Bude se skutečně vysílat v T-DAB?
Již více než deset let se v souvislosti s vizí pozemního rozhlasového digitálního vysílání zmiňuje pouze systém T-DAB. Za oněch více než deset let se však technologický vývoj posunul značně kupředu. Systémů, které mohou splnit úkol přenosu rozhlasového vysílání k posluchačům stejně dobře nebo lépe, případně výhodněji, se dnes nabízí celá řada. V seriálu několika článků bych se rád zaměřil na představení jejich hlavních principů, parametrů a samozřejmě výhod či nevýhod.
Tento první článek bych rád věnoval postavení VKV-FM rozhlasu v dnešním světě médií, jeho vlastnostem a nedostatkům. Na závěr jsem přichystal zhodnocení, zdali vůbec nějaký digitální systém potřebujeme, následované shrnutím požadavků na takový digitální systém.
Historický exkurz do FM pásma
Rozhlasové vysílání využívá pásma dlouhých, středních a krátkých vln (tzv. klasická rozhlasová pásma v rozsahu cca 150 kHz až 30 MHz). Vysílání v těchto pásmech se k posluchačům nese na často na velké vzdálenosti především prostřednictvím amplitudové modulace, digitální vysílání na dlouhých vlnách se zde již, ale velmi zvolna, rozvíjí v podobě systému DRM – http://www.drm.org. V České republice klasicky vysílá zbytek výkonnějších AM vysílačů ve službách Českého rozhlasu. Signál těchto vysílačů se dostává i do končin, kde VKV-FM vysílání, natož televizní vysílání ve vyšších kmitočtových pásmech, nemá šanci. Sice pokrývá zlomek lidí, kteří třeba vlastní jen AM přijímač, ale nesporně má také strategickou roli – přidělené dlouhovlnné a středovlnné kmitočty pokrývající značnou část Evropy jsou přírodním bohatstvím, které by, pokud je opustíme, mohl v technologicky pokročilejším období využívat někdo jiný.Mobilnímu příjmu rádia zatím přeje jen analog
Za rozhlasové vysílání považujme přiměřeně kvalitní přenos stereofonního zvukového signálu z rozhlasového studia k uším posluchače. Oproti času před 10 až 20 lety máme dnes možnost využívat spoustu jiných kanálů, jak se dostat k signálu oblíbené stanice, než jen prostřednictvím VKV-FM. Tyto kanály jsou oproti VKV od začátku dostupnosti digitální – jedná se především o příjem v podobě internetového streamovaného vysílání, satelitního příjmu DVB-S přes družici, kabelového příjmu DVB-C a v neposlední řadě v podobě pozemního digitální příjmu v televizních multiplexech DVB-T, to vše často prostřednictvím reproduktorů kvalitního Hi-Fi audio systému.
Všechny tyto metody ale mají jednoho společného jmenovatele – dají se pohodlně používat pouze doma, v kanceláři nebo ve škole. Jakmile se vzdálíme z těchto míst, možnosti využití zmíněných systémů se vytrácejí, nebo alespoň komplikují. Z plnotučného několika megabitového domácího internetového připojení se stává mobilní připojení o rychlosti sotva desítek kbit/s, DVB-T terminál v kapse zase proklatě hřeje, nezřídka si při rychlejším pohybu mezi domy škytne a zanedlouho se poroučí do věčných lovišť, tedy alespoň do nejbližšího dobití baterie.
Ukázka příjmu FM vysílání pražského Radia 1 prostřednictvím mobilního telefonu s analogovým tunerem (Foto: Karel Mikuláštík; snímek kliknutím zvětšíte)
Není tedy divu, že si na palubě automobilu, autobusu, tramvaje, vlaku…, procházce se psem nebo na túře svůj oblíbený hudební pořad nebo zpravodajskou relaci poslechneme nejpravděpodobněji prostřednictvím přijímače VKV-FM. Jak by taky ne – téměř každý automobil je takovým přijímačem vybaven a pro významnou část aktuálně prodávaných mobilních telefonů je FM přijímač samozřejmostí. Mimochodem: tolik lidí jako dnes nikdy předtím nebylo vybaveno kapesním rozhlasovým přijímačem.
Jak vzniklo vysílání na VKV
Zkratka VKV-FM je českým specifikem – VKV značí použití vlnového rozsahu velmi krátkých vln (obecně 30 – 300 MHz), FM pak signalizuje použitou hlavní modulaci nosné vlny. VKV vysílání u nás začalo na konci padesátých let minulého století viz např. tento článek na webu Rozhlas.cz, nepatrně později již bylo možné vysílat stereofonně a v devadesátých letech začaly stanice hojně využívat RDS (Radio Data System) k přenosu jednoduchých textových informací na display kompatibilních přijímačů. Přidělené kmitočtové pásmo 87.5 MHz až 108 MHz (používané v drobných obměnách po celém světě) v sobě spojuje výhody dostatečně vysoké frekvence z pohledu velikosti antén i jejich náhražek a zároveň relativně nízkého kmitočtového pásma z pohledu šíření radiových vln.
Oproti amplitudové modulaci používané od počátků rozhlasového vysílání ve 20. letech 20. století je FM modulace z principu významně odolnější proti atmosférickému, průmyslovému a jinému rušení. Díky vyššímu kmitočtovému pásmu mohou jednotlivé vysílače používat širší frekvenční kanály, takže přenášené kmitočty akustického pásma pokrývají většinu slyšitelných kmitočtů a umožňují dostatečný dynamický rozsah přenášeného signálu. V porovnání s přenosem obrazu v televizním vysílání (analogovém i digitálním), kde se obraz musí vždy rozdělit na jednotlivé řádky a body, čímž je nevratně degradován, je možné zvuk přenášet v podmínkách VKV-FM relativně věrně ve vztahu k realitě. Při dobrých příjmových podmínkách se tak dá z pohledu zvukového dojmu systému VKV-FM jen málo co vytknout.
Klasický analogový příjem rádia prostřednictvím FM pásma (Foto: Karel Mikuláštík; snímek kliknutím zvětšíte)
Analogové šumění jako duchy u televize
Ve srovnání s vlastnostmi digitálních systémů však VKV-FM rozhlas trpí podobnými symptomy jako analogová televize. Horší signálové podmínky se samozřejmě projevují jako méně či více rušivý šum na pozadí poslouchaného pořadu nebo hudby. Vícecestné šíření signálu, které se u analogové televize projevuje duchy, u rozhlasu působí v lepším případě zhoršení stereofonního efektu, v horším případě dochází ke zkreslení přenášeného zvuku. Ztrátu stereofonního příjmu bych přirovnal ke ztrátě barevné informace u obrazu. Starší FM přijímače při horším a horším příjmu více a více šuměly při zachování stereoefektu. Posluchač měl možnost se rozhodnout, zda-li přijímač nuceně nepřepne do módu MONO. Moderní přijímače (založené patrně na univerzálním modulu) automaticky podle úrovně signálu snižují oddělení obou audio kanálů, tak aby šum maximálně omezily, ovšem za cenu ztráty prostorového vjemu.
Na rozdíl od televizního vysílání, kde každý vysílač zabírá frekvenční spektrum pouze „svého“ přiděleného televizního kanálu a dá se tak vysílat na sousedních kanálech i z jediného vysílače, rozhlasovým stanicím v pásmu VKV-FM je sice možné přidělovat kmitočty po krocích 100 kHz, avšak šířka spektra signálu jednoho vysílače bývá 120 – 150 kHz. Různě kvalitní přijímače si pak „poradí“ s příjmem vysílačů kmitočtově vzdálených minimálně o 200 kHz, většinou však o 300 kHz. V jedné oblasti by se měl dodržet rozestup kmitočtů minimálně 400 kHz, což je v dnešní době dokrývačového šílenství naprostá utopie. Realitou tak bývá, že posluchač s trochu horším vybavením má možnost poslouchat několik stanic z vysílačů, které má na přímý dohled a nic jiného neslyší, protože tyto blízké vysílače v lepším případě přehluší slabší stanice v blízkosti jejich kmitočtů, v horším případě rovnou zahltí vstup přijímače tak, že slabší a vzdálenější a mnohdy tématicky zajímavější stanice jsou kompletně utopeny ve změti smíchaných signálů silných blízkých stanic.
U analogové televize platí, že čím horší signál, tím obraz více zrní a zvuk šumí. Podobné to je u analogových rádií – i při hodně špatném signálu je cosi slyšet, ale zvuk je znehodnocen šuměním. (Na obrázku je část spotu televize Nova k vypínání analogového vysílání na Domažlicku)
Jaké jsou výhody pozemního vysílání?
Kvalitní přenos hudby velmi často značně degraduje nastavení modulačních procesorů ve vysílacím řetězci. Nejen popová rádia komprimují dynamiku vysílaného zvukového signálu, případně mění průběh jeho nízkofrekvenční charakteristiky. Výsledkem je hlasitý, často nabasovaný signál, který nedá prakticky prostor vyniknout šumu – tiché pasáže prostě neexistují. Rozhlasová stanice tak zní i na tom nejposlednějším tranzistoráku výrazně, i když co se zvuku týče nemá prakticky nic společného se zvukovým signálem, který opouští mixážní pult ve studiu. O tom, že signál takové stanice olizuje maximální povolenou šířku vysokofrekvenčního kanálu, ani nemluvě. Takovou stanici si na svém kvalitním audio systému nejspíš nepustíte.
Z pohledu možnosti příjmu je nejkritičtější poslech rozhlasových stanic prostřednictvím kapesních přijímačů, které používají jako anténu kabel od sluchátek.
Přežije rozhlasové vysílání šířené pozemními vysílači (ať už v analogové či digitální podobě)? Zaručeně ještě dlouhou dobu ano. Způsob pozemního vysílání tzv. broadcasting – tedy jednosměrné vysílání pro prakticky neomezený počet příjemců má přes jistou investiční náročnost některé nesporné výhody ve srovnání např. s internetovým šířením (unicast, multicast). Přijímací zařízení především nepotřebuje komunikovat, pouze pasivně zpracovává přijatý signál, čímž výrazně šetří energetické zdroje, což je zásadní výhoda především pro kapesní a přenosný příjem.
Ukázka příjmu zkušebního zemského digitálního rozhlasového vysílání Radia Wave po vypnutí analogové frekvence 100,7 MHz v Praze loni v září (Foto: Jan Potůček, DigiZone.cz)
V případě využití streamingu s tím spojené jakékoliv vysílání z kapsy zároveň znamená, že více než polovinu vysokofrekvenčního výkonu pohltí tkáně, ideálně pak srdce posluchače, zatímco výdrž baterie při stejném výsledku jako u broadcastingu řádově klesá. Vysílat pozemní cestou je však také v zájmu provozovatelů vysílání. Z vlastní zkušenosti vím, že pokud sedím za počítačem a vybírám si internetově šířené rádio, moje rozhodování, které zvolím (to jazzové z Paříže, nebo alternativní z Vídně či hitové z Německa …), je naprosto odlišné, než když ladím svůj FM přijímač – tj. zapnu krabičku a za jeden – dva stisky už něco hraje, a až tolik mě netrápí, co.
Digitální systém pro rozhlasové vysílání
Základním aspektem digitalizace je lepší využití dostupného frekvenčního prostoru a snížení energetické náročnosti vysílání. Následuje zlepšení kvality přenosu a rozšíření programové nabídky. Přechod na digitální způsob šíření signálu přináší z pohledu technologie zjevná ekonomická i ekologická pozitiva.
Od digitálního rozhlasového vysílání především očekávám více dostupných rozhlasových stanic na většině území ČR. Po technické stránce nebude problém pokrýt celoplošně většinu území téměř všemi stanicemi, které na našem území působí, tedy i těmi, které analogově vysílají jen lokálně nebo regionálně. Digitální systém nabídne srovnatelnou, případně lepší zvukovou kvalitu nezatíženou šumem, zkreslením zvuku a ztrátou stereoefektu.
Zkušební příjem zemského digitálního rozhlasového vysílání během testů, které probíhaly v roce 2005 v Praze u příležitosti konání World DAB fora (Foto: Karel Mikuláštík; snímek kliknutím zvětšíte)
Z vývoje broadcastingových i bezdrátových internetových systému je zjevné, že půjde o systém založený na modulačním principu OFDM (Ortogonální frekvenčně dělený multiplex), tj. systému s mnoha nosnými kmitočty – použitém například i v DVB-T. Systém založený na tomto principu umožňuje použít různé šířky pásma radiového kanálu, velmi dobře se vyrovnává s vícecestným šířením a umožňuje vytvářet jednofrekvenční sítě na větším území. Odvozené systémy používají několik úrovní modulace nosných a kanálového kódování.
Jak vybrat správný vysílací standard?
Vstupy pro výběr digitálního rozhlasového systému bude především požadovaný počet přenášených programů v jednom radiovém kanále (v jedné digitální síti), zvuková kvalita přenášených programů a požadavek na úroveň pokrytí. Maximální počet přenášených programů záleží na požadované úrovni zvukové kvality jednotlivých programů a zároveň na použitém zdrojovém kódování (např. MPEG-2 nebo AAC). Datová kapacita souvisí s úrovní protichybové ochrany kanálovým kódováním i použitou modulací. Kódování a modulace zase ovlivňuje parametry radiového signálu na vstupu přijímače nutné pro jeho správnou funkci: Odstup signálu od rušení – C/I (Carrier to Interference) potažmo citlivost, tj. minimální úroveň signálu. Citlivost přijímače zase ovlivní šířka zpracovávaného radiového kanálu. Na pokrytí má vliv výběr kmitočtového pásma – zvláště pak pro mobilní/přenosný příjem ve vztahu k použitelným anténám i Dopplerovu efektu za pohybu přijímače. Pro kapesní přístroje je důležitá nízká energetická náročnost obvodů zpracování signálu.
Pro systém bude klíčová cena vysílací technologie a dostupnost (finanční i vůbec fyzická) přijímačů všech kategorií. Česká republika bude tak jako tak závislé minimálně na okolních státech nebo celé EU.
Dostupné systémy pro pozemní digitální vysílání lze rozdělit podle šířky zabraného kmitočtového prostoru (spektra radiového kanálu) na:
- systémy se širším spektrem: T-DAB, DAB+, DVB-T, DVB-H, DVB-T2
- systémy s užším spektrem – DRM+, HD Radio, …
Těmto systémům se budeme podrobněji věnovat v dalších dílech tohoto digitálně-rozhlasového seriálu.
Autor spolupracuje s katedrou radioelektroniky ČVUT-FEL v Praze
ČLÁNKY DO MAILU