Разработанные в конце 80-х 20 столетия спутниковые системы DSR и ADR относятся к системам непосредственного цифрового радиовещания (НЦРВ) 2-го поколения и обеспечивают коллективный и индивидуальный прием на направленную параболическую антенну. Новейшие разработки систем НЦРВ в L-диапазоне (см. данные табл. 6.2) характеризуются определенными возможностями непосредственного приема спутникового сигнала на мобильный приемник. Для того чтобы составить ясное представление о системах НЦРВ, ниже приводятся основные сведения о наиболее известных из них. Дополнительную информацию о новейших разработках систем НЦРВ можно найти на сайтах международных организаций ITU, ETSI, EBU.
А. Система DSR/DBS
Для непосредственного спутникового радиовещания в Японии, США и странах Европы использованы, как правило, метод передачи ВРК-ИКМ-ФМ и модуляция ОФМ-4 (TDM/DQPSK). В качестве примера рассмотрим систему DSR/DBS (Direct Broadcasting Satellite), разработанную в Германии для обеспечения одновременной передачи 16 стереофонических или 32 монофонических высококачественных звуковых каналов (при любых комбинациях таких каналов) в зонах покрытия больших размеров.
Впервые система была продемонстрирована в Берлине на международной выставке в 1989 г. Регулярные передачи на базе системы начались в августе 1989г. Система стандартизована (Рек. МСЭ-Р ВО.712-1 "Стандарты передачи высококачественного звука/данных для радиовещательной спутниковой службы в диапазоне 12 ГГц") и работает на частотах 11,7...12,5 ГГц.
Хотя система DSR предназначена для высококачественной передачи звука, она может также осуществлять передачу высокоскоростных данных в одном или более стереофоническом или монофоническом каналах - в дополнение к уже имеющемуся вспомогательному каналу передачи низкоскоростных данных, сопровождающему каждый звуковой канал (22 бита на один стереоканал или на два моно в каждом кадре).
Структурная схема системы DSR изображена на рис. 6.24.
Рис. 6.24. Структурная схема системы НЦРВ типа DSR
В передающей части системы (рис. 6.24, а) цифровые стереосигналы, сформированные в радиостудиях (1) и характеризующиеся студийным качеством (fд = 48 кГц, m =16), поступают в канальные преобразователи (2), где подвергаются перекодированию и почти мгновенному компандированию (fд =32 кГц, m =16/14) для согласования параметров кода с параметрами цифровой СЛ (3), связывающей каждую студию с ЗС спутниковой связи. Здесь, в аппаратуре временного группообразования и кодозащиты (4), индивидуальные цифровые потоки, соответствующие одной стереофонической программе, группируются в два ортогональных монопотока и подвергаются канальному кодированию. Эти потоки подаются затем на квадратурные входы модулятора ОФМ-4 (5). Передатчик (6) с помощью параболической антенны (8) излучает манипулированный по фазе сигнал на частоте 17 ГГц в направлении ИСЗ (9). В блоке (7) осуществляется контроль качества передачи.
В спутниковом ретрансляторе (9) сигнал усиливается, преобразуется и излучается на частоте около 12 ГГц в направлении зоны обслуживания. Прием осуществляется на параболические антенны 10 (с диаметром 0,4...0,9 м) установок индивидуального или коллективного приема. Общей частью таких приемных установок являются малошумящий усилитель (11) и аналоговый преобразователь частоты (12) 12 ГГц /1 ГГц. В варианте индивидуального приема в тюнере (13) сигнал с частотой ПЧ-1 равной 1 ГГц подвергается вторичному преобразованию 1 ГГц /118 МГц, после чего на частоте ПЧ-2 равной 118 МГц производится когерентная дифференциальная демодуляция сигнала ОФМ-4. В результате формируется исходный цифровой поток, в котором в процессе декодирования исправляется большая часть ошибок. Затем происходит демультиплексирование цифрового сигнала с выделением парциальных цифровых потоков, соответствующих 16 переданным стереофоническим программам. После цифро-аналогового преобразования и усиления звуковой сигнал поступает на акустическую систему аппаратуры воспроизведения (14), а сервисная и служебная информация - на индикаторные табло. Последняя позволяет потребителю ориентироваться в общем потоке из 16 программ, а также устанавливать оптимальный режим звукоусиления и записи.
Коллективный прием, не отличаясь функционально от индивидуального, использует оба блока преобразования частоты (12 и 15) одновременно для всех слушателей, а для выделения звуковой и сервисной информации из цифрового потока на частоте 118 МГц и распределения цифрового потока - свой тюнер (16). Цифровой поток для каждого пользователя коллективного приема поступает на индивидуальную аппаратуру воспроизведения (17). Коллективный прием примерно на 1/3 снижает стоимость аппаратуры.
Емкость дополнительной информации на каждый стереоканал составляет 16 кбит/с, что обеспечивает большой объем сервисной информации. Она позволяет отображать на дисплее номер выбранной программы (1 - 16), ее категорию (стерео, моно, квадро и др.) и вид (речь - музыка) - для выбора одного из семи режимов "речь - музыка" при воспроизведении. Кроме того, индицируются уровень начальной громкости и величина динамического диапазона, что позволяет оптимизировать режим воспроизведения и записи. Возможен также автоматический поиск и настройка на определенный вид программ. В стереоканале могут передаваться две разные монопрограммы, например, на двух языках.
Для передачи радиопрограмм, идентификации их номера и вида, а также с целью синхронизации цифрового потока в процессе временного группообразования в каждом из монопотоков формируются главные кодовые блоки, передаваемые по линии за 1/ fд = 31,25 мкс. В таком блоке объемом 320 бит содержится по одному КС восьми стереофонических программ (что составляет 300 бит), 16 бит синхронизации и 4 бита идентификации программ. Таким образом, суммарная скорость цифрового потока в линии передачи составляет 20,48 Мбит/с (по 10,24 Мбит/с на квадратурных входах манипулятора фазы), что при использовании ОФМ-4 обеспечивает передачу в полосе около 13 МГц.
Расчет помехоустойчивости показывает [27], что в анализируемой системе определяющим является критерий щелчка: Т = 58 с, Рош = 3,5x10-7, а расчет ЭВК дает следующие оценки: η = 2,51 дБ - при когерентном приеме и η = 2,32 дБ - при автокорреляционном приеме.
Энергетический расчет линии "вниз", т.е. участка ИСЗ - Земля, показывает, что при использовании приемных станций с параболической антенной, имеющей диаметр около 90 см (добротность приемной установки в этом случае составляет 7,5...8,5 дБ/К), требуемые параметры качества вещания в центре зоны обслуживания (территория Германии) будут реализованы при мощности бортового ретранслятора ИСЗ около 20 Вт.
Система DSR без изменения ее структуры может также использоваться для передачи данных (ПД). Каждый монофонический канал обеспечивает скорость ПД 448 кбит/с (352 кбит/с помехозащищенных плюс 96 кбит/с - без защиты). Два соседних монофонических канала могут быть объединены для получения общей скорости передачи данных 896 кбит/с (704 +192).
Б. Система ADR
Система ADR существенно эффективнее вышерассмотренной DSR по использованию радиочастотного ресурса - если речь идет о передаче звуковых вещательных сигналов. Эта система является аналого-цифровой - здесь сигналы ТВ изображения транслируются в аналоговой форме, а несколько десятков (более 85) стереофонических программ - в цифровой форме на 12 поднесущих частотах в ТВ стволе. Другим принципиальным отличием этой системы является использование стандарта MPEG-1 Layer 2 для кодирования (компрессии) звуковых сигналов - на выходе кодера источника скорость цифрового потока составляет 128 кбит/с на канал. Полоса частот каждого радиоканала передачи сигналов ЗВ равна 130 кГц, а полоса эффективно передаваемых звуковых частот составляет 40...15000 Гц [1].
Система ADR весьма популярна в Европе, насчитывая около полумиллиона пользователей - несмотря на то, что цена тюнера формата ADR составляет около 130 евро.