Б. Система t-dab

По определению [3]: "Система DAB - новая система звукового радиовещания, обеспечивающая замену существующих сетей с амплитудной и частотной модуляцией. Это устойчивая система передачи звука и данных, обладающая высокой эффективностью использования спектра и мощности. Она разработана для наземной, спутниковой, а также гибридной и смешанной передачи. Предназначена для предоставления пользователям высококачественных цифровых звуковых программ и данных, которые будут передаваться наземными и спутниковыми передатчиками в диапазонах ОВЧ и УВЧ и приниматься автомобильными, переносными и стационарными приемниками цифровых сигналов с использованием простой почти всенаправленной приемной антенны. В 1995 г. Европейский DAB-форум поставил задачу всемирного введения DAB-вещания в различных конкретных вариантах".

В 2002 г. постоянно действующие сервисы ЦРВ на базе системы Eureka-147/DAB в ее наземном варианте T-DAB предлагались в пятнадцати европейских странах плюс Австралия, Индия, Канада, Китай, Сингапур и Тайвань. Еще в ряде стран несколько лет работают пилотные проекты. Наиболее успешно цифровое радиовещание в формате T-DAB развивается в Англии и Германии.

За прошедшее время цена DAB-приемников неуклонно снижалась с более чем $1500 до $150...500. Дело идет к тому, что технология DAB станет серьезной угрозой для развития систем подвижной связи 3G, когда плата (чип) радиоприемника будет интегрирована в GSM-телефон, что ознаменует рождение интерактивного радиовещания – "вещания по запросу" с богатейшими мультимедийными возможностями.

Системное построение и технические характеристики системы Eureka-147/DAB в ее наземном варианте T-DAB регламентированы в принятом в 1995 и дополненном в 1997 г. европейском телекоммуникационном стандарте ETS 300 401 [13]. В документах МСЭ система T-DAB в посвященной ей рекомендации BS.1114-1 классифицируется как цифровая система А.

Организация цифровых потоков. Услуга цифрового радиовещания в формате T-DAB гарантирует пользователю возможность приема определенного количества звуковых программ различного качества и типа, а также определенного объема данных. Для реализации услуги в передающей части системы формируется комплексный сигнал (передачи) ЦРВ, объединяющий всю необходимую информацию. С этой целью в системе организованы три канала:

• канал передачи пользовательской информации (MSC), который используется для передачи набора звуковых программ, а также данных (при их наличии);

• канал быстрой информации (FIC), обеспечивающий быстрый доступ к информации в радиоприемнике. Канал содержит сведения о конфигурации мультиплексирования, дополнительную информацию о каналах пользователей и компонентах каналов данных;

• канал синхронизации, который формируется внутри передающей части системы и используется для обеспечения функций демодуляции и декодирования в приемнике.

В табл. 6.3 указаны входные сигналы, поступающие от различных источников. Из этих сигналов формируются компонентные цифровые потоки, а затем - кадр (фрейм) передачи. Рассмотрим далее способы организации передачи данных по каналам MSC и FIC, состав этих каналов, а также назначение каждого из входных сигналов системы.

Таблица 6.3. Входные сигналы системы T-DAB

№ на схеме рис. 6.16	Наименование и состав сигнала
1	Данные канала FIC (FIDC+MCI+SI)
2	Данные для управления мультиплексированием сигнала ЦРВ
3	Информация, передаваемая в канале пользователя
4	Звуковые программы	Данные, связанные с программой (PAD)
		ИКМ звуковой сигнал (fд=24 или 48 кГц)
5	Общие данные для канала пользователя	Данные пакетного режима
		Данные потокового режима

Вся информация в рамках основной услуги ЦРВ объединяется главным каналом пользовательской информации MSC. В канале совместно с аудиоданными передаются данные, связанные с программой (PAD). Это разнообразная сервисная информация, которая передается вместе со звуком, но не слышна, например, текст, выводимый на ЖКД приемника и относящийся к звучащей программе, или данные, предназначенные для управления динамическим диапазоном и осуществления индикации типа "музыка/ речь" и т.п. Помимо данных PAD, в канале MSC могут передаваться дополнительные данные (канал AIC), а также данные условного доступа (СА), обеспечивающие проверку права пользователя на доступ и управление этим правом.

Функция управления правом на доступ заключается в распределении этих прав по конкретным радиоприемникам. Существует несколько видов получения права на доступ, соответствующих различным способам "подписки" на канал: предварительно внесенная плата за программу или плата за выбранную в данный момент программу, плата за канал или время. Реализация этой функции предполагает использование секретных ключей и криптографических алгоритмов.

Объединение компонентных потоков канала MSC происходит в главном мультиплексоре передачи пользовательской информации (рис. 6.5). Здесь поступившие данные организуются в последовательность общих фреймов с перемежением (CIFs). Такой фрейм насчитывает 55296 бит, состоит из 864 единиц емкости (CU), составляющих наименьшую адресуемую часть CIFs, и передается каждые 24 мс. Следовательно, скорость цифрового потока в канале MSC составляет 2304 кбит/с. До мультиплексирования информация в канале MSC обрабатывается в субканалах, представляющих собой единицу передачи и состоящих из целого числа CU.

Рис. 6.5. Структурная схема формирования каналов передачи

Обозначения на схеме: цифрами (1-5) обозначены входные сигналы, указанные в табл. 6.16; А1- ассемблер FIDS; A2 - ассемблер блока быстрой информации; A3 - ассемблер передачи информации в канале пользователя; А4 - ассемблер пакетного режима передачи информации в канале пользователя; Скр - скремблер; КСК - кодер сверточного кода; КК - кодер канала (объединяет здесь функции скремблирования, помехоустойчивого кодирования и перемежения по времени); КИ - кодер источника MUSICAM.

В канале MSC используются два режима передачи:

- потоковый, который обеспечивает прямую передачу от источника до места назначения с фиксированной скоростью (кратной 8 кбит/с) цифрового потока в конкретном субканале, при этом информация должна передаваться по требованию, причем данные должны быть разделены на логические фреймы.

- пакетный, предназначенный для передачи нескольких компонент данных различных каналов пользователей в одном и том же субканале.

В пакетном режиме допустимые скорости цифровых потоков также должны быть кратны 8 кбит/с - однако, с условием соответствия имеющейся емкости субканала для передачи данных. Пакеты идентифицируются адресом и имеют фиксированную длину. Используются 4 стандартных длины пакета - от 24 до 96 байт, у которых длина поля данных изменяется соответственно от 19 до 91 байта. Данные о связи между компонентами каналов пользователей и адресами пакетов передаются в канале FIC в виде информации о конфигурации мультиплексирования (MCI) (см. ниже).

Вся информация, необходимая для правильной организации фрейма передачи, составляющего основную часть комплексного сигнала ЦРВ, поступает через канал FIC в виде блоков быстрой информации FIBs - пакетов данных, состоящих из 256 бит. Приоритетной информацией в канале FIC является информация о конфигурации мультиплексирования (MCI), т.е. сведения об организации субканалов и канальных компонент. Это повторяющаяся информация о сигналах ЦРВ, компонентах каналов, субканалах и связи между ними. Для обеспечения быстрого доступа к MCI данные FIBs не подвергаются временному перемежению, в результате чего MCI не претерпевают задержки и приемник быстро реагирует на изменение конфигурации мультиплексирования.

Если изменение конфигурации только предстоит, то данные MCI о будущей конфигурации посылаются заблаговременно (до 6 с) для обеспечения непрерывности функционирования каналов.

Помимо MCI в канале FIC передается сервисная информация о каналах пользователей (SI), а также информация быстрого доступа (FIDS) - специально выделенная часть канала, используемая для передачи не связанных со звуком каналов данных: пейджинг, дорожная информация (ТМС) и сигналы экстренного оповещения (EWS).

К сервисной информации о каналах пользователей (SI) относится:

• наименование канала и язык вещания,

• дата и время,

• номер и тип программы (новости, музыка, спорт),

• комментарии к радиопрограмме;

• идентификаторы передатчика, зоны вещания, региона и страны;

• информация о частотах, о других сигналах ЦРВ и т.п.

Рассмотрим режимы передачи в системе DAB. Для того чтобы использовать радиовещательную систему T-DAB в различных конфигурациях передающей сети и в широком диапазоне рабочих частот, предусмотрены четыре альтернативных режима передачи. Они позволяют организовать вещание в диапазоне частот от приблизительно 30 МГц до 3 ГГц. Эти режимы были разработаны для компенсации эффекта Доплера и возможных задержек сигнала в условиях мобильного приема при наличии многолучевости и эхо-сигналов от альтернативных радиопередатчиков в одночастотной сети (SFN). В настоящее время приняты решения СЕРТ об использовании для этой системы преимущественно полос частот диапазона ОВЧ (Band III)- 174..230, 230...240 МГц и нижней части диапазона УВЧ (L-Band) - 1452...1492 МГц [1]. Полоса в диапазоне УВЧ выделена в 1992 г. Всемирной радиоконференцией (ВАКР) исключительно для цифрового радиовещания как наземного (T-DAB), так и спутникового (S-DAB).

В табл. 6.4 приведены основные параметры системы в зависимости от режима передачи. Как видно из приведенных в таблице данных, использование более высоких частот налагает большие ограничения на длительности защитных интервалов и, следовательно, на максимальную задержку эхо-сигнала, которая определяет допустимый разнос радиопередатчиков одночастотной сети вещания.

Таблица 6.4. Основные параметры системы T-DAB

Параметры	Режим передачи
	I	II	III	IV
Номинальный частотный диапазон (для мобильного приема), МГц	<375	< 1500	<3000	<750
Количество несущих, используемых в модеме COFDM	1536	384	192	768
Длительность защитного интервала, мкс	~246	~62	~31	~123
Максимальное разнесение передатчиков при работе в одночастотной сети, км	96	24	12	48
Длительность фрейма передачи, мс	96	24	24	48
Число FIB во фрейме передачи	12	3	4	6
Число CIF во фрейме передачи	4	1	1	2

Режим I наиболее подходит для организации наземного вещания и построения одночастотных сетей, поскольку позволяет обеспечить наибольшее разнесение передатчиков и, следовательно, обойтись меньшим их количеством при заданной площади обслуживания.

Режим II наиболее приемлем для сетей местного радиовещания с использованием одного наземного передатчика, а также для построения гибридных НСС ЦРВ на частотах до 1,5 ГГц.

Режим III более пригоден для организации спутникового и дополняющего его наземного вещания на частотах до 3 ГГц, а также для использования в современных широкополосных сетях кабельного телевидения в диапазоне частот 47...862 МГц.

Режим IV оптимизирует параметры DAB-сигнала для использования в сетях SFN, организуемых в L-полосе. Он обеспечивает большее разнесение передатчиков в одночастотной сети, чем режим II.

В системе T-DAB для кодирования звуковых сигналов используется стандарт компактного представления MPEG-1 Audio, Layer 2 (система MUSICAM) рассмотренный в разделе 4.3.1. пособия [27]. Звуковые режимы, принятые в системе, скорости цифрового потока аудиоданных и длительности звуковых фреймов для двух допустимых значений частоты дискретизации f_д приведены в табл. 6.5.

Таблица 6.5. Основные характеристики кодирования источника

Частота дискретизации, кГц	Звуковой режим	Скорости цифрового потока аудиоданных, R3B, кбит/с	Длительность звукового фрейма, мс
48	Одноканальный (одна монопрограмма)	32, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160, 192	24
	Стереофонический; двухканальный (два моноканала); объединенный стереофонический	64, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256, 320, 384
24	Для всех режимов передачи	8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 144, 160	48

Согласно формату T-DAB [3], в конце звукового фрейма DAB передаются фиксированные данные размером в два байта, связанные с программой (F-PAD). В конце звукового фрейма, помимо данных F-PAD, стандартом предусматривается передача данных X-PAD объемом 4 байта. Это расширенные данные, связанные с программой.

Данные F-PAD и X-PAD совместно обеспечивают реализацию следующих функций:

• управление динамическим диапазоном приемника с целью обеспечения соответствия динамического диапазона сигнала условиям прослушивания в зашумленной обстановке;

• передача сигнала индикации "музыка-речь" - для управления процессором ЗС в приемнике;

• организация канала команд - для передачи на декодер (синхронно с музыкальным сигналом) специальных команд;

• передача текста, связанного с передаваемой программой - для организации пояснений к конкретной звуковой программе;

• передача внутренней служебной информации - для применения только в пределах конкретной радиовещательной сети.

Качество звука в системе DAB и количество звуковых программ в пакете тесно взаимосвязаны, что объясняется различной степенью сжатия сигнала источника и применяемыми способами помехоустойчивого кодирования. Поток цифровых данных системы MUSICAM имеет низкую чувствительность к случайным ошибкам. При передаче по зашумленным каналам защиты требуют приблизительно 10% данных (при скорости 128 кбит/с на канал), поэтому помехозащите должны подвергаться лишь те компоненты звукового фрейма, которые наиболее чувствительны к ошибкам.

В табл. 6.6 показан предоставляемый системой DAB диапазон выбора качества звука и соответствующей ему скорости цифрового потока (bit rate) R_ц на моноканал.

Таблица 6.6. Взаимосвязь: качество звука - скорость цифрового потока

Качество звука	Скорость цифрового потока на моноканал, Rц кбит/с
Очень высокое (с запасом по обработке звукового сигнала), CD-качество	192/128
Субъективно отличное - для высококачественного радиовещания, CD-качество	128
Высокое, эквивалентное хорошему качеству ОВЧ ЧМ вещания	96
Среднее, эквивалентное хорошему качеству AM радиовещания	48
Для передачи речи	32

В табл. 6.7 [3] представлены возможные варианты динамической реконфигурации мультиплексирования каналов в одном ансамбле, т.е. возможные комбинации из N звуковых программ (стерео и моно) с различным качеством звука со скоростью цифрового потока на одну программу R₁ и некоторого объема (R_д) данных общего характера.

Количество радиопрограмм в ансамбле может оперативно меняться в зависимости от необходимости передать, например, дополнительную текстовую, графическую или видеоинформацию. При этом суммарная скорость передачи цифровых данных (без учета увеличения скорости за счет избыточного кодирования канала) составляет 1168 кбит/с.

Таблица 6.7. Варианты реконфигурации мультиплексирования

Вариант комбинации из N звуковых программ (стерео + моно)	Скорость цифрового потока, кбит/с
	R1 (стерео)	R1 (моно)	Rд
4 (4 + 0)	4x256	-	144
6 (6 + 0)	6x192	-	16
6 (4 + 2)	1х256+3x192	1x128+1x64	144
7 (4 + 3)	1х256+3x192	3x64	144
9 (9 + 0)	9x128	-	16
22 (0 + 22)	-	22x48	112
5 (5 + 0)	2x256+3x192	-	80
6 (6 + 0)	3x256+3x128	--	16
5 (5 + 0)	1х256+3x192	--	144

Очевидно, что система T-DAB является одной из наиболее успешных разработок в области цифрового радиовещания. Это подтверждается её активным внедрением в странах Европы и ряде других стран. В России эта система не применяется и в будущем её внедрение также не предвидится.