Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Радиовещание и сегодня, в эпоху телевидения и Интернета, мобильных телефонов и спутниковой связи, продолжает обладать уникальными свойствами, делающими радио незаменимым средством массовой информации, позволяющим оперативно довести информацию до граждан в любом регионе земного шара. Однако в России эта задача до сих пор не решена, что объясняется крайне неравномерным распределением многонационального населения по территории страны, расположенной на больших площадях. Это требует новых подходов к стратегии развития систем радиовещания в XXI веке.
В соответствии с мировым опытом, задача перспективного развития радиовещания решается путем создания абсолютно новых систем вещания, спроектированных таким образом, чтобы удовлетворить высоким требованиям слушателей к качеству звучания программ при различных условиях приема. Этим требованиям отвечает цифровое радиовещание (ЦРВ) - новая информационная технология, в основе которой представление и передача звукового сигнала в цифровой форме во всех звеньях вещательного тракта - от студии до стационарного или мобильного приемника. Применение таких систем, в частности, позволит:
повысить эффективность использования радиочастотного спектра (РЧС);
улучшить качество приема и увеличить количество программ;
уменьшить мощность излучения передатчиков при той же зоне обслуживания, что и у аналоговых систем;
использовать способы передачи сигналов, которые нечувствительны к помехам и адаптированы к разным средам и условиям распространения;
обеспечить мобильный прием без значительного ухудшения качества приема.
Высокая помехоустойчивость позволяет системам ЦРВ превзойти по эффективности использования РЧС системы аналогового радиовещания и обеспечить существенно более высокие стандарты качества услуги.
Цифровое радиовещание получило известность в 1995 г., когда было начато опытное вещание в диапазоне ОВЧ в Великобритании и Скандинавских странах в стандарте T-DAB. Это новый вид услуги радиовещания, гарантирующей прием в движущемся автомобиле до 6 стереофонических программ с качеством, близким к качеству CD-проигрывателя, плюс значительный объем дополнительной
информации. Система утверждена EBU в качестве общеевропейской и рекомендована Международным Союзом Электросвязи для внедрения во всем мире как наземная система цифрового звукового радиовещания.
В конце 1990-х годов получили развитие системы непосредственного (спутникового) цифрового радиовещания (НЦРВ), позволяющие принимать сигнал на мобильном объекте при отсутствии затенений. В условиях России с её высокоширотными территориями системы НЦРВ могут быть эффективно использованы не только в качестве распределительных систем, но и для повсеместного развития многопрограммного вещания.
Развитие эфирного (наземного) цифрового радиовещания предусматривается в концепции DRM. Вещание в стандарте DRM30 осуществляется на частотах до 30 МГц с использованием AM радиопередатчиков. В 2005 г. принято решение о модернизации системы DRM в рамках технологии DRM+ для работы в диапазонах ОВЧ с полосой пропускания 100 кГц.
Главная цель идеологии DRM - резко улучшить качество вещания по сравнению с традиционным аналоговым радиовещанием в диапазонах средних и особенно коротких волн, что позволит перевести вещательный KB канал из разряда чисто информационных в разряд художественно - информационных. Помимо этого, для достижения коммерческого успеха в диапазонах с AM цифровая система вещания должна обеспечивать более высокую надежность приема, чем у AM вещания; совместимость с существующим частотным планом AM вещания, возможность дальнейшего развития ЦРВ с обеспечением постепенного перехода от аналогового к полностью цифровому радиовещанию; максимально возможное использование существующего передающего оборудования; возможность производства дешевых радиоприемников.
Цифровое радиовещание в ВЧ диапазоне способно обеспечить оптимальный баланс между качеством звука, шириной полосы, общей надежностью и количеством используемых частот. Стандарт DRM предполагает передачу цифрового сигнала в канале, совмещенном с каналом аналогового радиовещания (режим Simulcast). Это должно способствовать безболезненному переходу от аналогового вещания к цифровому. Поэтому, по мнению ряда ведущих специалистов отрасли, перспективы совершенствования услуги радиовещания в нашей стране следует, в том числе, связывать с технологией, реализуемой на основе стандарта DRM.
В настоящее время активно дискутируется программа внедрения цифрового телерадиовещания. По нашему мнению переход к массовому цифровому
наземному вещанию необходимо начинать с цифрового радиовещания стандарта DRM, позволяющего охватить высококачественным цифровым звуковым вещанием сразу целые регионы.
Цель работы и задачи исследования
Целью диссертационной работы является разработка метода модернизации глобальной сети распределения программ радиовещания на базе современных цифровых форматов, предполагающая расширение номенклатуры и качества услуг за счет внедрения цифровых форматов вещания. Для выполнения поставленной цели решены следующие задачи:
Проведен анализ существующих сетей распределения программ радиовещания.
Разработана модель сети распределения программ радиовещания на базе современных форматов.
Разработан метод перехода от аналогового к цифровому вещанию с совместным использованием аналоговых и цифровых форматов во время переходного периода.
Разработаны рекомендации для распределения радиовещательного сигнала, передаваемого по сетям, созданным на базе современных форматов.
Методы исследования
При решении поставленных задач использовались методы теории радиотехнических цепей и сигналов, электродинамики, вычислительной математики, линейной алгебры, компьютерного и математического моделирования, интегральное и дифференциальное исчисление.
На защиту выносятся:
Модель построения системы радиовещания для России с использованием совокупности трех цифровых технологий: вещания в формате DRM в СЧ+ВЧ диапазонах, вещания в альтернативных форматах: один из вариантов наземной системы ЦРВ и/или наземный сегмент наземно-спутниковой системы ЦРВ, а также непосредственного (спутникового) вещания.
Метод перехода от аналогового к цифровому вещанию с совместным использованием аналоговых и цифровых форматов (режим simulcast) во время переходного периода. Условием применимости этого режима является выполнение требований к величине защитных отношений в полосе совместной передачи аналогового и цифрового сигналов.
Модель одночастотной сети, построенной объединением нескольких передатчиков, обслуживающих одну и ту же зону для надежной передачи звуковой
программы на большие расстояния в ВЧ диапазоне. При этом возможен выигрыш в суммарной мощности радиопередатчиков, объединенных в одночастотную сеть, достигающий приблизительно 8 дБ при сдвоенном излучении и 10 дБ - при строенном.
4. Метод комплексного статистического оценивания объективной оценки качества сигналов в цифровом радиовещании.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Эффективное использование ВЧ диапазона волн для организации цифрового радиовещания в формате DRM на территории Российской Федерации.
Осуществлен аргументированный выбор системы радиовещания и конкретных цифровых технологий вещания для модернизации системы радиовещания России, позволяющий достигнуть равномерного покрытия всей территории страны высококачественным многопрограммным вещанием.
Определены условия эффективного применения радиопередающего оборудования стандарта DRM в режиме совместной передачи звуковых программ в одном канале в аналоговом и цифровом форматах (режим simulcast).
Получена теоретическая оценка максимального сетевого усиления (выигрыша) в одночастотной сети DRM в ВЧ диапазоне, подтвержденная моделированием с помощью специализированной компьютерной программы.
Разработаны рекомендации по оценке качества сигналов в цифровом радиовещании на основе метода комплексного статистического оценивания с использованием программных и аппаратных средств.
Практическая значимость диссертации состоит в том, что разработана эффективная методика передачи цифровых каналов в условиях сильных помех и более рациональное использование радиочастотного ресурса.
Реализация и внедрение результатов работы
Основные результаты работы внедрены и нашли практическое применение в процессе разработки, проектирования и монтажа систем распределения программ радиовещания ФГУ РГРК «Голос России», ЗАО «ТРК «Эфир», ФГУП ГЦУРС, ФГУП «Космическая Связь» и других организаций, занимающихся организацией и эксплуатацией наземно-космических радиотехнических систем доставки сигнала, в том числе специального назначения, до потребителей.
Апробация работы
Основные теоретические и практические научные результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, Москва 2008, 2009, 2010.
Публикации
По теме работы опубликовано 9 научных трудов, в том числе 4 статьи в ведущих научных журналах, включенных в перечень ведущих журналов и изданий ВАК РФ.
Структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения, содержит 154 страницы машинописного текста, 75 рисунков, 30 таблиц. Список цитируемой литературы включает 147 наименований.
Похожие диссертации на Метод модернизации глобальной сети распределения программ радиовещания на базе современных цифровых форматов
