6.6. Основы методики проектирования и расчета систем НЦРВ

Возможность передачи радиовещательных (РВ) программ через ИЗС обсуждалась более четверти столетия. На ВАКР-79 была принята резолюция №505, в которой поддерживались проводимые технические эксперименты в диапазоне 1429...1525 МГц и отмечалась необходимость дальнейших исследований в этой области. Эти вопросы вновь обсуждались на конференциях ORB- 85 и ORB-88, но вопрос о выделении частот для BSS (спутниковые системы радиовещания) так и не был решен. МККР были продолжены и быстро завершены исследования технических характеристик спутниковой РВ системы для индивидуального приема на переносной и автомобильный приемники в диапазоне 500...2000 МГц. Расчеты показывали, что спутниковые РВ системы технически реализуемы и в них могут применяться различные системы модуляции.

С 1985 г. Европейский союз радиовещания (EBU) проводил обширные исследования в области определения осуществимости разрабатываемой прогрессивной системы ЦРВ (DAB) и ее эффективности при всех типах приема, включая мобильный, переносный и, конечно, стационарный. Первая публичная демонстрация DAB системы произошла в Женеве во время проходящей ORB- 88 (в 1988 г.). Бесспорно, эта демонстрация произвела огромное впечатление на делегатов Конференции. Несмотря на многие технические публикации EBU, многие делегаты были скептически настроены по отношению к осуществимости цифровой системы до тех пор, пока проведенное EBU тестирование приема на подвижном объекте, даже в самых тяжелых условиях, не показало отличных результатов.

В разд. 3.2 система НЦРВ была определена как система прямого спутникового цифрового звукового вещания с приемом сигнала на бытовой радиоприемник, хотя не исключено использование НЦРВ в качестве спутникового сегмента комбинированной НСС. В любом из этих вариантов система НЦРВ представляет собой радиовещательный передатчик, размещенный на орбите ИСЗ и работающий на антенну, "покрывающую" заданную часть (зону) поверхности Земли. По определению [92], зоной покрытия является территория, на которой выполняются условия радиовидимости ИСЗ и условия необходимого качества связи на линиях "вверх": Земля — ИСЗ и "вниз": ИСЗ — Земля. Необходимое качество связи предполагает, что ИСЗ создает в пределах указанной зоны необходимую ППМ у поверхности Земли.

С другой стороны, ранее зоной обслуживания передатчика была названа часть земной поверхности, ограниченной замкнутой кривой, в каждой точке которой с вероятностью не ниже заданной (полезная) напряженность поля сигнала Е, обеспечивает прием требуемого качества при наличии помех. В то же время, в теории спутниковой связи зона обслуживания — это та часть поверхности Земли, на которой могут располагаться земные станции (в частном случае— приемные установки) данной сети или системы НЦРВ и, следовательно, на которой должно быть гарантировано качественное предоставление соответствующей услуги. На этой территории не только должны быть выполнены все условия, определяющие зону покрытия, но и обеспечено соблюдение необходимой защиты от помех со стороны других (в том числе — спутниковых) радиосистем. Очевидно, что зона покрытия всегда охватывает зону обслуживания и превышает ее.

В системах НЦРВ возможно создание различных зон покрытия для направлений "вверх" и "вниз". Так, программа вещания может подаваться на ИСЗ из столицы государства и направляться от ИСЗ для обслуживания другой части его территории.

Размеры и форма (контур) зоны обслуживания определяются параметрами диаграммы направленности (ДН) передающей антенны ИСЗ. Обычно известен набор контуров — зон обслуживания, соответствующих постоянному уменьшению усиления передающей антенны бортового ретранслятора на — 2, — 4 дБ и т.д. относительно максимума в "точке прицеливания" оси ДН. Для обеспечения надлежащего качества услуги в пределах заданной зоны обслуживания осуществляется энергетический расчет линии спутник — Земля по направлениям, соединяющим ИСЗ с различными точками земной поверхности — в привязке к конкретным географическим координатам зоны обслуживания и долготой точки стояния геостационарного спутника. Если в системе НЦРВ используются спутники на эллиптических орбитах или круговых, отличных от ГО, то энергетический расчет должен проводиться с учетом их траектории и радиовидимости.

При проектировании сети НЦРВ зона обслуживания может формироваться как одной антенной с глобальным охватом, так и множеством парциальных лучей, создаваемых многолучевой антенной системой ИСЗ. Все ныне известные системы НЦРВ обслуживают, как правило, значительные территории, соизмеримые с размерами континентов. Свежим примером может служить антенная система ИСЗ AsiaStar системы World Space (рис. 3.16). В то же время в предложениях EBU для спутниковой системы НЦРВ [106, 120] обслуживаемая территория покрывается сотами, образованными множеством парциальных лучей, формируемых многолучевой антенной системой ИСЗ на ГО. Каждый такой луч способен создать зону обслуживания — близкую к круговой с диаметром, определяемым шириной ДН антенны и используемой частотой вещания (рис. 6.6). Примером таких зон обслуживания является также концепция системы MediaStar (разд. 3.10, рис. 3.17).

В 1992 г. ВАКР-92 объявила L-полосу (1452...1492 МГц) единственным участком спектра радиочастот для ведения цифровых радиопередач на всемирной основе. Для диапазона частот 1,5 ГГц в табл. 6.10 показана зависимость диаметра антенны (в метрах) для следующих размеров зон действия ИСЗ — значений ширины диаграммы направленности антенной системы по уровню -3 дБ [120]:

• 1' — зона действия ИСЗ, необходимая для обслуживания территории крупного региона (области, края, республики) России;

• 1,5' — зона действия ИСЗ соответствует обслуживанию территории целой группы регионов России;

• 3,5' — зона действия ИСЗ соответствует обслуживанию, например, территории Европейской части России или Западной Европы.

Выбирая размеры зон вещания — гиперсот сети НЦРВ, надо учитывать, что в каждой гиперсоле вещание осуществляется единым набором звуковых программ, а частоты вещания в смежных гиперсотах определяются в соответствии с параметром С (см. разд. 6.2) многочастотной сети.

Спутник АТ$-6 (США) имеет антенну диаметром 9 м. Разработка антенн диаметром до 20 м является перспективной и может рассматриваться как предел существующим технологическим возможностям. Поэтому при проектировании сетей НЦРВ можно ориентироваться на использование многолучевой антенной системы, формирующей парциальные лучи с шириной диаграммы направленности приблизительно 1' по уровню — 3 дБ в диапазоне 1,5 ГГц. Каждый такой луч создает гиперсоту, форма которой близка к круговой с диаметром 800...1000 км. Возможный вариант покрытия вещанием Европейской части России с помощью таких гиперсот приведен на рис. 6.7.

Точка стояния ИСЗ на геостационарной орбите выбирается вблизи середины (по долготе) зоны обслуживания, что обеспечивает максимальное значение углов места для приемных устройств". (В общем случае точка стояния ИСЗ определяется международным планом). Размеры Европейской части России составляют 43...76' северной широты и 27...60' восточной долготы. В соответствии с этим точку стояния ИСЗ следует выбрать равной 43,5' восточной долготы, при этом угол места изменяется в диапазоне от приблизительно 10' в районе Мурманска до 38' в районе Сочи; угол места для Москвы составляет 24 . В практическом плане следует ориентироваться на точки стояния ИСЗ на ГО, выделенные международным планом для России и используемые в первую очередь для обслуживания Европейской части страны. Речь идет о точках с координатами 40' и 53' восточной долготы.

Рассмотрим далее вариант простейшего энергетического расчета системы НЦРВ в предположении только стационарного приема [79, 84]. Прототипами могут служить системы, рассмотренные в разд. 3.10. Как отмечалось ранее (разд. 3.4 и 3.5, табл. 6.1), в этом случае в расчетах можно использовать модель ДСК.

• Кодирование источника. Параметры кодирования источника выбираются сообразуясь с заданными характеристиками услуги ЦРВ (см. разд. 2.2, 4.4 и 6.2). Затем определяется скорость цифрового потока на выходе кодера R,.

• Кодирование канала. В системе НЦРВ при кодировании канала, как правило, можно ограничиться использованием блочного корректирующего кода, например БЧХ (см. разд. 2.4). Выбор параметров кода — результат компромисса между желанием получить максимальный ЭВК и необходимостью увеличить скорость цифрового потока, а следовательно, и полосу передачи радиоканала.

Конкретизировать параметры соответствующего кода БЧХ (длину кода п, число поверочных  и информационных k символов, кодовую скорость R) можно, используя, например, кодообразующие числа z и q (здесь: z — любое целое число; q — количество ошибок, исправляемых кодом в блоке из п символов) [67]: n = 2' — 1; r = z х q; К = п — г; К = Мп. Полученные данные позволяют далее определить асимптотический выигрыш от кодирования (достигаемый при ОСШ hp=Е4И, ), обеспечиваемый заданным кодом (см. разд. 2.6): Реальный ЭВК (при умеренных значениях ОСШ) составляет приблизительно половину от этой величины. Найденное значение ЭВК используется при ориентировочном расчете энергетических характеристик канала, а кодовой скорости R — при вычислении суммарной (полной) скорости цифрового потока В,(см. разд. 2.1).

• Выбор сигналов и способа их демодуляции. Как отмечалось выше (см. разд. 3.10), в действующих системах НЦРВ предпочтение, как правило, отдается сигналам с квадратурной (четырехуровневой) относительной фазовой манипуляцией ОФМ-4. Часто используется когерентный демодулятор с квантованным на 8 уровней выходом, что позволяет реализовать декодер Витерби с мягким решением (см. разд. 2.7), обеспечивающий выигрыш приблизительно 2 дБ.

• Расчет энергетических характеристик. Исходным для расчета энергетических параметров спутниковой линии является значение требуемого (номинального) ОСШ (h,)Д,:

(по)ном = (по)расч + 0 + 10 19 В .

Здесь 0 — слагаемое, учитывающее энергетические потери, обусловленные не идеальностью характеристик аппаратуры (в расчетах систем с ВРК обычно принимают 0 = 4,0 дБ); В — кратность манипуляции фазы. Расчетное значение ОСШ на входе демодулятора (й,) определяется для заданного вида сигнала и типа демодулятора для (р, ) = 1 10 ...1 10 . При применении сигналов ОФМ-4 (В = 2) можно воспользоваться следующими приближенными соотношениями:

- для когерентного демодулятора:

 - для автокорреляционного демодулятора: Р, = 1,41х0,5 ехр (- hp). В основе энергетического расчета спутниковой радиолинии лежит определение требуемого значения отношения несущая/шум [НIШ] (отношение средней мощности модулированного

сигнала к спектральной плотности мощности шума, выраженное в дБГц) на входе демодулятора приемника, обеспечивающего заданное качество приема

где а — коэффициент запаса (обычно 1 дБ). Заметим, что в случае использования декодера Витерби с мягким решением величина ЭВК q должна быть увеличена на 2 дБ.

• Мощность бортового ретранслятора определяется из условия обеспечения энергетического баланса между мощностью полезной (излучаемой передатчиком с учетом характеристик передающей антенны и добротности приемной установки) и суммарной мощностью потерь — при условии обеспечения заданного качества приема на аналоговом выходе: В этой формуле все величины должны быть выражены в децибелах. Здесь обозначено: GДД- коэффициент усиления передающей антенны; GДД/Ts = GД, -10LgTs — добротность приемной установки — отношение усиления приемной антенны (в децибелах на частоте приема) к суммарной шумовой температуре установки — в децибелах относительно 1'К ), а k< = 1,3810" Вт/(Гц К) =  — 228,6 дБ.Вт/(Гц К) — постоянная Больцмана; LД L,, LД,, L,— энергетические потери: при распространении сигнала в свободном пространстве, дополнительные, в антенно-волноводных трактах ретранслятора и приемной установки, за счет влияния шумов в линии "вверх". Кроме k< и LД остальные величины в той или иной степени зависят от используемого диапазона частот. Например, в диапазоне 12 ГГц (Ки) порядок величин таков: (3= 37...40 дБ, (3/Тб = 3...16 дБ/К (для антенн с диаметром от 40 до 150 см соответственно), L. = 206 дБ, ( б = 2 дБ, а в диапазоне 1,5 ГГц (/): 6 — от приблизительно 25 дБ (при ширине ДН Зх8,5' — оценка по данным системы "Экран-М" в диапазоне 0,75 ГГц [92]) до 44 дБ (при ширине ДН парциального луча 1' [120]), GД, 23дБ(GДJTs 9,3дБ/К),1 =188дБ, Lд=ЗдБ, =2дБ.

• Оценка полосы передачи радиоканала при использовании ФМ (или ОФМ) сигналов с кратностью В может быть сделана по формуле (3.2): Л1 = R>/ (0,8 В).

6.7. О приемниках сигналов цифрового радиовещания

Основными факторами, влияющими на схемотехническую сложность бытового радиоприемника ЦРВ, являются способ передачи (одночастотный по методу ВРК-ИКМ-ФМ или многочастотный с модемом COFDM) и вариант приема (стационарный или подвижный). Очевидно, что наиболее простым в реализации является приемник системы с ВРК, работающий со стационарной направленной антенной, например в системе DSR (см. разд. 3.10). Структура такого приемника понятна из рис. 3.15. В качестве примера более сложного радиоприемного устройства на рис. 6.8 приведена структурная схема приемника, способного обеспечить непосредственный (т.е. мобильный) прием сигналов НЦРВ в условиях слабой многолучевости в многочастотной сети (см. выше).

В приемнике сигналы НЦРВ с выхода слабонаправленной антенны усиливаются в MLUY и подвергаются двойному преобразованию несущей частоты (супергетеродинный прием), что позволяет обеспечить возможность получения высокой (не менее 50 дБ) избирательности по зеркальному каналу. Необходимая избирательность по соседнему каналу (стволу) обеспечивается фильтрацией на второй промежуточной частоте. Сигнал с выхода первого смесителя СМ1 поступает в УПЧ1 и на АС, который определяет уровень сигнала на каждой из возможных несущих (3 или 7 для трех- или семичастотной сети, соответственно). В контроллере осуществляется сравнение этих уровней и, затем, настройка приемника по частоте (управление гетеродином Г2) на сигнал, уровень которого максимален. Сигнал с выхода УПЧ2 поступает на вход когерентного демодулятора сигналов ОФМ-4 (в состав демодулятора входят квадратурные перемножители, фильтры нижних частот, АЦП, ФВ, элементы устройства АРУ, УТС и УВН (ФД, ЦАП, ФНЧ и ГУН)). В отличие от традиционных демодуляторов с жестким решением, в рассматриваемом приемнике демодуляторы не содержат решающих устройств (вместо них используются АЦП для реализации мягкого решения). Поэтому выходным сигналом в каждом из квадратурных каналов является трехразрядный  на выходе АЦП.

Здесь используются следующие обозначения: МШУ — малошумящий усилитель, ПФ — полосовой фильтр, СМ — смеситель, Г — гетеродин, УПЧ — усилитель промежуточной частоты, АС— анализатор спектра, ФВ — фазовращатель, ФНЧ — фильтр нижних частот, ГУН — генератор, управляемый напряжением, АРУ — амплитудный детектор и ФНЧ устройства автоматической регулировки усиления, УТС — устройство тактовой синхронизации, АЦП — аналого-цифровой преобразователь, ФД — цифровой фазовый детектор, ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь, КМИ — корректор межсимвольных искажений, МП — мультиплексор, ДПМ — деперемежитель, ДПК — декодер помехоустойчивого кода, ДД— дифференциальный декодер, ДМП — демультиплексор, УМО — устройство маскирования ошибок, ДИ — декодер источника, УНЧ — усилитель низкой частоты, ПУ — пульт управления, К — контроллер, ЖКД — жидко-кристаллический дисплей.

Сигналы с выходов АЦП обрабатываются в корректоре КМИ, объединяются в мультиплексоре, подвергаются деперемежению в ДПМ, операциям помехоустойчивого декодирования по алгоритму Витерби с использованием мягкого решения в ДПК и дифференциального декодирования. На выходе ДПК вырабатывается однозначное решение о принятом символе (О или 1). Таким образом, на выходе ДД формируется единый цифровой поток, содержащий совокупность информационных, проверочных и специальных символов. В блоке ДМП осуществляется выделение по команде с пульта управления приемника интересующей потребителя звуковой программы. После осуществления демультиплексирования цифровой сигнал одной звуковой программы подвергается процедуре маскирования ошибок и поступает на вход декодера источника, где осуществляется восстановление (декомпрессирование) исходного звукового сигнала. Восстановленный в ДИ сигнал после цифро-аналогового преобразования фильтруется, усиливается и поступает на акустический преобразователь (громкоговоритель) моноканала. На ЖКД отражается информация, вводимая пользователем с пульта управления, а также различного рода дополнительная информация, передаваемая параллельно с сигналом звукового вещания.

В настоящее время существует много версий и фирм- изготовителей DAB-приемников [124,125]. Один из первых вариантов такого приемника описан в [19, 39]. Его укрупненная структурная схема изображена на рис. 6.9. Основной частью приемника, выполненного на комплекте интегральных схем фирмы PHILIPS, является канальный декодер SAA3500. Микросхема содержит смесителе, демодулятор COFDM и декодер с Коррекцией ошибок, обслуживающий до 64 субканалов..

Декодер обеспечивает:

• поддержку всех режимов работы DAB-радиопередачи;

• внутреннюю и внешнюю синхронизацию процессора;

• хранение во внутреннем буфере и обработку данных FIC;

• поддержку динамической реконфигурации мультиплексирования;

• стандартные входные и выходные интерфейсы.

Помимо канального декодера в состав приемника входят: входной радиомодуль — тюнер (TEA3570, UMA1022M, ТЕА3571), MPEG декодер (SAA2502), микропроцессор-контроллер (8051/ХА), декодер данных, ЦАП и интерфейс пользователя.

В настоящее время специализированные СБИС для DAB- приемников выпускаются рядом фирм. В частности, фирма BOSCH разработала СБИС 0-FIRE, которая позволяет построить однокристальный DAB-приемник.

6.8. Об охвате территории России высококачественным многопрограммным звуковым вещанием

Опыт внедрения стереофонического вещания в нашей стране показывает, что решить проблему ее полного охвата традиционными методами развития наземных средств вещания и каналов подачи программ нереально — потребуются десятки лет и огромные средства и ресурсы. Кроме того, наземные средства вещания никогда не обеспечат охват всей территории, в то время как для радиовещания это является обязательным условием. В немалой степени именно этим объясняется интерес в России к ЦРВ как к новой технологии звукового вещания, альтернативной существующей, в соответствии с которой высококачественное моно и стерео ОВЧ ЧМ вещание доступно лишь жителям приблизительно 90 достаточно крупных городов, где проживает менее половины населения страны. Существующая в последние годы тенденция отказа от эксплуатации убыточных линий проводного вещания в сельской местности также может пробудить в регионах России интерес к альтернативным системам звукового вещания.

Прогресс в этой области телекоммуникаций целесообразно связывать с непосредственным спутниковым вещанием (НЦРВ) при использовании относительно простого цифрового приемника со стационарной антенной и более сложного — при мобильном приеме в условиях прямой видимости ИСЗ. В дальнейшем, по мере развития системы и получения дивидендов ( услуга должна быть платной), это ограничение будет снято путем развертывания локальных сетей системы Т-DAB.

Достоинством такого подхода к развитию цифровой системы вещания является то обстоятельство, что система НЦРВ— помимо собственно вещательной функции — способна выполнять функцию распределительную, обеспечивая подачу высококачественных звуковых программ на все наземные передатчики- ретрансляторы. Последние в этом случае должны быть оснащены простой стационарной антенной (предположительно диапазона 1,5 ГГц) и тюнером (рис. 6.10). Цифрами на этом рисунке обозначены номера частот многочастотной наземной сети.

Системы НЦРВ имеют существенные преимущества перед наземными при передаче сигналов на большие расстояния. Среди них:

• минимальные сроки введения системы в действие;

• минимальные затраты на эксплуатацию технических средств;

• возможность охвата больших территорий;

• эффективность обслуживания территорий с малой плотностью населения.

Последние два особенно важны для условий Сибири и Дальнего Востока. Подобные системы ЦРВ могут быть созданы в настоящее время на базе перспективных стационарных ИСЗ типа Галс-Р (18/12 ГГц). Они обеспечат передачу сигналов центральных и региональных программ ЦРВ на стационарные приемники с антеннами диаметром 0,45...0,9 м для коллективного и индивидуального приема совместно с сигналами ТВ.

Индивидуальный прием сигналов НЦРВ на мобильные приемники проблематичен, прежде всего вследствие низкой надежности приема при отсутствии видимости спутника и затенении в городских условиях, на пересеченной и лесистой местности, а также при расположении приемника в высоких широтах, что характерно для большей части России. Поэтому современные версии систем НЦРВ (см. разд. 3.10), ориентированные на использование геостационарных ИСЗ, в принципе не могут решить проблему непосредственного радиоприема в высокоширотных областях России. Большой интерес в плане обслуживания этих регионов вызывает подход, связанный с использованием специальной группировки спутников на средневысотных орбитах [47]. Это, фактически, развитие идей Европейского проекта консорциума Eureka 147 S-DAB/ MediaStar. Такой подход признается специалистами весьма актуальным тем более, что в стране есть опыт создания и эксплуатации ИСЗ типа "Молния". Однако реализация подобных проектов потребует больших капитальных затрат  и явится серьезным испытанием для чиновников высокого и среднего уровня. Поэтому в ближайшее время мобильный прием возможен лишь с помощью наземных аналоговых систем передачи в выделенных ранее диапазонах 66..74 МГц и 88...108 МГц. На смену должны прийти одночастотные сети на базе системы '

Т-DAB.

Построение таких сетей, видимо, целесообразно на территориях с высокой плотностью населения, поскольку максимальное разнесение передатчиков при работе в одночастотной сети уменьшается от 96 км в диапазоне ОВЧ до 12 км — в диапазоне УВЧ. Помимо вынужденно высокой плотности размещения передатчиков (что трудно считать достоинством), в сети SFN передается один и тот же набор звуковых программ. Очевидно, что это не всегда удобно, а во многих случаях и неприемлемо. Для России с учетом ее размеров и заселенности территорий подобное решение не сможет кардинально улучшить положение с высоко- качественным многопрограммным звуковым вещанием. Этот улучшение коснется лишь крупных городов, где проблема с качественным вещанием не стоит так остро.

На первом этапе внедрения ЦРВ в России может быть реализована комбинированная наземно-спутниковая система с ретрансляцией программ наземными станциями ОВЧ ЧМ вещания. В этом случае цифровой спутниковый сегмент может выполнять функции системы распределения программ ЗВ по территории страны. При этом на космической радиолинии (в спутниковом сегменте НСС) может использоваться хорошо отработанная последовательная передача цифровых звуковых сигналов, а наземная аналоговая система обеспечит подачу программ на существующие приемники. Позже должна происходить постепенная замена ЧМ вещания на ЦРВ (по технологии Т-DAB) по мере создания необходимых условий и технических средств. В зависимости от конкретных условий (сельская местность, города и поселки с малоэтажной застройкой, города с многоэтажной застройкой, горная местность и т.д.) могут использоваться одночастотные сети с различными размерами зон обслуживания, конфигурацией размещения передатчиков и с применением направленных пере- дающих антенн при высоком их подъеме.

Большинство радиослушателей, проживающих в крупных городах, весьма редко слушают радио, настраиваясь на радио- вещательные станции, работающие в "классических" диапазонах длинных, средних и коротких волн — качество вещания здесь, мягко говоря, оставляет желать лучшего, да и большинство работающих здесь станций дублируют свои передачи в ЧМ формате в метровом диапазоне волн. Однако крупные города (а их в стране около 90) это еще не вся Россия!

Другая Россия — в смысле возможности принимать радиовещательные программы хотя бы с качеством ОВЧ ЧМ вещания— начинается в нескольких десятках километров от административных центров, где практически невозможно (даже в Европейской части России!) принять с хорошим качеством эфирную программу на бытовой приемник. В этих условиях система DRM (наряду с некоторыми вариантами системы НЦРВ) вполне могла бы стать "радио для всего народа". Уверенности в этом придает успешное участие российских организаций в работе консорциума DRM, а именно Российской государственной радиовещательной компании Голос России" и ФГУП РТРС. О возможностях и опыте ГРК Голос России" говорит, например, тот факт, что компания занимает третье место в рейтинге крупнейших радиовещателей мира после ВВС и Топоса Америки", вещая на 32 языках в 160 странах мира. ([28, 29, 35, 36, 38, 50, 82,84, 89, 91-93, 96, 120])

6.9. О планах внедрения цифрового радиовещания в России

Международная кооперация в области телекоммуникаций становится определяющим элементом национальной технической политики России. Так, Постановлением правительства РФ (от 26 мая 2000 г. №413) определено, что при внедрении перспективных радиотехнологий в России приоритетом обладают технологии общеевропейских стандартов. Однако законодательство России в области телекоммуникаций и национальная Таблица распределения полос частот между различными радиослужбами в силу исторических причин до сих пор существенно отличаются от европейских. Это серьезно тормозит вхождение страны в единое европейское телекоммуникационное пространство. Существуют также проблемы, связанные с выделением полос частот для ряда новых технологий, разработкой нормативно-правовых документов и проведением в стране маркетинговых исследований, которые должны определить востребованность в ближайшем будущем в России современных услуг связи [7, 8].

Проблема развития в стране цифрового радиовещания имеет две составляющие (что, кстати, следует со всей очевидностью из материалов книги): перевод на цифровые методы вещания на длинных, средних и коротких волнах (т.е. на частотах ниже 30 МГц) и внедрение ЦРВ в диапазоне частот выше 30 (реально выше 200) МГц.

В соответствии с вышеупомянутым Постановлением правительства РФ на территории России должна развиваться система Т-DAB в полосах ОВЧ диапазона. Развитие ЦРВ и цифрового ТВ вещания должно рассматриваться в комплексе как взаимоувязанный процесс. В частности, существующие перспективные планы внедрения наземного ТВ вещания DVB-Т предусматривают постепенное высвобождение полосы 174...230 МГц аналогового ТВ вещания и использование освободившегося частотного ресурса для цифрового радиовещания в формате Т-DAB. Однако для широкомасштабного внедрения Т-DAB должен быть решен вопрос

7. О НЕКОТОРЫХ ПРОБЛЕМАХ ВНЕДРЕНИЯ ЦИФРОВОГО РАДИОВЕЩАНИЯ

"Всегда, прежде чем может быть возведено что- mo новое, должен быть поколеблен уже существующего". Это утверждение Стефана Цвейга, по нашему мнению, характеризует ситуацию, сложившуюся в отрасли в связи с необходимостью внедрения цифрового радиовещания. Действительно, на повестке дня стоит адаптация европейских стандартов к российским условиям, подготовка соответствующих нормативных документов — при том, что преобладающее большинство отечественных стандартов в области вещания безнадежно устарело. Поскольку тенденция совершенствования услуг электросвязи заключается, в частности, в их сертификации, создании систем менеджмента качества предприятий, предоставляющих услуги, то целесообразен подход к цифровому радиовещанию как к перспективной многофункциональной услуге. Предварительные сведения по этому вопросу были изложены в разд. 1.4. В заключительной главе книги рассматриваются некоторые проблемы, от решения которых в немалой степени зависит успех внедрения цифрового радиовещания в стране. Ключом к успеху здесь может явиться сертификация новой услуги, поскольку сертификация потребует решения всего комплекса вопросов по созданию сети вещания и системы контроля потребительского качества услуги.

Вопрос о контроле потребительского качества услуг радиовещания, по нашим данным, всерьез (т.е. на уровне разработки нормативных документов) никогда не рассматривался. Объясняется это исторически сложившимися реалиями. Критический анализ основных нормативных документов, регламентирующих радиовещание, показывает их явную недостаточность для осуществления такого контроля. Так, в соответствии с ГОСТ 11515-91 [16] нормированию и, следовательно, контролю подлежит лишь участок электрического канала ЗВ от источника сигнала до антенны передатчика. Заявлять об оказании услуги эфирного радиовещания и при этом гарантировать лишь излучение радиоволн — равно- сильно признанию факта выстрела примерно в направлении мишени с гарантией попадания в десятку!

7.1. Распространение звуковых программ и качество вещательного сигнала

Смысловое и художественное восприятие радиослушателями звуковой информации в немалой степени определяются качеством ее звучания. Под качеством звучания в самом общем виде подразумевается степень соответствия звучания у слушателей с эталонным звучанием, необходимым в данных условиях прослушивания и наиболее полно передающим первичную звуковую картину. Из этого определения следует, что качество звучания обусловлено:

• самим сигналом (его первичной обработкой);

• качеством тракта передачи звука, включая абонентские устройства;

• акустическими условиями прослушивания. Ясно, что качество услуг звукового вещания вообще и эфирного радиовещания, в частности, в значительной степени зависит от используемых технических средств и каналов связи, качества их эксплуатации (соблюдения технологической дисциплины) и обслуживания, качества системы управления и согласованности действий персонала различных технических служб. Укрупненная схема факторов, влияющих на качество работы предприятия (оператора) связи и предоставление услуг, показана на рис. 7.1.

С позиций анализа технических проблем реализации цифрового радиовещания безусловный приоритет должен быть отдан проблеме качества передачи звука, т.е. организации каналов подачи звуковых программ к радиовещательным передатчикам.

Обсудим далее состав системы звукового вещания, в рамках которой организуется канал звукового вещания (КЗВ) от студии (или иного источника высококачественной звуковой программ) до акустической системы слушателя.

В самом общем случае КЗВ (рис. 7.2) состоит из трактов формирования программ (ТФП), первичного распределения (ТПРП), вторичного распределения (ТВРП), эфирного распространения (ТЭРП) и приема (ТПмП). Последний, кроме собственно радиоприемного устройства, может содержать кабельную сеть распределения, например, внутри многоэтажного здания.

Согласно [27], система ЗВ — в отличие от представленного на рис. 7.2 — включает в себя четыре тракта; она не содержит ТЭРП и это символично, поскольку ни одним, известным нам, нормативным документом не регламентируется эфирное распространение звуковых сигналов. Может отчасти и по этой причине до сих пор услуг мобильной связи и вещания как бы не существует вовсе!

Типовой вариант подачи звуковых программ к передатчикам сигналов ЗВ регламентируется ГОСТ 11515-91 [16]. Согласно этому стандарту, электрический канал звукового вещания состоит из ТФП и ТПРП. Тракт вторичного распределения программ ЗВ объединяет две сети: передающую радиовещания (РВ) и проводного вещания (ПВ). В соответствии с "Регламентом радиосвязи" [78], частью ТВРП также является радиовещательная спутниковая служба (РВСС), которая ретранслирует сигналы, предназначенные для непосредственного (индивидуального и коллективного) приема населением.

Чтобы наглядно представить возможные варианты построения сетей эфирного радиовещания, включающих систему подачи звуковых программ на радиовещательные станции (РВС), обратимся к упрощенной функциональной схеме сети радиовещания (рис. 7.3).

Помимо введенных ранее, здесь использованы следующие обозначения: ЦА — центральная аппаратная ТФП, СЛ — соедини- тельная линия, ЗПдС — земная передающая станция спутниковой связи, РРЛ ПВ — радиорелейная линия прямой видимости, БРТР— бортовой (спутниковый) ретранслятор звуковых программ,  приемная установка (радиоприемник) для индивидуального или коллективного приема радиопередач, АС — акустическая система, РТР — наземный маломощный ретранслятор сигнала ИСЗ.

Следует отметить, что на этой схеме, не снижая общности картины, представлен только один — радиорелейный — вариант реализации ТПРП. В действительности часто используются и другие прежде всего кабельные, включая волоконно-оптические — системы передачи. Чтобы приведенная схема отражала возможность подачи на РВС (или спутниковый ретранслятор) не одной звуковой программы, а блока программ, она должна быть дополнена указаниями как о месте формирования каждой из программ, так и о месте, где происходит их объединение. 0 том, как объединяются программы в системе Т-DAB, рассказано в четвертой главе.

Схема иллюстрирует все возможные способы построения ТВРП и, следовательно, способы организации эфирного радиовещания для приема на индивидуальные (мобильные и стационарные) радиоприемники и стационарные приемные установки коллективного пользования:

• путем использования РВС;

• в рамках РВСС с обеспечением непосредственного приема сигнала ИСЗ;

• с помощью переизлучения сигнала ИСЗ (или РВС) маломощным ретранслятором "подсветки".

Анализируя схему на рис. 7.3, обратим внимание на особенность организации сети эфирного радиовещания в России — в силу необходимости обслуживания радиовещанием огромных территорий, каналы подачи звуковых программ и на ИСЗ и на наземные РВС являются, как правило, составными, многозвенными. Это весьма важное обстоятельство, имеющее для дальнейшего изложения принципиальное значение.

В качестве типового варианта применения многозвенного KЗB в табл. 7.1 указаны основные характеристики составных частей канала подачи звуковых программ из студии ГРК Голос России" (Москва) на РВС в г. Новосибирске в рамках эксперимента по оптимизации алгоритмов обработки сигналов 3B [34).

Обозначения в таблице: ГЦУРС — Главный центр управления сетями радиовещания и магистральной радиосвязи; СРПР — служба распределения программ; ВОЛС — волоконно-оптическая линия связи; ОКО — оборудование каналообразования; 3C — земная станция спутниковой связи; КСП — кабельная система передачи; ЛЕ — полоса эффективно передаваемых частот сигнала 3B; R, — скорость цифрового потока.

Представленные данные показывают, что нередко от студии до вещательного передатчика пролегает "дистанция огромного размера". Но здесь важно обратить внимание не на протяженность KЗB, а на качественные характеристики каналов. Так, каналов, пригодных для передачи программ CD-качества, практически нет (их конечно можно организовать, например, в ТВ стволах РРЛ или СЛС, но какой ценой?), да и штатных каналов с полосой до 15 кГц немного. Выход — размещать студию рядом с РВС. В ОВЧ ЧМ вещании часто так и делают, но это не может быть стандартным решением, скорее это исключение из правил — для достаточно коммерческих радиостанций, имеющих ограниченные зоны обслуживания.

Таким образом, в условиях России развертывание систем ЦРВ предполагает использование разветвленной первичной сети подачи программ звукового вещания практически студийного качества на удаленные передатчики. Существующие сети не предусматривают передачу вещательных сигналов с таким качеством.

Усилиями специалистов создаются звуковые программы, воздействие которых на слушателя в значительной степени определяется объективными вещательных сигналов (ВС). Параметры ВС, определяющие его семантическую (смысловую) информативность, достаточно хорошо изучены и их сохранение, как правило, обеспечивается существующими системами передачи. В то же время ценность характеристик ВС, определяющих эмоциональную (эстетическую) информативность, зачастую недооценивается при определении требований к трактам, входящим в состав КЗВ, да и к самим программам. Мало кто задумывается о степени влияния на указанные параметры современных трактов первичного и вторичного распределения, причем особенно остро эта проблема встает в системах высококачественной передачи звука, о которых здесь и идет речь [72, 73, 86].

Для согласования с возможностями тракта передачи ВС подвергается многоэтапной обработке с изменением практически всех параметров. Для обеспечения такой коррекции сигнала применяются автоматические регуляторы уровня (АРУР), компандерные системы, частотные корректоры, ограничители уровня, системы шумоподавления, а также аудиопроцессоры для повышения плотности вещательного сигнала в каналах вторичного распределения. В результате многочисленных преобразований деградирует именно эмоциональная информативность ВС, причем парадокс состоит в том, что, в соответствии со стандартом [16], контроль параметров качества передачи по каналу осуществляется при отключенных устройствах обработки!

В последние годы компактное представление (устранение избыточности) высоко

качественных ВС получило чрезвычайно широкое распространение — прежде всего в составных ТПРП, где компактно представленный сигнал ЗВ в одном звене канала, в других

звеньях подвергается компандированию и другим преобразованиям с целью его адаптации к характеристикам передачи (см. табл. 7.1). Это не может остаться без последствий — сигналы претерпевают существенные искажения, уровень которых зависит от степени и алгоритма сжатия, характеристик компандирования. Величина искажений зависит также от типа звуковой программы — в основном информационной или музыкальной. В результате сигнал, получаемый слушателем, существенно отличается от созданного звукорежиссером.

Типичные искажения широкополосных сигналов ЗВ в аналоговых и цифровых звеньях ТПРП иллюстрируют три следующих рисунка. Они выполнены однотипно — сверху вниз расположены, как минимум, по три осциллограммы звуковых файлов: исходного неискаженного сигнала; сигнала, прошедшего устройство преобразования или регулирования; разностного сигнала (ошибки), полученного путем вычитания первого из второго. Подчеркнем, что для корректности все построения выпялены в одном масштабе.

Первый из этой серии — рис. 7.4 — иллюстрирует последствия авторегулирования уровня в аналоговом звене тракта.

Здесь разностные сигналы показаны во врезках, причем кроме сигнала с выхода АРУР (средняя осциллограмма) используется нижняя осциллограмма, показывающая выходной сигнал реального тракта ("завалы" АЧХ на 5...6 дБ на краях диапазона частот 50...10000 Гц + гауссовский шум с уровнем -45 дБ),  держащего АРУР. В качестве параметра, отражающего среднюю мощность сигнала, на каждой осциллограмме указаны значения ОСУ — относительной средней мощности конкретного сигнала.

Рис. 7.5 иллюстрирует последствия компактного представления ВС. Наличие значительного разностного сигнала (ошибки) свидетельствует о существенном изменении формы сигнала в процессе его сжатия (этот вид обработки звуковых сигналов был рассмотрен в разд. 2.2 и 2.3). Заметим, что подобный результат имеет место при использовании практически всех известных алгоритмов компактного представления вещательных сигналов — естественно, при достаточно высоких (8 — 12) коэффициентах сжатия.

Было бы наивно думать, что можно избежать искажений передаваемого сигнала, используя исключительно цифровые тракты. Основной причиной искажений в этом случае является неоднократное использование процедур изменения частоты дискретизации передаваемого сигнала [9). На рис. 7.6 показан сигнал ошибки, возникающий в результате последовательного изменения частоты дискретизации: 48 кГц ... 32 кГц ... 48 кГц.

Такая цепочка преобразований является типичной на стыках: ТФП — ТПРП — Местная студия, формирующая программы для региональных РВС. В протяженных трактах не исключены также варианты большего числа подобных преобразований, что, естественно, приведет к еще более значительной деградации первичного сигнала.

Выше речь шла об искажениях сигнала в ТПРП. В канале звукового вещания (от студии до абонентского приемника), кроме ТПРП, источником серьезных искажений может являться сам радиопередатчик РВС (прежде всего его амплитудная характеристика, а также АЧХ и ФЧХ). Определенную деструктивную роль играет и тракт эфирного распространения программ (см. рис. 7.3) — в определенных случаях он может существенно снизить эффект от предварительной (как правило, аудиопроцессорной) обработки сигнала на входе передатчика.

В результате подобных преобразований сигнала такой тракт передачи становится адаптивным дефакто, что, конечно, не способствует сохранению "первичной звуковой картины" — замысла звукорежиссера. А ведь радиовещание используется для передачи не только смысловой, но и эмоциональной информации, которая, как отмечалось выше, наиболее чувствительна к подобным искажениям. Таким образом, первичная обработка, внесенная в сигнал в ТФП, разрушается уже в результате прохождения ТПРП, а ведь впереди еще ТВРП и эфирный канал! Если это как-то можно пережить при вещании с полосой 5...10 кГц, то при претензиях на CD-качество ...

Проведенное обсуждение имеет своей целью обратить внимание читателя на следующие обстоятельства:

• параметры качества радиовещательного сигнала в значительной степени определяются характеристиками реального КЗВ;

• уместна целенаправленная обработка звукового вещательного сигнала с целью минимизации возможных искажений при его передаче по разнохарактерным каналам и трактам;

• необходимо метрологическое обеспечение современных систем радиовещания, обеспечивающее возможность объективного контроля качества реальных сигналов у потребителя, т.е. на аналоговом выходе системы.

Основное внимание в дальнейшем изложении уделено вопросам контроля качества звуковых ВС — с позиций обеспечения нормативного качества услуг звукового вещания вообще и цифрового радиовещания, в частности. [3, 27, 64, 65, 76, 100]

• параметры качества радиовещательного сигнала в значительной степени определяются характеристиками реального КЗВ;

• уместна целенаправленная обработка звукового вещательного сигнала с целью минимизации возможных искажений при его передаче по разнохарактерным каналам и трактам;

• необходимо метрологическое обеспечение современных систем радиовещания, обеспечивающее возможность объективного контроля качества реальных сигналов у потребителя, т.е. на аналоговом выходе системы.

Основное внимание в дальнейшем изложении уделено вопросам контроля качества звуковых ВС — с позиций обеспечения нормативного качества услуг звукового вещания вообще и цифрового радиовещания, в частности. [3, 27, 64, 65, 76, 100]

7.2. Возможные подходы к объективной оценке качества вещательного сигнала

Для радиослушателя качество услуги эфирного радиовещания в решающей степени воспринимается как субъективно оцениваемое качество звука на выходе акустической системы радиоприемника. В свою очередь, качество звука определяется как характеристиками системы эфирного радиовещания в целом (студийной подготовкой программ и эксплуатационными характеристиками электрического канала 3B), включая его последнее звено — радиоприемник, так и акустическими характеристиками помещения прослушивания (естественно, если речь не идет об использовании наушников!). Не затрагивая здесь вопросы акустики помещений и качества акустических систем (см., например [23, 27, 48, 76]), остановимся на характеристиках системы радиовещания, определяющих качество звукового сигнала на приемной стороне.

Выполнение нормативных требований при формировании программ и при эксплуатации каналов передачи сигналов 3B должно гарантировать заданный набор объективных параметров качества электрических сигналов и каналов передачи. По идее, оценка объективных параметров качества радиовещательного тракта, в определенной степени обеспечивающего нормативное техническое качество услуг радиовещания, возможна с помощью объективных аппаратурных измерении параметров сигналов и трактов KЗB с использованием существующей нормативной документации (в основном, это Государственные стандарты 11515-91, 50757-95 и 13924-80).

Критический анализ основных нормативных документов, регламентирующих радиовещание, показывает их явную недостаточность для осуществления такого контроля. Мало того, широкое использование в современных каналах подачи звуковых программ устройств регулирования уровня, динамического и спектрального диапазонов, систем шумоподавления и компактного представления приводит к многократной адаптации параметров сигнала к возможностям тракта передачи, условиям приема и прослушивания. Последствия такого многократного воздействия на сигнал не в полной мере учитываются существующим метрологическим обеспечением вещательного канала.

Дело в том, что в соответствии с ГОСТ 11515-91 в качестве тестовых используются тональные сигналы, разработанные в свое время для контроля аналоговых каналов. Это малокомпонентные гармонические сигналы, которые идеально передаются по цифровым каналам с глубоким устранением избыточности. В то же время качество передачи меняется адаптивно — в соответствии с объемом вещательного сигнала — и объективно существенно ухудшается при передаче реального многожанрового сигнала. Все это делает малоэффективным применение нормативных (т.е. тональных) измерительных сигналов и процедур измерения при оценке аналоговых и цифровых каналов с адаптивно изменяющимися параметрами. Выход может быть найден либо в применении набора  тестовых сигналов, приближенных по свойствам к реальным (такой подход рекомендован EBU для экспертных оценок качества кодеков с компрессией цифровых аудиоданных), либо в переходе к формированию автоматизированной оценки качества передачи на реальном сигнале [71].

Для передачи высококачественных сигналов 3B в начале 90-х гг. прошлого столетия МСЭ-P рекомендовал алгоритм устранения избыточности MPEG-1 Аудио, Уровень П (ISO/IEC 11172-3) при скорости передачи не менее 128 кбит/с. На практике для цифровой передачи таких сигналов стремятся использовать пониженные скорости цифрового потока — 32...64 кбит/с для моно- фонической программы [21]. Было бы наивно полагать, что за солидный выигрыш за счет многократного (нередко более чем в 20 раз) сжатия (редуцирования) цифрового потока не потребовалась бы "расплата" в виде потери качества передаваемого по такому каналу звукового сигнала! Действительно, многократное уменьшение цифровой скорости передачи звукового сигнала достигается за счет устранения статистической и психофизической его избыточности при сохранении субъективно высокого качества. Поскольку форма сигнала при этом не сохраняется, объективная оценка его искажений становится делом абсолютно бессмысленным, да и не всякое изменение сигнала в результате его передачи по каналу воспринимается как искажение. Естественно, что измерение таких каналов по методике ГОСТ 11515 — 91 [16] по определению не обеспечивает адекватной оценки.

В этой связи следует обратить внимание на две важные для практики радиовещания особенности [46]. Если компрессия цифровых аудиоданных уже использовалась ранее в канале связи при доставке программы, то ее повторное применение часто ведет к появлению существенных искажений, хотя исходный сигнал перед повторным кодированием воспринимается на слух как вполне качественный. Поэтому важно знать "предысторию" цифрового сигнала и какие методы кодирования при его передаче уже использовались ранее. Дело в том, что параметры качества таких кодеков на тональных сигналах будут практически идеальными даже при максимально достижимых коэффициентах сжатия. Результаты же тестовых прослушиваний для них, выполненные на реальных звуковых сигналах, будут принципиально отличаться. Другими словами, традиционные (они же нормативные) методы оценки качества, принятые для КЗВ [16], совершенно не пригодны для каналов с компрессией цифровых аудиоданных.

Таким образом, в соответствии с требованиями действующих в стране нормативных документов, при использовании компактного представления сигналов ЗВ производится оценка качества передачи тонального тестового сигнала, а передается по каналу многокомпонентный реальный. При этом большинство форматов сжатия вещательного сигнала, в принципе, не предполагая сохранения его формы, обеспечивают высокое субъективное качество передачи.

Единственным достаточно точным методом оценки качества передачи ВС по составным каналам остаются ССИ. Процедура весьма трудоемкая, длительная и дорогая, но при тщательном выполнении обеспечивающая достаточно точную оценку. В частности, для экспертных оценок качества кодеков с компрессией цифровых аудиоданных следует использовать отрывки звуковых сигналов с компакт-диска EBU-ЯСАМ, Cat.  422204-2, руководствуясь рекомендацией ITU-R "Method for objective Measurements of Perceived Audio Quality" (Doc. 10-4/19-Е, 19 March 1998) [46]. К сожалению, в настоящее время ССИ проводятся, в основном, самими разработчиками алгоритмов обработки и представления сигналов ЗВ, что не всегда гарантирует от неосознанного субъективизма при обработке и интерпретации их результатов. Ясно, что ССИ как метод измерений совершенно не пригоден для практического применения, тем более в условиях эксплуатации.

Выводы из вышесказанного:

• в современных системах ЦРВ используются сложные алгоритмы преобразования вещательного сигнала, заведомо не предполагающие сохранение его формы;

• в этих условиях традиционные методы контроля, основанные на применении (тональных) испытательных сигналов, оказываются не эффективными;

• назрела необходимость дальнейшего совершенствования метрологической базы вещания, предполагающая разработку специальных методов контроля;

• при невозможности непосредственного сравнения формы сигнала до и после передачи, оценка его качества, очевидно, должна формироваться с использованием тех же признаков, которые определяют субъективную оценку.

Для определения возможных подходов к объективной оценке качества ВС обратим внимание на тот факт, что при передаче по КЗВ одновременно с качеством звучания изменяются и объективные параметры сигналов, такие как относительная средняя мощность, распределение мгновенных значений и уровней, крутизна "атак" и ряд других. С другой стороны, оценка качества звучания человеком, по существу, является процессом многофакторным (комплексным) и интегральным. Поэтому методика оценки восприятия реального ВС, близкая к его экспертной оценке слушателем, может базироваться на анализе интегральных статистических распределений, определяющих энергетические, динамические и спектральные свойства сигнала [53].

Заметим, что ранее, в силу трудоемкости, исследование статистических характеристик ВС использовалось в рамках фундаментальных исследований. По результатам таких исследований определялись требования к аппаратуре и каналам передачи. Развитие вычислительной техники и алгоритмов анализа звуковых сигналов позволяет использовать статистические подходы для оперативной оценки изменений, которые претерпевает сиг- нал в процессе передачи по адаптивному каналу или в результате целенаправленной обработки. Как известно, в основу ГОСТ 11515 положен критерий заметности изменений сигнала при его дозированных искажениях.

Анализ показал [64, 65, 69, 71], что к наиболее информативным параметрам, определяющим изменение качества передачи, можно отнести интегральное распределение относительной средней мощности (ОСМ) сигнала ЗВ на 200-миллисекундном интервале, поскольку алгоритм статистического оценивания ОСМ на заданном временном интервале является основой для формирования оценки изменения динамики сигнала. К дополнительным характеристикам, хорошо отражающим внесенные в сигнал изменения, можно также отнести интегральные параметры мгновенных амплитудных спектров и фронтов огибающей сигнала. Искажения именно этих параметров, по мнению звукорежиссеров, приводя т к потере чувственного и эмоционального содержания, определяемого динамическими контрастами, акцентированием элементов, а также участками нестационарности звукового сигнала (атаками и спадами), его тембральной окраской.

7.3. Статистическое оценивание параметров вещательного сигнала

Существующие методики измерения параметров качества передачи сигналов ЗВ [16] предполагают использование достаточно большого парка поверенной измерительной аппаратуры. С развитием вычислительной техники появилась реальная возможность замены набора необходимой для проведения измерений аппаратуры измерительным комплексом на базе ПК. Такой измерительный комплекс позволяет синтезировать необходимые тестовые сигналы и проводить их измерения на выходе канала с высокой точностью [1 и др.]. Однако, как отмечалось выше, использование тональных измерительных сигналов не обеспечивает получение адекватных результатов в КЗВ, не сохраняющих форму сигнала. Поэтому логично предположить, что прогресс в метрологии КЗВ может быть достигнут только при измерениях на реальных сигналах с использованием современных ПК в мультимедийной комплектации при развитом программном обеспечении (ПО).

В работе [71] обсуждаются два подхода к оценке качества передачи реального вещательного сигнала по адаптивным КЗВ. Первый позволяет сформировать усредненную квазисубъективную оценку качества сигнала с использованием модели слухового анализатора — близкую к получаемой в результате проведения ССИ [69]. В соответствии с рекомендациями работы [37], при формировании оценки учитываются длительности искажений, относительная их значимость, влияние частотной маскировки, местоположение на шкале частот, общее количество "заметных" слушателю искажений на длительности программы. По окончании обработки сигнала формируется интегральная оценка — искажения "заметны" или "незаметны" — относительно заданных (пороговых) значений нормируемых параметров качества. Другими словами, речь идет об автоматизированном комплексе на базе ПК с использованием специальных алгоритмов, имитирующих основные свойства слуха и сознания человека и формирующих на этой основе экспресс-оценку технического качества каналов, трактов и устройств ЗВ в соответствии с заданными критериями заметности.

Экспериментальная проверка подтвердила возможность получения такой оценки, близкой к результатам ССИ, с одновременным формированием оценки объективных параметров качества передачи для каналов с верхней граничной частотой 6,3 и 10 кГц — в соответствии с требованиями ГОСТ 11515-91. Но на каналах с полосой 15 и 20 кГц соответствие между полученной оценкой и результатами ССИ нарушается, что можно объяснить недостаточной точностью спектрального анализа, в то время как она должна быть близкой к возможностям слухового анализатора.

Традиционные способы получения спектральной оценки с использованием цифровой фильтрации или ортогональных преобразований обладают погрешностями [20]:

• представления, когда при формировании оценки не учитываются особенности способа перехода в частотную область, например, обогащение спектра за счет конечности выборки при ортогональных преобразованиях или за счет "просачивания" при полосовой фильтрации;

• интерпретации, когда на сформированную оценку распространяются закономерности восприятия реальных спектральных составляющих сигнала;

• реализации, определяемой используемыми техническими решениями, например, приближенным определением ширины "критических полос" и жестким закреплением их границ.

С разработкой алгоритмов точного формирования аналитической (гильбертовской) огибающей ВС, комплексного представления сигнала и адекватного спектрального оценивания [20, 63, 70, 71] появилась возможность получения искомой оценки качества передачи реального вещательного сигнала по изменению его временных и спектральных статистических параметров. В этом состоит суть второго подхода к оценке качества передачи сигнала по адаптивным KЗB. Совершенствование вычислительной техники и, как следствие, повышение точности алгоритмов анализа звуковых сигналов позволило этот подход реализовать в виде метода комплексного статистического оценивания (МЯСО). Впервые он использован при сравнительных испытаниях устройств обработки вещательных сигналов в ТПРП [64], а среди последних применений — оценка эффективности обработки сигналов 3B в составных каналах (см. разд. 7.1) [34], а также получение "статистических портретов" ряда известных радиостанций.

В качестве измерительного инструмента МЯСО используется аппаратно-программный комплекс, осуществляющий вычисление, построение и анализ статистических характеристик ряда параметров, а также изменений этих характеристик на основе сравнения искаженного в канале и исходного сигналов. Эта методика, объединяя возможность формирования оценки по субъективным критериям и аппаратную объективность измерений, базируется на закономерностях восприятия человеком внешних возбуждений.

Изменения интегральных статистических распределений  позволяют оценить искажения сигнала с учетом вероятности их появления и субъективной заметности, вне зависимости от способа представления и обработки сигнала в канале передачи. Отклонения распределений от поля (т.е. совокупности) нормированных значений определяют характер вносимых каналом искажений. Пределы допустимых искажений реальных сигналов в исследуемых каналах должны задаваться шаблонами допустимых отклонений статистических распределений параметров оценки с использованием основных жанров программ звукового вещания. По мнению разработчиков, МЯСО отвечает современным подходам к метрологическому обеспечению КЗВ, поскольку качество передачи оценивается автоматически, на реальном сигнале, без исключения канала из эксплуатации; сбор данных по каждому параметру носит вероятностный характер, а формируемая оценка с субъективным восприятием слушателей.

Метод родился в результате изучения статистических распределений ряда параметров сигналов ЗВ и выявления корреляции между параметрами этих распределений и субъективным восприятием тех же сигналов. Удалось выделить наиболее информативные параметры сигнала, оценка изменений статистических распределений которых позволяет говорить о корреляции с оценками экспертов. Анализируется следующая группа пара- метров [71, 20, 72]:

• энергетические (относительная средняя мощность — ОСМ);

• параметры формы (фронты огибающей сигнала — ФОС);

• спектральные параметры (по мгновенным амплитудным спектрам — МАС).

Алгоритм статистического оценивания ОСМ является основой для формирования оценки изменения громкости сигнала. Алгоритм статистического оценивания ФОС служит основой для оценки изменения формы, и следовательно, изменения амплитудного и фазового спектров звуковых объектов. Искажения оцениваются по разнице значений крутизны низкочастотной составляющей аналитической огибающей сигнала, однозначно соответствующей процессам изменения реального сигнала. Заметим, что во

многом передний фронт оценивает спектральные характеристики канала передачи и при получении экспресс -оценки может заменить спектральный анализ. Алгоритм статистического оценивания МАС служит основой для формирования оценки устойчивых на интервале анализа искажений спектра сигнала, т.е. тембра звучания. Для выявления искажений гармоничности звучания используется пикфактор кепстральной оценки.

Результатом анализа каждой выборки параметра является его нормированная частота (частность) появления значений (НЧПЗ), представляемая в графической форме, а также основные параметры распределений: среднее значение, СКО, медианное значение.

Средний уровень громкости зависит от средней мощности вещательной передачи, поэтому субъективная оценка громкости сигналов вещания основана на использовании оценок ОСМ [27, 76 и др.], определяемой соотношением

Здесь Р(г) — средняя мощность вещательного сигнала S(t, т) на временном отрезке т, величина которого должна быть не меньше интервала стационарности сигнала; Р — мощность синусоидального колебания с уровнем, равным номинальному значению ВС для данного канала.

Прирост громкости передач с небольшими отклонениями пропорционален приросту средней мощности. Следовательно, контроль ОСМ адекватен контролю среднего уровня громкости звуковой передачи. Величина ОСМ в этом случае должна определяться на интервалах т = 150...200 мс, соответствующих времени интеграции слухового анализатора по громкости. Собранная на интервале стационарности каждого жанра статистика такого распределения вполне заменяет набор тестовых сигналов для измерения искажения градаций динамического диапазона в целом. При этом автоматически учитывается время существования искажений. Следовательно, после проведения уточняющего возможно формирование удобного и лаконичного ограничивающего шаблона допустимых отклонений. Особенно удобно такое представление при сравнении разных систем обработки.

Объективная оценка качества передачи, коррелированная с субъективной, может быть сформирована на основе  анализа изменений статистических параметров вещательного сигнала. Оценка может осуществляться как по критерию "заметности изменений сигнала" [37), положенного в основу ГОСТ 11515, так и по критерию балльной оценки качества передачи, используемого для обоснования применимости большинства современных способов обработки и компактного представления ВС. Возможно также прогнозирование оценки качества передачи по критерию "предпочтительности" звучания.

Для пояснения МЯСО рассмотрим ряд иллюстраций [73]. На рис. 7.7 представлены НЧПЗ ОСМ для исходного сигнала и сигнала, прошедшего тракт с кодеком MPEG. Здесь мерой отличия распределений исходного и искаженного сигналов выступает сигнал ошибки, в качестве которого рассматривается интегральное отклонение, численно равное заштрихованной площади Ь8. Для подтверждения тезиса о корреляционной связи величины  с заметностью искажений P, вносимых трактом передачи ВС, на рис. 7.8 представлена интегральная кривая заметности искажений типа "ограничение полосы частот снизу" (пунктирная кривая), полученная И.Е. Гороном в конце 50-х гг. прошлого столетия при исследовании восприятия реальных сигналов [37]. Сплошными линиями на этом же рисунке построены оценки интегральных отклонений ОСМ реальных ВС, подвергшихся тем же искажениям.

Результаты получены путем усреднения ОСМ ВС часовых программ трех РВС (Маяк, Орфей и Эхо Москвы).

Напомним, что в основе нормирования, принятого в ГОСТ 11515, лежит принцип заметности искажений, а именно: предельно допустимым по стандарту искажениям Р соответствует 50-процентная заметность (это предельная норма для каналов с полосой 6300 Гц). Для каналов более высокого качества нормы заметности соответственно более низкие: для каналов с полосой 10 кГц — Р= 30%, а для каналов с полосой 15 кГц — Р= 15%.

Аналогичная корреляция кривых заметности и оценок интегрального отклонения ОСМ наблюдается и для других характерных типов искажений реальных ВС в каналах передачи.

Таким образом, интегральное отклонение нормированных частот появления значений (ИО НЧПЗ) ОСМ может служить хорошим индикатором реальных искажений ВС в каналах передачи.

Конкретизация характера и типа искажений может осуществляться также и с использованием статистик ряда других параметров ВС. Как отмечалось выше, наиболее информативными из них оказались, кроме уже рассмотренного энергетического параметра ОСМ, параметры формы, отображающие изменения огибающей на участках нестационарности ВС, т.е. атаки и спады сигнала. Для примера на рис. 7.9 показано изменение ИО НЧПЗ крутизны атак для тех же, что и на рис. 7.8, сигналов и искажений.

Опыт использования МКСО показал, что статистические распределения позволяют охватить объективными измерениями реальные адаптивные каналы, не нормируемые существующими стандартами. Подтверждена возможность использования  измерений для предварительного тестирования каналов передачи без детализации конкретного типа искажений.

Данные табл. 7.2 количественно подтверждают закономерности, наблюдаемые на рис. 7.8 и 7.9. Речь идет об одинаковом характере изменений кривых заметности (пунктирные кривые) и оценок статистических распределений ИО НЧПЗ ОСМ (рис. 7.8) и ИО НЧПЗ крутизны атак (рис. 7.9). Анализируя эти данные, видим, что величина параметра ИО НЧПЗ ОСМ,% весьма близка соответствующим градациям заметности изменений ВС. Что касается крутизны переднего фронта (параметр ИО КПФ,%), то здесь нет близости значений параметра градациям заметности изменений ВС, но наблюдается пропорциональность изменения параметра.

Помимо ОСМ и КПФ (крутизна атаки), в табл. 7.2 в качестве параметра использована дифференциальная ОСМ (дОСМ). Эта характеристика определяется как разность значений ОСМ, сформированных на интервалах двух смежных окон, имеющих длительность по т = 150 мс и скользящих по НЧ огибающей сигнала.

Представляя собой приращение ОСМ от выборки к выборке, дОСМ характеризует искажения динамики изменения громкости. Как следует из приведенных в таблице данных, величина параметра ИО НЧПЗ дОСМ,% весьма близка соответствующим градациям заметности изменений ВС.

На основании вышеизложенного можно утверждать, что установленное соответствие между изменением ряда статистических характеристик ВС и процентом заметности изменений сигнала слушателем позволяет проводить с помощью МКСО объективную оценку искажений в каналах без сохранения формы сигнала, т.е. в реальных аналоговых и цифровых каналах, качество передачи в достаточно близко качеству, регламентируемому ГОСТ 11515. Заметим, что в настоящее время критериям заметности не соответствуют большинство каналов, а критерием оценки качества, например алгоритмов компактного представления ВС, является балльная оценка, которая также может быть получена на основе анализа отклонений статистических распределений ряда параметров ВС.

Итак, совершенствование вычислительной техники и разработка алгоритмов формирования гильбертовской огибающей [20, 70-73] сделали возможным проведение измерений искажений аналитической огибающей широкополосного вещательного сигнала на любых длительностях его существования. Это позволяет осуществлять комплексный анализ статистик временных и спектральных информационно значимых параметров сигнала и оценку их изменений в результате передачи по каналам и трактам с адаптивно изменяющимися характеристиками. Статистическое оценивание должно быть дополнено шкалорованием полученных параметров по известным оценкам качества передачи конкретных звучаний и результатам ССИ. Такой подход к оценке качества передачи звукового сигнала во многих случаях остается единственно возможным, так как многообразие возможных помех и искажений сигнала в каналах передачи делает малодостоверной любую оценку, сформированную вне воспринимающего субъекта или его модели.

Среди преимуществ рассмотренного метода контроля канала— возможность работы по реальному сигналу, что устраняет необходимость исключения канала из эксплуатации на этапе измерений; независимость от формы и характера сигнала; отсутствие необходимости отключения компандерных и прочих устройств обработки и компактного представления ВС в процессе измерений; простота вычислительной и аппаратной реализации.

7.4. Услуги: от проводного вещания к эфирному

Прежде всего — разберемся с определениями, чтобы говорить на одном языке с законодателями.

Услуга — это результат непосредственного взаимодействия исполнителя и потребителя, а также собственной деятельности исполнителя по удовлетворению потребности потребителя [26].

Исполнитель услуги (хозяйствующий субъект — оператор связи) — предприятие радиофикации, оказывающее услуги радиовещания за соответствующую плату. Потребитель (пользователь) услуг — частное или юридическое лицо, получившее у исполнителя услуг право на их использование в своих интересах.

Обслуживание — совокупность действий, выполняемых исполнителем услуги связи при непосредственном контакте с потребителем и участие в предоставлении услуги.

Качество обслуживания потребителя услуг связи — совокупность свойств услуги связи и действий исполнителя, определяющих степень удовлетворенности потребителя обслуживанием.

Требования к услуге — характеристики, поддающиеся наблюдению и оценке потребителем. Технология предоставления услуги также должна быть определена с помощью характеристик, которые могут не всегда поддаваться оценке потребителем, но непосредственно влияют на исполнение услуги. Обе разновидности характеристик должны быть удобны для оценки оператором связи — хозяйствующим субъектом, занимающимся подготовкой и выпуском программ звукового вещания и иной информации, распространяемой по сетям вещания, а также для их сопоставления с обозначенными стандартами.

Характеристика услуги или процесса ее предоставления может иметь количественное выражение (подвергаться измерению) или качественное выражение (подвергаться сопоставлению по качеству). Главное требование к характеристикам — отражение основных потребительских свойств услуг, включая те параметры, нарушение которых снижает потребительскую ценность услуг (затрудняют или делают невозможным ее потребление) и которые могут быть легко оценены потребителем этих услуг.

Качество услуги — совокупность характеристик услуги, обуславливающих ее способность удовлетворять установленные или предполагаемые потребности потребителя в соответствии с его требованиями. Качество услуги связи имеет специфические свойства, отличные от свойств качества промышленной продукции. Специфичность этих свойств вызвана особенностями услуги связи по сравнению с продукцией промышленности. Так, вследствие неотделимости процесса потребления услуги связи от процесса ее производства брак предприятий (операторов) связи не может быть устранен и неизбежно доходит до потребителя, нанося ему моральный и материальный ущерб. Взаимосвязанность различных предприятий (операторов) при производстве законченной услуги связи вызывает необходимость единых качественных характеристик.

Таким образом, качество является основным свойством услуг связи. Без выполнения требований качества услуга во многих случаях теряет свое значение для потребителя.

Система качества — совокупность организационной структуры, ответственности, процедур, процессов и ресурсов, обеспечивающая осуществление общего руководства качеством предоставления услуг.

Система обеспечения качества услуг связи — совокупность мероприятий, направленных на обеспечение установленного нормативно-техническими документами (НТД) уровня качества услуг связи и обслуживания потребителя услуг связи. Успешное функционирование системы основывается на постоянном обучении и повышении квалификации персонала как предприятия— оператора связи, так и других предприятий, участвующих в предоставлении конкретной услуги связи, поддержании мотивации персонала путем применения различных форм стимулирования.

В мире, где работает цивилизованный, устоявшийся рынок, принята сертификация систем (обеспечения) качества товаров и услуг.

Услуги звукового вещания относят к сфере социально- культурной деятельности государства, призванной поддерживать духовное развитие личности, обеспечивать ее качественной и актуальной информацией, способствовать повышению культурного уровня, социальной активности и защищенности, профессионального мастерства [54]. Звуковое вещание — наиболее развитая в нашей стране информационная система, позволяющая пользоваться ее услугами практически всему населению России, — состоит из подсистем:

• проводного вещания (услуги радиофикации);

• наземного и спутникового радиовещания в разных диапазонах длин волн (услуги эфирного радиовещания);

• звукового сопровождения в ТВ вещании;

• целевых систем оповещения;

• систем озвучения помещений и открытых пространств. Остановимся далее на основных понятиях, относящихся к первым двум подсистемам, с целью определиться относительно специфических услуг цифрового радиовещания, которые будем рассматривать как разновидность услуг эфирного радиовещания.

Обсуждению нормативных показателей качества этих услуг и проблемам их сертификации, а также рассмотрению возможных подходов к объективной оценке качества звукового вещательного сигнала будет посвящен ряд заключительных разделов книги.

В реестре "Общегосударственный классификатор услуг населению" (ОКУН) [90] в настоящее время звуковое вещание представлено только услугами радиофикации, а конкретно — это "услуги радиосвязи" (код ОКУН 033200). Услуги эфирного радиовещания в настоящий документ не включены, хотя предложения об их включении в свое время высказывались [54, 80].

Услуги радиофикации — платные и предоставляются они по проводным каналам, характеризуемым, как правило, стабильны- ми характеристиками и низким уровнем помех и искажений. В силу этого их часто называют услугами проводного вещания. Перечень услуг радиофикации определяется оператором связи в соответствии с лицензией на этот вид деятельности, регламентируемой нормативными документами, устанавливающими требования к этим услугам. Основные среди них:

 • Правила оказания услуг проводного вещания (радиофикации), утверждены Постановлением Правительства от 26.09.1997 г. №238;

• Регламент радиосвязи РФ [78];

• ГОСТ 11515 — 91 [16];

• Правила эксплуатации технических средств телевидения и радиовещания (ПТЭ-2001); введены в действие 12.07.2002 г. (Приказ МПТР РФ №34)

Услуги эфирного радиовещания — определяют как результат собственной деятельности хозяйствующего субъекта (предприятия, оператора связи) по удовлетворению потребности в звуковых программах территориально рассредоточенных потребителей. Поскольку эти услуги до настоящего времени не включены в перечень ОКУН, примем волевое решение и будем считать основной услугой эфирного радиовещания "Прием программ эфирного радиовещания", а основной услугой ЦРВ — "Прием программ эфирного радиовещания в цифровом формате на стационарный и мобильный радиоприемники". Хотя "ссылка на авторитет не есть довод" (Б. Спиноза), в качестве оправдания этого решения вспомним Томаса Гексли: "Судьба новой истины такова: в начале своего существования она всегда кажется ересью".

Различают технологическое (техническое) качество услуги, характеризующее процесс ее производства, и потребительское качество, характеризующее обслуживание потребителей этой услуги. Ввиду рассредоточенности потребителей услуг эфирного радиовещания на огромной территории (например, при приеме радиовещательных программ в диапазонах частот ниже 30 МГц), обеспечить нормативное качество услуг, т.е. нормативное качество приема на радиоприемник конкретного пользователя, силами самого исполнителя услуг весьма проблематично. Поэтому здесь не обойтись без служб сопровождения и пользователям, т.е. сервисных центров, представляющих исполнителя услуг радиовещания в процессе обслуживания потребителей этих услуг. В силу специфики таких услуг деятельность сервисного центра должна предполагать контроль качества радиоприема непосредственно у потребителя с использованием автономных средств контроля, но в рамках мониторинга качества услуг связи [33]. Поэтому у потребителей сервисный центр будет олицетворять исполнителя услуг, хотя по сути дела он должен осуществлять лишь посреднические функции.

Качество услуг (звукового) вещания имеет первостепенное значение, особенно в части доступности, достоверности и надежности функционирования. Качество услуг связи вообще и услуг эфирного радиовещания, в частности, определяется соблюдением требований к качеству на всех этапах ее производства, а сертификация услуг связи обеспечивает проверку соответствия нормативам качества конкретной услуги, предоставляемой населению оператором. Характеристиками услуги являются показатели ее доступности, показатели качества обслуживания потребителей и показатели функционирования сети. Ясно, что все технические параметры качества должны нормироваться. В этом случае выполнение стандартов гарантирует нормативное качество вещания у потребителя. Кроме того, должно гарантироваться качество обслуживания. Оно определяется правилами предоставления услуг, регламентирующими правовые отношения потребителя услуг и оператора.

Согласно ОКУН [90], среди услуг электросвязи трех наименований, связанных с передачей звукового сигнала, видимо, самыми "продвинутыми" в плане отработки нормативной базы для контроля параметров качества являются услуги радиофикации [54] и услуги телефонной связи (код ОКУН 032200 "Услуги городских и сельских телефонных сетей") [102]. Однако и у телефонистов есть "белое пятно" — разработанные процедуры контроля относятся к традиционным телефонным сетям, в то время как показатели качества услуг бурно развивающейся мобильной никак не регламентированы! Воспользовавшись принципом аналогии, видимо, целесообразно обратиться к нормативной базе именно этих услуг при разработке нормативно-технической документации (НТД), регламентирующей техническое и потребительское качество услуг эфирного радиовещания как прототипа услуг цифрового радиовещания.

Специфика предоставления услуг эфирного радиовещания (по отношению, например, к услугам проводного вещания) состоит, в частности, в необходимости учета конкретных условий приема, что является следствием использования "эфира" как среды распространения. В результате качество услуг, предоставляемых радиовещанием, определяется сложным взаимодействием многих факторов, часть которых не поддается однозначной оценке (например, условиями распространения радиоволн, взаимодействием принимаемого и мешающего радиопередатчика , местными радиопомехами и т.д.), а также соблюдением требований к качеству на всех этапах производства услуги.

7.5. Вопросы оценки качества и сертификации услуг связи

В соответствии с Законом Российской Федерации "О сертификации продукции и услуг", принятым в 1993 г. и скорректированным в 1995 и 1998 rr., под сертификацией понимается процедура подтверждения соответствия, посредством которой независимая от изготовителя (исполнителя) и потребителя организация удостоверяет в письменной форме, что продукция соответствует установленным требованиям. Относительно услуг связи, сертификация обеспечивает проверку соответствия нормативам качества конкретной услуги, предоставляемой населению оператором. В связи с этим формализация требований к качеству становится все более актуальной — особенно в условиях возрастающей конкуренции между телекоммуникационными компаниями — операторами связи. При этом должна быть создана система понятных и общедоступных показателей нормативного качества услуг связи [104].

Полноценный контроль качества услуг связи — а это весьма актуальная тема в условиях развития рыночных отношений в отрасли — станет возможным лишь при создании адекватной нормативно-правовой базы, включающей методики проведения оценочных испытаний. Применяющиеся в настоящее время показатели качества услуг связи учитывают, главным образом, работу технических средств, отражая фактически эксплуатационную деятельность предприятий (операторов) связи, и не являются, по существу, показателями потребительского качества предоставляемых этими предприятиями услуг. В результате существующая нормативная база, определяющая качество услуг связи, не отвечает современным требованиям и не в полной мере обеспечивает защиту прав пользователей в случае предоставления им услуг низкого качества.

У операторов сетей связи и владельцев крупных корпоративных сетей нет сомнений, что без грамотной организации контроля показателей работы сети, а следовательно и качества услуг связи, невозможно гарантировать эффективное взаимодействие пользователей [ЗЗ]. Исходя из этих соображений, национальные регулирующие организации посредством законодательных процессов и правовой регламентации определяют следующие аспекты обеспечения качества:

• определение фундаментальных принципов оценки качества и требований к качеству коммуникационных услуг;

• введение системы экспертной оценки и определения соответствия и обеспечения качества производителей телекоммуникационного оборудования принятого типа;

• назначение тестирующих лабораторий и сертификационных организаций и постоянное наблюдение за их пригодностью;

• участие в подготовке национальных и европейских квалификационных стандартов.

Отсюда следует необходимость контроля качества, методология которого закладывается на государственном уровне, обязывая операторов, имеющих лицензии на предоставление услуг, равно как и корпоративные телекоммуникационные сети, для которых качество связи представляет прямой коммерческий интерес, придерживаться определенных правил. Системный подход к такому контролю имеет ряд преимуществ по сравнению с контролем посредством автономных средств контроля (АСК), поскольку дает полную картину качества услуг связи по всей сети. Кроме этого, он позволяет решать вопросы сбора, учета и хранения информации о результатах контроля в едином узле, а также обработки и анализа полученной информации с целью проведения экспертной оценки состояния системы передачи, вынесения решений по качеству услуги, а также в исследовательских целях.

Помимо контроля соответствия предоставляемых услуг связи государственным нормам большое значение имеет контроль соответствия услуг требованиям пользователей. Возможность настройки оборудования связи с учетом этих требований является значимым фактором, поскольку при выборе АСК для большого количества разрозненной аппаратуры организация контроля потребует не только увеличения числа автономных приборов, что осложнит обработку результатов, но и совершенствования методологии оценки качества, так как из-за разновременности настройки снизится достоверность результатов контроля. В то же время качество услуги не ограничивается только качеством характеристик передачи трафика, а включает еще и такие показатели, которые определяют удовлетворенность на основе ряда показателей обслуживания. Например, АТЯ,Т определяет 5 основных показателей удовлетворенности: качество соединения, служба сопровождения и помощи пользователям, биллинг, репутация и тарифы.

Анализ существующих нормативных документов, так или иначе затрагивающих качество услуг звукового вещания, показал, что в них отсутствуют количественная оценка качества предоставляемых услуг и методики проведения оценочных испытаний

[24]. Более того, вопреки тенденции, наблюдающейся в промышленно развитых странах, нормативные показатели отечественных стандартов, в частности, определяющих качество каналов и трактов ЗВ, за годы их существования претерпели изменения не в сторону их ужесточения — в соответствии с возрастающими возможностями выпускаемого оборудования и международными стандартами качества на соответствующие системы, — а в сторону смягчения, ухудшения. Так, перестали существовать единые параметры трактов первичного и вторичного распределения — их стали нормировать в зависимости от типов примененной аппаратуры. Таким образом, ГОСТ из руководства к совершенствованию аппаратуры превратился в регистратора качества выпускаемой аппаратуры, он не стимулирует разработчиков профессиональной аппаратуры ЗВ к ее совершенствованию.

Как уже отмечалось выше, услуги эфирного радиовещания до настоящего времени не включены в перечень ОКУН. Поэтому для осмысления методологии обеспечения нормативных показателей услуг эфирного радиовещания обратимся к "родственным" — услугам радиофикации [54), а также к услугам телефонной связи [102], как самым массовым и "продвинутым" в плане отработки НТД и процедур контроля качественных показателей и сертификации.

Система показателей качества услуги радиофикации состоит из потребительских и технологических требований к такой услуге. Потребительское требования, т.е. система параметров качества, подразумевает контроль:

• качества организации вещания — бесперебойность вещания в соответствии с расписанием, а также предоставление ин- формации о расписании вещания на предстоящий период;

• качества вещания — громкость звучания (передачи), а также тембральная окраска сигнала вещания;

• качества обслуживания — удобство подачи заявок и время устранения повреждений с момента подачи заявки, а также срок установки основной или дополнительной радиоточки.

Технологические требования к услуге, т.е. показатели функционирования сети, подразумевают контроль:

• параметров качества трактов ПВ — уровень электрического сигнала ЗВ, полоса эффективно передаваемых частот, неравномерность АЧХ, коэффициент гармоник, защищенность от шума и от внятной переходной помехи;

• устойчивости (надежности) работы сети — постоянство нормируемых параметров качества в течение любого 30-дневного интервала, продолжительность простоев, количество и время устранения повреждений, статистическая устойчивость;

безопасности пользования услугой. Основной услугой служб телефонной связи является предоставление абонентам возможности передачи телефонных со- общений в реальном масштабе времени в режиме диалога. Показатели качества услуг телефонной связи делятся на две группы:

• показатели качества обслуживания вызовов;

• показатели качества передачи.

Основной характеристикой качества обслуживания вызовов является величина потерь в час наибольшей нагрузки.

Известно, что наиболее сложный вопрос нормирования качества услуг электросвязи связан с выбором необходимого и достаточного количества нормируемых параметров сети. В рассматриваемом случае услуги телефонной связи выбраны пять параметров; остаточное затухание, отношение сигнал/шум, импульсные помехи и кратковременные перерывы, АЧХ,  джиггер. Непосредственно с передачей речи связаны два первых параметра, а три последние определяют качество передачи по телефонным сетям сигналов передачи данных и факсимильных служб. Для оценки качества услуг телефонной связи применяются следующие методы [102]:

• методы, основанные на определении параметров с использованием измерительных приборов;

• методы статистического выборочного контроля (Рек. МСЭ Р.16, Р.78 и др.);

• социологические методы, основанные на результатах опроса (Рек. МСЭ Е.125, Р.11, Р.80 и др.).

Метод выборочного контроля позволяет с минимальной затратой времени и средств получить достаточно достоверную оценку ("удовлетворительно" или "неудовлетворительно") качества услуг по тому или иному показателю. По этой методике устанавливаются нормы на величину показателя. При проверке качества обслуживания сети связи для оценки доступности установлены нормы потерь.

Качество телефонной передачи определяется множеством факторов и может характеризоваться параметрами телефонного тракта (коэффициентом передачи, частотной характеристикой, динамическим диапазоном и т.д.). Оно зависит и от физических свойств речи и слуха (спектрального состава речи, чувствительности и порога слуха и т.п.).

Оценка качества телефонной передачи по электрическим характеристикам недостаточно эффективна из-за того, что довольно сложно однозначно оценить взаимосвязь первых и вторых факторов, так как необходимо учитывать особенности речи человеком. Кроме того, требуется провести большой объем сложных испытательных работ. Все это привело к разработке специальных методов непосредственного измерения и оценки качества телефонной передачи.

Поскольку человек как получатель информации является ключевым элементом любой телекоммуникационной системы, качество сигнала оценивается по его субъективному восприятию речи. К основным показателям качества принимаемой речи относят: разборчивость (понятность), громкость и натуральность. Понятность речи — определяющая характеристика тракта передачи речи, так как если тракт не обеспечивает полной понятности ее, то никакие другие преимущества его не имеют значения — он не пригоден к эксплуатации. Для непосредственного определения этой качественной характеристики есть только один метод — ССИ, требующий большого количества речевого материала и привлечения группы экспертов (тренированных слушателей и дикторов). Разработан косвенный, количественный метод определения понятности речи через ее разборчивость.

Разборчивостью речи называют относительное или процентное количество принятых элементов речи из общего числа переданных по тракту. В практике используют преимущественно слоговую, звуковую и словесную разборчивость. Для измерений разборчивости разработаны артикуляционные таблицы слогов, звукосочетаний и слов с учетом их встречаемости в речи. Измеряют разборчивость экспериментально (согласно ГОСТ 16600-73) с помощью артикуляционной бригады — группы тренированных слушателей и дикторов — молодых людей без нарушений слуха и речи.

Громкость речи определяет желательный уровень принимаемых сигналов, при котором разборчивость (понятность) речи достигается без напряжения слухового аппарата со стороны принимающего.

Натуральность речи оценивает способность системы воспроизводить не только смысл передаваемой речи, но и ее тембр и индивидуальные особенности голосов говорящих, т.е. способность обеспечить узнаваемость говорящего по голосу.

ГОСТ 7153-85 нормирует оценку качества услуг службы телефонной связи по критериям слоговой разборчивости и громкости. Максимум слоговой разборчивости наблюдается при сравнительно небольших уровнях шума, при соотношении сигнал/шум 40...50 дБ. При дальнейшем повышении шума максимум разборчивости исчезает независимо от уровня речи (вплоть до болевого порога). Эти экспериментально установленные закономерности объясняются физиологическими особенностями восприятия речи. Однако ясно, что измерения разборчивости речи явно недостаточно для оценки широкополосного вещательного сигнала.

Основой обобщенной оценки качества услуг служит мнение абонента, поэтому МСЭ рекомендует использовать критерии и методы абонентской оценки. Один из вариантов оперирует категориями оценок в баллах в режиме одностороннего прослушивания по критериям напряженности внимания, заметности помех и искажений и их комплексной оценки. Градации критериев оценок, которые предоставляются аудиторам при прослушивании, приведены в работе [102]; используются 5-балльные шкалы оценок. Здесь также отмечается, что все известные попытки свести оценку сложной системы в электросвязи к одному "интегральному показателю" оказались непродуктивными.

Столь значительное (по объему цитированного материала) "погружение" в специфику телефонной связи объясняется желанием найти подходы к решению нетривиальной проблемы сертификации услуги цифрового радиовещания. Делать это надо на стадии рождения этой услуги в России (сразу расставить все точки над й), поскольку в противном случае может повториться ситуация с услугой мобильной телефонной связи. Однако воспользоваться опытом сертификации услуг телефонной связи в значительном объеме не удается по определению — слишком велика разница в требованиях к качеству речевого и широкополосного звукового вещательного сигнала CD-качества. По этой же причине не удается в полной мере использовать методику оценки качества сигналов ПВ [54]. Главный вопрос здесь — объективный контроль качества такого вещательного сигнала. Возможные пути решения этой проблемы были рассмотрены в разд. 7.3.

Остановимся далее на соотношении субъективных оценок и объективных параметрах качества эфирного радиовещания. Основными характеристиками звучания, на которые обращают внимание потребители программ ЗВ — радиослушатели, являются устойчивость радиоприема, заметность частотных и нелинейных искажений и различных помех. Эти субъективные показатели не находятся в прямой связи с традиционно принятыми объективными показателями качества. К тому же всех радиослушателей можно условно разделить на две группы: одни довольствуются самим фактом приема и не обращают особого внимания даже на существенные частотные и нелинейные искажения и помехи, другие болезненно реагируют даже на сравнительно небольшие искажения. Уровни искажений и помех, на которые реагируют представители первой и второй групп, различаются весьма значительно.

Нарушения устойчивости приема зависят от условий распространения радиоволн, в частности, от состояния ионосферы и тропосферы. В диапазонах ОВЧ и ВЧ колебания напряженности поля и связанная с ними неустойчивость приема бывает вызвана отражениями радиоволн от самолетов, а в некоторых случаях даже от движущихся поездов и автомобилей. Степень заметности колебаний напряженности поля определяется также и эффективностью действия АРУ приемника, поэтому "устойчивость приема" не является параметром, однозначно, т.е. безотносительно к качеству радиоприемного устройства, характеризующим качество предоставляемой услуги.

Нарушения устойчивости приема возникают также из-за нестабильности частоты передатчиков и гетеродина приемника. Их заметность зависит от ширины полосы пропускания приемника. Следует заметить, что нестабильность несущей частоты передатчиков в настоящее время явление достаточно редкое — отклонения частоты от номинала, как правило, не превышают нескольких герц. Нелинейные и частотные искажения определяются, главным образом, усилителем звуковых частот приемника и акустической системой и в значительно меньшей степени зависят от свойств и состояния передатчика.

Сложным является вопрос с помехами. С одной стороны, они определяются внешними причинами — грозовыми разрядами, индустриальными помехами, влиянием других радиопередатчиков (в диапазонах ВЧ и ОВЧ — помехами космического происхождения), с другой — они зависят от внутренних причин, свойственных приемнику, а именно: степенью сглаживания пульсаций вы- прямленного напряжения питания, тепловыми шумами входной цепи, а при помехах от других передатчиков — избирательностью приемника по соседнему и зеркальному каналам, а также степенью расхождения несущих частот полезного и мешающего передатчиков.

Нестабильность приема и заметность помех в значительной степени зависят от диапазона длин волн. Устойчивость приема в диапазоне НЧ мало зависит от времени суток и сезона года. Прием свободен от замираний. Однако атмосферные и индустриальные помехи в этом диапазоне очень заметны. В диапазоне СЧ в вечернее и ночное время появляются пространственные волны, возникают замирания от многолучевого приема и помехи от удаленных передатчиков и грозовых разрядов тропических зон. Прием в диапазоне ВЧ подвержен глубоким замираниям, в том числе частотно-избирательным. В результате возникают глубокие провалы приема и сильные нелинейные искажения. Так как диапазон "перенасыщен", то действуют помехи от передатчиков, работающих в совмещенном и соседнем каналах. Только в диапазоне ОВЧ можно не считаться с замираниями и атмосферными помехами, однако здесь на качестве приема сильно сказываются индустриальные помехи — от системы зажигания транспортных средств и от бытовых электроприборов.

Специфические искажения возникают при приеме сигналов в сетях синхронного радиовещания. Они возникают не всегда, а только в неблагоприятных случаях вычитания напряженностей полей, создаваемых передатчиками в месте приема. Эти искажения коренным образом отличаются от искажений, возникающих при работе двух передатчиков, ведущих разные программы. Если в последнем случае искажения проявляются в ухудшении защищенности от помех, то при синхронном вещании искажения имеют примерно тот же характер, что и при многолучевом приеме одного передатчика, работающего в индивидуальном частотном канале.

Следует отметить, что обнаружение причин и измерение искажений при приеме сигналов синхронной сети, вызванных нарушением синхронизма несущих и модулирующих частот, — весьма сложная задача, решение которой, насколько нам известно, пока не найдено. Нерешенным остается также вопрос о передаче стереофонических программ в сетях синхронного радиовещания в диапазонах НЧ и СЧ. Здесь требуются серьезные теоретические и экспериментальные исследования. Поэтому ставить вопрос о сертификации услуг стереофонического радиовещания в диапазоне СЧ пока преждевременно.

Из основании вышеизложенного можно заключить, что техническое качество услуг эфирного радиовещания зависит от следующей совокупности факторов:

• качество вещания (исходные сигналы ЗВ, КЗВ и РВС);

• качество тракта приема программ (ТПмП — радиоприемник в совокупности с антенной);

• условия приема (уровень импульсных помех различного происхождения, расположение места приема относительно ближайших радиопередатчиков синхронной сети вещания, стабильность источника энергоснабжения и др.).

Стратегия сертификации услуг радиовещания должна учитывать сбалансированность параметров качества, возможностей каналов и трактов приема сигналов ЗВ, а также дисциплину эксплуатации канала на всех его участках. Как известно [54, 81 и др.], наиболее полно все эти задачи могут быть решены лишь в рамках единой системы обеспечения качества услуг связи, охватывающей:

• сертификацию технических средств, приобретаемых для установки на объектах радиовещания;

• сертификацию установленного оборудования, соедини- тельной линии, передающих радиовещательных центров (станций) и ретрансляторов;

• сертификацию имеющихся на рынке бытовых радиовещательных приемников;

• сертификацию технического качества сигналов на входе соединительной линии тракта вторичного распределения;

• сертификацию качества принимаемых сигналов на обслуживаемой территории — посредством определения границ зоны уверенного приема всех радиовещательных станций, прием которых предполагается в рамках услуги радиовещания на данной территории;

• сертификацию качества обслуживания потребителей услуг радиовещания при их взаимоотношениях с предприятием — исполнителем услуги или его сервисной организацией.

Таким образом, услуги радиовещания требуют учета специфических факторов, объективно определяющих качественные характеристики вещания и, следовательно, существенным образом влияющих на потребительские свойства и показатели услуг. Для обеспечения субъективно достаточного качества радиоприема звуковых программ необходимо:

• нахождение приемника пользователя в зоне уверенного приема радиовещательной станции (в том числе относительно ближайших радиопередатчиков синхронной сети вещания), прием вещательной программы которой сертифицируется;

• сертифицированное качество вещания, что, в свою очередь, возможно лишь при создании системы качества, сочетающей правильную организацию эксплуатации технических средств вещания с контролем и регулярным выполнением электрических измерений всей совокупности объективных параметров качества;

• надлежащее (т.е. соответствующие нормативным требованиям) качество тракта приема программ (радиоприемного устройства в совокупности с антенной);

Стратегия сертификации услуг радиовещания должна учитывать сбалансированность параметров качества, возможностей каналов и трактов приема сигналов ЗВ, а также дисциплину эксплуатации канала на всех его участках. Как известно [54, 81 и др.], наиболее полно все эти задачи могут быть решены лишь в рамках единой системы обеспечения качества услуг связи, охватывающей:

• сертификацию технических средств, приобретаемых для установки на объектах радиовещания;

• сертификацию установленного оборудования, соединительной линии, передающих радиовещательных центров (станций) и ретрансляторов;

• сертификацию имеющихся на рынке бытовых радиовещательных приемников;

• сертификацию технического качества сигналов на входе соединительной линии тракта вторичного распределения;

• сертификацию качества принимаемых сигналов на обслуживаемой территории — посредством определения границ зоны уверенного приема всех радиовещательных станций, прием которых предполагается в рамках услуги радиовещания на данной территории;

• сертификацию качества обслуживания потребителей услуг радиовещания при их взаимоотношениях с предприятием — исполнителем услуги или его сервисной организацией.

Таким образом, услуги радиовещания требуют учета специфических факторов, объективно определяющих качественные характеристики вещания и, следовательно, существенным образом влияющих на потребительские свойства и показатели услуг. Для обеспечения субъективно достаточного качества радиоприема звуковых программ необходимо:

• нахождение приемника пользователя в зоне уверенного приема радиовещательной станции (в том числе относительно ближайших радиопередатчиков синхронной сети вещания), прием вещательной программы которой сертифицируется;

• сертифицированное качество вещания, что, в свою очередь, возможно лишь при создании системы качества, сочетающей правильную организацию эксплуатации технических средств вещания с контролем и регулярным выполнением электрических измерений всей совокупности объективных параметров качества;

• надлежащее (т.е. соответствующие нормативным требованиям) качество тракта приема программ (радиоприемного устройства в совокупности с антенной);

• надлежащие условия приема, а именно: уровень индустриальных помех различного происхождения и помех от других РВС и РЭС, качество электрической энергии, питающей радиоприемное устройство, стабильность температуры в месте приема и ряд других, определяемых типом радиоприемника и связанных с условиями его эксплуатации. При этом степень влияния условий приема на качество приема в значительной степени определяется классом (группой сложности) и (или) состоянием радиоприемного устройства.

Подход к оценке качества услуги должен быть дифференцированный — учитывающий класс качества (группу сложности) радиоприемника пользователя. Как показано выше, оценка объективных параметров качества радиовещательного тракта, в определенной степени обеспечивающего нормативное техническое качество услуг радиовещания, практически не возможна с помощью объективных аппаратурных измерений параметров сигналов и трактов КЗВ с использованием существующей нормативной документации. Необходимо пользоваться результатами ССИ, либо предложенным выше (разд. 7.3) методом на основе статистического оценивания параметров вещательного сигнала.

Для оценки потребительского качества услуг радиовещания необходимо использовать статистические и социологические методы контроля, позволяющие контролировать параметры услуги, нормативы которых могут быть заданы статистически, а тате такие показатели, как качество организации вещания, качество вещания и практически все показатели качества обслуживания. Поэтому, следуя не только букве, но и духу Закона Российской Федерации "0 защите прав потребителей", мало скорректировать нормы и разработать методики по проверке их выполнения — необходимо радикально изменить отношение операторов к потребителям предоставляемых ими услуг.

Решая проблемы внедрения на рынке услуг связи эфирного (и в том числе цифрового) радиовещания, следует учитывать, что попытки решить проблемы качества лишь административными методами доказали свою полную несостоятельность — качество не столько техническая или технологическая, сколько социально — экономическая проблема.

На этом хотелось бы поставить точку и, мысленно пробежав по всем семи главам, вернуться к авторскому утверждению на стр.: "На самом деле не все так страшно...Просто пришло время...". Тем более, что по убеждению Карла Поппера (из книги Роберта А. Уилсона "Новая инквизиция"): "Мы никогда не сможем выяснить Абсолютную Истину, поскольку это потребует бесконечного количества проверок; но мы можем выяснить Абсолютную Ложь, поскольку любое утверждение в абсолютной форме мгновенно оказывается ложным, если найдено хотя бы единственное исключение".

В завершение, устав от попыток найти Истину, хочется процитировать Игоря Губермана:

"Забавно слушать спор интеллигентов в прокуренной застольной духоте, всегда у них идей и аргументов чуть больше, чем потребно правоте".