование AMSS, приём УКВ станций с декодированием RDS (радиочастотные параметры приёма вещательных УКВ-радиостанций должны отвечать соответствующим техническим требованиям, действующим в РФ);

- индикацию возможности приема на данной частоте во время настройки;

- индикацию уровня сигнала или отношения сигнал-шум (для портативных приемников или приемников с внешними антеннами);

- отображение доступных звуковых служб и служб данных, передаваемых внутри одного мультиплекса (до 4 служб), и возможность ручного переключения между ними;

- автоматическое переключение на альтернативную частоту: приемник должен обеспечивать приём идентификаторов программ в стандартах DRM, RDS и AMSS;

- прием сигналов оповещения и оперативного информирования населения: Радиоприемники DRM общего применения должны принимать сигнал оповещения, передаваемый в каналах SDC, AMSS или RDS, переключаться на соответствующую радиопрограмму, содержащую информацию МЧС, а по окончании передачи информации МЧС вернуться к воспроизведению предыдущей программы. Дополнительно может быть предусмотрена возможность переключения на воспроизведение информации МЧС из других режимов работы радиоприемного устройства, в том числе из дежурного режима.

Требования по приему текстовой информации включают в себя:

- прием и декодирование символов алфавита русского языка в кодировке ISO/IEC 10646 (Unicode) в форме UTF-8;

- индикацию времени, транслируемого вещателем;

- поддержка приема информации о чрезвычайных ситуациях;

- отображение названия передающей станции.

Прочие требования включают в себя:

- наличие разъема для внешней антенны, цифрового выхода SPD1F, выхода на головные телефоны, USB стыка;

- автоматический поиск вещательных программ во всех диапазонах;

- наличие цветного графического дисплея с разрешением не менее 320x240 точек. В приемниках низшего ценового диапазона возможно применение буквенносимвольного (2-х строкового, 16-ти символьного) дисплея. Специальные приемники (тюнеры), подключаемые к внешнему контроллеру, могут не иметь собственного дисплея;

- русифицированный интерфейс управления;

- рекомендуется расширить пользовательские характеристики приёмника родственными функциями (воспроизведение с внешнего носителя, запись радиопрограмм, ГЛОНАСС/GPS навигация и т.д.);

- при декодировании вещательных DRM-сигналов рекомендуется декодировать следующие протоколы дополнительной информации: EPG, МОТ Slideshow, МОТ website, Joumaline, TPEG, ТМС;

- приемник должен обладать интерфейсом обновления программного обеспечения для добавления пользователем декодеров перспективных служб дополнительной информации;

- питание от сухих элементов, внешнего сетевого источника питания, USB стыка. Если вместо сухих элемен-

тов используются аккумуляторные батареи, необходима индикация состояния заряда, возможность подзарядки от внешних источников питания.

Разработка требований к радиочастотным параметрам приемного оборудования сетей цифрового радиовещания стандарта DRM в настоящей работе проведена по сложившейся в РФ практике разработки стандартов, в соответствии с которой приводится сводная таблица параметров, а затем методы их измерений.

Таблица 1

Требования к основным радиочастотным параметрам

1. Чувствительность, не хуже, в диапазонах частот ДВ СВ КВ1

Измеренная по напряженное™ поля для носимых приемников со встроенными антеннами, дБмкВ'М 46 40 32 28

Измеренная с эквивалентом антенны №1 для носимых приемшосов, дБмкВ 68 62 54 50

Измеренная с эквивалентом антенны №2 для носимых приемников, дБмкВ 37 31 23 19

Для автомобильных и стационарных приемников, дБмкВ 8 8 8 8

2. Динамический диапазон, дБ 84 90 80 80

3. Избирательность по соседнем)’ каналу Частотный интервал, кГц Подавление для всех диапазонов частот, не менее. дБ

1 канал 9/10 25

2 канал то 35

3 канал 27/30 45

4 и более > 36/40 и < 400 50

Удаленные каналы >400 >60

4. Динамический диапазон по блокированию Более 60 дБ

5. Подавление со-канального АМ сигнала Более-5 дБ

6. Ннтермодуляцнонные искажения Не менее 40 дБ от уровня принимаемого сигнала

7. Требуемое для декодирования отношение сигнал/шум в различных каналах распространения Номер канала распространения и № тестового набора

1 2 3 4 5 6

Требуемое ОСШ, не более, дБ 21 22 31 26 20 25

8. Задержка начала декодирования сигнала в различных каналах распространения при заданном ОСШ, дБ: 26 27 39 31 25 30

Задержка начала декодирования, не более, мсек. 3200 4000

Требования к основным радиочастотным параметрам приведены в табл. 1. Помимо традиционных для всех радиоприемных устройств параметров — чувствительности, избирательности, динамическому диапазону и интермодуляционным искажениям, в ней присутствуют и специфические для приемников DRM характеристики. К ним относятся задержка начала декодирования и требуемое для декодирования минимальное отношение сигнал/шум в различных каналах распространения.

Введено подразделение приемников DRM общего применения по электрическим и электроакустическим параметрам на три группы сложности: высшую (0), первую (1) и вторую (2), аналогично [4]. Требования на полосы звуковых частот, принимаемых в стандарте DRM в зависимости от ширины полосы передатчика и способа кодирования, и требования к диапазону вос-

производимых частот для приемников различных групп сложности приведены в табл. 2.

Для измерения радиочастотных параметров также разработаны соответствующие методы измерений.

Таблица 2

Требования к диапазону воспроизводимых частот для приемников различных групп сложности

Ширина

паюсы

радио-

частот

кГц

4,5

а

Частота

дискре-

кГц

16

24

Полоса

декодируе-

мых

звуковых

частот

cSBR'/без

SBR

Гц

50-10000/ 50-7000

20-15000/

50-10000

(50-1000»

100-6000)

Такие же, как при ширине паюсы радіочастот 9 и 10 кГц

Стандарт кодирования и область применения

MPEG4 CELP.

Используется в канапах с большим уровнем помех, при одновременной передаче AM и DRM сигналов

MPEG-4 ААС

Перспективное звуковое кодирование, включающее средства повышения помехоустойчивости для универсального монофонического н стереофонического радиовещания;

Использу ется для оргашоацин 2-х высококачественных радиоканалов, передачи стереосигнала,

Диапазон воспроизводимых частот звукового давления всего тракта при неравномерности частотной характеристики звукового давления 14

____________дБ. Гц. вс уже:___________

Норма для аппаратов групп сложности

80-12500

125-10000

200-

10000

315-6300

* Для кодирования области верхних частот по технологии БВЯ используется удвоенная (относительно базовой) частота дискретизации

Заключение

Разработанные требования к приемному оборудованию сетей цифрового радиовещания DRM и методы измерений гармонизированы со стандартом DRM [5], требованиями DRM консорциума, требованиями нормативных документов РФ и учитывают особенности планируемого использования DRM в качестве сети государственного радиовещания в РФ.

Литература

1. Digital Radio Mondiale (DRM); Minimum Receiver Requirements. Version 1.0. http://www.drm.org/wp-content/ up-loads/2012/10/DRM_Minimum_Requirementsl.pdf (дата обращения: 12.02.2013).

2. ГОСТ 9783-88. Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Методы электрических высокочастотных измерений.

3. В.И. Хомич. Приемные ферритовые антенны. -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. -63с., ил.

4. ГОСТ 56-89. Аппаратура радиоприемная бытовая. Общие технические условия.

5. ETSI ES 201 980. Digital Radio Mondiale (DRM); System Specification. V3.1.1.

Developing of receiving equipment requirements for networks of digital DRM radio broadcasting standard

Oleg Varlamov, Moscow Technical University of Communications and Informatics, senior staff scientist, Ph.D.

Abstract

On projecting networks of DRM standaid radio broadcasting main parameters for receiver (sensitivity, selectivity) must be known beforehand. However these parameters are not published in special literature and manuals for the available samples of consumer DRM receivers (especially the LW and MW). In published in 2010 by DRM-consortium "Minimum receiver requirements" this parameters and measurement methods are given. But these requirements do not take into account the alleged use of the DRM standard features as a network of public broadcasting in the Russian in part of the emergency alert, the transmission of additional information, Russian language user interface, etc. There was done out the list of projects that set norms for parameters of the receiving equipment of radio broadcast DRM standard and methods of its measurement for different classes of receivers: "DRM-30 Receiver (General Specifications. Available services)" and "DRM-30Receiver. Methods of electric high-frequency measurements". These documents are harmonized with DRM-consortium to maintain international- coexistence of all receivers and with requirements of Russian Federation domestic specifications and took into account the planning using of DRM broadcasting in RF

Keywords: digital broadcasting, DRM, receiver requirements, measurement methods.