Digital Radio Mondiale

Les débits de donnée utiles atteints par DRM vont de 8 kbit/seconde à 20 kbit/seconde pour un canal de radiodiffusion standard (10 kHz de largeur de bande) et peuvent même aller jusqu'à 72 kbit/s en couplant plusieurs canaux. Le débit dépend aussi de plusieurs autres paramètres comme le niveau de robustesse souhaité (correction d'erreur), la puissance et les conditions de propagation. Ainsi plusieurs possibilités existent dans DRM pour coder le signal audio, ce qu'on appelle le codage de source :

• MPEG-4 AAC (Advanced Audio Coding) qui est un codage perceptuel adapté à la voix et la musique comme MPEG-1/2 Layer 3 (mp3).
• MPEG-4 CELP qui est un codage prévu pour la voix uniquement (vocodeur) mais possède une grande résistance aux erreurs et nécessite un faible débit de données.
• MPEG-4 HVXC qui est également un codage pour la voix mais qui nécessite un débit de donnée encore plus faible.
• SBR (Spectral Bandwidth Replication) qui est en fait une extension aux codeurs précédents et qui permet d'augmenter la largeur de bande et reproduire ainsi les fréquences aigües lorsque les débits de données sont faibles.
• Stéréo Paramétrique (PS) qui est une extension de SBR pour reproduire un signal stéréo.

Le diffuseur peut ainsi choisir le mode qu'il souhaite en fonction de ses besoins. Le mode le plus couramment utilisé actuellement est le AAC+SBR qui permet une reproduction avec une qualité proche de la diffusion FM. Celui-ci nécessite cependant un débit de donnée suffisant (au moins 17 kbit/s).

La diffusion peut être effectuée sur différentes largeurs de bande :

• 9 kHz ou 10 kHz qui sont les largeurs de bande standards des canaux de radiodiffusions pour les ondes courtes, ondes moyennes et ondes longues (< 30 MHz). En choisissant ces largeurs de bande on reste ainsi en accord avec la planification des fréquences effectuées dans ces bandes de fréquence.
• 4,5 kHz ou 5 kHz qui sont des demi-canaux et qui sont prévus dans le cas où le diffuseur souhaite faire de la diffusion en simulcast sur le même émetteur, c’est-à-dire émettre simultanément en analogique AM et en numérique DRM.
• 18 kHz ou 20 kHz qui correspond à coupler deux canaux standards si la planification des fréquences le permet. Cela permet d'offrir un service de meilleure qualité.

Pour la transmission, la modulation utilisée par la DRM est une constellation QAM (Quadrature Amplitude Modulation) avec un codage d'erreur qui peut être variable. L'ensemble du canal radio est codé selon le procédé OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) qui permet d'obtenir une excellente robustesse du signal par rapport aux échos destructifs de propagation. Le principe consiste à obtenir une importante densité spectrale en répartissant le flux total du signal numérique sur de nombreuses sous-porteuses modulées individuellement en QAM. D'autre part les phases de ces sous-porteuses sont orthogonales entre elles dans le but de renforcer la diversité du signal par rapport aux échos de propagation.

Le choix des paramètres de transmission dépend de la robustesse souhaitée et des conditions de propagation des ondes radio. La transmission est en effet affectée par le bruit, les perturbations, les trajets d'onde multiples et l'effet Doppler.

Il est ainsi possible de choisir entre plusieurs niveaux de codage d'erreur et plusieurs constellations : 64-QAM, 16-QAM et 4-QAM. La modulation OFDM possède également des paramètres qui doivent être ajustés en fonction des conditions de propagation. Il s'agit en gros de l'espacement entre les porteuses qui déterminera la robustesse face à l'effet Doppler (décalages en fréquence) et l'intervalle de garde qui déterminera la robustesse face aux trajets d'ondes multiples (décalages en temps). Le consortium a donc fixé quatre modes possibles fixant les paramètres OFDM. Les voici en commençant par le canal aux conditions de propagation les plus favorables :

• A : canal de transmission de type Gaussien avec peu de trajets multiples et peu d'effet Doppler. Ce mode est adapté à une diffusion locale ou régionale.
• B : canal de transmission avec comme conséquence un étalement en temps (dû à des trajet multiples avec de grandes différences de trajet). Ce mode est adapté à une diffusion à moyenne échelle, il est fréquemment utilisé.
• C : comme le mode B mais avec un effet Doppler plus élevé (dû en majeure partie aux changements rapides de trajets d'ondes). Ce mode est adapté à une diffusion longue distance.
• D : comme le mode B mais avec un étalement en temps et un effet Doppler très important. Cette situation se produit dans certains cas, lors de propagation à très longue distance, de l'hémisphère Nord à l'hémisphère Sud par exemple.

Le compromis entre tous ces paramètres se situe entre robustesse par rapport aux conditions de propagation et débit de données utile disponible pour le service.

Ce tableau présente quelques valeurs en fonction des modes de protection. Plus l'espacement entre porteuses est grand, plus le système est résistant à l'effet Doppler. Plus la durée de l'intervalle de garde est grande, plus le système est résistant aux trajets multiples des ondes.

Un autre mécanisme est en place pour pallier les pertes de signal profondes (deep fading) dues aux conditions de propagation ou perturbations transitoires. C'est l'entrelacement en temps (time interleaving) qui consiste à mélanger, brasser sur un certain temps les données de telle manière qu'une perte de signal soit répartie en peu d'erreurs sur une longue durée plutôt qu'en beaucoup d'erreurs sur une courte durée. En effet, les mécanismes de correction d'erreur sont plus à même de corriger des erreurs dispersées plutôt qu'une longue suite d'erreurs qui se suivent (une disparition soudaine du signal). DRM spécifie donc 2 temps d'interleaving possible : 400 millisecondes ou 2 secondes. À noter que plus le temps d'interleaving est long plus le récepteur mettra de temps à recevoir le signal lorsque l'on change de fréquence.

En fait, certaines composantes du système ont besoin d'être plus fortement protégées que d'autres pour assurer la transmission. Pour cela, le système DRM effectue un multiplexage de différents canaux en un seul avant la transmission. Chaque canal a la possibilité d'avoir une robustesse différente grâce à une constellation (QAM-16, QAM-64, ...) et un codage d'erreur différent (par contre, le mode de transmission OFDM est le même pour tous ces canaux).

Ces canaux sont :

• MSC (Main Service Channel): canal principal de service. C'est celui qui transporte le service à proprement parler, soit les données audio et les données associées (textes, et images). Son débit est donc élevé.
• SDC (Service Description Channel): canal de description du service. Ce canal contient des informations complémentaires concernant les services (comme la langue, les changements, l'heure, etc) et permet ainsi le décodage des différents flux MPEG ou Data.
• FAC (Fast Access Channel): canal d'accès « rapide ». Celui-ci transporte les informations minimum concernant la modulation utilisée ainsi que les types des différents services (radio). Il permet au récepteur de se paramétrer correctement pour démoduler le signal et décoder le service identifié grâce à un code unique attribué au diffuseur. C'est donc le premier canal qui est décodé par le récepteur, son débit de données est faible. Il doit être robuste par rapport aux deux autres.
• Générateur de porteuse. Ce n'est pas un canal à proprement parler mais un mécanisme qui consiste à fixer certaines porteuses OFDM, c’est-à-dire ne pas les moduler et les laisser constantes. Certaines sont définitivement fixes et d'autres sont fixées à intervalles régulier suivant un motif prédéfini. Ce mécanisme permet au récepteur, lorsqu'il trouve un signal DRM, de rapidement régler précisément sa fréquence et de se synchroniser au signal de l'émetteur.

Le codage d'erreur peut être plus ou moins robuste.

Ce tableau montre les débits utiles disponibles (en kbit par seconde) en fonction de la classe de protection avec des modes de transmission OFDM A ou B, des modulations de porteuses du canal principal différentes de 16 ou 64 QAM et des largeurs de bande de 9 ou 10 kHz :

Tandis que la norme DRM est conçue pour les bandes de radiodiffusion inférieures à 30 MHz, le consortium DRM a voté en mars 2005 un projet d'extension du système aux bandes VHF jusqu'à 120 MHz. DRM+ sera le nom de cette nouvelle technologie. Les procédures de développement, de tests, d'homologation et de configuration sont prévues pour le créneau 2007 à 2009. Une bande passante de canal plus large est utilisée, ce qui permettra aux stations de radio de diffuser des flux audionumériques plus élevés et donc de bien meilleure qualité. Une bande passante de 50 kHz en DRM+ autorisera un programme audionumérique presque comparable à la qualité d'un CD audio (pour rappel les CD audio sont échantillonnés à 44,1 kHz avec une quantification sur 16 bits).

Télévision mobile : Un canal DRM+ de 100 kHz pourra avoir une capacité suffisante pour diffuser une voie vidéo : il serait ainsi possible de transmettre un canal vidéo mobile en DRM+ sans faire appel aux technologies DMB ou DVB-H.

Le 31 août 2009, DRM+ est devenue une norme officielle de diffusion lors de la publication par l'ETSI des spécifications techniques. Le document porte la référence ETSI ES 201 980 v3.1.1. Il s'agit effectivement d'une nouvelle version de toute la spécification DRM, comprenant un mode additionnel qui permet le fonctionnement en fréquence dans la tranche de 30 MHz à 174 MHz.

Contrairement à de la diffusion analogique AM, la diffusion numérique DRM offre un grand nombre de degrés de libertés au diffuseur pour le codage du son et la transmission. Cela implique donc qu'il définisse précisément ses besoins et sa zone de couverture. Ceci reste transparent pour l'auditeur car le récepteur se règle automatiquement.

• ETSI: Digital Radio Mondiale, System Specification, ES 201 980 v2.1.1
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• Consortium DRM
• Liste des stations qui émettent en DRM
• Site consacré à la réception DRM par logiciel avec des récepteurs AM modifié
• Association pour la radio numérique DR

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