Jak šel čas od VKV po digitální T-DAB Kde se vzalo pásmo OIRT pro FM rozhlas (VKV)

Kmitočtové spektrum je nutno považovat za „přírodní zdroj, veřejnou doménu omezeného rozsahu, která musí být spravována tak moudře a střežena tak žárlivě, jako by šlo o nerostné bohatství, vodní sílu nebo lesní půdu“, se poprvé objevilo jako názor Američana Donalda G. Finka v časopise Journal of the Franklin Institute, (Philadelphia, Vol. 261, No. 5, May 1956, pp. 411-93). Tvrdí, že odpovědné agentury pro přidělování frekvencí a orgány státní moci na celém světě musí s neobyčejnou moudrostí a odvahou vypracovat a prosadit úplný veřejný program zachování frekvenčního spektra. Technicky jedinou cestou, jak zajistit pro nově se rozpínající rádiové služby je jejich efektivnější užití. V souladu s touto proklamací byly v minulém století koncipovány kmitočtové plány, které zavedly principy časového sdílení a územního omezování. Lepšímu hospodaření s kmitočty také pomáhají nové technologie, ale nejsou všelékem, dokud se neukončí jejich praktické vyhodnocení.

První FM vysílání

Zásluhu na zavedení kmitočtové modulace pro FM vysílání má Edwin H. Armstrong (1890- 1954), který vycházel z předpokladu, že přirozenou rušivou elektřinu nelze z běžného přijímače odfiltrovat, protože je prakticky identická s použitými rádiovými vlnami, takže bude třeba najít nový typ vln pro vysílání. Nakonec objevil požadovanou vlnu a v roce 1927 podal patentovou přihlášku na „nový způsob přenosu, při kterém se frekvence vysílané vlny (nikoli její amplituda) mění v souladu s frekvencí hlasu, který má být přenášen“. Patent, který mu byl udělen v roce 1933, je možno najít zde. Následně zjistil, že nejvýhodnější je použití velmi vysokých frekvencí VHF, resp. velmi krátkých vln (VKV) v rozsahu jednotek metrů. Brzy se v USA objevily FM stanice na tomto principu, a jejich počet v roce 1949 dosáhl 737. Tento rozmach však v USA zaznamenal v padesátých letech útlum, neboť soukromé stanice v nové FM technologii (a v nově určeném kmitočtovém pásmu 88-108 MHz) vysílaly prakticky stejný obsah jako v původní AM a na scénu přišel nový fenomén televize. Zde je nutno si uvědomit, že již v roce 1953 ve Spojených státech a na Kubě byla zavedena televize barevná.

Vysílání FM má oproti AM dvě hlavní výhody. Za prvé, přijímač se soustředí na změny frekvence a je tak schopen odmítnout změny amplitudy, které jsou charakteristické pro většinu rušení z umělých zdrojů a slabších AM vysílání. Za druhé, když jsou dva FM vysílače umístěné v dosahu přijímače provozovány na stejné frekvenci, silnější signál téměř úplně potlačí slabší a zabrání tomu, aby se jeho modulace objevila na přijímači. A hlavně náklady při využití VHF pásma jsou nižší. Němci podle EBU v roce 1955 uváděli, že při zvažování pouze vysílacího zařízení bylo v první řadě provedeno srovnání mezi 10kW VHF vysílačem a 100kW středovlnným vysílačem, přičemž oba obsloužily, s přihlédnutím k anténním ziskům, přibližně stejnou oblast. A cena středovlnného vysílače vyšla osmkrát vyšší.

FM rozhlasové vysílání v Evropě

V poválečné Evropě v roce 1948 provedla BBC první testy na frekvencích kolem 90 MHz, aby posoudila přednosti vysílání VHF pomocí AM a FM jako budoucího systému pro vyšší kvalitu příjmu. I když FM systém vyžadoval dražší přijímače, byl shledán lepším. Těchto zkušeností využilo po válce zničené Německo budováním sítě vysílačů FM rozhlasu pro lokální stanice.

Návrh konstrukce horizontálního dipólu z roku 1948, laditelného přesouváním části lankového dipólu z polohy zářiče do polohy symetrického vedení, podle časopisu Radioamatér č.2/1948

Důvodem bylo, že vítězné mocnosti povolily „Německu minimum technických prostředků umožňujících v každé zóně přijímat jeden program přidělený pro každou zónu“. Konečná alokace podle tohoto vzorce nebyla západoněmeckými úřady považována za uspokojivou a začaly hledat alternativní metodu, aby byla uspokojena poptávka po více lokálně vyráběných programech. Volba padla na využití VHF pásma s kmitočtovou modulací. Problémem ale bylo přesvědčit výrobce rozhlasových přijímačů, aby vytvořily FM přijímač za cenu pro průměrného posluchače, když už instalovali FM vysílače. V roce 1951 byla velká část západního Německa v dosahu stanic FM a téměř všichni němečtí výrobci začali vyrábět kombinované AM a FM přijímače. Je třeba také poznamenat, že televize nebyla v popředí zájmu, protože okupační mocnosti dovolily německým úřadům začít pracovat v této oblasti až v roce 1952. Výsledkem bylo, že Spolková republika v roce 1955 měla více jak stovku nových FM rozhlasových stanic, zatímco ve Velké Británií, kde byly úspěšně provedeny testy již v roce 1948, první VHF / FM stanice byla spuštěn ve Wrothamu až v pondělí 2. května 1955.

Ve většině evropských zemí však probíhala obnova vysílací infrastruktury alespoň na předválečnou úroveň a zájem politiků se začal soustředit na nový fenomén – vysílání pohyblivých obrazů – televizi. Jak rekonstrukce AM vysílání, tak i prudké rozšiřování televizního vysílání byly pravděpodobně jednou z příčin, proč FM rozhlas byl v první polovině padesátých let v útlumu.

Vymezení pásem a koordinační konference

Pro tyto první pokusy položila základ první poválečná konference zplnomocněných zástupců a mezinárodní rádiová konference ITU v Atlantic City v roce 1947. Tento rok byl ještě rokem mezinárodní dobré vůle a optimismu. ITU učinila dvě důležitá rozhodnutí týkající se rádiového spektra. Za prvé, bylo rozhodnuto vytvořit zvláštní mezinárodní orgán, který by zkoumal každou žádost o použití frekvence, bez ohledu na to, kde ve spektru leží, aby se zajistilo, že její použití nezpůsobí škodlivé rušení. To se ale protáhlo na mnoho dalších let, kdy nepanovala shoda použité metodiky. Zadruhé se ITU rozhodla sestavit zcela nový mezinárodní seznam frekvencí, který by odrážel skutečné potřeby všech rádiových služeb všech zemí. Pro FM vysílání a vznikající televizní vysílání kmitočtové tabulky Úmluvy Atlantic City vymezily ve VHF 3 pásma: I: 41 – až 68 MHz pro televizi, II: 87,5 až 100 MHz pro FM rozhlas a III: 174–216 MHz pro televizi. Tím byly položeny základy budoucího kmitočtového uspořádání v Evropě zůstaly v principu platné dodnes, minimálně však do ITU konference v Ženevě v roce 2006.

První evropské vysílací konference konané po válce se sešly v Kodani v roce 1948 a ve Stockholmu v roce 1952.  Mezi zasedáním v Kodani a předchozími evropskými konferencemi byly dva zásadní rozdíly. Za prvé, přípravné práce byly svěřeny malému výboru národních zástupců, který zahrnoval tři největší uživatele vysílání v Evropě, namísto technickým komisím mezinárodních organizací vysílatelů, které byly v té době rozhádané a nefunkční (UIR/OIR/UER-EBU).  Za druhé, samotná konference byla složena ze „zástupců zemí“, tj. vlád, které určovaly přidělování kmitočtů. O kodaňské konferenci, která se zbývala kmitočty AM rozhlasového vysílání, jsme psali již v závěru prvního článku

Jak šel čas od dlouhých vln až po VKV Kdo rozhodoval o tom, jak si naladíme rádio

Evropská vysílací konference konaná ve Stockholmu v roce 1952 byla jako závan čerstvého vzduchu. Tato konference byla svolána k vypracování plánu přidělení pro televizní a rozhlasové vysílání pásmu velmi vysokých kmitočtů (VHF), z nichž žádné nebylo dosud příliš rozšířeno v souladu s Úmluvou Atlantic City. To značně posílilo možnost všeobecné dohody, vzhledem k tomu, že FM vysílání na velmi vysokých kmitočtech z principu vykazovalo charakteristiky šířeni na krátké vzdálenosti. Přesto východoevropské země, včetně nás, závěrečný dokument nepodepsaly, ne tak z politických důvodů, jak se obvykle říká, ale spíš z příčin stanovení metodiky a technických parametrů pro budování nových sítí.

Různé kmitočty pro VKV v rozdělené Evropě

Obecně panovala shoda na tom, že VHF pásmo I (41-68 MHz) a pásmo III (174–216 MHz) se má použít pro televizi a Pásmo II (87,5-100 MHz) pro rozhlas. Tuto zdánlivě jasnou myšlenku narušil návrh SSSR na jednotnou celoevropskou šířku TV kanálu 8 MHz pro televizi s 625 řádky a rozšíření používaných televizních kmitočtů o kmitočty rezervované pro letecké služby. To pro mnohé země bylo neakceptovatelné, protože představa Sovětů vyhovovala jen velké zemi bez respektování národních hranic a velkých městských center. K odmítnutí přistoupily další důvody zavádění standardů o různém počtu řádek (Francie 819 řádek s šířkou pásma 13,5 MHz, Velká Británie 405 řádek s šířkou pásma 5 MHz), různém odstupu mezi kanály a vzdálenostmi mezi vysílacími body na stejném kmitočtu. Výsledkem bylo, že země sdružené v Mezinárodní rozhlasové organizaci OIR (anglická zkratka IBO) dohodu Stockholm 1952 nepodepsaly, i když tabulka kmitočtů obsahovala FM příděly v pásmu 87,5 – 100 MHz i pro ně. Na ukázku přinášíme výpis z Tabulky pro pásmo I/ sekce II – rádiové vysílání – zvuk a Tabulky pro pásmo II (neúplný výpis, zejména slovenské příděly jsou uvedeny jen některé):

Kmitočtové příděly podle Stockholmského pánu 1952 (zdroj: ACTES FINALS DE LA CONFERENCE EUROPEENNE d e R a d i o d i f f u s i o n   S T O C K H O L M 1952 )    

Povšimněte si jednak kmitočtů pro FM rozhlas v I. VHF pásmu, které bylo rozděleno na 2 sekce na základě požadavku OIR zemí a velkého počtu kmitočtů v, dnes nazývaném CCIR, pásmu. Kromě toho byly na konferenci Stockholm přiděleny kmitočty pro televizní vysílání v I.VHF a III. VHF pásmu s tím, že 1. TV kanál (49,75 MHz nosná video a 56,25 MHz nosná zvuku) byly mimo jiné přiděleny pro Prahu (60/30 kW) a Ostravu (30/15 kW) jak s možností použít vertikální i horizontální polarizací a již v roce 1953 bylo u nás, bez ohledu, že ČSR Protokol nepodepsala, spuštěno první televizní vysílání s šířkou pásma 8 Mhz a 625 řádky, což se v budoucnosti v Evropě všeobecně prosadilo podle původního návrhu zemí sdružených v OIR při rekodifikaci v souvislosti se zaváděním barevné televize.

Stockholmský plán počítal s celkem 1 924 vysílači ve VHF pásmu II (87,5 až 100 Mc/s) a navíc s dalšími 151 vysílači pro 10 východoevropských zemí ve VHF pásmu I (41 až 68). Mc/s), které stejně nebyly využívány.

Slibný začátek VKV u nás a pak ticho

Není moc známo, že první pokusy vysílat rozhlas s FM začaly u nás již v listopadu 1948 v okolí 100 MHz. FM modulace se v rámci zkoušek osvědčila také jako přenosné zařízení pro reportéry, jak je uvedeno v časopise Elektronik z roku 1949. Vlastní zkušební vysílání ČS rozhlasu s kmitočtovou modulací v Praze používalo kmitočet 89,5 Mc/s ( 3,35 m)  a první vysílání bylo přijímáno amatéry v pátek 13. ledna 1950 v 11:55.  Československý rozhlas začal 15. března 1950 pravidelně vysílat pořad stanice Prahy s kmitočtovou modulací, na vlně 3,35 m, 89,5 MHz výkonem 250 W, a to denně v 17.00 až 20.00. Popis původních přijímačů a antén z počátku vysílání na ultra vysokých kmitočtech je popsán v části „Začátky FM rozhlasu u nás“  VKV FM serveru Radiosvět podle časopisů jako Radioamatér nebo Elektronik 4/1949 či 1/1950.

Avšak rozvoj se i s existujícími kmitočty dál neposunul. V dobovém článku z časopisu Elektronik z roku 1951 se dočteme o odůvodnění:

„Vývoj rozhlasu s kmitočtovou modulací je v Evropě brzděn hlavně tím, že FM přijímače jsou drahé a komplikované. Proto má doposud v Evropě pravidelné vysílání pouze SSSR (? To bylo asi napsáno proto, že SSSR byl ve všem náš vzor! – pozn. autora) a pravidelné pokusné vysílání Anglie.
FM rozhlas právě tak jako AM rozhlasové stanice jsou v Americe soukromými podniky, vydržovanými rozhlasovou reklamou. Proto je většina FM i AM stanic soustředěna ve větších městech a určena jen pro městský okruh posluchačů. Stanice mohou být a také jsou poměrně malého výkonu (AM mezi 500 W a 10 kW a FM mezi 250 W a 5 kW), ale v určitém okruhu pracuje na pásmu řada konkurenčních stanic. To má několik důsledků pro stavbu přijímačů. Antény musí být všesměrové, s širokým kmitočtovým rozsahem, a tedy i s menším výkonem, takže přijímače musí mít dostatečnou citlivost a selektivitu, také se zřetelem na množství stanic na pásmu. Proto americké modely FM přijímačů mají 8 až 13 elektronek, jsou poměrně drahé a pro Evropu nevhodné“. I když i ve Spojených státech se počet FM stanic snižoval také proto, že obsah FM vysílání kopíroval AM stanici a posluchače tak nemělo co přitahovat k nové technologii, byť kvalitnější. A autor v časopise pokračuje:

„V Evropě je většinou rozhlasové vysílání státním monopolem. Konkurenční boj mezi stanicemi neexistuje a stát se snaží, aby stavbou mohutných vysílačů s velkým dosahem zajistil příjem pro veškeré obyvatelstvo. Tímto směrem se asi bude ubírat i FM vysílání, jak ukazuje příklad SSSR a předběžné úvahy v Británii. Evropský posluchač bude většinou v dosahu jedné silné FM stanice nebo v pozdější době ve větších městských centrech v dosahu dvou stanic, umístěných v pásmu daleko od sebe, aby byla zmenšena možnost rušení. Evropské přijímače budou moci proto využít vysoce účinných laděných směrových antén, jejichž zisk a selektivita umožní stavět méně citlivé přijímače s menšími nároky na potlačení signálů mimo přijímaný kmitočet. Protože přijímač bude určen jen pro jednu nebo dvě stanice, nemusí mít souvislé ladění, čímž odpadne další drahá součást amerických přístrojů. Na tomto základě byl v Holandsku vypracován FM přijímač, který není složitější než běžný superhet.“ A tady se tehdejší autor zcela mýlil ve svých technických prognózách!

Ale jak se zvyšovala kvalita pro posluchače?

Ano, a zde je již vidět, že pod záminkou drahých přijímačů bude nutno něco udělat s těmi výkonnými stanicemi, jejichž obsah by mohl mít špatný vliv na vlastní obyvatele. Problémem AM vysílání od samého počátku bylo právě škodlivé rušení a interference. To sice bylo administrativně řešeno přidělením kmitočtových pásem speciálně pro vysílání za účelem odstranění rušení z jiných služeb a přidělení exklusivních frekvencí konkrétním stanicím, aby se eliminovalo rušení mezi vysílači. Ale to bylo málo účinné, protože dva roky po účinnosti Kodaňského plánu z 675 stanicím přidělených kmitočtů jich zhruba 40 % vysílalo v rozporu s tímto plánem (podle zprávy již fungující EBU).

Dalším, ale drastickým řešením, byl přenos po drátě místo rádiových vln a obsah do jednotlivých přijímačů se dostával přes systém podobný telefonní síti nebo tvořící součást telefonní sítě, čímž se téměř úplně eliminovaly nežádoucí signály (a proto u nás v padesátých letech zaváděný RPD – rozhlas po drátě). To však směřovalo k ochraně vlastního vysílání, a samozřejmě ideologicky správného obsahu. Ale z podhledu volného toku informací to rozhodně byl kontraproduktivní krok, který tehdejší politiky 50. let nezajímal, navíc jim vyhovoval. A pak se tu objevila ideologická hrozba přímo od sousedů.

V Německu (západním), jak jsme popsali výše, vznikla na popud vládních úřadů rozsáhlá síť lokálních FM vysílačů a na ni se teprve následně navázal obnovený elektrotechnický průmysl výrobou cenově dostupných sdružených AM a FM vybavených přijímačů. Ty totiž v Německu po válce byly nedostatkovým zbožím. Uvědomme si, za Hitlera byl poslech cizího vysílání trestným činem a většina přijímačů byla nastavena jen na příjem dvou říšských stanic. Jaká to podoba s názorem autora v roce 1951 v odborném časopise Elektronik!

Německo (v té době již Spolková republika) prakticky dosáhlo dostatečného pokrytí s polovinou kmitočtů přidělených na konferenci v Kodani a k tomu dostatek cenově přijatelných přijímačů. Tak bylo vlastně Němci prokázáno, že FM modulace na velmi krátkých vlnách (VKV) vykazuje lepší zvukovou kvalitu a méně nebo žádné interference. Kromě toho, nejen že německý posluchač FM nadšeně vítal, ale mezi posluchači v sousedních zemích v dosahu německých vysílačů byla tendence pořizovat si soupravy schopné přijímat FM, aby využili německé služby. A to bylo samozřejmě trnem v oku Sovětům, kteří tak vlastně donutili východní blok přidělené kmitočty ze Stockholmu 1952 nevyužít.

Kmitočty pro VKV OIRT rozhlas

Jedním z důsledků tohoto přístupu bylo, že FM vysílání v II.VHF pásmu se mohlo úspěšně rozvíjet jen na západ od nás (jak bylo navrženo konsultativním výborem CCIR), u nás se zaváděl rozhlas po drátě, kde jeho obsah mohl být dokonale kontrolován. Obrat nastal až na Ženevské konferenci v roce 1960, kdy státy východního bloku prezentovaly své představy o rozhlasovém pásmu FM 65-73 MHz, nazývaným OIRT pásmem.

Návrh Československa na přidělení kmitočtů pro VKV FM vysílání podle „normy OIRT“ na Speciální regionální konferenci Ženeva 1960 (zdroj: Document No. 1-84, Final Acts Geneva, 1960)

Nakonec byl tento návrh přijat a posvěcen VHF/UHF konferencí Stockholm 1961 (ST61) s pouze východní normou OIRT pro VKV rozhlas. Experimentální vysílání, které začalo podruhé v roce 1959, se tak mohlo legalizovat. Zajímavé ale bylo, že první VKV přijímač od Tesly Bratislava „Kvarteto“ byl opatřen pásmem CCIR (rozsah 3,48-3,00 m, t.j. 86-100 MHz). Kromě toho zde bylo asi 10 000 přijímačů „Stradivari“, výrobek RFT závodu Stern Radio Rochlitz, dovezených z NDR, kde příjem VKV v pásmu 87–100 MHz byl rozšířen, jako v západní části Německa. Autor stránek Radiosvět, z nichž jsem tyto informace převzal, možná po přečtení výše uvedených řádek najde odpověď na položenou otázku „proč?“ a jak to bylo s rozhodováním o volbě VKV pásma. Z jeho webu jsem přebral také následující tabulku, která zobrazuje stav VKV vysílání na konci roku 1962:

Zavedení VKV prospělo renesanci rozhlasového vysílání, které začalo přebírat i roli zábavy. Zajímavě bylo také v počátcích řešeno stereo vysílání. Druhý kanál byl šířen v kombinaci s televizí jako druhým reproduktorem na III. Programu ČsRo označeného v tabulce Jako ČS II (Československo II). Vzhledem k tomu, že toto pásmo bylo mnohem užší začalo se u nás od roku 1984 experimentovat i s vysíláním v již rozšířeném CCIR pásmu (88–108 MHz). Po listopadu 1989 začal prudký nárůst vysílání na VKV CCIR a silné vysílače na kmitočtech OIRT byly postupně nahrazovány a poslední vysílač této normy byl vypnut v roce 1995. V současnosti je na našem území na tisíc vysílačů jak Českého rozhlasu, tak mnoha soukromých provozovatelů.

Nahradí digitální DAB+ frekvenční FM VKV?

Tvrzení Donalda Finka z roku 1956, které jsme představili v úvodu, aby odpovědné orgány státní moci prosadily veřejný program zachování spektra jako přírodního zdroje a prosazovaly ho proti organizovaným tlakům bojujícím ve prospěch zvláštního zájmu, se po roce 1948 lidové vládě u nás nenaplnilo. A dnes, v době globálního světa, je rozhodování o tom, jak budou využity kmitočty a co budeme ladit na svých přijímačích, jen iluzí, že omezený veřejný statek neovládnou zase jiné lobbistické skupiny sledující své pravděpodobně komerční zájmy.

Zbývá se jen zeptat, jak názor vyjádřený v roce 1941 Edwinem Armstrongem, otcem frekvenční modulace, obstojí s dnešní realitou? Citujeme: „Pokud v budoucnu poptávka po vysílacích kanálech převýší možnosti kanálového prostoru, který je nyní prakticky dostupný, svět inženýrství je připraven otevřít nová pásma známá jako ultravysoká (UHF) a mikrovlnná oblast (SHF). Trend rádia bude nevyhnutelně stoupat směrem k vyšším frekvencím“,

V průběhu minulého století se rozhlasové vysílání v souladu s fyzikálními zákony a technickými možnostmi etablovalo takto:

• VKV ve VHF pásmu jako nejvhodnější pro lokální a regionální potřeby,
• SV a DV (střední a dlouhé vlny) pro celonárodní případně širší regionální dosah a
• KV (krátké vlny) pro dálkové mezinárodní vysílání napříč kontinenty

S uvolňováním mezinárodního napětí klesal zájem o propagaci vlastních názorů na krátkých vlnách a s nastupujícím využíváním digitální techniky, která odstraňovala problém rušení a interferencí u AM vysílání, dochází k postupnému uprazdňování středních a dlouhovlnných pásem. K tomu samozřejmě přispívá i otázka nákladů na nákladný energetický provoz AM vysílačů. Technologie AM vysílání ztrácí své opodstatnění, a další nové vznikající programy nepotřebují již další spektrum, neboť internet jako celosvětová síť vlastně pro posluchače funguje s nadsázkou jako vylepšený rozhlas po drátech bez jakéhokoli omezení s přístupem po a do celého světa, pokud (opět?) i tady někdo nezatáhne ip oponu.

Nová digitální technologie DAB/DAB+ se sice v Evropě podle výše uvedené předpovědi posunula kmitočtově do vyššího pásma, ale od samého začátku se potýká s mnoha problémy. Ačkoliv základy pro implementaci T-DAB byly položeny již v roce 1995 na konferenci ve Wiesbadenu, ukázalo se jako nezbytné měnit plánovací kritéria. K tomu přistoupila v průběhu doby mnohá úskalí od nedůvěry v životaschopnost DABu, přes omezené vrstvy pro DAB podle ženevského plánu GE-06, až po postupnou přeměnu televizních kmitočtů III. VHF pásma podle tohoto plánu na digitální rozhlasové vysílání v Evropě a posléze i u nás, kde je FM vysílání stále populární, i když jsme jednou z 10 evropských zemí s pravidelným vysíláním DAB+. Naplní se představa pana Amstronga, že i u nás přejde po tendru na digitální sítě DAB rozhlasové vysílání na vyšší kmitočty?

Pozn.: V článku byly použity historické informace z publikace UNESCO, z roku 1959: Broadcasting without barriers by George A. Codding jr.