Системы и сети цифрового радиовещания

Москва
Горячая линия - Телеком 
2017

С. Г. Рихтер

УДК 654.19:621.396.97 
ББК 32.884.8 
     Р55 

Р е ц е н з е н т ы :  доктор техн. наук, профессор  Ю. А. Ковалгин;  

доктор техн. наук, профессор  С. Л. Мишенков 

Рихтер С. Г. 

Р55         Системы и сети цифрового радиовещания. − М.: Горячая 
линия − Телеком, 2017. − 448 с.: ил. 
ISBN 978-5-9912-0626-6 

Рассмотрены перспективные системы цифрового радиовещания (ЦРВ), 
основанные на представлении и передаче звуковых сигналов в цифровой 
форме во всех звеньях вещательного тракта – от студии до абонентского 
приемника и способные удовлетворить высокие требования слушателей к 
качеству передачи звука при различных условиях приема. Систематизированы сведения по основам технологии, системам и сетям ЦРВ. Рассмотрены 
вопросы компактного представления звуковых сигналов; методы передачи 
аудиоданных по цифровому каналу связи и обработки сигналов с целью их 
адаптации к каналу передачи; уделено внимание радиоприёму в движении. 
Дано описание стандартизованных систем ЦРВ, рассмотрены вопросы организации и проектирования спутниковых систем ЦРВ. Представлена информация об организации радиовещания на заданной территории, основах 
технологии одночастотных вещательных сетей, технических основах планирования наземных сетей. Приведены соображения по выбору системы ЦРВ 
для России. Представлен краткий анализ услуг и сетевых аспектов радиовещания с учётом современных реалий и обсуждаются перспективы альянса 
«ЦРВ + IP-радио». В основу монографии положены результаты научных 
исследований и лекции, которые автор читает в Московском техническом 
университете связи и информатики (МТУСИ) более двадцати лет. 
Для широкого круга читателей интересующихся проблематикой ЦРВ – 
специалистов, преподавателей, аспирантов и студентов. 

ББК 32.884.8 

Научное издание 
Рихтер Сергей Георгиевич 
Системы и сети цифрового радиовещания 
Монография

Тиражирование книги начато в 2017 г.       

Все права защищены.
Любая часть этого издания не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и 
какими бы то ни было средствами без письменного разрешения правообладателя
© ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком»
www.techbook.ru
© С. Г. Рихтер

Памяти родителей

ПРЕДИСЛОВИЕ

Словосочетание
ЦИФРОВОЕ
РАДИОВЕЩАНИЕ
россиянам
практически неведомо, хотя в Европе услугой под таким названием пользуются уже 20 лет.
В 2003 г., казалось, что лёд тронулся:
в формате DRM30 на базе Талдомского радиоцентра силами ФГУП
РТРС было организовано регулярное вещание на Европу радиостанции «Голос России». Помимо демонстрации приобщённости к высоким технологиям, это было важно для приобретения опыта эксплуатации и взаимодействия с западными партнёрами. Однако в 2013 г.
этой идиллии пришёл конец. . .
Именно в 2013 г. обсуждение будущего радиовещания активизировалось, охватило страны и континенты, международные организации и национальные администрации связи. Так, Европейский вещательный союз (EBU) опубликовал весьма конкретную рекомендацию
R138∗ о целесообразности распространения в Европе цифрового радиовещания стандарта DAB+ и использования стандарта DRM30 для
цифрового радиовещания в удаленных и малонаселённых регионах.
Более того, EBU развернул широкую кампанию «Евро-чип» по продвижению бесплатного эфирного приёма аналогового и цифрового радио с помощью любых приёмных устройств. Проект «Евро-чип» —
это не конкретная приёмная микросхема, а свод минимальных требований к любым будущим приёмным устройствам, вплоть до мобильных телефонов и планшетных компьютеров, что обеспечит гарантированное глобальное будущее для радиовещания∗. Есть уже и конкретные достижения: ряд европейских стран либо обеспечили общенациональное покрытие цифровым радиовещанием в формате DAB+ , либо приняли на государственном уровне конкретный срок выключения
аналогового ЧМ вещания; Австралия приняла европейский стандарт
цифрового радио; в Корее внедряется DMB-мультимедийная версия

∗ Rec. EBU R138 «Digital Radio Distribution in Europe» (2013 г.)

∗ Городников А. Радиовещание сегодня и завтра // Broadcasting. Телевидение и радиовещание. Оборудование для радиовещания, 2013, с. 62–65.

Предисловие

DAB, а в Японии — Digital System E и ISDB-Т — технология совместного вещания радио и телевидения. Северная Америка ответила своим стандартом цифрового радиовещания HD Radio (VHF IBOC FM).
На этом фоне следует ожидать появления устойчивого интереса
к новым технологиям цифрового радио среди широкого круга читателей, в той или иной мере связанных с проблематикой цифрового
звукового вещания. Поэтому представляется своевременным желание «освежить» монографию «Цифровое радиовещание», увидевшую свет в 2004 г. и переизданную в стереотипном варианте в 2012 г.∗

Однако построение новой книги и акценты стали другими. В издании
2004/2012 гг. автор в основном преследовал две цели: ответить на вопрос «Почему радиовещание в XXI веке должно стать цифровым?»
и достаточно подробно описать системы цифрового радиовещания
Eureka 147/DAB и DRM30.
Новая книга «Системы и сети цифрового радиовещания», по существу, ремейк книги 2004 г., — не повторяя, но расширяя её, — содержит три разновеликие части: ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ (10 разделовглав), СИСТЕМЫ (6) и СЕТИ (4). При этом автор изначально основывается на том, что читатель новой книги знаком с монографией
«Цифровое радиовещание», издание 2004/2012 гг.
Основу монографии составляет материал лекций, которые автор
читает на факультете радио и телевидения МТУСИ более двадцати
лет. В работе использованы учебная литература и научно-технические
публикации, ссылки на которые даны по ходу изложения; в книгу включены также результаты исследований, выполненных автором лично
или с его прямым участием. Читатель, не удовлетворенный объемом
полученной информации в полной мере, может, в частности, найти
дополнительные сведения в литературе, указанной в конце каждой из
трёх частей.
Автор признателен соавторам работ последних лет: В.А. Абрамову, М.А. Быховскому, С.Д. Ерохину, И.С. Зивер, А.Н. Иванчину,
С.А.
Литвину,
С.Л.
Мишенкову,
О.Б.
Попову,
А.В.
Смирнову,
Д.С. Смирнову, И.Ю. Сухоруковой, А.Н. Тарану, А.Н. Терехову и
Е.А. Хрянину.
Именно сотрудничество с коллегами способствовало
появлению настоящей работы.
Считаю своим приятным долгом поблагодарить рецензентов за
критические замечания и пожелания, учтенные автором при подготовке рукописи к изданию, что способствовало её улучшению.

∗ Рихтер С.Г. Цифровое радиовещание. — М.: Горячая линия — Телеком,
2004/2012. — 352 с.

Радио не умрёт никогда, какие бы новые
медиа ни появлялись.. . Новости, диджеи, комментарии, интерактив создают
важный эмоциональный фон. Это саундтрек нашей жизни.
Денис Сериков, ген. продюсер радиохолдинга ВКПМ

ВВЕДЕНИЕ

Несмотря на бурное развитие телевидения — на сегодняшний день
важнейшего электронного средства массовой информации, эфирное
радиовещание во всем мире продолжает оставаться основным источником информации для населения. Радиовещание сохраняет высокую
популярность, во многом, благодаря своим уникальным возможностям оставаться свободным и доступным в любое время и каждый
день, почти в любом уголке земного шара. Вот почему, например,
около 75 % всего радиопотребления в Европе — это радиовещание. По
данным Arbitron — крупнейшего американского медиа-измерителя —
93 % всего населения США от 12 лет и старше слушают радио каждую неделю, причём среди аудитории 18...34 лет этот показатель последние годы растет. Увеличивается и on-line-слушание радио, однако
большинство позиций в топ-20 станций, слушаемых американцами в
Интернете, — эфирные бренды.
Ситуации, когда человек может слушать, но не может (или не
хочет) смотреть, были, есть и будут. Соответственно, и место для
радио найдется, и никакие новые технологии и медиа этого не изменят. Быстрое получение информации — это важнейший тренд современности, и разговорное радио может успешно заменять Интернет,
когда к нему нет удобного доступа. А радио — это всегда просто и
доступно. . . Но не в России.
За минувшие 15 лет резко упали объемы как АМ-радиовещания,
так и бывшего некогда массовым проводного вещания. По данным
ВГТРК, территория России только на 1/3 покрыта устойчивым наземным государственным радиовещанием∗. Россия отстает от веду
∗ Хлебников В. Телерадиосеть: модернизация либо деградация // Broadcasting. Телевидение и радиовещание. 2002. № 4 (24). C. 8–14 и № 5 (25)
C. 20–24.

Введение

щих мировых стран по количеству и качеству принимаемых населением программ, техническому состоянию и экономическим показателям.
На территории страны более 80 % населения нуждаются в увеличении
объема радиовещания, однако оплатить эти услуги согласны менее
0,05 % населения.
Гармоничное развитие цифрового мультимедийного пространства
любого государства возможно только за счет параллельной модернизации как телевизионного, так и радиовещания. В противном случае
перекос в развитии может привести к фатальным для радиовещания
последствиям, особенно для России — государства с огромной территорией. На государственном уровне принимаются программы внедрения цифрового формата на телевидении, в то время как радиовещание пребывает в тисках давно устаревшего аналогового стандарта.
Это явно противоречит истории развития телерадиовещания и делает весьма актуальным поиск вариантов развития системы радиовещания на территории Российской Федерации на новом технологическом
уровне∗.
Для России, учитывая размеры её территории и относительно
низкую плотность населения, остается актуальным радиовещание на
длинных, средних и коротких волнах, позволяющих охватить огромные территории. Однако единственным видом существующего аналогового радиовещания, способным передавать звуковые вещательные
сигналы с высоким качеством, является ЧМ (FM)-вещание в диапазоне ОВЧ, где для вещания в России выделены две полосы частот:
66. . .74 и 87,5. . . 108 МГц. Здесь ввиду относительно большой ширины частотных каналов (130. . .190 кГц) и применения частотной модуляции реализуются высокие параметры качества.
Тем не менее,
за счет развития ОВЧ ЧМ вещания задача охвата многопрограммным радиовещанием всего населения страны не приблизилась к своему решению и остаётся актуальной. Это следует, в частности, из
Федеральной целевой программы∗: «стереофоническим УКВ ЧМ вещанием охвачено всего немногим более 1 % территории Российской
Федерации — города и крупные населенные пункты, общая численность населения которых составляет менее 70 % городского населения страны».
Системы радиовещания изначально создавались для приема в
стационарных условиях на направленную антенну, установленную на

∗ Ставиская Р.М. Разработка системы распределения программ радиовещания на территории Российской Федерации на новом технологическом
уровне // Автореферат кандидата технических наук — М.: МТУСИ, 2008.

∗ Федеральная целевая программа «Развитие телерадиовещания в РФ
на 2009–2015 годы». Утверждена в сентябре 2009 г.

Введение
7

высоте уровня крыш.
Однако «мир телекоммуникаций движется к
тому, что все абоненты будут мобильными!» — таков современный
тренд развития практически всех услуг электросвязи и вещания.
В движении, как правило, условия приема существенно хуже по
сравнению с приемом на стационарную антенну, что объясняется интерференцией радиоволн, приходящих в точку приема (на ненаправленную антенну) со всех сторон.
Проблемы многолучевого приема
особенно обострены в условиях высотной городской застройки. Возможным решением проблемы является переход к цифровому стандарту передачи информации.
В соответствии с мировым опытом, задача перспективного развития телерадиовещания решается путем создания абсолютно новых
систем вещания, спроектированных таким образом, чтобы удовлетворить высоким требованиям слушателей к качеству вещательных программ при различных условиях приема. Этим требованиям в частности отвечают новые системы цифрового радиовещания (ЦРВ), основанные на представлении и передаче звуковых сигналов в цифровой
форме во всех звеньях вещательного тракта — от студии до абонентского приемника. Применение таких систем, среди прочего, позволяет:
• повысить эффективность использования радиочастотного спектра (РЧС);
• улучшить качество приема и увеличить количество программ;
• уменьшить мощность излучения передатчиков при той же зоне
обслуживания, что и у аналоговых систем;
• использовать способы передачи сигналов, которые нечувствительны к помехам и адаптированы к разным средам и условиям
распространения;
• обеспечить мобильный прием без значительного ухудшения качества услуги.
В рамках существующих (аналоговых) систем эфирного радиовещания одновременное удовлетворение этих требований практически
невозможно. При этом перехода к простым методам цифровой передачи информации (т. e. ИКМ) недостаточно, так как на принимаемый
сигнал, способный обеспечить высококачественный звук, резко негативно влияют изменяющиеся условия приема, вследствие чего необходимо полное переосмысление самих принципов цифровой передачи
вещательных сигналов.
На физическом и канальном уровнях мобильность абонентского
терминала обеспечивается путем использования самых современных
технологий: OFDM сигналов; турбо или LDPC-кодирования канала;
активных и MIMO-антенн с конфигурацией 4×4 и выше; режима пакетной передачи, а в ближайшем будущем — облачно-ориентирован

Введение

ных платформ сетей радиодоступа. Высокая помехоустойчивость позволяет новым цифровым системам вещания либо превзойти по эффективности использования РЧС системы аналогового вещания (на
частотах выше 30 МГц), либо в полосах аналогового вещания на частотах ниже 30 МГц обеспечить существенно более высокие стандарты качества услуги. Повышение эффективности использования РЧС
облегчит решение проблемы перегруженности частотных полос, распределенных для телевизионного и радиовещания.
Такое развитие
телевизионных и радиовещательных служб является частью естественной конвергенции телевидения и радиовещания, техники связи и
вычислительной техники, обусловливаемой совместным использованием цифровой технологии.
Успехи в технике связи, достигнутые к началу 1990-х годов, перевели цифровую передачу радиовещательных программ в практическую плоскость. Для этого должны были состояться два принципиальных технологических прорыва, а именно:
• кодирование источника, позволяющее эффективно устранять избыточность в таких сигналах, благодаря чему многократно уменьшается скорость передаваемого цифрового потока по сравнению
с методами ИКМ;
• параллельный (многочастотный) метод передачи на основе ортогонального частотного разделения с мультиплексированием (технология OFDM). Благодаря распараллеливанию цифрового потока появилась возможность резко снизить скорость передачи
на каждой несущей, устранив межсимвольные искажения, ввести
временной интервал, защищающий приемник от эхо-сигналов, а
также реализовать перемежение сигналов по частоте, обеспечив
работоспособность приемника в многолучевом канале с частотноселективными замираниями. Кроме этого, использование технологии OFDM обеспечило возможность построения одночастотной вещательной сети (ОЧС/SFN).
В настоящее время для эфирного радиовещания используется
несколько радиовещательных служб, различающихся целями, техническими параметрами и зонами обслуживания.
В табл. В.1 указаны частотные диапазоны, выделенные для радиовещательной службы международными соглашениями для Европы и, в том числе, для
РФ, а также приведен один из возможных вариантов классификации
систем радиовещания:
1) аналоговые:
• системы с амплитудной модуляцией (АМ), использующие частоты ниже 30 МГц;
• системы с частотной модуляцией (ЧМ), работающие на частотах
30. . .300 МГц;

Введение
9

Таблица B.1
Классификация систем радиовещания

Диапазоны радиовещания
Форматы вещания

Номер

Обозначение

Номиналы
частот,
поддиапазоны

Аналоговый
Цифровой

АМ
ЧМ
ОдночастотМногочастот
ный (TDM)
ный (FDM)

5
НЧ/LF
30. . . 300 кГц
+
–
–
DRM30

6
СЧ/MF
300. . . 3000 кГц
+
–
–
DRM30

7
ВЧ/HF
3. . . 30 МГц
+
–
–
DRM30

8
ОВЧ/VHF
30. . . 300 МГц

Band I —
65,9. . . 74 МГц

–
+
–
DRM+

Band II —
87,5. . . 108 МГц

–
+
–
DRM+ HD Radio

Band III —
174. . . 240 МГц

–
–
–
T-DAB/ DAB+
ISDB-TSB

9
УВЧ/UHF
0,3...3,0 ГГц

L —
1,45. . . 1,49 ГГц

–
–
WorldSpace
T-DAB/DAB+

S —
1,93. . . 2,70 ГГц

–
—
Sirius XM
Radio Digital
System E

ISDB-TSB

10
СВЧ/SHF
3,0. . . 30,0 ГГц

Ku —
10,7. . . 14,8 ГГц

–
–
DSR (до
1999 г.) и
ADR

–

2) цифровые:
• cистемы с последовательным способом (ВРК/TDM) организации
цифрового потока, работающие в диапазонах УВЧ и СВЧ;
• cистемы с параллельным способом (ЧРК/FDM) организации
цифрового потока, работающие в диапазонах ОВЧ и УВЧ, а также на частотах ниже 30 МГц.
Представленные в табл. В.1 системы радиовещания конкретизированы по формату вещания.
Указанные здесь системы либо рекомендованы решениями МСЭ-R для внедрения во всем мире, либо
стандартизованы ETSI.
Наземные системы ЦРВ сочетают в себе много достоинств как
для слушателей, так и для вещателей, а именно: потенциал для обеспечения всеобщего охвата; специальное покрытие (местное, региональное, национальное); фиксированный, портативный (в помещении) и мобильный варианты приема; простые в использовании приемники с легкой настройкой на частоту радиоканала; важное информационное средство для дорожно-транспортного оповещения и спасательных работ; качество звука и мультимедийной информации не
зависит от количества слушателей (в отличие от Интернет-радио).
Общие финансовые затраты при вещании в цифровом формате
существенно ниже, чем при ЧM-вещании.
Это связано с тем, что
цифровое радио:

Введение

• позволяет транслировать сразу несколько радиопрограмм с одного передатчика;
• позволяет реализовать одночастотную сеть, т. e. вещание на одной и тоже частоте, тем самым обеспечивая последовательное и
эффективное обслуживание;
• уменьшает затраты на электроэнергию в связи с тем, что мощность передатчика цифрового радио значительно ниже, чем ЧMпередатчика.
Основным стимулом внедрения цифрового радиовещания является значительное улучшение качества звука.
Применение цифровых стандартов в НЧ, СЧ, ВЧ диапазонах предполагает значительное улучшение предоставляемых услуг по сравнению с аналоговым
AM-вещанием. Однако в нижних полосах ОВЧ диапазона (Band II)
повышение качества звука за счет использования цифровых технологий ощущается не всеми слушателями.
Во многих странах эти
частоты интенсивно используется несколькими конкурирующими ЧMвещателями. Причем в некоторых районах спектр настолько перенасыщен, что добавление новых услуг значительно уменьшает зону покрытия станции, повышая уровень помех. Решить эту проблему призваны цифровые технологии, благодаря которым количество возможных каналов вещания возрастает в несколько раз. Однако не каждый
стандарт цифрового радио способен без труда заменить ЧM-вещание.
Например, стандарт Eureka 147/DAB был разработан еще в середине
восьмидесятых годов.
Используемый в нем метод сжатия MPEG-1
Layer II уже давно устарел, а применяемая цифровая скорость (битрейт) 128 кбит/с недостаточна для того, чтобы звучание соответствовало CD-качеству. Более высокий битрейт мог бы решить проблему с
качеством звучания, но в этом случае уменьшается количество действующих радиостанций в отведенной полосе частот. Соответственно,
DAB теряет одно из основных преимуществ — большое количество
радиостанций в ограниченной полосе частот.
Согласно соглашению «Женева-06»∗, многие страны имеют разрешение на использование стандарта T-DAB в верхней полосе частот
ОВЧ диапазона (Band III) — как только в этом диапазоне будет отключено аналоговое телевидение (так называемый «цифровой дивиденд»).
Радиостанции, скорее всего, будут использовать форматы
вещания DAB+ и T-DMB, что решит проблему эффективного использования РЧ полосы. (DMB является вариантом стандарта DAB,

∗ Заключительные акты Региональной конференции радиосвязи по планированию цифровой наземной радиовещательной службы в частях Районов
1 и 3 в полосах частот 174...230 МГц и 470...862 МГц (РКР-06)/МСЭ, Женева, 2006.