La DRM

Dr. Edgar Müller HB9TRU


http://www.drm.org

http://www.drmrx.org

Qu’est-ce, le DRM ?

Fréquences en dessous de 30 MHz (OC, OM, OL). Transmission digitale ; Modulation OFDM ; Récepteur piloté par l’émetteur.

Largeur de canaux (bande) variable, utilise les canaux existants, se conjugue avec la réception AM classique (Simulcast)

Redondance variable, peut corriger interférences, multipath propagation, Doppler shift, et fading

 Audio et données en simultané par le même canal, jusqu’à quatre services, possibilité pour stéréo, multilingual support, multimédia (images, son, texte, websites), etc.

Architecture du système

Le système de transmission DRM

 

La transmission DRM comporte deux niveaux de codage / décodage successifs :

  • un codage logique (Vocoder, etc.) [du côté du micro, du haut-parleur, etc.]
  • un codage physique (modulation OFDM-QAM) [du côté de l’émetteur / récepteur]

Ces deux niveaux de codage, tout en étant techniquement bien définis, sont des routes très larges, permettant d’innombrables combinaisons et possibilités.

Une standardisation est absolument nécessaire

Actuellement, le seul standard internationalement établi est le standard européen de la DRM (Document ETSI ES 201 980 V2.1.1 (2004-06)). Ce standard spécifie la transmission OFDM à largeurs de bande 4.5 kHz, 5 kHz, 9 kHz, 10 kHz, 18 kHz, et 20 kHz.

A côté du standard mentionné, il y a d’innombrables petits standards, utilisés par des organisations +/- fermées (armées, services civils, radioamateurs, etc.)

En établissant le standard ES 201 980, certains membres du Consortium DRM (Thales notamment) voulaient inclure également les versions DRM à bande étroite (3 kHz et moins), utilisées par les militaires, services civils et radioamateurs. Cette tentative a cependant échoué, délaissant le OFDM amateur à bande étroite pour l’instant à l’expérimentation libre.

Les radioamateurs doivent impérativement trouver un standard bande étroite ; sinon la OFDM amateur ne décollera pas, faute de possibilité de communiquer !

Le codage / décodage logique

Pour réaliser le codage logique, le signal audio est digitalisé et ensuite compressé par un algorithme de voice-coding (Vocoder). La norme DRM stipule actuellement le MPEG-4 AAC + SBR pour la radio commerciale, qui dispose d’une largeur de bande entre 4.5 kHz et 20 kHz.

Des Vocoders différents sont utilisés en bande étroite (3 kHz ou moins) : applications militaires (Stanags), civiles (Tetras), radioamateurs (à voir ce qu’on peut prendre…)

Il est à noter que les logiciels de compression vocale sont actuellement encore en pleine évolution, et qu’on ne peut (ou ne veut) pas (encore) se fixer définitivement.

Le signal audio codé, disponible sous forme de blocs de données numériques, est ensuite associé à d’autres blocs de données numériques, véhiculant des informations supplémentaires. La norme DRM stipule que le signal peut notamment comprendre jusqu’à 4 services différents, transmis en simultané.

Du point de vue technique, le signal DRM standard comprend toujours les trois canaux logiques suivants :

FAC = Fast Access Channel

SDC = Service Description Channel

MSC = Main Service Channel

 

Le Fast Access Channel (FAC)

Le FAC contient les information pour piloter le récepteur (largeur de bande, nature de la modulation, mode de protection, etc.). Il est spécifié sur la largeur de bande minimale, définie dans le standard DRM ; en l’occurrence 4.5 kHz.

Le Service Description Channel (SDC)

Le SDC contient les informations relatives aux services disponibles sur le MSC (jusqu’à 4), ensemble avec des informations détaillées sur comment le récepteur doit décoder chacun des services (audio, audio-stéréo, multilingual, multimédia, website, etc.)

Le Main Service Channel (MSC)

Le MSC finalement porte l’ensemble du signal digital utile.

Le DRM à bande étroite ne dispose d’ordinaire que d’un seul service transmis à la fois, et le SDC est supprimé en conséquence. Sa fonction est assumée par le FAC.

 

Le codage / décodage physique

Le signal transmis est structuré à la fois en fréquence et dans le temps :

Redondance

Le standard DRM stipule 4 modes de redondance différente, dépendant des conditions de propagation et de réception :

Mode A : Ground wave

Mode B : Sky wave

Mode C : Robust, for bad SW channels

Mode D : Extremely robust; reduced bit rate

Structure du signal OFDM dans le temps :

  • Trames de transmission (à 400 ms) avec

leurs blocs de synchronisation ;

  • Super-trames de transmission (= 3 trames, 1.2 s) ;
  • Chaque trame contient une série de Ns symboles digitaux (Ns dépend du mode de redondance choisi) ;
  • Chaque symbole de durée Ts a une durée utile Tu et un interstice de garde Tg ;

Structure du signal en fréquence :

  • Chaque symbole digital est constitué de K porteuses (K dépend du mode de redondance choisi ; la distance entre les porteuses est plus grande pour les modes plus robustes ; cependant il y a moins de porteuses allouées dans la même largeur de bande)
Chaque porteuse est modulée en amplitude et en phase (modulation en quadrature et amplitude QAM)

Nombre de porteuses dans une bande DRM de 10 kHz :

Mode A : 228, espacées de 42 Hz

Mode B : 206, espacées de 47 Hz

Mode C : 138, espacées de 68 Hz

Mode D : 88, espacées de 107 Hz

Le signal d’une porteuse DRM peut représenter, soit 64 valeurs (6 bits, 64-QAM), soit 16 valeurs (4 bits, 16-QAM), soit 4 valeurs (2 bits, 4-QAM) : à Constellation :

Cellules pilotes

On appelle ‘cellule’ le signal d’une porteuse, émis durant une trame (400 ms). Pour permettre la démodulation correcte d’une porteuse modulée en quadrature et amplitude, on a besoin d’étalons internes, servant de référence. Étant donné que le signal est structuré en fréquence et dans le temps, il faut des références pour les deux. Ces références sont appelées cellules pilotes.

 

Références de fréquence

Il y a, dans le standard DRM, trois références de fréquence, à phase connue, notamment 750 Hz, 2’250 Hz, et 3'000 Hz, qui sont présentes tout le temps, faisant partie de tous les symboles transmis. Selon le mode de redondance, elles sont allouées à des porteuses différentes :

Références de temps

Les références de temps sont localisées dans le premier symbole de chaque trame OFDM, et servent à synchroniser le décodage. Leur phase est également connue.

La transmission SIMULCAST (AM-SSB-OFDM)

La démodulation DRM – aspects pratiques

Le nombre élevé de porteuses qu’il faut moduler ou démoduler séparément en amplitude et en phase réclame un recours à des méthodes mathématiques, voire la transformation de Fourier rapide (FFT). En fait, la radio DRM repose tout entièrement sur un DSP poussé, réalisé à l’aide d’un ordinateur suffisamment puissant :

En mode réception :

  • Le signal reçu de l’antenne est amplifié et transposé vers une IF de 12 kHz, selon un schéma tout à fait classique. Mais il faut veiller à n’utiliser que des oscillateurs à bruit de phase réduit !
  • La IF est digitalisée sur une plage de 25 kHz (carte son ou dispositif équivalent), et le signal digital résultant est fourni au décodeur digital, qui se synchronise avec les trames de 400 ms et y localise les symboles.
  • Les symboles en QAM sont soumis à la transformation de Fourier rapide (FFT), qui fournit les parties réelles (cos) et imaginaires (sin) de leur spectre.
  • Après réception d’une trame, les valeurs obtenues en amplitude et phase des symboles sont corrigées selon les étalons internes (cellules pilotes), et les valeurs digitales nettes correspondant à l’information transmise sont calculées d’après les paramètres de la transmission.
  • Les valeurs digitales ainsi obtenues sont soumises au traitement d’information demandé par le service respectif (Vocoder, Multimédia, texte, etc.), et les donnés sont rendu disponibles à l’utilisateur sous une forme appropriée.

En mode transmission, toutes ces opérations sont exécutées de façon inverse.

DReaM software : DReaM 1.1

http://www.tu-darmstadt.de/fb/et/uet/fguet/mitarbeiter/vf/DRM/DRM.html

http://drm.sourceforge.net/

http://www.fineware-swl.com/drm.html

http://home.t-online.de/home/schultz.sat-service/download/dream.exe

HamDream 2.4 software (HB9TLK ,Francesco Lanza, Duebendorf) :

http://www.qsl.net/hb9tlk/

Publié avec l'autorisation de l'auteur, Dr. Edgar Müller.

 

 
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