Radio Mundial Digital

Digital Radio Mondiale (DRM; mondiale siendo italiano y francés para "worldwide") es un conjunto de tecnologías de radiodifusión de audio diseñadas para funcionar en las bandas utilizadas actualmente para la radiodifusión analógica, incluida la radiodifusión AM, en particular, la onda corta, y la radiodifusión FM. DRM es más eficiente desde el punto de vista espectral que AM y FM, lo que permite que más estaciones, con mayor calidad, accedan a una determinada cantidad de ancho de banda, utilizando el formato de codificación de audio xHE-AAC. Varios otros códecs MPEG-4 y Opus también son compatibles, pero el estándar ahora especifica xHE-AAC.

Digital Radio Mondiale es también el nombre del consorcio internacional sin fines de lucro que ha diseñado la plataforma y ahora está promoviendo su presentación. Radio France Internationale, TéléDiffusion de France, BBC World Service, Deutsche Welle, Voice of America, Telefunken (ahora Transradio) y Thomcast (ahora Ampegon) participaron en la formación del consorcio DRM.

El principio de DRM es que el ancho de banda es el factor limitante y el poder de procesamiento de la computadora es barato; Las modernas técnicas de compresión de audio con uso intensivo de CPU permiten un uso más eficiente del ancho de banda disponible, a expensas de los recursos de procesamiento.

Características

DRM puede transmitir en frecuencias inferiores a 30 MHz (onda larga, onda media y onda corta), lo que permite la propagación de la señal a muy larga distancia. Los modos para estas frecuencias más bajas se conocían anteriormente como "DRM30". En las bandas de VHF, el término "DRM+" se utilizó. DRM+ puede usar espectros de transmisión disponibles entre 30 y 300 MHz; generalmente esto significa banda I (47 a 68 MHz), banda II (87,5 a 108 MHz) y banda III (174 a 230 MHz). DRM se ha diseñado para poder reutilizar partes de las instalaciones de transmisores analógicos existentes, como antenas, alimentadores y, especialmente para DRM30, los propios transmisores, evitando nuevas inversiones importantes. DRM es robusto contra el desvanecimiento y la interferencia que a menudo plagan la transmisión convencional en estos rangos de frecuencia.

La codificación y decodificación se pueden realizar con procesamiento de señales digitales, de modo que un sistema integrado de bajo costo con un transmisor y receptor convencionales puede realizar la codificación y decodificación bastante compleja.

Como medio digital, DRM puede transmitir otros datos además de los canales de audio (datacasting), así como metadatos de tipo RDS o datos asociados a programas, como lo hace la transmisión de audio digital (DAB). Los servicios DRM se pueden operar en muchas configuraciones de red diferentes, desde un modelo AM tradicional de un solo servicio y un transmisor hasta un modelo de múltiples servicios (hasta cuatro) de múltiples transmisores, ya sea como una red de frecuencia única (SFN) o multi- red de frecuencias (MFN). También es posible el funcionamiento híbrido, en el que el mismo transmisor ofrece simultáneamente servicios analógicos y DRM.

DRM incorpora tecnología conocida como funciones de advertencia de emergencia que pueden anular otra programación y activa las radios que están en modo de espera para recibir transmisiones de emergencia.

Estado

El estándar técnico está disponible de forma gratuita en el ETSI y la ITU ha aprobado su uso en la mayor parte del mundo. La aprobación para la región 2 de la UIT está pendiente de enmiendas a los acuerdos internacionales existentes. La transmisión inaugural tuvo lugar el 16 de junio de 2003 en Ginebra, Suiza, en la Conferencia Mundial de Radio de la UIT.

Las emisoras actuales incluyen All India Radio, BBC World Service, funklust (anteriormente conocida como BitXpress), Radio Exterior de España, Radio New Zealand International, Vatican Radio, Radio Romania International y Radio Kuwait.

Hasta ahora, los receptores DRM solían utilizar una computadora personal. Algunos fabricantes han introducido receptores DRM que hasta ahora se han mantenido como productos de nicho debido a la selección limitada de transmisiones. Se espera que la transición de las emisoras nacionales a los servicios digitales en DRM, en particular All India Radio, estimule la producción de una nueva generación de receptores asequibles y eficientes.

Chengdu NewStar Electronics ofrece el DR111 desde mayo de 2012 que cumple con los requisitos mínimos para receptores DRM especificados por el consorcio DRM y se vende en todo el mundo.

El Servicio General de Ultramar de All India Radio transmite diariamente en DRM a Europa Occidental en 9,95 MHz de 17:45 a 22:30 UTC. All India Radio está en proceso de reemplazar y restaurar muchos de sus transmisores AM domésticos con DRM. El proyecto que comenzó en 2012 está programado para completarse durante 2015.

La British Broadcasting Corporation BBC probó la tecnología en el Reino Unido al transmitir BBC Radio Devon en el área de Plymouth en la banda MF. El juicio duró un año (abril de 2007 - abril de 2008). La BBC también probó DRM+ en la banda de FM en 2010 desde la estación de transmisión de Craigkelly en Fife, Escocia, en un área que incluía la ciudad de Edimburgo. En esta prueba, se reemplazó un transmisor FM de 10 kW (ERP) por un transmisor DRM+ de 1 kW en dos modos diferentes y se comparó la cobertura con FM. Digital Radio Mondiale se incluyó en la consulta de Ofcom de 2007 sobre el futuro de la radio en el Reino Unido para la banda de onda media AM.

RTÉ también ha realizado pruebas nocturnas de programas únicos y múltiples durante un período similar en el transmisor LW de 252 kHz en Trim, condado de Meath, Irlanda, que se actualizó para admitir DRM después del cierre de Atlantic 252.

El Instituto Fraunhofer para circuitos integrados IIS ofrece un paquete para radios definidas por software que se puede licenciar a los fabricantes de radios. Paquete de software para autorradios con DRM – Digital Radio Mondiale

Regulación internacional

El 28 de septiembre de 2006, el regulador australiano del espectro, la Autoridad Australiana de Comunicaciones y Medios, anunció que había "embargado las bandas de frecuencia potencialmente adecuadas para su uso por parte de los servicios de radiodifusión que utilizan Digital Radio Mondiale hasta que se pueda planificar el espectro". completado" "esas bandas siendo "5,950–6,200; 7100–7300; 9500–9900; 11.650–12.050; 13.600–13.800; 15.100–15.600; 17.550–17.900; 21 450–21 850 y 25 670–26 100 kHz.

La Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos establece en 47 CFR 73.758 que: "Para emisiones moduladas digitalmente, se empleará el estándar Digital Radio Mondiale (DRM)." La parte 73, sección 758 es solo para transmisión de HF.

Resumen tecnológico

Codificación de fuente de audio

Las tasas de bits útiles para DRM30 varían de 6,1 kbit/s (Modo D) a 34,8 kbit/s (Modo A) para un ancho de banda de 10 kHz (±5 kHz alrededor de la frecuencia central). Es posible lograr tasas de bits de hasta 72 kbit/s (Modo A) utilizando un canal ancho estándar de 20 kHz (±10 kHz). (A modo de comparación, la HD Radio digital pura puede transmitir 20 kbit/s usando canales de 10 kHz de ancho y hasta 60 kbit/s usando canales de 20 kHz). La tasa de bits útil también depende de otros parámetros, como:

• robustez deseada a errores (codificación del terrorismo)
• energía necesaria (sistema de modulación)
• robustez con respecto a las condiciones de propagación (producción multipática, efecto doppler), etc.

Cuando DRM se diseñó originalmente, estaba claro que los modos más robustos ofrecían una capacidad insuficiente para el formato de codificación de audio de última generación MPEG-4 HE-AAC (codificación de audio avanzada de alta eficiencia). Por lo tanto, el estándar se lanzó con la opción de tres sistemas de codificación de audio diferentes (codificación de fuente) según la tasa de bits:

• MPEG-4 HE-AAC (High Efficiency Advanced Audio Coding). AAC es un codificador perceptual adecuado para la voz y la música y la alta eficiencia es una extensión opcional para la reconstrucción de frecuencias altas (SBR: réplica de ancho de banda espectral) y imagen estéreo (PS: Parametric Stereo). Las frecuencias de muestreo de 24 kHz o 12 kHz se pueden utilizar para el núcleo AAC (no SBR) que corresponden respectivamente a 48 kHz y 24 kHz al utilizar el oversampling SBR.
• MPEG-4 CELP que es un codificador paramétrico adecuado para la voz solamente (vocoder) pero que es robusto a los errores y necesita una pequeña tasa de bits.
• MPEG-4 HVXC que es también un codificador paramétrico para programas de habla que utiliza un bitrate aún más pequeño que CELP.

Sin embargo, con el desarrollo de MPEG-4 xHE-AAC, que es una implementación de MPEG Unified Speech and Audio Coding, se actualizó el estándar DRM y se reemplazaron los dos formatos de codificación solo de voz, CELP y HVXC. USAC está diseñado para combinar las propiedades de un habla y una codificación de audio general de acuerdo con las restricciones de ancho de banda y, por lo tanto, es capaz de manejar todo tipo de material de programa. Dado que hubo pocas transmisiones CELP y HVXC al aire, la decisión de eliminar los formatos de codificación de solo voz se aprobó sin problemas.

Muchas emisoras todavía usan el formato de codificación HE-AAC porque aún ofrece una calidad de audio aceptable a tasas de bits superiores a 15 kbit/s. Sin embargo, se anticipa que en el futuro, la mayoría de las emisoras adoptarán xHE-AAC.

Obra

Opus es un códec de código abierto que no está incluido en el estándar DRM, pero que suele ser compatible con implementaciones de software populares. Además de las ventajas técnicas percibidas sobre la familia MPEG, como la baja latencia (retraso entre la codificación y la decodificación), el códec no tiene regalías y no está sujeto a licencias de patentes. Actualmente, los fabricantes de equipos pagan regalías por incorporar los códecs MPEG.

• Desde la versión 2.1, Dream puede transmitir usando el formato Opus.
• Spark soporta transmisiones CELT, que es un subconjunto de Opus.

Desafortunadamente, Opus tiene una calidad de audio sustancialmente más baja que xHE-AAC a tasas de bits bajas, lo cual es clave para conservar el ancho de banda. De hecho, a 8 Kbps, Opus suena peor que la radio analógica de onda corta. Un video que muestra la comparación entre Opus y xHE-AAC está disponible aquí.

Ancho de banda

La transmisión DRM se puede realizar utilizando una selección de diferentes anchos de banda:

• 4.5 kHz. Permite a la emisora hacer un simulcast y utilizar la zona de banda inferior de un canal de raster 9 kHz para AM, con una señal DRM de 4.5 kHz que ocupa la zona tradicionalmente tomada por la banda superior. Sin embargo, la velocidad de bits resultante y la calidad de audio no es buena.
• 5 kHz. Permite a la emisora hacer un simulcast y utilizar la zona de banda inferior de un canal de 10 kHz para AM, con una señal DRM de 5 kHz que ocupa la zona tradicionalmente tomada por la banda superior. Sin embargo, la velocidad de bits resultante y la calidad de audio es marginal (7.1–16.7 kbit/s para 5 kHz). Esta técnica se puede utilizar en las bandas de onda corta en todo el mundo.
• 9 kHz. Ocupa la mitad del ancho de banda estándar de una región 1 canal de transmisión de onda larga o media.
• 10 kHz. Ocupa la mitad del ancho de banda estándar de un canal de transmisión regional 2 y podría utilizarse para simulcast con canal de audio analógico restringido a NRSC5. Ocupa un canal completo de transmisión de onda corta en todo el mundo (de 14.8 a 34.8 kbit/s).
• 18 kHz. Ocupa ancho de banda completo de región 1 canales de onda larga o media según el plan de frecuencia existente. Esto ofrece una mejor calidad de audio.
• 20 kHz. Ocupa el ancho de banda completo de la región 2 o región canal 3 AM según el plan de frecuencia existente. Esto ofrece la más alta calidad de audio de la norma DRM30 (de 30.6–72 kbit/s).
• 100 kHz para DRM+. Este ancho de banda se puede utilizar en la banda I, II, y III y DRM+ puede transmitir cuatro programas diferentes en este ancho de banda o incluso un canal de vídeo digital de baja definición.

Modulación

La modulación utilizada para DRM es multiplexación por división de frecuencia ortogonal codificada (COFDM), donde cada portadora se modula con modulación de amplitud en cuadratura (QAM) con una codificación de error seleccionable.

La elección de los parámetros de transmisión depende de la robustez de la señal deseada y de las condiciones de propagación. La señal de transmisión se ve afectada por el ruido, la interferencia, la propagación de ondas de trayectos múltiples y el efecto Doppler.

Es posible elegir entre varios esquemas de codificación de errores y varios patrones de modulación: 64-QAM, 16-QAM y 4-QAM. La modulación OFDM tiene algunos parámetros que deben ajustarse según las condiciones de propagación. Este es el espaciado de la portadora que determinará la robustez frente al efecto Doppler (que provoca desplazamientos de frecuencia, dispersión: dispersión Doppler) y el intervalo de protección OFDM que determina la robustez frente a la propagación por trayectos múltiples (que provoca compensaciones de retardo, dispersión: dispersión de retardo). El consorcio DRM ha determinado cuatro perfiles diferentes correspondientes a las condiciones típicas de propagación:

• R: Canal Gaussiano con muy poca propagación multipática y efecto Doppler. Este perfil es adecuado para la radiodifusión local o regional.
• B: canal de propagación multipática. Este modo es adecuado para la transmisión de rango medio. Hoy en día se utiliza con frecuencia.
• C: similar al modo B, pero con mejor robustez a Doppler (más espaciamiento de portador). Este modo es adecuado para la transmisión de larga distancia.
• D: similar al modo B, pero con una resistencia a la propagación de grandes demoras y Doppler se extendió. Este caso existe con condiciones de propagación adversas en transmisiones de muy larga distancia. La tasa útil de bits para este perfil se disminuye.

La compensación entre estos perfiles se encuentra entre la robustez, la resistencia con respecto a las condiciones de propagación y las tasas de bits útiles para el servicio. Esta tabla presenta algunos valores en función de estos perfiles. Cuanto mayor sea la distancia entre portadoras, más resistente será el sistema al efecto Doppler (propagación Doppler). Cuanto mayor sea el intervalo de guarda, mayor será la resistencia a errores largos de propagación por trayectos múltiples (difusión de retardo).

La información digital de baja tasa de bits resultante se modula usando COFDM. Puede funcionar en modo simulcast cambiando entre DRM y AM, y también está preparado para enlazar con otras alternativas (por ejemplo, servicios DAB o FM).

DRM has been tested successfully on short wave, medium wave (with 9 as well as 10 kHz channel spacing) and longwave.

También hay una versión de DRM de comunicación bidireccional de menor ancho de banda como reemplazo de las comunicaciones SSB en HF; tenga en cuenta que no es compatible con la especificación oficial de DRM. Es posible que en el futuro la versión DRM de ancho de banda de 4,5 kHz utilizada por la comunidad de radioaficionados se fusione con la especificación DRM existente.

El software Dream recibirá las versiones comerciales y también el modo de transmisión limitada utilizando el codificador FAAC AAC.

Codificación de errores

La codificación de errores se puede elegir para que sea más o menos robusta.

Esta tabla muestra un ejemplo de tasas de bits útiles según las clases de protección:

• Perfiles de propagación de OFDM (A o B)
• modulación del transportista (16QAM o 64QAM)
• y ancho de banda del canal (9 o 10 kHz)

Cuanto menor sea la clase de protección, mayor será el nivel de corrección de errores.

DRM+

Si bien el estándar DRM inicial cubría las bandas de transmisión por debajo de 30 MHz, el consorcio DRM votó en marzo de 2005 para comenzar el proceso de extensión del sistema a las bandas VHF hasta 108 MHz.

El 31 de agosto de 2009, DRM+ (Modo E) se convirtió en un estándar de transmisión oficial con la publicación de la especificación técnica por parte del Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicaciones; esta es efectivamente una nueva versión de toda la especificación DRM con el modo adicional que permite la operación por encima de 30 MHz hasta 174 MHz.

Se utilizan canales de ancho de banda más amplio, lo que permite que las estaciones de radio utilicen tasas de bits más altas, lo que proporciona una calidad de audio superior. Un canal DRM+ de 100 kHz tiene capacidad suficiente para transmitir un canal de TV móvil de baja definición de 0,7 megabit/s de ancho: sería factible distribuir TV móvil a través de DRM+ en lugar de DMB o DVB-H. Sin embargo, DRM+ (DRM Modo E), tal como está diseñado y estandarizado, solo proporciona tasas de bits entre 37,2 y 186,3 kbit/s según el nivel de robustez, utilizando modulaciones 4-QAM o 16-QAM y un ancho de banda de 100 kHz.

DRM+ se probó con éxito en todas las bandas de VHF y esto le da al sistema DRM el uso de frecuencia más amplio; se puede utilizar en la banda I, II (banda FM) y III. DRM+ puede coexistir con DAB en la banda III. La UIT ha publicado tres recomendaciones sobre DRM+, conocidas en los documentos como Sistema Digital G. Esto indica la introducción del sistema DRM completo (DRM 30 y DRM+). Rec. UIT-R. BS.1114 es la recomendación de la UIT para la transmisión de sonido en el rango de frecuencia de 30 MHz a 3 GHz. DAB, HD-Radio e ISDB-T ya fueron recomendados en este documento como Sistemas Digitales A, C y F, respectivamente.

En 2011, la organización paneuropea Community Media Forum Europe recomendó a la Comisión Europea que DRM+ debería usarse para transmisiones a pequeña escala (radio local, radio comunitaria) que DAB/DAB+.