Digital Radio Mondiale


Digital Radio Mondiale (DRM) (weltweiter Digitalrundfunk) umfasst digitalen Hörfunk und Datendienste, aber auch Amateurfunk. Der DRM Standard umfasst Rundfunk auf der Lang-, Mittel- und Kurzwelle (genannt „DRM30“). Zur Zeit wird der DRM Standard ergänzt um einen Modus für Sendefrequenzen zwischen 30 MHz und 174 MHz (genannt „DRM+“), also einschließlich des UKW Bereichs.

Die Audiodaten werden mittels MPEG-4 HE-AAC v2 (oder einem der beiden verfügbaren Sprachcodecs) komprimiert und per OFDM / COFDM übertragen.

Die Klangqualität des Audiosignals bei DRM30 soll dabei nach Aussage des DRM-Konsortiums und den Entwicklern des AAC Audiocodecs „Near-FM Quality“, also UKW-ähnliche Qualität, erreichen. Ob dieses Versprechen aber angesichts der auf Kurz-, Mittel- oder Langwelle in der Praxis eingesetzten Bitraten von 11 bis 26 kBit/s eingehalten werden kann, ist fraglich. Allerdings ist die gefühlte Audioqualität ab einer Datenrate von ca. 16 kBit/s bei Verwendung des MPEG-4 HE-AAC v2 Codecs doch deutlich besser als ein übliches 5 kHz breites analoges Audiosignal.[1][2]

DRM ist als offener Standard angelegt. DRM30 ist die logische Konsequenz der Digitalisierung anderer Rundfunkverbreitungswege wie DAB, DVB-S, DVB-T etc. für den Kurz- Mittel- und Langwellenbereich. Durch die schrittweise Digitalisierung der AM Frequenzbänder und der damit verbundenen Verbesserung der Audio-Übertragungsqualität erhofft man sich eine Renaissance der klassischen AM-Verbreitungswege. Diese könnte auch vor allem in den Entwicklungsländern - preisgünstige Empfangsgeräte vorausgesetzt - eine deutliche Verbesserung der Informationsversorgung ermöglichen, da in diesen Ländern eine flächendeckende Versorgung mit UKW-Stationen nicht wirtschaftlich möglich ist.

Inhaltsverzeichnis

Entstehung

Das DRM-Projekt wurde im September 1996 bei einem informellen Treffen einiger großer internationaler Rundfunkanstalten in Paris aus der Taufe gehoben. Vertreten waren Radio France Internationale, TéléDiffusion de France, Deutsche Welle, Deutsche Telekom, Voice of America, Telefunken (neu: Transradio) und Thomcast (neu: THOMSON Broadcast & Multimedia).

Die offizielle Gründung erfolgte am 5. März 1998 in Guangzhou, Volksrepublik China.

DRM30 in der Versorgung mittlerer und größerer Distanzen / Gebiete

Ausbreitungsbedingungen und -wege auf den klassischen Rundfunkbändern

Um die Vor- und Nachteile zwischen DRM und analoger AM Ausstrahlung bewerten zu können, muss man sich kurz mit den Ausbreitungsverhältnissen auf den Ultrakurz-, Kurz-, Mittel- und Langwellenbereichen befassen.

Beim klassischen UKW-Empfang breiten sich die Wellen des Senders geradlinig – also ähnlich wie das Licht – aus. Deshalb ist die Reichweite eines UKW-Senders in erster Linie von der Höhe des Sendeturms und seiner Sendeleistung begrenzt. Sie liegt üblicherweise bei etwa 50 bis 150 km.

Die Langwelle hingegen passt sich in gewissem Maße an die Erdkrümmung an. Dadurch sind Reichweiten von bis zu 1000 km und mehr möglich. Allerdings stehen nur maximal 15 Kanäle im europäischen Raum zur Verfügung, sodass nicht einmal jedes EU-Land einen eigenen Langwellensender betreiben kann, ohne einen anderen zu stören.

Die Mittelwelle folgt der Erdkrümmung schon deutlich weniger und hat während des Tages eine (Bodenwellen-)Reichweite von etwa 300 km. In den Abend- und Nachtstunden setzt jedoch ein weiterer Effekt ein, der zusätzliche Reichweite bringt: die Raumwelle. Durch die Reflexion an der Ionosphäre kann nun eine Reichweite von mehr als 1000 km realisiert werden. Allerdings ist diese Reflexion nicht immer gleichmäßig: Das Signal der Raumwelle wird von der Ionosphäre in größeren Abständen immer mal wieder teilweise bis zur Unkenntlichkeit geschluckt. Ein analoger Sender verschwindet dann im „Rauschteppich“. Diesen Effekt bezeichnet man als Fading oder Schwund. Im Mittelwellen-Rundfunkband stehen innerhalb Europas 121 Kanäle zur Verfügung, die abhängig von der weiteren Belegung der jeweiligen Frequenz in den Nachtstunden aufgrund der Raumwellenausbreitung ausgeschaltet werden oder aber zur Versorgung des gesamten europäischen Raumes dienen können.

Auf der Kurzwelle spielt die Bodenwelle bei der Ausbreitung kaum eine Rolle. Die Übertragung zum Hörer erfolgt in erster Linie über die Raumwelle. In Abhängigkeit von Jahreszeit, Tageszeit und Sonnenfleckenanzahl – die die Reflexionsfähigkeit der Ionosphäre wesentlich beeinflusst – kann man bestimmte Rundfunkbänder der Kurzwelle für verschiedene Zielreichweiten benutzen. Dabei kann eine Kurzwellenausstrahlung durchaus auch mehrere Sprünge (Hops) zwischen Ionosphäre und Erdoberfläche machen und dabei mehrere 1000 km überbrücken, um im Zielgebiet gehört zu werden. Dabei entsteht aber neben dem bei der Mittelwelle erwähnten Fading, welches auf Kurzwelle weniger stark ausgeprägt ist, vor allem sogenanntes selektives Fading, welches das Sendesignal abhängig von der Frequenz stellenweise stört. Bei analogen Empfängern macht sich selektives Fading vor allem durch die Verzerrung des Audiosignals bemerkbar. Auf der Kurzwelle stehen abhängig von der Entfernung und den oben erwähnten Variablen mehrere hundert Übertragungskanäle zur Verfügung.

Audioqualität

Das DRM-System ist für die Gegebenheiten der Verbreitung auf Kurz-, Mittel-, und Langwelle konzipiert worden (DRM30). Es soll trotz eines engen Kanalrasters von 9 bzw. 10 kHz Bandbreite eine bessere Audioqualität als analoger AM Rundfunk bieten, die zudem frei von Störungen sein soll. Hierfür wird, wie oben erwähnt, ein AAC Audiostream per OFDM/COFDM ausgestrahlt.

Die Audioqualität ist bei Verwendung von SBR (HE-AAC) mit den Datenraten von 16 – 26 kbit/s durchaus akzeptabel. Ohne SBR ähnelt der Frequenzgang einer analogen Aussendung oder ist sogar noch schlechter. Anhand der unten aufgeführten Hörbeispiele ist eine deutliche Verbesserung zum klassischen AM-Rundfunk - ganz besonders auf Kurzwelle - hörbar. Für anspruchsvollen Musikgenuss jedoch ist ein HE-AAC komprimiertes Signal mit einer Datenrate um 20 kbit/s auch mit SBR nicht ausreichend. Bitraten von deutlich unter 16 kBit/s bei Verwendung von AAC ohne SBR, wie teilweise von einigen Stationen verwendet, bringt in der Qualität keine Verbesserung gegenüber dem analogen Empfang: Das Audiosignal ist zwar störfrei, klingt aber dafür dumpf und blechern.

Durch Datenredundanz sollen AM-typische Effekte wie Fading, selektives Fading, Atmosphärenstörungen sowie Störungen durch benachbarte Sender ausgeglichen werden. Allerdings kann eine ungeschickte Wahl von Frequenz, Sender, Antenne etc. auf Seiten des Broadcasters zur Verringerung des Signal-Rauschabstandes (SNR) führen, was nur durch die Auswahl höherer Datenredundanz auf Seiten des Senders ausgeglichen werden kann. Dies führt letztlich zu geringeren Audio-Bitraten auf Seiten des Senders und zu einer geringeren Audioqualität beim Empfänger. Umgekehrt kann die Wahl einer zu hohen Bitrate bei fehlendem Rauschabstand zur Unterbrechung des Streams führen, was sich in Echoeffekten, synthetischen Geräuschen (Artefakten) oder gar kompletten Unterbrechungen des Audiosignals äußert. Es gilt daher auf Seiten des Senders immer, zwischen Zuverlässigkeit des Signals und der möglichst besten Audioqualität abzuwägen.

Hier liegt auch der wesentliche Nachteil des digitalen DRM: Ein Audiosignal wird bei unzuverlässigem Empfang nicht einfach schwächer, was vielleicht durch ein geschultes Gehör beim AM-Weltempfang wieder ausgeglichen werden kann, sondern wird durch Artefakte unhörbar oder verstummt gleich völlig. "Ein bisschen höre ich noch", wie es im Weltempfang üblich ist und was durchaus seinen Reiz hat, gibt es bei digitalen Betriebsarten nicht mehr.

Um die Zuverlässigkeit des Empfangssignals zu erhöhen, ist es beim DRM-System möglich, entweder mehrere Sender an verschiedenen Standorten auf der gleichen Frequenz zu betreiben (Gleichwellenbetrieb) oder Sender auf verschiedenen Frequenzen mit demselben Audiostream zu betreiben, bei denen sich der Receiver - ähnlich wie bei Autoradios im FM-Betrieb per RDS - das jeweilig bessere Signal selbsttätig automatisch auswählt.

Durch erhöhte "Intelligenz" der Empfänger ist es zudem möglich, ganze Sendepläne über den Sender zu übertragen und in den Geräten abzuspeichern und Frequenzwechsel aufgrund von Tageszeiten oder Ausbreitungsbedingungen ohne Unterbrechung des Audiostreams (ohne dass der Zuhörer etwas davon bemerkt) durchzuführen.

Ein großes Problem stellen in den entwickelten Ländern so genannte Störnebel durch Geräte im eigenen Haushalt wie z.B. Fernseher, Computer etc. dar, die den analogen Empfang schwierig machen und den digitalen Empfang völlig zerstören können. Auch hier wird beim DRM-Empfang das SNR soweit verringert, dass ein Empfang oft nicht oder nur noch mit starken Aussetzern möglich ist, während ein erfahrener DXer beim analogen Empfang vielleicht durchaus noch Empfangsergebnisse (bzw. -erlebnisse) erzielen könnte. Hier helfen meistens nur noch externe Antennen oder sogenannte magnetische Loops, um das SNR des Empfangssignals zu verbessern.

Ökonomische Aspekte

Mit einem DRM-Sender ist eine Sendeanstalt in der Lage, wesentlich größere Gebiete preisgünstig flächendeckend mit einer von ihr gewählten Audioqualität (je nach Ausbreitungsbedingung und Tageszeit werden von vielen Anbietern die Parameter und damit in der Regel auch die Tonqualität angepasst) zu versorgen als mit jedem anderen klassischen terrestrischen System. Zudem können DRM-Sender bei gleicher technischer Reichweite um den Faktor 10 im Stromverbrauch ökonomischer betrieben werden im Vergleich zu AM-Sendern. Das bedeutet, dass ein 50-kW-DRM-Sender in etwa dieselbe Reichweite hat wie ein 500-kW-AM-Kurzwellensender. Dies führt beim Sendebetreiber zu einem geringeren Energieverbrauch.

Allerdings erfordert die Dekodierung des digitalen Empfangs (zurzeit) einen deutlich höheren Energieverbrauch beim Empfänger. Außerdem ist ein DRM-Empfänger (soweit überhaupt verfügbar) deutlich teurer als ein guter analoger Weltempfänger.

Abgesehen davon sind eine ganze Reihe von Sendern in den LMK-Bereichen overpowered, das heißt, sie arbeiten mit mehr Leistung, als prinzipiell nötig, hauptsächlich um Gleichkanalstörer zu unterdrücken. Aus diesem Grund stellt sich die Frage, ob sie - zugunsten besserer Frequenzkoordination - von dieser Praxis ablassen würden, wenn sie in den DRM-Modus wechselten.

Kodier-Dekodierverzug

DRM-Sendungen können nicht in Echtzeit empfangen werden. Wird ein DRM-Empfänger auf eine entsprechende DRM-Sendefrequenz eingestellt, dauert es einige Zeit, bis er sich synchronisiert hat und die ersten Audio-Signale hörbar werden. Die ganze Sendung wird dann erst mit einigen Sekunden Zeitverzug hörbar, dies wird besonders beim Empfang von Zeitzeichen deutlich. Der Zeitverzug ist zurzeit noch erheblich länger als der von DVB-Sendungen.

Frequenzkoordination

Wie oben erwähnt, ist die Zuverlässigkeit des Empfangs eines DRM-Audiostreams im Wesentlichen vom Signal-Rauschabstand (SNR) abhängig. Daher ist es für einen DRM-Broadcaster besonders wichtig, dass die von ihm gewählten Frequenzen zur Übertragung im Zielgebiet nicht von anderen Stationen - sei es analog oder digital - belegt sind. Schon schwache analoge Signale stören das SNR des DRM-Signals erheblich und können zu Aussetzern und anderen Fehlern im Audiosignal führen.

Auch ein analoges AM-Signal leidet stark in der Hörbarkeit, wenn es durch eine entfernte DRM-Station gestört wird. Deswegen gibt es große Vorbehalte bei einigen DXern, da sie befürchten, dass sich eine verstärkte Verbreitung des DRM-Systems negativ auf ihr Hobby auswirken könnte. Aus diesem Grund fordern einige, dass man die Ausstrahlung von AM-Rundfunk und DRM-Rundfunk voneinander trennen sollte, sodass sie sich nicht mehr gegenseitig stören können; also getrennte Bänder für analoge AM-Ausstrahlung und digitale DRM-Ausstrahlung.

Solch eine Trennung wäre sicherlich wünschenswert, aber auch eine gute weltweite Frequenzkoordination bei der ITU würde die Probleme schon stark verringern. Mit der Digitalisierung der unteren Wellenbereiche muss eine verstärkte weltweite Koordination der Frequenzen einhergehen, wenn das neue System seine Vorteile erfolgreich ausspielen will.

DRM30 in der lokalen Versorgung

Für die lokale Versorgung laufen experimentelle Tests im 26-MHz-Kurzwellenband. Auf diesen Frequenzen könnten zwar durch Funkwellen unter bestimmten Bedingungen Distanzen von mehreren 1000 Kilometern überbrückt werden. Für DRM ist allerdings zunächst vorgesehen, mit kleinen Sendeleistungen regionale Gebiete zu versorgen.

DRM+ - die Erweiterung zur Digitalisierung des UKW-Hörfunks

Das DRM-Konsortium erweitert zurzeit den ETSI-Standard von DRM um einen Übertragungsmodus für Sendefrequenzen bis 174 MHz unter dem Arbeitsbegriff DRM+. Damit kann das DRM-System auch im UKW-Hörfunkbereich (87,5 – 108 MHz) eingesetzt werden und u.U. langfristig den analogen FM-Hörfunk ablösen. Damit positioniert sich DRM als künftige Ergänzung zum digitalen Hörfunk-Standard DAB, der im VHF-Band III eingeplant ist.

Anforderungen und technische Parameter

Die wesentlichen Anforderungen, die DRM+ erfüllt, sind
  • Realisierung von Datenraten, die den Empfang vom mindestens einem Hörfunk-Programm in CD-Audio-Qualität ermöglichen
  • Versorgungsreichweite und -sicherheit mindestens wie die derzeitige UKW-FM-Versorgung mit der Möglichkeit des mobilen Empfangs bei hohen Geschwindigkeiten und des portablen Empfangs im Haus
  • Überführung bestehender Versorgungsstrukturen im jetzigen UKW-Rundfunk (lokale, regionale, landesweite und nationale Sendeformate)
  • Gleichwellenfähigkeit zur Bildung von frequenzökonomischen Sendernetzen
  • Nutzbandbreite von 100 kHz zur Beibehaltung des jetzigen UKW-Planungsrasters.
  • Vermeidung von Störungen der bestehenden UKW-FM-Versorgung zur Realisierung einer schrittweisen Migration der Rundfunksender.
Die wesentlichen Übertragungsparameter sind
  • Übertragungsschema: OFDM mit Gleichkanalfähigkeit
  • Anzahl der Unterträger: 213
  • Trägerabstand: 444,44 Hz
  • Modulation der Unterträger: QPDSK, 16-QAM oder 64-QAM
  • Bandbreite: 96 kHz
  • Datenrate : 35 – 185 kbit/s
  • Audiocodierung MPEG4-AAC entsprechend dem DRM-Standard

Konkurrenz durch HD-Radio

In Konkurrenz zu DRM+ ist als weiteres digitales UKW-System HD-Radio bereits auf dem US-amerikanischen Markt etabliert und versucht, auch in Europa Fuß zu fassen.

Technische Untersuchungen zur Einplanung in den UKW-Bereich

Die FH Kaiserslautern hatte seit Frühjahr 2007 DRM+ und HD-Radio auf ihre potentielle Störwirkung gegenüber den bestehenden UKW-Hörfunknetzen und gegenüber den Funkdiensten, die direkt am UKW-Hörfunkbereich anschließen (Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben sowie dem Flugfunk) untersucht, um festzustellen, ob ein störungsfreier Einsatz im UKW-Hörfunkbereich in Deutschland überhaupt möglich ist. Dabei wurden Ende 2007 folgende Ergebnisse in einem Abschlussbericht veröffentlicht [3]:

  • HD-Radio ist für den US-amerikanischen Markt standardisiert worden und erfüllt nicht die europäischen Normen für das Sendesignal. Ein regulärer Einsatz in Deutschland ist deswegen formal ausgeschlossen. Technisch gesehen ist HD-Radio aber prinzipiell mit dem UKW-Umfeld verträglich, wobei Störungen gerade in den 200-kHz-Abständen auftreten.
  • DRM+ erfüllt die europäischen Sendenormen und ist mit einer Bandbreite von knapp unter 100 kHz konform zum UKW-Raster. DRM+ kann flexibel zur Umstellung einzelner analoger UKW-Sender oder zum Betrieb neuer digitaler Sender prinzipiell in das UKW-Umfeld eingeplant werden. Eine europäische Standardisierung soll 2008 erfolgen.
  • Beide Systeme stören den Sprechfunk der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben unterhalb des UKW-Bereichs nicht. Auch der Flugnavigationsfunk oberhalb des UKW-Bereichs wird (unter Einhaltung bestimmter Randbedingungen für HD-Radio) nicht beeinträchtigt. Dennoch haben die Betreiber der Flugfunkdienste „grundsätzliche“ Bedenken, dass der Flugnavigationsfunk gestört werden könnte und lehnen einen Einsatz dieser Systeme in Deutschland kategorisch ab.

Technische Feldversuche in Deutschland

Auf Basis der technischen Werte des Untersuchungsberichts wurden die Versuchsfunklizenzen für die anstehenden Feldversuche in Deutschland erteilt. Die Feldversuche fanden in folgenden Zeiträumen statt:

  • Versuch mit DRM+ in Hannover vom 20. November 2007 bis 29. Februar 2008
  • Versuch mit HD-Radio in Heidelberg vom 1. Dezember 2007 bis 29. Februar 2008
  • Versuch mit DRM+ in Kaiserslautern vom 1. März 2008 bis 31. Mai 2008 im Anschluss an den Versuch mit HD-Radio in Heidelberg.

DRM+ im Vergleich zu DAB

Das DRM-Konsortium will zudem den Übertragungsmodus für Frequenzen über 30 MHz als DRM+ weiterentwickeln. Dieser Bereich ist ausschließlich für die lokale Versorgung geeignet. Die klanglichen Einschränkungen der Mittel- und Kurzwelle entfallen hier, vielmehr ist die Klangqualität dem etablierten DAB-System weit überlegen. Denn bei höheren Bandbreiten sind Datenraten von 100 bis 300 kbps möglich, die sich von CD-Qualität kaum unterscheiden. Damit positioniert sich DRM als Alternative zum digitalen Radiostandard DAB.

Einzelaussendungen möglich
Ein grundlegender Unterschied ist, dass bei DAB mehrere Stationen in einem Paket gesendet werden. DRM+ ermöglicht dagegen Einzelaussendungen wie gegenwärtig auf UKW. Kleine Stationen können somit einzeln stehende Sendemasten weiter betreiben.
Frequenzökonomie
DRM benutzt zudem mit AAC eine neuere Audiodatenkompression als gegenwärtige DAB Aussendungen mit MPEG 1 Layer 2 und ist somit etwa doppelt so frequenzökonomisch. Damit kann DRM+ mehr Stationen bei gleichem Frequenzbedarf übertragen bzw. dieselbe Anzahl an Stationen in deutlich besserer Klangqualität. Durch die nachträgliche Aufnahme des AAC+ Audio-Codecs in den EUREKA 147 Standard für DAB im 4. Quartal 2006 könnte dieser Vorteil von DRM aber, abhängig von der Akzeptanz bei den Sendern, in wenigen Jahren bereits aufgeholt sein.
DAB bereits eingeführt
Weltweit wurden bisher 12 Millionen DAB-Geräte verkauft, vor allem in Großbritannien. Diese würden wertlos, wenn sich DRM+ stattdessen durchsetzt. In Deutschland lag die Zahl 2003 allerdings bei nur 50.000. DAB-Kritiker sehen daher noch Chancen für einen Systemwechsel. Dagegen stehen die bereits getätigten hohen Investitionen der Sendeanstalten für einen fast flächendeckenden DAB-Ausbau in Deutschland.
Mobiler Empfang nicht getestet
Während DAB für Geschwindigkeiten bis zu 200 km/h optimiert wurde, stehen solche Tests für DRM+ noch aus.
Kosten
Über die Kosten streiten sich die Experten. Eine Studie der European Broadcasting Union[4] kommt zwar zu dem Schluss, dass DAB das günstigere System sei. Das englische Internetangebot digitalradiotech.co.uk[5] dokumentiert jedoch gravierende Rechenfehler in dieser Studie und sieht einen deutlichen Vorteil für DRM+, auch im Vergleich zu den anderen neuen digitalen Modulationsarten DMB, DVB-T und DVB-H.
Frequenzbereiche
Auf welchen Frequenzen DRM+ zum Einsatz kommt, ist noch unklar. Im Gespräch ist das Band I, in dem gegenwärtig nur wenige Fernsehsender aktiv sind. Theoretisch könnten auch UKW-Programme digital ersetzt werden.

Feldversuche wurden ab dem Jahr 2007 in Hannover auf der UKW-Frequenz 95,2 MHz und Mitte 2008 auch in Kaiserslautern durchgeführt.

DRM-Empfänger

DRM-Empfänger sind technisch wesentlich aufwändiger als Empfänger für Analogradio. Sie benötigen zur Demodulation/Dekodierung Prozessoren, in diesem Fall Digitale Signal Prozessoren oder FPGAs, die aus dem DRM-Signal wieder ein analoges Signal reproduzieren. Diese Bauteile brauchen aber erheblich mehr Energie, als der konventionelle Demodulator eines Empfängers für Analogrundfunk. Außerdem stellt DRM besonders hohe Ansprüche an die Rauscharmut und Frequenzstabilität des Empfangsteils, die nur mit hochwertigen Oszillatoren erreicht werden können.

Derzeit (Stand 01/2007) sind wenige Empfänger verfügbar, darunter ein mit knapp 200 € relativ preisgünstiger Allgebrauchsemfänger, der jedoch im Praxistest manche Kritik einstecken musste.[6][7][8].

Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) bietet derzeit ein Prototyping Board auf FPGA-Basis für die komplette DRM-Signalverarbeitung an.[9]

Die Firma RadioScape hat inzwischen ein SDR-Empfangsmodul entwickelt, das DRM und DAB empfangen, demodulieren und decodieren kann. Es bildet die Basis für die meisten Versuche, einen DRM-Standalone-Empfänger auf den Markt zu bringen.

Einen anderen Weg des DRM-Empfangs bieten softwaredefinierte Radioempfänger (SDRs). Die Steuerung solcher Empfänger und die Demodulation bzw. Dekodierung des DRM-Signals geschieht hier durch einen Mikrocomputer wie z.B. einem PC. Der Preis für diese Lösung kann jedoch, abgesehen vom Preis für den Computer, bei einem Vielfachen des Preises für einen Universalempfänger liegen.

Erst wenn viele DRM-Empfänger verbreitet sind, lohnt sich für Radiostationen die Ausstrahlung. Das gilt auch für alle anderen digitalen Modulationsarten.

Technik

Ebenso wie bei Digital Audio Broadcasting (DAB) oder Digital Video Broadcasting-Terrestrial (DVB-T) wird bei DRM das Übertragungsverfahren OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) mit QAM als Modulationsverfahren verwendet.

Als Audiodatenkompressionsverfahren kommt Advanced Audio Coding (AAC), CELP oder HVXC zum Einsatz.

Bandbreitenbedarf

Ein DRM-Kanal belegt auf Lang- und Mittelwelle in den

  • ITU-Regionen 1 und 3: 9 kHz
  • ITU-Region 2: 10 kHz

Auf Kurzwelle sind

  • weltweit: 10 kHz

Bandbreite vorgesehen.

Daneben sind noch Übertragungen mit

  • 4,5 bis 5 kHz Bandbreite
    für besonders schmalbandige Übertragungen
  • 18 oder 20 kHz Bandbreite
    wenn eine hohe Audio-Qualität gefragt ist, oder man z.B. verschiedensprachige Sendungen gleichzeitig ausstrahlen möchte, möglich.

Im Amateurfunk wird ein modifiziertes DRM mit 2,5 kHz Bandbreite benutzt, um die IARU-Bandpläne einhalten zu können. Dabei wird aufgrund der sehr geringen Bandbreite als Audiokompressionsverfahren Speex oder Linear Predictive Coding verwendet.

Verwendet ein Sender auf MW oder LW trotzdem Mode C oder D, wird auch die Bandbreite auf 10 kHz erhöht.

BBC World Service verwendet auf MW 1296 kHz (obwohl Mode A) 10 kHz Bandbreite, aufgrund der verwendeten Parameter ist die erreichte Tonqualität für Mittelwelle phänomenal.

BNR Digital aus Bulgarien verwendet auf 11900 kHz nur 9 kHz Bandbreite.

Übertragungsmodi

Neben den verschiedenen Bandbreiten unterscheidet man noch verschiedene Übertragungsmodi, die sich in ihrer Robustheit und Bitrate unterscheiden:

Modus Träger­abstand (Hz) Anzahl der Träger Symbol­dauer (ms) Schutz­intervall (ms) Symbole pro Rahmen Daten­rate Robustheit gegen Doppler und Mehrwege­ausbreitung
9 kHz 10 kHz 18 kHz 20 kHz
A 41,66 204 228 412 460 26,66 2,66 15 ++ --
B 46,88 182 206 366 410 26,66 5,33 15 + -
C 68,18 * 138 * 280 20,00 5,33 20 - +
D 107,14 * 88 * 178 16,66 7,33 24 -- ++

(*) Modus auf Lang- und Mittelwelle nicht vorgesehen (nur Kurzwelle)

  • Modus A ist hauptsächlich für lokale Sendungen auf der Lang- und Mittelwelle vorgesehen, bei denen die Übertragung durch die Bodenwelle überwiegt und es dementsprechend praktisch kein Fading gibt. In letzter Zeit entdecken aber immer mehr Anbieter, dass auch unter bestimmten Voraussetzungen Kurzwellenübertragungen in Mode A (bei Nutzung von QAM16) möglich sind, um auch die Datenrate und damit die Tonqualität zu verbessern.
  • Modus B ist vor allem bei Kurzwellen-Übertragungen mit nur einer Reflexion an der Ionosphäre (sog. "single hop") beliebt. Es handelt sich um Sender, die z.B. nur innerhalb Europas empfangen werden sollen. Einige Lang- und Mittelwellensender bevorzugen nachts auch eher Modus B, da nachts auch in diesen Bändern die Raumwelle an der Wellenausbreitung beteiligt ist.
  • Modus C kann für Kurzwellensendungen über Kontinente hinweg verwendet werden. Da bei diesen Entfernungen die Wellen mehrfach zwischen Ionosphäre und Erde hin und her reflektiert werden (sog. "multi hop"), kommt es hier verstärkt zur Überlagerung von Wellen mit verschiedenen Laufzeiten und somit zu Signalverstärkungen und Signalauslöschungen. In der Regel nutzt man auch zur Überseeversorgung trotzdem Mode B, da er eine höhere Datenrate bietet.
  • Modus D ist der störungsunempfindlichste Übertragungsmodus und wird hauptsächlich für NVIS-Übertragungen (Near Vertical Incidence Skywave) verwendet. Diese Sendeart wird sich in Europa wohl kaum verbreiten, sie soll in den tropischen Regionen auf den entsprechenden Frequenzbändern verwendet werden. Da hierbei die Wellen nahezu senkrecht gen Himmel gestrahlt werden, kommt es neben den bereits genannten Fading-Effekten noch zusätzlich zu Doppler-Verschiebungen, da die Höhe der reflektierenden Luftschichten über dem Boden ständig schwankt.

In der Praxis setzen die meisten Anbieter in den AM-Bändern den Mode A oder B ein, nur einige wenige (zum Beispiel die Deutsche Welle) nutzen unter ungünstigen Voraussetzungen den Mode D (damit verringert sich auch die Audioqualität). Ausstrahlungen im Mode C sind sehr selten.

Modus B findet in letzter Zeit immer häufiger im Amateurfunk Verwendung.

Schutzklassen

Innerhalb der Modi gibt es noch einmal vier verschiedene Schutzklassen. Je kleiner die Schutzklasse desto unempfindlicher ist das Signal gegenüber Störungen.

Die Tabelle zeigt typische Bitraten in den jeweiligen Modi und Schutzklassen bei der Verwendung von EEP (equal error protection) in kbit/s.

Schutzklasse Modus / Bandbreite / QAM-Modus Robustheit
A B C D
9 kHz 10 kHz
64-QAM 16-QAM 64-QAM 16-QAM 64-QAM 16-QAM 64-QAM 16-QAM 64-QAM
0 19,6 7,6 15,2 11,6 17,4 9,1 13,7 6,0 9,1 ++
1 23,5 10,2 18,3 14,5 20,9 11,4 16,4 7,5 10,9 o
2 27,8 - 21,6 - 24,7 - 19,4 - 12,9 -
3 30,8 - 24,0 - 27,4 - 21,5 - 14,3 --

Beim überwiegenden Teil der DRM-Sendungen wird heutzutage Modus A oder B in der Schutzklasse 1 verwendet, wobei Modus B am häufigsten auf Kurzwelle anzutreffen ist.

Durch die Verwendung von AAC in Verbindung mit der sog. "Spectral Band Replication" (kurz: SBR) erreicht man eine Audio-Bandbreite von 15 kHz (ab 22 kbit/s) bei einem Bandbreitenbedarf von lediglich 9 oder 10 kHz im Funkfrequenz-Spektrum. Allerdings klingen die Spektralanteile zwischen 6 und 15 kHz auch für das ungeübte Ohr teilweise synthetisch, dem Klang fehlt es an Transparenz bzw. Brillanz.

Die Modi C und D dienen momentan nur der Vorführung des Verhältnisses aus Unempfindlichkeit gegenüber Fading-Effekten und der erreichbaren Bitrate. </ref> Die Audio-Qualität der Modi C und D ist bei Verwendung von AAC relativ bescheiden und nur wenig besser als die herkömmlicher AM-Sendungen. Wird zudem noch eine hohe Schutzklasse eingesetzt, kann sie sogar als schlechter empfunden werden als die analoger Aussendungen, weil die Art der Störungen ungewohnt ist. Auch wenn dieser Punkt die letzten beiden Modi zunächst unattraktiv erscheinen lässt, gilt dennoch (bei ausreichendem Rausch- und Störsignalabstand) wie bei allen digitalen Rundfunksendungen im Bezug auf die Ton-(Bild)-Qualität: Sendersignal = Empfangenes Signal, der Ton ist also frei von Rauschen, Knacken und Pfeifen. Zudem kann zusammen mit einem der für DRM standardisierten Sprachencoder (HVXC und CELP) eine gute bis sehr gute Sprachqualität erreicht werden, so dass diese Modi zumindest für Informationsprogramme durch ihre Robustheit wieder attraktiv sein können.

Weitere Sendeformen und Fähigkeiten von DRM

  • Multiplex: Auf einem DRM-Kanal können bis zu 4 Programme oder Datendienste gleichzeitig gesendet werden. Dadurch reduziert sich die mögliche Bitrate der einzelnen Programme. Das Deutschlandradio nutzt zum Beispiel einen Datenstrom, der aktuelle Nachrichten oder interne Informationen ("Wir über uns") ausstrahlt, diese jedoch mit sehr reduzierter Bitrate und Tonqualität.
  • Datendienste: Auch die Ausstrahlung von Texten und Daten ist möglich. Der vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen und anderen Firmen für DRM und DAB entwickelte textbasierte Nachrichtendienst NewsService Journaline ermöglicht eine menübasierte Themenaufbereitung, so dass z. B. aktuelle Nachrichten, Informationen zum Sender/Programm oder regionale Verkehrsinformationen gezielt abgerufen werden können. Der Dienst ist darauf optimiert, auch auf einfachen Radiogeräten decodiert und genutzt werden zu können.
  • AFS (Automatic Frequency Switching): Alternativfrequenzen können wie bei RDS mitgeschickt werden, bei DRM können aber sogar versorgtes Gebiet, Uhrzeit und Wochentag genauer angegeben werden.
  • EPG: Elektronischer Programmführer, ähnlich wie bei DVB, jedoch aufgrund der geringen Bandbreite nur sehr oberflächlich. Wird jedoch derzeit nur von der BBC eingesetzt.
  • Textmeldungen: Ähnlich dem Radiotext bei RDS können auch Informationen über die aktuelle Sendung, dem eingesetzten Sendestandort, Programmhinweise, Nachrichten usw. übertragen werden. Auch Unterstreichungen und Fettschrift sind möglich.
  • Uhrzeit: DRM-Stationen können die aktuelle Uhrzeit mitsenden. Ist für Radiowecker sinnvoll.
  • PTY: Programmartkennung, ähnlich wie bei RDS (zB Varied, Information).
  • Simulcasting: Technisch ist es möglich, gleichzeitig AM und DRM auf einer Frequenz auszustrahlen. Das Verfahren wird als Singlechannel-Simulcast-Verfahren (SCS) bezeichnet. Hörer mit AM-Geräten können diese somit weiter nutzen. DRM-Hörer kommen in den Genuss eines verzerrungsfreien Signals. Der DRM-Klang ist in diesem Fall jedoch dumpf, da nur geringe Datenraten verwendet werden. Leider muss im SCS-Betrieb das AM-Signal deutlich stärker sein als der digitale DRM-Anteil des Signals, um das Hintergrundrauschen bei analogem Empfang erträglich zu halten, da in den meisten kommerziellen Empfängern die ZF-Bandbreite nicht schmal genug ist. Dadurch reduziert sich natürlich das DRM-Versorgungsgebiet gegenüber einer rein digitalen Aussendung ganz deutlich. Diese Lösung ist somit nur ein Kompromiss und wird nach einigen Tests gegenwärtig fast nicht benutzt. Einzige Station war die Stimme Russlands in Berlin auf 693 kHz, dessen Tests wieder eingestellt wurden.
  • Gleichwellenbetrieb: Von der Deutschen Welle wurden auch Versuche über die Stationen in Sines und Wertachtal (später stattdessen Moosbrunn) im Gleichwellenbetrieb getätigt. Hierbei werden zwei DRM-Signale bezogen auf den Standort über GPS synchronisiert. Zeitweise gab es tagsüber einen Gleichwellenbetrieb des französischen RTL auf 5990 kHz. Die Ausstrahlungen wurden jedoch im Frühjahr 2008 eingestellt.

Aktueller Stand

Die Entwicklung von DRM30 (bis 30 MHz) ist abgeschlossen und weltweit über die ITU standardisiert.

Zur Zeit befindet sich die technisch abgeschlossene Aktualisierung des DRM Standards auf Version 3.1.1 bei ETSI in der Überprüfung. Teil der Neuerungen ist die Definition des Übertragungsmodus E für Sendefrequenzen über 30 MHz (DRM+). Die Veröffentlichung dieser aktualisierten Version 3.1.1 der DRM System Specification wird für August/September 2009 erwartet.

Aktuell strahlt eine Vielzahl von Sendern täglich weltweit Sendungen in DRM aus[10].

Die Deutsche Welle sendet in Zusammenarbeit mit der BBC ihr digitales Zusatzangebot BBC & DW fast rund um die Uhr für Europa über Sendeanlagen in Skelton (GB) und Sines (Portugal) in DRM. Zudem sendet RTL Radio von Luxemburg aus über die Mittelwelle 1.440 kHz und Kurzwelle 6.095 kHz im DRM-Modus. Seit 2. Mai 2005 wird auch der KW-Sender Ismaning des Bayerischen Rundfunks auf 6.085 kHz digital betrieben. Zahlreiche internationale Stationen testen bzw. nutzen DRM. OldieStar Radio ist der erste deutsche Privatsender, der sein Programm auch im DRM Modus ausstrahlt. Seit 2005 wird das Programm in Berlin auf der Mittelwelle 1485 kHz und seit 1. August 2006 auf 1575 kHz über die Sendeanlagen in Burg (Sachsen-Anhalt) verbreitet. Der religiöse Missionssender Radio HCJB ist neben den üblichen Ausstrahlungen in analoger Kurzwelle und WRN auch über einen kleinen Sender (4kW) aus Pifo/Ekuador regelmäßig in DRM in Europa (auch in deutscher Sprache) empfangbar.

Seit dem 26. Mai 2008 strahlt auch Radio Bulgarien sein Inlandsprogramm in bulgarisch europaweit in DRM aus.

Ab Ende März 2009 soll der reguläre DRM-Sendebetrieb in Russland und bei All India Radio auf Mittel- und Kurzwelle aufgenommen werden[11].

Insgesamt konnte DRM allerdings bislang - wohl vor allem aufgrund der mangelhaften Empfängersituation - noch keine große Marktbedeutung erlangen.

Siehe auch

Quellen

  1. ↑ Hörbeispiele: ADDX DRM Informationsseite
  2. ↑ Hörbeispiele: DRM Konsortium
  3. ↑ FH Kaiserslautern: Abschlussbericht über die Verträglichkeit von DRM+ und HD-Radio
  4. ↑ [1] Studie der European Broadcasting Union (PDF)
  5. ↑ Digitalradiotech.co.uk
  6. ↑ Deutsches DRM-Forum: DRM-Empfänger, teilweise im Handel
  7. ↑ DRM Receivers and Equipment
  8. ↑ Charly H. Hardt: DRM
  9. ↑ FHG_DRM Base Band IP
  10. ↑ http://www.drm-dx.de/
  11. ↑ Pressemitteilungen vom DRM-Konsortium: Exciting News from Russia und India is Going DRM, jeweils vom 13. März 2009; Radioskala, Russland und Indien pushen DRM, 15. März 2009.

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