DRM uztvērēji

Bakalaura darbā aprakstīta DRM sistēma. Parādīta sistēmas struktūrshēma. Izklāstītas avota un kanālkodēšanas metodes. Aprakstīti dažādi DRM uztvērēji. Izstrādāts projekts radiolas "Melodija-101-stereo" un datora pielāgošanai DRM raidījumu uztveršanai.
90.-to gadu sākumā Latvijā radās FM radio bums. Šis bums izskaidrojams ar daudzajiem FM diapazona (87.5 – 108 MHz) rietumos ražotajiem radioaparātiem, kuri pēkšņi nonāca Latvijas iedzīvotāju rīcībā. Tos saveda gan tūristi, gan lietotas aparatūras tirgotāji, gan, it īpaši- lietotu auto tirgotāji (gandrīz katrā mašīnā bija radio, kas sākumā Latvijā nebija lietojams, jo nebija radiostaciju, kas strādātu FM diapazonā). Pieprasījums radīja piedāvājumu- drīz sāka raidīt "Radio SWH" un tūlīt pēc tam vesela rinda citu radiostaciju FM diapazonā. Radioaparātu bija pietiekami, lai cilvēki ātri atzītu raidījumu kvalitāti un sāktu pirkt arī jaunus radioaparātus. Turpmāk Latvijā pirka tikai Sony, Panasonic, Aiwa, Grundig, Philips un citu Eiropas un Japānas firmu aparātus, kas uztvēra FM raidījumus. Latvijas milzīgie radioaparatūras ražotāji VEF un "Radiotehnika", kas agrāk apgādāja visu Padomju Savienību, pamazām iznīka- daļēji arī tāpēc, ka nespēja laicīgi pārorientēties uz FM uztvērējiem.
Šobrīd radio raidīšanas attīstība nonākusi pie pārejas uz pilnīgi digitālām tehnoloģijām. DRM un DAB tuvākajā laikā var pacelt radioraidījumu kvalitāti līdz Hi-Fi skaņas līmenim, taču tas prasīs atkal visu iedzīvotāju rīcībā esošo radiouztveršanas aparātu nomaiņu. Acīmredzot, par pilnīgi nederīgiem drīz nāksies atzīt visus vecos AM uztvērējus, ar kuriem gan var labi ''ķert" arī tālas stacijas, bet nepavisam nav iespējams "klausīties", jo skaņa neatbilst mūsdienīgām prasībām pret kvalitāti. Pašu AM raidīšanas metodi gan vēl pāragri būtu "norakstīt". Tieši DRM var dot jaunu dzīvi AM īsviļņu diapazonam.
Katrā ziņā DRM masveida ienākšanu, tāpat kā jebkuru tehnikas progresu, aizkavēt nav iespējams. Jautājums tikai, vai šajā procesā arī Latvijas zinātnieki, konstruktori, uzņēmumi aktīvi piedalīsies palielinot savu pieredzi, tehnisko potenciālu, konkurētspēju un peļņu, vai to izdarīs ārzemju firmas uz mūsu pašu rēķina. Pagaidām vēl nav daudz nokavēts.
Galvenā problēma, pārejot uz digitālajām (ciparu) tehnoloģijām radio raidīšanā, ir nedaudzo ārzemēs izstrādāto radioaparātu augstā cena (sērijveida modelis- ne mazāk par 200 USD). Latvijā cena, ņemot vērā muitas nodokļus un citas izmaksas, būs vismaz 150 Ls. Aptaujas un pētījumi rāda, ka sadzīves radioaparāta cenai Latvijā nevajadzētu pārsniegt 15-20 Ls. Tikai tad ir cerības, ka to pirks un lietos masveidā. Izeja no šī stāvokļa varētu būt lēts un vienkāršs Latvijā izstrādāts un ražots digitālais radioaparāts. Protams, var arī nedarīt neko un gaidīt kamēr citur pasaulē labi apgūst un ievieš šīs tehnoloģijas. Gan jau ar laiku cenas kritīsies un arī mēs varēsim tikt pie digitālā radio.
1. DRM (Digital Radio Mondiale) un tā vēsture

Digitālā radio vēsture sākas ar 1996. gadu, kad radioaparatūras ražotāji un raidorganizāciju pārstāvji sapulcējās Parīzē uz apspriedi par radioraidīšanas nākotni frekvencēs zem 30MHz un pirmo reizi tika apspriestas idejas par digitālā signāla raidīšanu. Nākamās tikšanās notika Lasvegasā un Berlīnē 1997. gadā. [11]
1998. gadā Ķīnā tika nodibināts bezpeļņas starptautisks konsorcijs Digital Radio Mondiale (DRM). Tā mērķis bija izveidot un ieviest jaunu digitālās radiofonijas sistēmu, kas varētu aizvietot AM radio pāraides garo (GV), vidējo (VV) un īso (ĪV) viļņu diapozonā (frekvencēs zem 30 MHz). DRM izstrādāja izmaiņas starptautiskajos IEC (International Electrotechnical Committee) un ITU (International Telecommunication Union) standartos, kas atļāva DRM raidorganizācijām lietot esošos frekvenču diapazonus. Nedaudz vēlāk DRM uzņēma Starptautiskajā Telekomunikāciju savienībā (ITU) par pilntiesīgu locekli. ITU 2001.gadā iecerēto sistēmu ieteica lietošanai visā pasaulē.
DRM pašlaik apvieno vairāk nekā 80 dalībnieku no 30 valstīm Eiropā, Āzijā un Amerikā. DRM dalībnieki ir lielākie elektronisko iekārtu koncerni, pētniecības iestādes un centri, sakaru tīklu operatori, valsts un regulējošie resori. DRM biedri ir tādas pazīstamas raidorganizācijas kā BBC, Vācu vilnis, franču RFI, Krievijas balss, Amerikas balss, Vatican Radio, All India Radio, elektroniskās industrijas giganti Dolby Laboratories, Hitachi, JVC, Bosch, Sony, u. c.
2000. gada sākumā tika izstrādāti pirmie digitālo modulatoru prototipi un sākti izmēģinājumi, kas sadalījās šādās fāzēs:
sistēmas standarta sākotnējā projekta pārbaude;
sistēmas iespēju demonstrēšana;
digitālo radio jauno iespēju pārbaude.
Par DRM radiofonijas standartu sākotnējo jeb pilotprojektu kalpoja franču koncernā Thomcast izstrādātā Skywave 2000 sistēma [1].
DRM sistēmas izstrādātāju galvenais mērķis bija krasi izmainīt radiopārraižu kvalitāti, salīdzinot ar analogām radiopārraidēm vidējo un īpaši īsviļņu diapazonos. Papildus kvalitātes uzlabošanai radiopārraides nebūs vairs tikai “klausāmas”, bet saturēs arī vizuālu informāciju.
2003. gada 16. jūnijā Ženēvā ITU Starptautiskās Radiosakaru konferences (WRC2003) laikā notika pirmais eksperimentālais digitālais raidījums. Tūlīt pēc tam sāka raidīt BBC World Service, CBC/Radio Canada International, Deutsche Welle, Deutschland Radio, u.c.
Uztvērējs sākas ar parastu antenu un parastu lineāru radiotraktu, kas paredzēts AM radiostaciju uztveršanai. Viss, kas ir analogajā uztvērējā līdz detektoram, vajadzīgs arī šeit. Tālāk gan sākas atšķirības. Detektora nav. APR (automātiskā pastiprinājuma regulēšana) detektors gan, protams, vajadzīgs. DRM signāls tiek pārlikts uz savu starpfrekvenci 12kHz un ar ACP ( analogais- ciparu pārveidotājs) tiek pārveidots ciparu datu plūsmā. Tālāk skaņas signāla dekodēšanas algoritms atgādina MP3 formāta datu plūsmas pieņemšanu. Tikai, pirms vēl šī datu plūsma tiks iegūta, nepieciešams pārlikt pareizā kārtībā saņemtā signāla paketes. Kodēšanas algoritms ir diezgan sarežģīts. DRM signāla pārraides tehnoloģijā izmanto multipleksēšanu ar kanālu frekvenču dalījumu un izvietošanu pa ortogonālajām nesējfrekvencēm (COFDM). Sekojošā pārraidāmo datu saspiešana pēc AAC Plus algoritma ir tālāka modifikācija labi zināmajam un plaši lietotajam mūzikas saspiešanas algoritmam MP3. Pie tam AAC Plus nodrošina kvalitāti, kas aptuveni atbilst kompaktdiska skaņas kvalitātei, jau pie bitreita (datu pārraides ātrums) 48 kb/s.
Skatot DRM uztvērēja struktūrshēmu, var secināt, ka digitālo radioraidījumu uztveršanu var viegli realizēt laboratorijas apstākļos, izmantojot parastu AM radiouztvērēju, papildus frekvenču pārveidotāju un datoru ar dupleksu skaņas karti. Tāds projekts izstrādāts šī darba 10. nodaļā.
Signālu, ko padot uz papildus jaucēju, ņem no esošā uztvērēja starpfrekvences pastiprinātāja pēdējās kaskādes izejas, bet detektora un APR ķēdes tiek saglabātas. Ja uztvērēja starpfrekvence ir 465 kHz, tad papildus heterodīna kvarca rezonatora nominālajai frekvencei jābūt 477 vai 453 kHz.
Tālāk, no maisītāja izejas DRM signāls nokļūst uz skaņas kartes analogo ieeju. DRM konsorcija dalībfirmas ir izstrādājušas programmnodrošinājumu digitālo raidījumu uztveršanai [3].
Minimālās prasības sistēmai:
dators AT- compatible PC;
operāciju sistēma Windows 98/2000/XP;
procesors 500 MHz Intel Pentium (vēlams- 800 MHz);
RAM 64 MB;
brīva vieta uz diska 50 MB;
skaņas karte- 16- bit Sound Blaster (vai analogs), kura atbalsta full duplex at 48 kHz sampling rate for input and output, ieeja- bez AGC (Automatic Gain Control). Vēlams- Creative Sound Blaster Live! vai “USB One” USB Audio Interface
instalēts LAN tīkla draiveris vai dial- up networ.
Izmantojot kontroleru vai skaņas procesoru, programmēt to var tieši mašīnkodos. Tas ļauj izveidot nelielas un ātras programmas, kuras neprasa lielus sistēmas resursus.
Mūsdienās ir pieejami lieliski mikrokontroleri, ko iespējams ērti izmantot gan DRM signāla atkodēšanai un saspiestās plūsmas pārveidošanai analogajā skaņā, gan teksta ziņojumu izdalīšanai un parādīšanai uz ekrāna. Tikai jāpiemeklē optimālie un jāuzraksta tiem programmas. Iespējams, sākuma stadijā vienā uztvērējā būs vairāki procesori.
Var paredzēt arī, ka izejas augstas precizitātes CAP analogā skaņas signāla atjaunošanai, no shēmas varēs izslēgt, tā vietā lietojot skaņas frekvences pastiprinātāju D klases režīmā, un ar mikrokontroleru formēt analogu skaņu pēc impulsu modulācijas metodes tieši no atkodētā DRM signāla. Tāpēc arī shēmā parādīta ierīce ar nosacītu nosaukumu Digitālais ZP. [3]
Ir svarīgi apzināties, ka nākotnē plašas pieejamības radioaparātiem būs jābūt spējīgiem uztvert un dekodēt jebkuru no visiem iespējamajiem sauszemes radioapraides veidiem. Tie būtu: šaurjoslas digitālās pārraides (frekvencēs zem 30MHz), platjoslu digitālās pārraides (f>30MHz) un analogās GV, VV, ĪV, un UĪV/FM radiopārraides. DRM sistēma būs šī radiouztvērēja būtiska sastāvdaļa. [2]…