Digital Radio Mondiale

Az új közép- és rövidhullámú digitális műsorszórási eljárás

Tartalomjegyzék:

Történelmi áttekintés dióhéjban

A digitális rádió műsorszórás gyökerei 1988-ra nyúlnak vissza, amikor a DAB (Digital Audio Broadcasting) konzorciuma létrejött, és megalkotta a mai napig is kérdéses jövőjű DAB szabvány alapjait. A DAB MPEG2 layer 2-es hangtömörítést használt, és 6 db kiváló minőségű műsort szerettek volna 1.5 MHz-es sávszélességű csatornán nyalábolt formában átvinni. Sajnos a kifejlesztésekor megelőzték az akkori technológiai hátteret, továbbá az FM műsorszórással nehéz a lakosság felé versenyre kelni.

Ezzel szemben a DRM múltja tíz évvel későbbre, 1998-ra tekint vissza, amikor Kína és az Európai Únió kezdeményezésére a minősége miatt egyre inkább háttérbe szoruló közép- és rövidhullámú hullámsávok megreformálását tűzték ki céljuknak. A DRM konzorcium 2001-re megalkotta a szabványt, majd 2003 nyarán elkezdte hivatalosan is a kísérleti sugárzást.

A Műegyetemi Rádióklubban dr. Gschwindt András (HA5WH) tanár úrnak köszönhetően 2003. májusától foglalkozunk a DRM vételi lehetőségeivel. Én a nyári szünet miatt egy augusztus eleji váratlan felfedezés kapcsán az MRC-beli kísérletektől függetlenül véletlenül kezdtem vizsgálni a DRM-et, majd nyár végén szembesültem, hogy az MRC-be vettek már a nyár elején egy kereskedelmi szoftvert, ami szépen vette is a DRM adást, azonban ezt csak eléggé korlátozottan lehet a céljainkhoz felhasználni, mivel forráskód hiányában nem testreszabható. Ezért folytattam a DReaM nevű nyílt forráskódú szoftverrel kapcsolatos vizsgálódásaimat, és a DReaM-ra alapozható jövőbeli rendszerek megvalósítási lehetőségét. Ennek eredménye 2003. októberében már kezd beérni, így most már lehet erre a szoftverre is alapozni.

Néhány gondolat a DRM-ről

A szabvány szerint COFDM modulációt használnak. A COFDM (Coded Orthogonal Division Multiplex) lényege, hogy nem egy vivőfrekvenciára modulálnak, mint a klasszikus modulációk, hanem sok kis sávszélességű modulált vivővel egyenletesen próbálják kitölteni a rendelkezésre álló csatornát, ezáltal sűrítve bele minél több információt. A DRM-nél alapcél volt, hogy a klasszikus AM műsorsugárzás raszterében (ami középhullámon 9 kHz illetve rövidhullámon 10 kHz-es) el kell férni egy adásnak. Opcionálisan lehetőséget biztosítanak arra, hogy dupla csatornát foglaljanak el a hibatűrőbb és jobb minőségű hangátvitel érdekében.

Az egyetlen csatornát foglaló DRM hatalmas előnye, hogy se új frekvenciakijelölést nem igényel, se új vevőkészülék RF részt, csak az AM vevőknél elterjedt 455 kHz-es középfrekvenciát kell továbbkeverni 12 kHz-re, majd ott egy beépített DSP-vel vagy egy számítógép hangkártyájára vezetve lehet feldolgozni az adatfolyamot.

Mire képes a DRM:

A kapott hang talán picit rosszabb a FM műsorszórásban sugárzott hangnál, de mindenképp szép, tiszta, sztereó, továbbá a magas hangok is megtalálhatóak benne. Ugyanakkor a rádióadó hatósugara terén nem 30-40 km (lásd CCIR-FM), hanem 1000 km feletti hatósugárral is lehet számolni, miközben az átlagos kimenőteljesítményt a jobb minőségű AM adásokhoz képest körülbelül tizedére lehet csökkenteni. Azonban az AM adáshoz képest a minőségváltozás nagyon szembetűnő!

A DReaM szoftver

2003. januárjában megjelent a nyílt forráskódú szoftverfejlesztések egy jelentős internetes tárhelyén, a sourceforge.net-en egy nyílt forráskódú vevő alkalmazás is, amely 2003. őszére már szépen levette a hangcsomagot is, és azóta gyönyörűen működik. Az alábbiakban ennek a szoftvernek a képei alapján kerül bemutatásra a DRM-mel kapcsolatban néhány érdekesség.

A DReaM szoftver részletesebb bemutatása itt látható.

Az alábbi felvételek legtöbbjét (a térképek kivételével) is a DReaM szoftverrel készítettem. A rádióvevő egy Ten-Tec RX320-as rádióamatőr vevőkészülék volt, melyből kivezettük a 12 kHz-es KF-et. Az antenna a Műegyetemi Rádióklub tetején (BME V2 épület) kifeszített dipól volt. A felvételeket az otthoni számítógépemen csináltam, mivel az Xwindow System alá fordított grafikus alkalmazás képét otthonomba irányítottam át. A rádió webes felületű távvezérlését már 2000-ben megcsináltam, így azzal semmi probléma nem akadt.

A Deutsche Welle műsora

A Deutsche Welle 21675 kHz-en, a rövidhullámú sáv tetején 80 kW teljesítménnyel Srilankából sugároz minden nap magyar idő szerint 7-11 óráig tesztadást. Ugyanakkor 15440 kHz-en is sugároz, szintén 80 kW teljesítménnyel, azonban a Gibraltár szorosból lő keresztül Európán, magyar idő szerint 9-15 óráig. A továbbiakban a bal oldalon a 21675 kHz-es, a jobb oldalon a 15440 kHz-en sugárzó műsor jelentős eltérést mutató ábrái láthatóak.
A DReaM szoftver fő ablakja. Itt látható a vett műsor neve, paraméterei, a jelszint és a 3 státusz led, amely alulról felfelé zöldül ki, mivel az alsó a FAC, majd SDC és a legfelső az MSC. Ezek jelentésére a későbbiekben még visszatérünk. A jobb felső sarokban látható egy információs ablak, ahol szöveges információk és aktuális hírek jelennek meg. Ezen kívül van egy grafikus "multimedia dialog" ablak is, ahol a későbbiekben például térképrészletek és reklámképek jeleníthetőek meg. Azonban eddig nem akadtam ilyen adat sugárzására, ezért a bemutatásától egyenlőre eltekintek.
Ezen az ábrán a 12 kHz-re lekevert rádiófrekvenciás jel spektrumképét láthatjuk. Első ránézésre feltűnik a csatorna teljes kihasználását biztosító COFDM moduláció. A bal oldalon látható jel-zaj viszony mutató a digitális jel-zaj viszonyt mutatja a hibajavító kódoló előtt és után. A time sync akkor zöldül ki, ha a szoftver már sikeresen detektálja az 1200 ms hosszú úgynevezett szuperkeretek.
Ezen az ábrán a már feldolgozási (normalizált) frekvenciára lekevert COFDM jel spektrumképe látható. A fázisszinkronozott keverést már a szoftver végzi. Ez a keverés azért praktikus, mert innen már stabilan választhatjuk szét demodulálás céljából az COFDM jeleket. A pontos frekvenciára történő lekeverést nehezíti az AM-nél megszokott nagyenergiájú vivő hiánya és a folytonos mozgásban lévő ionoszféra által okozott doppler hatás. Ebben az OFDM jelben azonban található 3 dedikált vivő, amely alapján a jel kezdőfrekvenciája és a doppler hatás okozta szétkenődések is korrigálhatóvá válnak. További érdekesség, hogy a 0 helyen, ahol az AM adók vivője szokott lenni, nagyon erős elnyomást alkalmaznak. A doppler hatást tehát korrigálja a szoftver.
Ez az ábra már azt mutatja, hogy az OFDM jelben található vivők melyike milyen amplitúdóválozást szenved jelen pillanatban. Az amplitúdóváltozás oka a szelektív fading jelensége, amely a többszörös visszaverődésnek és a légköri rétegek közötti pattogás miatt alakul ki. A szelektiv fading hatását ezen diagnosztika alapján szintén korrigálja a szoftver.
Talán ez a leg szemléletesebb görbe, amennyiben az ionoszféra furcsaságait szeretnénk szemlélni. Ez az ábra ugyanis megmutatja, hogy a számítotthoz képest mennyi idővel később érkezett hozzánk a jel első hullámfrontja, illetve láthatóvá válik a pattogások miatt megkésett többi hullámfront is. A szoftver természetesen ezt a zavaró hatást is megpróbálja korrigálni a demoduláció előtt.
A FAC (Fast Access Channel) a szabvány szerint QPSK modulált jel. Ez hordozza az OFDM csatornafelosztási információt, tehát hogy milyen sávszélességű a sugárzás, illetve hol is milyen kódolással található az SDC és az MSC, továbbá a műsor nyelvéről és PI kódjáról is tájékoztatást ad. Ezáltal ha sikerül minden műsorcsatornában ezt a csomagot levenni, akkor a rádióvevőben katalógus készíthető az éppen vehető műsorokról. A FAC sikeres levételét a FAC négyzetének zöld szinűre váltása jelzi.
A SDC (Service Description Channel) QAM-4 vagy QAM-16 modulált jel. Ebben a csomagban van leírva a műsor neve, továbbá ennek a műsornak a pillanatnyilag sugárzott alternatív frekvenciái.
A jobb oldali kép itt a szemléletesség kedvéért az RTL rádió QAM-16 modulált SDC-jét mutatja. A Deutsche Welle quality módja is QPSK-t használt, ezért szemléltetem inkább az RTL rádió SDC-jével.
Az MSC (Main Service Channel) továbbítása robust módban (ami zavartűrőbb) QAM-16 illetve quality módban QAM-64 kódolással történik. Ez utóbbi jobb minőség (nagyobb bitsebesség) továbbítására alkalmas, azonban sokkal zavarérzékenyebb. Az MSC szállítja a monó vagy sztereó hangot. Ez a hang MPEG4-AAC+SBR kódolású és átviteli módtól továbbá a hibajavító kódolástól függően 12 - 24 kbps bitsebességű adatfolyam. A hangon kívül ez a csomag szállítja a képeket és az egyéb belekódolt felhasználóknak szánt adatokat.

Itt hallható a Sines-ből (Portugália) 80 kW-tal sugárzott Deutsche Welle két Budapesten készített felvétele:


Az RTL rádió műsora

Az RTL keddtől szombatig magyar idő szerint 7 órától hajnal 1-ig sugároz 6095 kHz-en 35 kW teljesítménnyel Luxemburgból.

Az RTL műsora. 17 kbps sztereo.
Kissé szennyezett spektrumkörnyezet... De azért kivehető az RTL COFDM-je.
A szokásos QPSK modulált FAC. Közben látható, hogy valami zavar miatt az MSC-t nem sikerült ebben a pillanatban jól hibajavítani, ezért a CRC-je hibát jelzett.
QAM-16 modulált SDC...
QAM-64 modulált MSC. Bármilyen hihetetlen, ezt még szépen levette, és a hibáit kijavította!!!
Példaként álljon itt néhány felvétel, amit a lejátszhatóság érdekében 128 kbps sebességű MP3 formátumban mellékelek. Ezek a felvételek az RTL rádió 6095 kHz-es Luxemburgból sugárzott adásáról 2003. december 5-én magyar idő szerint 23 óra körül készítettem a Műegyetemi Rádióklubban üzemelő átalakított TenTec gyártmányú rádióamatőr vevőkészülékkel és az aktuális DReaM vevőszoftverrel.

Bouquet Fleovo NL műsora

Fleovóból (Hollandia) 40 kW-tal sugárzott német nyelvű műsor. Ez a felvételt 2003. december 8-án helyi idő szerint 14:10-kor készítettem. Kifogásolhatatlan. Pedig QAM-16 az SDC-je és QAM-64 a FAC-ja.

Néhány felvétel, melyből már nem jött hang

Megjegyzés:A DRM vétel nehézségét leginkább az alatta üzemelő AM adók okozzák, mivel az AM adók vivője nagyon erős, és ez teljes egészében kimaszkolhatja az COFDM középső tartományát, továbbá a hanggal történő moduláció, mint sztochasztikus fáziszavar jelentkezik a DRM vétele során. Az alábbiakban bemutatásra kerül néhány extrém körülmények között levett műsor.

Itt az látható, amikor 2003. december 3-án magyar idő szerint 22:20-kor 1296 kHz-en Oxfordnessből 70 kW-tal a hollandoknak sugárzott műsor oldalnyalábját veszem, azonban alatta 2 AM adó is üzemelt (egyikben egy operaénekes adott elő, a másikban egy férfi beszélt éppen). Ez igencsak megnehezíti a DRM vételét.
Egy igazi DX 2003. december 4-én magyar idő szerint hajnali 1:20-kor. Sackvilléből (Kanada) nyugat felé 70 kW-tal sugárzott műsor...
Itt ugyanaz a Kanadai műsor látható egy 10 perccel későbbi felvételen. Ennek a spektrumképe már valamivel meggyőzőbb, de a távolságok miatt itt sem jött ki semmi hang, csak nagyon ritkán egy pillanatra.
2004. márc 12, 1:49 MEZ. Radio Kuwait sugárzott Észak Amerika keleti partjai felé Sulaibiyah-ból 120 kW-tal.


Friss hírek

Bővebb információ

Valid XHTML 1.0!


© Krüpl Zsolt, hg2ecz - utolsó módosítás: 2004. április. 17.