#12/2004 • Ж.з.И.

Константин БЫСТРУШКИН, Лариса СТЕПАНЕНКО

РАДИО ВОКРУГ СВЕТА

О ТОМ, ЧТО ТЕЛЕВИДЕНИЕ В БЛИЖАЙШЕЕ ДЕСЯТИЛЕТИЕ СТАНЕТ ЦИФРОВЫМ, УЖЕ ИЗВЕСТНО ВСЕМ. ПРИ ЭТОМ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ТАКОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ ОЧЕВИДНА И НИКЕМ НЕ ОСПАРИВАЕТСЯ. А ЧТО ЖЕ РАДИО? НЕУЖЕЛИ ПРОГРЕСС В ЭТОЙ СФЕРЕ ПОСЛЕ НАЧАЛА СТЕРЕОВЕЩАНИЯ 40 ЛЕТ НАЗАД ОГРАНИЧИЛСЯ ВНЕДРЕНИЕМ RDS? ВОВСЕ НЕТ, ПЕРЕХОД НА ЦИФРУ И ЗДЕСЬ УЖЕ ИДЕТ ПОЛНЫМ ХОДОМ. НО ШИРОКО ЭТО ПОКА НЕ АФИШИРУЕТСЯ.

ПО ИДЕЕ, ЦИФРОВОЕ РАДИО ДОЛЖНО БЫЛО ПОЯвиться намного раньше, чем телевидение, ведь оцифровать звук намного проще, чем цветную картинку.

Но беда в том, что с широким развитием телевидения роль радиовещания как средства массовой информации неуклонно снижается. Сегодняшнюю аудиторию составляют в основном автомобилисты да дачники на своих участках, остальные предпочитают смотреть, а не слушать. Соответственно, и рекламные бюджеты теле- и радиостанций отличаются на несколько порядков, несравнимы и инвестиции в развитие новых технологий. Ситуация осложняется еще и тем, что население, включая наиболее обеспеченную и платежеспособную его часть, к цифровому радио относится довольно прохладно, считая, что качество приема в FM и без того достаточно высокое. Ну а в автомобиле со штатной магнитолой даже потенциал FM реализуется далеко не полностью. Наконец, что также немаловажно, благодаря простоте конструкции и отработанной технологии стоимость аналоговых радиоприемников сегодня значительно ниже цифровых. Поэтому-то цифровое радио с таким трудом и завоевывает себе место под солнцем.

Бавария начинает и выигрывает

Но прогресс не остановить, и переход радиовещания на цифру неизбежен, как глобальное потепление. Хотя бы потому, что по мере совершенствования технологий и наращивания объемов выпуска цифровая аппаратура падает в цене значительно быстрее, чем аналоговая. Примером может служить ситуация с DVD-проигрывателями и видеомагнитофонами VHS: первые стремительно дешевеют, цена же на видики не меняется уже несколько лет. Кроме того, в цифровом радио гораздо эффективнее, чем в аналоговом, используется спектр радиосигнала. А это очень важно, ведь эфирные частоты нынче в дефиците. И наконец, мощность передатчика при этом снижается в несколько раз, что резко уменьшает стоимость доставки сигнала. Ну и на последок главный козырь — возможность передачи в составе цифрового радиосигнала дополнительной информации: текста, фотографий и пр. Всего этого более чем достаточно, чтобы стимулировать работы в этом направлении.

Инженеры-радисты с энтузиазмом взялись за дело и разработали сразу три принципиально разные системы:

Система DAB (Digital Audio Broadcasting), она же EUREKA 147, для замены FM и УКВ ЧМ-вещания.

Система DRM (Digital Radio Mondiale) — «Всемирное цифровое радио» придет на смену АМ-радиостанциям в ДВ, CВ и КВ.

Наконец, в США и Японии разворачиваются спутниковые сети Digital System E и Sirius Satellite Radio, XM Satellite Radio Holdings соответственно.

Технически проще всего переводятся на цифру относительно широкополосные радиоканалы на FM и УКВ-диапазонах. Тем более что европейская система DAB основывается практически на тех же базовых принципах и технологиях кодирования и модуляции сигналов, что и цифровое телевидение DVB. В частности, для модулирования несущей радиоканала используется технология COFDM, а компрессия звукового сигнала осуществляется по алгоритмам MPEG. Работа над проектом EUREKA 147 началась во второй половине 80-х годов прошлого века, и спустя 10 лет эта система, правда, уже под названием DAB, начала широко внедряться в европейских странах. Кстати, в те годы СССР также активно участвовал в этом проекте, и возглавлял его у нас ленинградский ВНИИРПА. В конце 80-х было даже организовано опытное вещание в Пскове в диапазоне 100 — 108 МГц, который предназначался для цифрового радио. Начать же регулярные трансляции планировалось в Ленинграде, для чего туда был завезен и смонтирован передатчик DAB. Но жизнь (точнее, чиновники), распорядилась иначе. В Питере он так не разу и не вышел в эфир, т.к. не удалось получить у ГКРЧ разрешение на вещание, опытную зону в Пскове свернули. Ну а диапазон 100 — 108 МГц в конце концов был отдан под FM stereo.

Совсем иначе сложилась судьба DAB в Европе. На сегодняшний день DAB успешно развивается во многих европейских странах, особенно в Германии. Поскольку бундестаг принимает в процессе самое живое участие, аналоговое радиовещание в стране должно прекратиться не позднее 2015 г., но уже к 2010-му подавляющее большинство жителей смогут принимать цифровое радио. Во всех федеральных землях имеются операторы DAB, которым правительство предоставляет всевозможные льготы. И вот результат — уже в конце 2000 г. около 60% немцев могли принимать цифровые радиопередачи. Но это не предел: в нынешнем году должен быть достигнут 100-процентный охват DAB всех автострад федерального уровня. Но в Баварии, например, этого результата добились еще три года назад!

Поскольку одна радиочастота может нести несколько цифровых программ, в Германии их число уже зашкалило за сотню. Многие из них принимаются только на DAB-тюнеры, причем аудитория получает не только звук, но и программно связанную информацию: изображение студий, артистов и др. Ну а поскольку большинство автомобильных DAB-приемников интегрируются в навигационную систему, отобразить ее на LCD-мониторе не составляет труда.

По мере увеличения объемов продаж таких тюнеров (львиная доля которых приходится на car audio) снижается их цена. Сегодня за аппарат среднего класса просят две-три сотни евро, а ведь еще четыре года назад они стоили около тысячи. Сейчас в Германии продаются DAB-приемники шестнадцати фирм, включая Sony, Panasonic, Grundig и Blaupunkt, и эта страна с населением более 80 млн. человек и более чем 40 млн. автомобилей является лидером в сфере разработки и потребления бытовой электроники.

Почти столь же впечатляющи успехи цифрового радио и в Великобритании, практически 100% территории которой покрыты сетями DAB. На большей части скандинавских стран также можно принимать программы цифрового радио.

Через годы, через расстояния

Гораздо драматичнее ситуация с цифровым вещанием на частотах ниже 30 МГц. И это понятно, ведь полоса частот радиостанций, в т.ч. цифровых, в диапазоне АМ должна быть не более 10 кГц. Для сравнения напомним, что стереосигнал NICAM-728, используемый в аналоговом телевидении, занимает полосу порядка 700 кГц. Хороша разница! Однако на этом трудности не заканчиваются, т.к. прохождение сигнала на длинных, средних и особенно коротких волнах сильно зависит от состояния атмосферы. Нередки замирания и даже полное его пропадание, да и уровень индустриальных помех на этих частотах за последние годы возрос многократно. В таких условиях прием и декодирование цифрового сигнала будет более сложной задачей, чем, к примеру, воспроизведение без помех сильно исцарапанного компакт-диска. Немудрено, что международный консорциум DRM был основан только в марте 1998 г., когда в Европе уже вовсю работали коммерческие DAB-радиостанции. Консорциум должен принять стандарт цифрового вещания на частотах от 520 кГц до 30 МГц.

Сейчас в него входят более 60 членов: вещатели, операторы сетей, производители передающей и приемной аппаратуры, регулирующие ведомства, общественные союзы, университеты, исследовательские центры и международный союз телекоммуникаций (ITU). Нашу страну в этом органе представляют радиостанция «Голос России», которая с июля 2003 года вещает на 160 стран на русском, английском, французском и немецком языках, и ФГУП «РТРС» (Российские Теле-Радио-вещательные Сети). Кстати, за рубежом регулярные передачи в DAB начались тоже совсем недавно — 16 июня 2002 года.

Преимущество DRM перед другими цифровыми сетями (в том числе DAB) — принципиальная возможность доставки высококачественного стереосигнала всем жителям планеты от одного передатчика. Получается это за счет того, что радиоволны большой длины (частота ниже 30 МГц) способны огибать земной шар. При этом работа на ДВ с высокоэффективными методами модуляции COFDM и компрессией цифрового сигнала MPEG4 AAA (специальная версия для низкоскоростных потоков) позволяет радикально повысить и качество радиосигнала, и устойчивость его приема независимо от того, в какой точке Земли находится радиослушатель. Что, согласно заключению авторитетных экспертов, может возродить почти умершее «дальнобойное» радиовещание в АМ-диапазоне и придать ему второе дыхание.

Считается, что для успешного внедрения DRM необходимо добиться следующего:

— более высокого качества стереозвучания (сравнимого с FM) и уверенного приема;

— совместимости с существующим частотным планом в АМ-диапазоне;

— постепенного перехода от аналогового к полностью цифровому радиовещанию;

— максимально полного использования существующих АМ-передатчиков для доставки сигнала DRM;

— массового производства дешевых приемников;

— передачи аудиосигнала совместно с другими данными;

— высокой эффективности использования спектра (от 2,5 до 4 бит/с в 1 Гц полосы радиоканала).

Как известно, для вещания в АМ-диапазоне ширина полосы радиоканала составляет 9 и 10 кГц, поэтому для DRM предусмотрели шесть частотных вариантов: 9 и 10 кГц — основные режимы, а также половинные (4,5 и 5 кГц) и удвоенные (18 и 20 кГц) значения. В последнем случае две AM-частоты объединяются в один DRM-канал. При сложном методе модуляции COFDM в 10-килогерцовой полосе количество несущих может составить от 88 до 226. В зависимости от условий прохождения радиоволн в атмосфере допускается использование четырех режимов передачи, а для уменьшения скорости цифрового потока сигнал предварительно компрессируют по алгоритму MPEG4 AAA. При этом по качеству звучания DRM-приемник субъективно не уступает своему FM-собрату средней ценовой категории. Несмотря на малую скорость цифрового потока в DRM (всего 25 кбит/с для канала шириной 10 кГц), приличный звук получается за счет раздельной обработки и компрессии различных участков спектра с переменной разрядностью.

Модуляция и демодуляция сотен несущих в системе DRM производится математически с помощью прямого и обратного преобразования Фурье. Так как эти операции необходимо выполнять в режиме реального времени, для построения приемников и передатчиков требуются мощные процессоры. Сегодня они серийно выпускаются для цифрового ТВ, и их стоимость постоянно падает. Поэтому проблема элементной базы для аппаратуры DRM в принципе решена.

Прототип цифрового приемника Coding Tech на батарейках.

Современные приемные устройства «Всемирного цифрового радио» выпускаются в двух вариантах: в виде переносного или настольного (собственно DRM-радио) и как компьютерная DRM-карта с программным декодером MPEG4 AAA. Аппараты первого типа стоят в среднем порядка $800 — 1000, примером подобного устройства может служить переносной всеволновый AM/DRM-приемник фирмы DRM Coding Technology. Столь высокая цена объясняется малыми объемами производства. По информации фирм-изготовителей, при массовом производстве такие устройства будут не дороже $100 — 200, а самые простые модели — $50. Прорабатывается также вопрос о встраивании модуля DRM в навороченные сотовые телефоны. Альтернативой аппаратному решению может служить приемник на базе персонального компьютера, в который устанавливается плата DRM, например, производства WinRadio. Стоит это удовольствие порядка $700, и в комплект поставки входит специализированное программное обеспечение, показывающее на экране все этапы настройки и приема сигналов DRM с отображением всех его параметров. С одной стороны, это хорошо, так как значительно облегчает настройку и навигацию по эфиру, с другой — требует компьютера с монитором. Зато в отличие от аппаратного приемника DRM, который сегодня купить в России почти невозможно (придется посылать заказ непосредственно на фирму), сделать устройство на базе компьютера при большом желании можно уже сегодня. Во всяком случае, на http://www.masterkit. ru/info/newshow.php?num=534 со ссылкой на журнал «Радиохобби» №3 за этот год мы нашли описание самодельного приемника для диапазона 0,5 — 22 МГц на базе стандартного PC.

DRM-приемник фирмы WinRadio похож на компьютер.

Интересно, что из-за множества несущих частот, модулированных независимо друг от друга, сигнал DRM на экране анализатора спектра очень похож на белый шум, да и на слух тоже не отличается от шипения эфира. Поэтому вручную настроиться на цифровую радиостанцию очень сложно, и этот процесс полностью автоматизирован. Каждый передатчик, помимо основной информации, транслирует и сигнал быстрого опознавания FAC (Fast Access Channel), в котором содержатся сведения о типе модуляции, параметрах сигнала и названии станции. По FAC приемник ее и опознает, а затем перестраивает свой тракт в соответствии с полученными инструкциями и наконец декодирует сигнал DRM. Сегодня многие КВ-радиостанции для повышения надежности приема работают одновременно на нескольких частотах. В цифровом потоке DRM содержится информация о таких запасных частотах, и аппарат в случае ухудшения условий приема автоматически переключается на другую волну. Кстати, подобный сервис был ранее реализован в FM-вещании, известен под названием RDS EON.

Из Европы в Россию

Работы по внедрению DAB-вещания в России практически не ведутся, и здесь мы безнадежно отстали от Европы. Зато в развитии цифрового радио DRM в АМ-диапазонах Россия является одной из ведущих стран мира*. Так, уже в 1999 — 2000 годах было проведено несколько сеансов опытного вещания «Голоса России» из Подмосковья и Иркутска в КВ-диапазонах 9,12 и 17 МГц. При этом обеспечивался устойчивый прием программ в Великобритании, Франции и даже Японии (!). Причем, хотя цифровой модулятор был импортным, для излучения сигнала в эфир использовались отечественные однополосные передатчики, адаптированные к трансляции цифрового сигнала. Мы имели возможность прослушать эти программы, записанные в Японии на CD-R, и нашли их вполне приличными. Во всяком случае, звучат они ничуть не хуже, чем mp3 при потоке 128 кбит/с. Для развития успеха осенью 2002 года в Москве с участием ФГУП «РТРС» была проведена серия опытных передач в DRM на средних волнах (1,134 МГц). Для вещания использовался отечественный передатчик «Молния-3» мощностью 20 кВт. Кодирующее оборудование, как и ранее, было импортное — фирмы Thales.

* И понятно почему. Покрыть электорат на бескрайних российских просторах дешевым и качественным сигналом — задача крайне заманчивая. — Прим. ред.

Широкой публике российский DRM был впервые показан в 2002 году в Москве на международных выставках «ИнфоКом» и «TRBE». В это время посетители могли прослушать и сравнить качество приема программ «Маяка» в аналоговом (на 549 кГц) и цифровом (1,134 МГц) вариантах.

Успехи российских энтузиастов цифрового радио были по достоинству оценены их коллегами из консорциума DRM. В частности, председатель коммерческого комитета Мишель Пинеру сказал: «Вы далеко продвинулись в разработке и внедрении системы DRM. Теперь благодаря вам у нас есть возможность слушать программы «Голоса России» с прекрасным качеством FM-радиостанций. Полное впечатление, что мы слушаем не зарубежную радиокомпанию, а программы местных станций — такое хорошее качество звучания. И теперь мы надеемся, что Россия внесет свой вклад в создание цифровых радиоприемников». Приемники в России, кстати, тоже разрабатываются. К примеру, Сарапульский радиозавод работает над созданием автомобильной DRM-магнитолы «Урал», а московский ЦНТ «Оптрон» рассчитывает к концу этого года изготовить действующие макеты настольного аппарата и приемника на базе персонального компьютера. Имеются сведения и об аналогичных разработках в Зеленограде.

Для координации этих работ в России в 2003 — 2005 годах под руководством ОАО «Телеком» проводится комплексный межотраслевой проект «Инфразвук», целью которого является разработка отечественного стандарта DRM, а также создание широкой номенклатуры приемного и передающего оборудования. В проекте участвуют свыше 15 организаций, в том числе ИРПА (бывший НИИРПА, г. С.-Петербург), ОАО «Март» (г. С.-Петербург) и московский ВНИИТР.

Да и опытных зон DRM в России становится все больше. Так, ФГУП «РТРС» c 10 июня 2003 г. проводит экспериментальное вещание «Голоса России» на Европу из посёлка Северный Талдомского района. Там установлен передатчик «Арарат» мощностью 40 кВт и импортное цифровое оборудование. Проведённые опытные сеансы вещания показали, что на первом этапе внедрения DRM с успехом могут быть использованы передатчики радиоцентров «РТРС», работающие в режиме однополосной модуляции. Это те же «Арараты» с пиковой мощностью 300 кВт и «Пурга» (пиковая мощность 80 — 100 кВт) Московского Регионального Центра, Самарского, Иркутского Дальневосточного регионального и Новосибирского радиоцентров, причём последний позволяет организовать опытное вещание в ВЧ-диапазоне и на Московский регион. С 11 часов утра 11 сентября этого года радиостанция «Маяк» на частоте 1,134 МГц начала передачи DRM на территорию России.

Прошлым летом в развитии российского проекта цифрового радиовещания произошло важное событие. C 16 по 18 июня 2004 года в здании Московского регионального центра (прямо у подножия Останкинской телебашни) проходило заседание международного DRM-консорциума. Впервые в Россию приехали специалисты по цифровому радио из Германии, Франции, Дании, Португалии и других стран, что наглядно свидетельствует о признании ими вклада россиян в развитие DRM. Помимо обсуждения текущих задач консорциума на этом заседании впервые была озвучена концепция России по переходу на цифровое радиовещание не позднее 2015 года. Правда, представители ФГУП «РТРС» считают, что это произойдет намного раньше.

С учетом растущей популярности «Голоса России» было принято решение об увеличении с 1 июля 2004 года объемов вещания этой станции вдвое. При этом опыт российских специалистов показал, что многие существующие радиопередатчики (а только в сети ФГУП «РТРС» их более двух тысяч) можно легко переоборудовать под DRM, и это позволяет многократно снизить затраты. Как отметил на заседании Генеральный директор ФГУП «РТРС» Г.И. Скляр: «Если не форсировать работы по переходу на цифровое вещание, Россия через несколько лет может остаться в информационном вакууме». На заседании особо отмечалось, что успешная реализация проекта DRM для России с её колоссальными расстояниями и низкой плотностью населения (8 человек на кв. км) имеет огромное значение. Не менее важной задачей является обеспечение цифровым радиовещанием DRM многомиллионного русскоязычного населения стран СНГ, а также продолжать современное международное радиовещание на коротких волнах на зарубежные страны. Выходит, мы просто обречены слушать цифровое радио.

Воспоминания о будущем

И хотя DRM внедряется с большим трудом, чем DAB, перспективы этого стандарта намного шире. Судите сами: с развитием беспроводных сетей Wi-Fi (IEEE 802.11) и Wi-Max (IEEE 802.16), по которым без труда можно передавать и видео, и звук, и графику, необходимость создания отдельной цифровой радиосети исключительно для звука выглядит весьма сомнительной. Тем более что с этим прекрасно справятся сотовые операторы и цифровое телевидение DVB, где наряду с видео можно передавать десятки цифровых аудиопрограмм. Получается, что со временем в крупных городах DAB вообще не понадобится, а развитие таких сетей в малонаселенных районах экономически нецелесообразно.

Другое дело DRM. Как мы говорили, для его развертывания пригодятся сотни и тысячи из имеющихся АМ-передатчиков, включая и наследие железного занавеса — коротковолновые «глушилки», коим по всей России нет числа. По большому счету, для старта DRM нужно лишь организовать производство дешевых приемников, т.е. не дороже $20 — 30. При современном развитии технологий эта задача вполне по силам не только китайской, но даже и нашей промышленности.

И еще. Развитие DRM имеет для нас крайне важное государственное значение еще и с точки зрения обеспечения гарантированного оповещения населения о любых чрезвычайных ситуациях. Вспомните: случился пожар на Останкинской башне, и тут же Москва и область вмиг остались без телевидения, а радио продолжало исправно работать. Спутниковые вещательные системы тоже не очень надежны, поскольку при необходимости легко выводятся из строя или блокируются. Да и просто так сам по себе вещательный спутник может отключиться в самый неподходящий момент. А вот одновременно заглушить или разрушить сотни и тысячи DRM-передатчиков не удастся. Принимать же их радиосигналы можно будет где угодно, хоть в Антарктиде. Недаром для связи с подводными лодками в открытом океане, несмотря на все самые современные спутниковые системы, до сих пор используются сверхдлинные волны. Хочется верить, что у DRM все сложится хорошо. И уже в недалеком будущем любой из нас при желании сможет приобрести доступный и симпатичный карманный приемник «всемирного радио», который в одно мгновенье сумеет настроиться на любую радиостанцию DRM из любой страны света. n

Плата декодера DRM. Philips и здесь успел раньше всех.

При подготовке статьи были использованы материалы с Интернет-сайтов компаний ФГУП «РТРС» и ОАО «Телеком».