Radio Digitale
DAB Digital Audio Broadcasting

Tecnologia DAB
 


1 Il futuro è già qui

Il sistema di radiofonia digitale sviluppato nell'ambito del progetto Europeo Eureka 147 Digital Audio Broadcasting (DAB) e standardizzato dal European Telecommunications Standards Institute (ETSI) permette la trasmissione di programmi radiofonici digitali ad alta qualità. (Il progetto Eureka 147 è stato un consorzio formato dai principali produttori di elettronica di consumo, dai principali enti radiofonici  ed istituti di ricerca europei. Fondato nel 1987 nell’ambito del  progetto tecnologico "Eureka" finanziato dalla Comunità Europea ha definito le basi per questa importante rivoluzione tecnologica

Grazie all'uso della tecnologia digitale il sistema Eureka 147 - DAB fornisce  agli ascoltatori ed alle stazioni radio  vantaggi potenziali e significativi, nonché nuove opportunità. Il sistema  è ormai consolidato come standard Europeo e si sta' imponendo anche su scala internazionale.

 2 I vantaggi della Radio Digitale

La Radio Digitale è l’evoluzione più significativa nella tecnologia radiofonica dall'introduzione delle trasmissioni stereo in MF. Annuncia una rivoluzione per la diffusione dei servizi radiofonici offrendo innumerevoli vantaggi: agli ascoltatori, agli editori radiofonici, agli organi governativi competenti in materia di assegnazione e gestione dello spettro radioelettrico. Quest’ultimo aspetto è per molti irrilevante, ma è cruciale per una gestione efficiente dello spettro radio, risorsa non infinita e preziosa.

La Radio Digitale offre una serie di benefici significativi ed unici. Questi sono: 

  • La ricezione sicura  e continua, libera da interferenze ed immune agli effetti degenerativi provocati dalla propagazione delle onde radio in presenza di ostacoli ed echi (cammini multipli), che abbassano drasticamente la qualità di ricezione in modulazione di frequenza, e consentendo l’ascolto dell’audio digitale ad alta qualità anche nelle condizioni più difficili.

  • Ricevitori facili da usare. Non è più necessario  sintonizzare di nuovo il programma ascoltato spostandosi da una zona all’altra, e la memorizzazione dei programmi è effettuata dal ricevitore stesso.

  • Servizi aggiuntivi  permetteranno il miglioramento dei servizi già esistenti basati sull'audio e l'opportunità per l'introduzione di servizi innovativi. L'elevata capacità di trasmissione dati della Radio Digitale permette l'inserimento di informazioni associate ai programmi (PAD) o  indipendenti da questi (N-PAD) ad un livello estremamente superiore a quanto oggi disponibile con il Radio Data System (RDS) presente nella radio in modulazione di frequenza. Questi dati possono essere sfruttati per informazioni sul traffico estremamente dettagliate, per scaricare aggiornamenti su sistemi di navigazione ed altro.

  • L’uso efficiente dello spettro elettromagnetico. Più programmi condividono la stessa porzione di banda a radiofrequenza essendo opportunamente canalizzati in un unico flusso digitale. La  maggiore flessibilità per le stazioni radio si traduce in una maggiore scelta per gli ascoltatori. L'uso di reti di diffusione isofrequenziali, in cui tutti i trasmettitori parte della stessa rete operano sulla stessa frequenza, permette di non dover cambiare la frequenza di ricezione spostandosi da una zona all’altra.

  • La multiplazione di più programmi su un unico canale radio resasi disponibile dalla tecnologia digitale consente un ascolto ottimale anche con una riduzione della potenza irradiata dai trasmettitori.

  • Flessibilità e ampie possibilità di scelta, grazie ad un sistema che è essenzialmente un unico flusso di dati che  può quindi trasmettere numerose tipologie di servizi. Questi possono includere: programmi audio già esistenti con l'aggiunta di informazioni sotto forma di testi, grafica o elementi multimediali; servizi radiofonici completamente nuovi, come servizi dati indipendenti o applicazioni specificatamente multimediali, oppure un mix degli elementi elencati sopra.

3 Aspetti tecnologici del sistema Eureka 147 DAB

Eureka 147 DAB è un sistema affidabile e per la radiofonia digitale, progettato per garantire una ottima ricezione in qualunque condizione per ricevitori mobili (autoradio), portatili (Walkman) e fissi (sintonizzatori hi-fi e altri di uso domestico), utilizzando una semplice antenna a stilo non-direzionale.

  • la compressione  audio MUSICAM®

  • la codifica della trasmissione e la multiplazione

  • la modulazione COFDM

3.1 Codifica audio MUSICAM®

Il sistema di compressione digitale della sorgente audio usato nel sistema Eureka 147 è più comunemente noto come MUSICAM®. L’acronimo sta per: masking Pattern universal sub-band INTEGRATED coding and multiplexing.

Si tratta di un processo di codifica molto efficace che permette di ridurre in modo significativo la quantità di dati necessari per trasferire segnali audio nelle reti di telecomunicazione così come nei sistemi digitali di diffusione radiotelevisiva. In genere il fattore di compressione riduce di un fattore tra 6:1 e 12:1 il  segnale originale. Ciononostante è in grado di fornire all'ascoltatore un segnale audio ad alta qualità che è soggettivamente ritenuto di "qualità CD". Confrontato con il flusso  dati di 1,5 Mbit/s necessari per un segnale digitale a 16-bit campionato a 48kHz, così come similmente si ha all’uscita di un lettore CD, MUSICAM® è in grado di comprimere il flusso dati a valori compresi tra i 64 Kbit/s e i 384 Kbit/s, a seconda della qualità e fedeltà richiesta in uscita.

La specifica tecnica per la codifica psicoacustica è definita secondo lo standard ISO/MPEG Audio Layer II. Il processo si basa sul funzionamento del sistema uditivo umano ed in particolare sugli effetti di mascheramento spettrale e temporale  che si determinano nell'orecchio interno. In poche parole, il sistema codifica solamente segnali che l'orecchio umano percepirà e scarterà per contro qualsiasi informazione che, in base al modello psicoacustico, l'orecchio non può identificare.  In questo modo la larghezza di banda disponibile può essere usata per trasmettere solo quelle informazioni necessarie per una alta qualità audio soggettiva.

Il principio di mascheramento audio è illustrato in figura 1. Una forte componente sonora, ad esempio a  1 kHz e cioè nel mezzo della migliore percettibilità dell’orecchio umano (la voce parlata di norma va da 300 Hz a 3 kHz), modifica la normale curva di udibilità e definisce il livello che un altro suono deve superare per essere udibile. La  seconda componente sonora presente nello stesso momento ad una frequenza vicino alla prima principale, per essere udibile, deve quindi essere più intensa di quanto lo sarebbe se fosse l'unica componente presente. Se detta seconda componente non supera il livello di mascheramento appena descritto non sarà udibile ed il processo di codifica può scartare le relative informazioni risparmiando in trasmissione preziosa larghezza di banda da adoperarsi per codificare segnali audio che saranno sicuramente sentiti.

Figura 1 - mascheramento psicoacustico

3.2 Codifica della trasmissione e multiplazione

I dati relativi ai diversi servizi, che siano audio / relativi all'audio o dati indipendenti, devono essere combinati in un unico flusso dati pronto per la trasmissione. Questo processo è detto multiplazione.

La configurazione e il contenuto del multiplex sono sotto diretto controllo del broadcaster o dell'operatore del multiplex e può essere riconfigurato dinamicamente quando necessario, per esempio per dare spazio a servizi temporanei addizionali, per adeguarsi alle esigenze operative e editoriali del broadcaster. Queste riconfigurazioni possono essere apportate di giorno in giorno o a determinate ore del giorno, secondo le necessità. I ricevitori DAB ovviamente si adattano senza interruzione ad una simile riconfigurazione. Il broadcaster deve ovviamente gestire il rateo di codifica audio, e quindi la qualità audio, e il numero di servizi/programmi messi in onda sul multiplex.

Il multiplex DAB basato sui frame comprende tre elementi

  • Il sinchronisation channel, che convoglia informazioni di riferimento sulla frequenza e la temporizzazione per permettere al ricevitore di sincronizzarsi e decodificare i segnali DAB ricevuti.

  • Il fast information channel (FIC) che contiene informazioni sulla configurazione del multiplex (MCI) e informazioni sui servizi (SI), che descrivono la composizione dei dati all'interno del multiplex e che informano il ricevitore su come estrarre e decodificare le informazioni relative ai servizi selezionati dall'ascoltatore.

  • Il main service channel (MSC) che contiene i frame o pacchetti dati corrispondenti ai diversi servizi all'interno del multiplex. Questa parte del multiplex è essenzialmente il carico utile del segnale DAB.

3.3 Modulazione COFDM

L'uso del potente e spettralmente efficiente schema di modulazione a banda larga, Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing (COFDM) garantisce una sicura ricezione anche in situazioni estreme come interferenze da cammino multiplo. In combinazione con il MUSICAM® permette una efficienza spettrale uguale o maggiore di un segnale analogico FM ma con tutti i vantaggi intrinseci del sistema digitale.  Un singolo segnale DAB (multiplex), che occupa approssimativamente 1.5 MHz di spettro EM, può, secondo le qualità audio dei servizi trasmessi, contenere sei o più programmi ad alta qualità.

Nel caso invece che il broadcaster non debba installare una rete isofrequenziale con larga copertura per coprire una nazione, il sistema si adatta facilmente alle necessità dei broadcasters regionali e locali. Confrontato con sistemi analogici, il relativamente basso rateo di protezione contro interferenze di cocanale necessario permette una pianificazione continua in aree di copertura locali adiacenti. Ciò permette un uso più efficiente delle frequenze in una data area geografica di quanto non permettano sistemi analogici.

Il sistema DAB può, in principio, operare su frequenze tra 30 MHz e 3 GHz per la ricezione mobile o frequenze maggiori nel caso di una ricezione fissa. Oggigiorno le trasmissioni DAB terrestri sono effettuate in banda III (174-240 MHz) o banda L (1452-1492 MHz).

4. La Radio Digitale in automobile - vantaggi ed opportunità
4.1. Audio Digitale ad alta qualità e ricezione priva di interferenze

Il sistema Eureka 147 DAB, grazie all'uso della modulazione COFDM e di sofisticati schemi di codifica dei canali, é il primo sistema di trasmissione radiofonica sviluppato specificatamente per soddisfare i più impegnativi requisiti per una affidabile ricezione mobile. La radio digitale permetterà quindi una ricezione affidabile e priva di interferenze in auto, fornendo prestazioni superiori a quelle finora possibili con i servizi in MF. Diversamente da servizi radiofonici analogici VHF/MF, che vennero sviluppati negli anni 50' con l'assunzione che la ricezione fosse eseguita da ricevitori fissi con antenne direzionali montate sui tetti degli edifici, la copertura di servizi DAB é stata progettata specificatamente per servire ricevitori mobili che usano antenne omnidirezionali ad una altezza di 1,5 - 2 metri dal suolo. L'antenna é parte integrante del ricevitore digitale. L'antenna deve avere valide caratteristiche di guadagno nonché buone ed uniformi proprietà direzionali sul piano orizzontale. Interazioni tra la carrozzeria metallica e l'antenna vanno considerate alle frequenze usate dal DAB, che possono in certi casi modificare le proprietà direzionali dell'antenna. Normalmente la migliore performance si ottiene quando l'antenna é montata nella parte centrale più alta del tetto.

Una critica fatta alcune volte dal ascoltatori esigenti di servizi analogici in MF é che per un ascolto domestico di alta qualità preferirebbero che i segnali audio non vengano compressi, in modo da poter apprezza la completa gamma dinamica del segnale. Ma in molti ambienti rumorosi, come in auto, l'ascolto é migliorato significativamente dalla maggiorata udibilità data dalla compressione della gamma dinamica del segnale. La radio analogica non può soddisfare ambedue le richieste simultaneamente - e gran parte dei broadcasters decidono di usare la compressione - ma il DAB può soddisfare contemporaneamente le richieste di tutti gli ascoltatori. Nel sistema DAB il segnale audio é analizzata in studio per determinare quale livello di DRC (dynamic range control) sarebbe adatto se il segnale dovesse essere compresso, senza però effettuare la compressione. I dati DRC vengono poi trasmessi all'interno del multiplex con i segnali audio digitali. I ricevitori possono poi estrarre i dati del DRC e, se l'ascoltatore lo desidera, comprimere la gamma dinamica dell'audio all'interno del ricevitore. Quindi gli audiofili possono godersi la piena gamma dinamica a casa, mentre gli automobilisti possono migliorare l'udibilità selezionando il DRC.

4.2 Nuovi servizi - Dati, multimedia ed servizi evoluti "on the road"

Come gia menzionato precedentemente, il segnale Eureka 147 DAB é fondamentalmente un flusso di dati che può trasmettere servizi con caratteristiche diverse, inclusi i servizi dati. Informazioni 'dynamic label' trasmessi come PAD permetteranno la ricezione di semplici messaggi di testo della lunghezza max. di 128 caratteri. Questi potranno essere visualizzati sul display alfanumerico del ricevitore o sullo schermo LCD del sistema di navigazione etc. Altre forme di PAD possono trasmettere all'automobilista informazioni sul traffico e sul tempo, includendo grafici, mappe stradali e cartine metereologiche (vedi 4.3 TPEG). 

Alcuni di questi servizi possono essere usati per l'intrattenimento. Una applicazione é la distribuzione di contenuti Web via radio. Questi servizi possono usare un telefono GSM per fornire un canale di ritorno per servizi multimedia interattivi (MEMO).

Inoltre i ricevitori DAB possono interagire con i servizi di navigazione satellitare, aggiornando i database del sistema, inserendo informazioni di viabilità e meteo nella programmazione dei percorsi e fornendo segnali di riferimento extra necessari per un posizionamento migliore usando il GPS differenziale. 

4.3. Informazioni sul traffico e servizi per i viaggiatori - Il sistema TPEG

Il sistema TPEG é stato progettato in modo da permettere la distribuzione dei contenuti attraverso qualsiasi media digitale, internet, DVB e, naturalmente, Eureka 147 DAB. Il TPEG offre all'utente informazioni sul traffico più precise, rapide ed approfondite di quanto non sia possibile al momento con il Traffic Message Channel (TMC) usato in alcuni paesi come parte integrante del segnale Radio Data System (RDS) nei servizi in MF.

TPEG trasmette un messaggio che conterrà i seguenti elementi:

  • area di interesse

  • evento (lavori, incidente, code,...)

  • gravità dell'evento

  • validità dell'evento (quando e per quanto tempo il msg é rilevante)

  • a chi é indirizzato il msg (a tutti, auto, camion,...)

  • conseguenze (itinerario alternativo,...)

Ricevitori digitali adatti possono visualizzare questi msg come testo oppure con icone sul display o sul schermi LCD. DAB e TPEG possono essere usati per scaricare ed aggiornare sistemi di navigazione e ricevitori dotati di memoria possono creare un database di msg TPEG ancora validi.

Ovviamente la distribuzione di informazioni TPEG in collegamento con servizi di navigazione basati sul GPS forniscono un pacchetto completo, permettendo agli automobilisti di evitare incidenti, code e cantieri, riducendo i tempi di viaggio.

DAB: Digital Audio Broadcasting

Emittenti in DAB che si ricevono a Bologna


Per altre informazioni:
 www.raiway.rai.it/dab.htm
 www.dab.it 

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