wersja mobilna
Online: 505 Niedziela, 2018.04.22

Technika

Transmisja DRM - Digital Radio Mondiale

czwartek, 14 grudnia 2017 10:04

DRM (Digital Radio Mondiale) to standard cyfrowej transmisji radiowej, który został zaprojektowany jako następca analogowej łączności AM oraz FM. Przeznaczony jest przede wszystkim do transmisji broadcastowych, gwarantując wysoką jakość oraz zdolność przesyłania różnorodnej zawartości - nie tylko dźwięku, ale również obrazu, tekstu i innych danych.

Rys. 1. Pasmo pracy urządzeń DRM pokrywa się z innymi usługami, takimi jak transmisja radiowa AM oraz FM

Standard ten nie jest jeszcze zbytnio popularny w krajach Europy Zachodniej, a także w Polsce, jednak warto przyjrzeć się jego możliwościom i podstawowym pojęciom z nim związanym. DRM zaprojektowano z myślą o transmisjach broadcastowych (rozgłoszeniowych), w ścisłej współpracy z producentami sprzętu radiowego.

Przeznaczony jest do stosowania w istniejącym paśmie radiofonicznym, w dwóch trybach pracy. DRM30 pracuje w paśmie poniżej 30 MHz (fale długie, średnie i krótkie), zaś DRM+ w paśmie od 30 do 300 MHz (fale ultrakrótkie). Zakres częstotliwości standardu DRM wraz z odniesieniem do pasma AM i FM przedstawiono na rysunku 1.

Szerokość kanału transmisyjnego dla DRM30 może wynosić 4,5/5 kHz w przypadku transmisji simulcast (simultaneous broadcast, nadawanie jednocześnie na kilku kanałach), 9/10 kHz dla standardowej transmisji (14,8-34,8 kbit/s) lub 18/20 kHz dla transmisji bardzo wysokiej jakości (do 72 kbit/s), zaś dla DRM+ wynosi 100 kHz.

DRM jest standardem całkowicie otwartym, dzięki czemu wszyscy producenci sprzętu mogą uzyskać darmowy dostęp do jego kompletnej dokumentacji technicznej. DRM jest obecnie jedynym standardem rekomendowanym przez ITU (Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny, International Telecommunications Union) do użytku na częstotliwościach krótkofalowych.

Nadajnik DRM

Rys. 2. Przykładowy schemat przetwarzania sygnału DRM

Na rysunku 2 przedstawiono przykład toru nadawczego DRM opartego na urządzeniu określanym jako DRM Content Server. Urządzenie takie zbiera sygnały różnego typu (np. dźwięk, dane, tekst) z wielu źródeł, następnie formuje z nich w sposób zdefiniowany przez użytkownika wspólną treść rozgłaszaną w transmisji broadcastowej.

Przy konstruowaniu ramek DRM wykorzystuje się multipleksację OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), zaś każda częstotliwość nośna modulowana jest następnie 4, 16, lub 64-wartościową modulacją QAM (Quadrature Amplitude Modulation).

Serwer DRM jest zazwyczaj urządzeniem umieszczonym w studiu, w pobliżu układów nadawczych. Jego obsługa (zarządzanie treścią transmisji) odbywa się jednak zdalnie, przez interfejs oparty na html lub innej technologii sieciowej. Przykładowy wygląd takiego interfejsu przedstawiono na rysunku 3.

Budowa odbiornika DRM

Rys. 3. Wygląd typowego zdalnego interfejsu do obsługi serwera DRM - urządzenie powstałe w instytucie Fraunhofera

Na rysunku 4 zamieszczono schemat blokowy przykładowego jednokanałowego odbiornika DRM, który składa się z preselektora, wzmacniacza VGA (z regulowanym wzmocnieniem), konwertera AC, układu FPGA oraz interfejsu USB, którym zdekodowany sygnał przekazywany jest do komputera.

Preselektor to filtr pasmowo-przepustowy umieszczony bezpośrednio za anteną. Odcina on sygnały spoza pożądanego pasma, dzięki czemu poprawia selektywność i dynamikę toru odbiorczego, a także eliminuje zakłócenia intermodulacyjne.

Po wstępnej filtracji sygnał trafia do niskoszumowego wzmacniacza VGA, który poprawia czułość odbiornika. Duży zakres regulacji wzmocnienia oraz wysoki punkt przecięcia intermodulacji trzeciego rzędu (IP3) pozwalają ponadto zwiększyć dynamikę toru odbiorczego. Z wyjścia wzmacniacza sygnał trafia na wejście konwertera ADC, gdzie przekształcany jest na postać cyfrową.

W układzie FPGA sygnał poddawany jest przemianie częstotliwości w dół do pasma podstawowego oraz automatycznej regulacji wzmocnienia. Mikrokontroler (w tym przypadku jest to PIC32 firmy Microchip) otrzymuje dane z układu FPGA, które przesyła do komputera PC przez interfejs USB. W komputerze dane te mogą być przetwarzane za pomocą oprogramowania open source, takiego jak np. DReaM.

Dostępne odbiorniki DRM

Rys. 4. Schemat blokowy przykładowego odbiornika DRM

Listę dostępnych komercyjnych odbiorników DRM znaleźć można m.in. na oficjalnej stronie organizacji DRM (www.drm.org/products/consumer-receivers). Sygnał DRM można również odebrać za pomocą zwykłego odbiornika AM, musi on jednak spełniać następujące wymogi:

  • mieć dobrą stabilność częstotliwości (zapewnianą przez PLL lub DDS),
  • mieć pasmo przenoszenia o szerokości min. 10 kHz,
  • musi istnieć możliwość wyprowadzenia sprzed demodulatora sygnału 12 kHz lub 455 kHz.

W przypadku 455 kHz konieczne jest dobudowanie stopnia przemiany na 12 kHz. W tym celu konieczne byłoby wykorzystanie w procesie mieszania sygnału o częstotliwości 443 kHz lub 467 kHz. Nie sprzedaje się jednak kryształów kwarcu o takich parametrach. Zamiast tego można wykorzystać kwarc o częstotliwości 4,433619 MHz, który po zastosowaniu dzielnika częstotliwości pozwala uzyskać 443,3 kHz.

Zastosowanie DRM

Technologia DRM, choć niezbyt popularna w Europie Zachodniej, przyjęła się już dość dobrze w wielu regionach świata, m.in. w Indiach i innych krajach Dalekiego Wschodu. Szczególnie ważną cechą DRM jest zdolność szybkiego alarmowania populacji całego obszaru poprzez wbudowany tryb alarmowy Emergency Warning Feature (EWF).

Tego rodzaju usługa może z powodzeniem zastąpić lokalną infrastrukturę telekomunikacyjną danego regionu w przypadku jej uszkodzenia. Przekazywana poprzez DRM treść może obejmować zarówno dźwięk, jak i obraz, tekst czy innego rodzaju dane, np. komunikaty standardu Journaline.

Ważną zaletą DRM pozostaje również zdolność transmisji dźwięku o bardzo wysokiej jakości, przekraczającej możliwości klasycznej analogowej komunikacji radiowej AM/FM. DRM jest także wykorzystywane przez organizacje non-profit prowadzące działalność humanitarną w krajach słabo rozwiniętych, ponieważ stanowi rozwiązanie dużo tańsze od radia satelitarnego, zapewnia zaś przy tym znaczny zasięg transmisji.

Damian Tomaszewski