Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Fachbereich Informatik/Mathematik. Diplomarbeit. im Studiengang Medieninformatik

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1 Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Fachbereich Informatik/Mathematik Diplomarbeit im Studiengang Medieninformatik Thema: T-DMB (Digital Multimedia Broadcasting Terrestrial) als Lösung für Mobile-Multimedia in Deutschland eingereicht von: Toni Harzer Matrikelnummer: eingereicht am: Betreuer: Prof. Dr-Ing. Kai Bruns, HTWD Zweitgutachter: Peter Kettner, BLM

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3 Danksagung Mein besonderer Dank geht an: Herrn Prof. Dr.-Ing. Kai Bruns, Studiengangsbeauftragter der Medieninformatik, für die Diplomarbeitsbetreuung an der Fachhochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTWD) sowie Herrn Peter Kettner, Mitglied der DMB-Projekt-Leitung bei der Bayerischen Landesmedienanstalt (BLM) für die praktische Unterstützung als Zweitgutachter. Ebenso möchte ich vielmals Herrn Rainer Biehn, Technischer Leiter (unter anderem für das DMB-Projekt) bei der Bayerischen Medien Technik (BMT) als auch Herrn Mathias Küfner, Wireless Application Engineer ebenfalls bei der BMT, für die fachliche Betreuung der Diplomarbeit danken. Weiterhin gilt mein Dank der Bayern Digital Radio (BDR) GmbH für die organisatorische Hilfe.

4 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis A Abkürzungsverzeichnis... D B Glossar... H C Abbildungsverzeichnis... O D Tabellenverzeichnis... P Kurzbeschreibung Einleitung Untersuchungsgegenstand Bisherige Behandlung des Themas Ziel Lösungsansätze Erwartungen aus Lösungsansätzen Motivation des Lesers Mobile-Multimedia Mobilität Mobile-Multimedia Entstehung von Mobile-Multimedia Definition von Mobile-Multimedia Potential für Mobile-Multimedia Analyse möglicher Inhalte Analyse der Nutzerwünsche Definition von Content Anforderungen an Content Datendienste Interaktive Formate Mobile-TV Komprimierungen Anforderungen an Sender Anforderungen an Empfänger Zusammenfassung Vergleich möglicher Technologien Kurzstrecken-Übertragungssysteme A

5 Inhaltsverzeichnis 4.2 Mobilfunksysteme GSM (Global System for Mobile Communication) HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) GPRS (General Packet Radio Service) EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) MBMS (Multimedia Broadcast & Multimedia Services) HSDPA/HSUPA (High Speed Donwload/Uplink Packet Access) Drahtlose Netze HiperLAN/ WLAN (Wireless Local Area Network) WLL (Wireless Local Loop) WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Rundfunk-Übertragungssysteme DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) DAB (Digital Audio Broadcasting) Weitere Technologien Zwischenbilanz zu bisherigen Technologien Schlüsseltechnologien DVB-H (Digital Video Broadcasting Handheld) T-DMB (Digital Multimedia Broadcasting Terrestrial) IMT-2000 (S-DMB) DXB Abschlussvergleich: DVB-H und T-DMB Zusammenfassung Ergebnisse Gesamtvergleich mit Wertung Grenzen der aufgeführten Technologien Neuere Technologien Zukünftige Anwendungen Zukünftige Empfänger Zukünftige frequenzregulatorische Bestimmungen Ausblick Selbstreflexion B

6 Inhaltsverzeichnis E Anhang... I E.1 Definition von Multimedia... I E.2 Eigenschaften der MPEG-4-Codierung... I E.3 Display-Auflösungen bei mobilen Endgeräten...II E.4 Eigenschaften von Signalen... II E.5 Besonderheiten bei digitalen Übertragungsverfahren... IV E.6 Ergänzungen zum Mobilfunk... IV E.6.1 Prinzip zellularer Netze... IV E.6.2 Mobile Dienste bei GPRS... V E.6.3 Ergänzungen zur UMTS... VI E.7 Zugriffsverfahren... X E.8 Übertragungsverfahren...X E.8.1 FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)... X E.8.2 DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)... X E.8.3 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)...X E.9 Modulationsverfahren... XII E.9.1 QPSK (Quadratur Phase Shift Keying)...XII E.9.2 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)... XII E QAM...XIII E.10 Übersicht zu den Frequenzbereichen... XIV E.11 Ergänzung zu Rundfunk-Technologien...XIV E.11.1 Verbreitungskosten... XIV E.11.2 Weitere Technologien... XV E IBOC (InBand on-channel)...xv E ATSC (Advanced Television Systems Committee)... XV E ISDB-T (Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting).. XVI E DRM (Digital Radio Mondial)... XVII E MBSAT (Mobile Broadcasting Satellit)...XVII E MediaFlo (Forward Link Only)...XVIII F Literaturverzeichnis... XIX G Internetquellen... XX H Thesen... XXV I Selbständigkeitserklärung...XXVI C

7 A Abkürzungsverzeichnis A Abkürzungsverzeichnis 3GPP Third Generation Partnership Project AM Amplitude Modulation AP Access Point ASK Amplitude Shift Keying ATM Asynchronous Transfer Mode AV Audio/Video BER Bit Error Rate BWS Broadcast WebSite CBR Constant Bit Rate CD Compact Disc CDMA Code Division Multiple Access CEPT Conférence Européenne des Administrations des Postes et des Télécommunications C/N Carrier-to-Noise Codec Coder / Decoder COFDM Coded OFDM CPU Central Processing Unit CRC Cyclic Redundancy Check CS Coding Scheme CU Capacity Unit DAB Digital Audio Broadcasting DBPSK Differential Binary PSK DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunications DQPSK Differential QPSK, auch 4-DPSK DRM Digital Radio Mondiale DVB Digital Video Broadcasting DVB-C DVB-Cable DVB-H DVB-Handheld DVB-S DVB-Satellite DVB-T DVB-Terrestrial DVD Digital Versatile Disk EDGE Enhanced Data rates for Global bzw. GSM Evolution D

8 A Abkürzungsverzeichnis EDTV Enhanced Definition TV EPG Electronic Program Guide ETSI European Telecommunications Standards Institute FDD Frequency Division Duplex FDM Frequency Division Multiplexing FDMA Frequency Division Multiple Access FEC Forward Error Correction FFT Fast Fourier Transformation FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum FLO Forward Link Only FM Frequency Modulation GEO Geostationary (or Geosynchronous) Earth Orbit GPRS General Packet Radio Service GPS Global Positioning System GSM Groupe Spéciale Mobile bzw. Global System for Mobile communications HDTV High Definition TV HF High Frequency HiperLAN High-PERformance LAN HSCSD High Speed Circuit Switched Data HSDPA High Speed Downlink Packet Access HSUPA High Speed Uplink Packet Access HTML HyperText Markup Language HTTP HyperText Transfer Protocol IBOC In Band On Channel ID IDentifier IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IMEI International Mobile Equipment Identity IMT International Mobile Telecommunications IP Internet Protocol IrDA Infrared Data Association ISDB-T Terrestrial Integrated Service Digital Broadcasting ISDN Integrated Services Digital Network ISI InterSymbol-Interferenz ISM Industrial, Scientific, Medical E

9 A Abkürzungsverzeichnis ISO International Organization for Standardization ITU International Telecommunication Union LAN Local Area Network LoS Line of Sight MAC Medium Access Control MIMO Multiple Input Multiple Output MMS Multimedia Messaging Service MOT Multimedia Object Transfer MPEG Moving Picture Experts Group MTM Multipoint-to-Multipoint MUSICAM Masking pattern adapted Universal Subband Integrated Coding And Multiplexing NFC Near Field Communication OFDM Orthogonal FDM OSI Open Systems Interconnection PAD Program Associated Data PC Personal Computer PCM Pulse Code Modulation PDA Personal Digital Assistant PSK Phase Shift Keying PTM Point-to-Multipoint PTP Point-to-Point QAM Quadrature AM QoS Quality of Service QPSK Quadrature (oft auch: Quaternary) PSK ÖPNV Öffentlicher Personen-Nahverkehr RF Radio Frequency S-DMB Satellite-Digital Multimedia Broadcasting SDTV Standard Definition TV SFN Single Frequency Network SIM Subscriber Identity Module SMS Short Message Service TCP Transmission Control Protocol TD-CDMA Time Division-CDMA F

10 A Abkürzungsverzeichnis TDD Time Division Duplex TDMA Time Division Multiple Access T-DMB Terrestrial Digital Multimedia Broadcasting Telco Telecomunication TU Technische Universität TV TeleVision UHF Ultra High Frequency UMTS Universal Mobile Telecommunications System URL Uniform Resource Locator UTRA Universal Terrestrial Radio Access UTRAN UTRA Network UWB Ultra WideBand VBR Variable Bit Rate VHF Very High Frequency W3C World Wide Web Consortium WAN Wide Area Network WAP Wireless Application Protocol W-CDMA Wideband-CDMA WEP Wired Equivalent Privacy Wi-Fi Wireless Fidelity WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access WLAN Wireless LAN WLL Wireless Local Loop WPA Wi-Fi Protected Access G

11 B Glossar B Glossar A Access Point (AP) Zugangspunkt mit Verteiler-Funktion, der zwischen zwei Stationen vermittelt. Eine gesonderte Form von Verteiler ist die Brücke, die mit mindestens zwei Netzwerken verbunden ist. Algorithmus Rechenvorschrift zur Bildung codierter Bitfolgen. Analog Wert- und zeitkontinuierliche Zuordnung von einer physikalischen Messgröße (bei Bildoder Tonsignale z. B. Helligkeit oder Lautstärke). Gegenteil: Digital. Antennen-Diversität Gruppierung von zwei oder mehr Antennen. Der Empfänger wählt durch Umschaltung bzw. Auswahl die Antenne mit dem besten Empfang aus. Jedoch ist dafür eine Phasenanpassung nötig, um Auslöschungen zu vermeiden. B Band-III Frequenzspektrum im VHF-Bereich, der für die landesweite Rundfunk-Versorgung vorwiegend via DAB, aber auch via DVB-T genutzt wird (siehe Anhang E.10). Bandbreite Datenmenge, die über ein bestimmtes Medium in einer bestimmten Zeit gesendet werden kann. Gekennzeichnet entweder durch das Frequenzband (Hz: Hertz) oder die Kapazität (bit/s). Bit Kleinste Einheit bei digitalen Signalen. Jedes B. stellt eine Elementarentscheidung zwischen 0 oder 1 dar. (8 Bit entsprechen einem Byte) H

12 B Glossar Bouquet Beliebige Zusammenfassung mehrerer Fernsehprogramme zu einer Einheit (siehe DVB-T im Kapitel 4.4.1). Ein B. besitzt eine fixe Gesamtkapazität, die sich aber flexibel unter verschiedenen Programmen und Diensten aufteilen lässt. Das auch als Multiplex bezeichnete B. wird auf nur einer einzigen Frequenz ausgestrahlt und verfügt über eine eindeutige Identifikationsnummer sowie einen Namen. Die Ausbreitungsgebiete der B. s werden auch als Bedeckungen bezeichnet. C Cell broadcast Auch Short Message Service Cell Broadcast (SMSCB) genannt. Erlaubt, an alle Endgeräte innerhalb eines bestimmten Gebietes (z. B. einer Zelle) Textnachrichten zu senden. Client (Endpunkt) Station, die mit genau einem Netzwerk verbunden ist. Ein Endpunkt kann Verbindungen zu mehreren Stationen unterhalten. Diese Stationen können jedoch nicht über den Endpunkt miteinander kommunizieren. C/N Abkürzung für Carrier-to-Noise. Dieses Träger-Rausch-Verhältnis ist wichtig für rauschfreien Empfang. Beschreibt die Signalqualität der Antenne, die zum Receiver weitergeleitet wird. Coderate Gesamtdatenrate inklusive der Fehlerschutz-Bits wird ermittelt aus der Division von Datenrate der Nutzbits (Netto) und der Gesamtdatenrate (Brutto). COFDM Abkürzung für Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex. Übertragungsverfahren, bei dem die Informationen auf eine Vielzahl von Unterträgern in einem breiten Frequenzblock aufgeteilt werden, um eine hohe Sicherheit gegen Störungen zu erreichen (siehe Anhang E.8.3). I

13 B Glossar D Datendienste Beliebige einmalig oder regelmäßig ausgesendete digitale Daten, die entweder programmbegleitend (PAD) oder programmunabhängig (NPAD), im Packet-Mode oder im Stream-Mode übertragen werden. Datenrate Zahl der pro Zeiteinheit übertragenen Bit. Digitalisierung Umwandlung (Codierung) von Schrift, Bild, Ton oder jeder anderen Art analoger (stufenloser) Signale in digitale (schrittweise, ziffernmäßige) Form. Doppler-Effekt Veränderung der Frequenz von Wellen jeder Art, wenn sich die Quelle und der Beobachter einander nähern (Frequenz erhöht sich) oder voneinander entfernen (Frequenz verringert sich). Bekanntes Beispiel ist die Tonhöhenänderung des Martinshorn eines Krankenwagens. Solange sich das Fahrzeug nähert, ist der Ton höher; wenn es sich entfernt, wird der Ton tiefer. Downstream Datenstrom vom Sender zum Empfänger bezeichnet. Im Gegensatz dazu, fließt beim Upstream der Datenstrom in die andere Richtung. E Ensemble Paket (auch Multiplex genannt) für die beliebige Zusammenfassung von DAB-Programmen. Die Eigenschaften sind analog zum Bouquet von DVB-T. F Funkzelle Gesamter Abdeckungsbereich, den ein Sender bedingt durch die Übertragungscharakteristik ausstrahlen kann bzw. der als Empfangsbereich nutzbar ist. Die F. ist von der Übertragungstechnik abhängig, stets an eine bestimmte Frequenz und damit an einen bestimmten (Kommunikations-) Kanal gebunden. J

14 B Glossar G Gleichwellennetz Anordnung von Rundfunksendern, bei der mehrere auf der gleichen Frequenz das gleiche Programm ausstrahlen (Frequenzökonomie). Dafür ist es notwendig, alle Sender exakt zu synchronisieren. Im G. ergänzen sich einzelne Sender, so dass verschiedene Signale das Eingangssignal im Empfänger verstärken und damit den Empfang verbessern. Gegenteil: UKW-Mehrfrequenznetze. I Infotainment Mischung aus Information und Unterhaltung (Entertainment). IPDC Abkürzung für IP Datacasting. Service, bei dem digitale Daten in IP (Internet Protocol)Paketen via digitalen Rundfunk ausgestrahlt werden. L L-Band Frequenzspektrum im UHF-Bereich, der vorwiegend für die lokale Rundfunk-Versorgung via DAB genutzt wird (siehe Anhang E.10). M Mehrwegeempfang Auch als Multipath-Fading bezeichnet. Durch Reflexionen an Gebäuden oder natürlichen Hindernissen gelangt das Signal auf mehreren Wegen von der Sendeantenne zum Empfänger. Bei analogen Systemen wie UKW führt dies zu Empfangsstörungen, während bei SFN s eine Verbesserung der Empfangsqualität erreicht wird. Modulation Vorgang, bei dem ein oder mehrere Merkmale einer Trägerschwingung entsprechend dem Verlauf einer modulierenden Schwingung verändert werden. K

15 B Glossar MOT Abkürzung für Multimedia Object Transfer. Protokoll zur Übertragung von MultimediaDateien jeglicher Art, bei dem die Dateien zyklisch wiederholt werden. In einem regelmäßig übertragen MOT-Directory ist vermerkt, welche Dateien existieren und wann respektive wie oft diese gesendet werden. Multiplex Zusammenfassung mehrerer Rundfunk-Programme in einem Datenstrom, der über einen Kanal übertragen wird. MUSICAM Abkürzung für Masking Pattern Universal Sub-Band Integrated Coding and Multiplexing. Verfahren (MPEG-1 Layer 2) zur Datenreduktion bei DAB; Töne unterhalb der Ruhehörschwelle und der Mithörschwelle werden ausgefiltert, ohne dass ein hörbarer Qualitätsverlust entsteht. N NPAD Abkürzung für Not Programm Associated Data. Umfasst alle programmunabhängigen Datendienste im Hörfunk, die in einem DAB-Ensemble gesendet werden wie z. B. Webseiten, News etc. Die Übertragung erfolgt meistens im Packet-Mode im Gegensatz zu PAD. R Rich Media Werbebegriff aus dem Internet für eine Website, welche grafische Anzeigen wie Streaming-Video, Audio-Dateien oder andere, ähnliche Formate verwendet, um dem Betrachter eine interaktive Atmosphäre zu schaffen. P Packet-Mode Permanente, dateiweise Aussendung von Daten (-diensten), aber bei wechselnder Bandbreite im Gegenteil zum Stream-Mode. Dateien verschiedener Anbieter lassen sich miteinander kombinieren und jeder Content-Provider bekommt eine ganz be- L

16 B Glossar stimmte, individuelle Bandbreiten zugewiesen. PAD Abkürzung für Program Associated Data. Begleitende Datendienste, die von einer Hörfunkstation parallel zum Radioprogramm ausgesendet werden (z. B. Titel und Interpret des aktuellen Musikstücks). Gegenteil: NPAD. Protection Level Gibt an, wieviel Redundanz zur Fehlerkorrektur in einem Subchannel vorgesehen ist. Je mehr Redundanz, desto mehr Übertragungsfehler kann der Empfänger korrigieren. Je höher der P. L., umso weniger Nutzdaten können, bezogen auf die Gesamtdatenrate, übertragen werden (siehe Coderate). S Sendernetzbetreiber Von der Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post (RegTP) für den Betrieb von Sendernetzen lizenzierte Unternehmen. Aufgabe dieser Firmen ist es, die Verbreitung von Rundfunk-Programmen und/oder Diensten durch den Aufbau eines Sendernetzes sicherzustellen. Service Dienste, welche sich in einem Ensemble respektive Bouquet auswählen lassen. Sind gekennzeichnet durch ID sowie Namen. Jeder S. besteht aus mindestens einer Service-Komponente; mehrere sind jeweils zu einem Programm zusammengefasst. Simulcast Bezeichnung für die gleichzeitige analoge und digitale Verbreitung von Programmen über Satellit, Kabel oder terrestrische Sender. Station (Node) Knoten in einem Netzwerk, der in der Regel eine Adresse besitzt und entweder die Rolle des Senders oder Empfängers einnimmt. Stream-Mode Datenstrom mit kontinuierlicher Bandbreite und kontinuierlichem Datenstrom z. B. für Audiodaten der Radioprogramme. Datendienste können ebenfalls im St.-M., aber alternativ auch im Packet-Mode übertragen werden. M

17 B Glossar Streaming Kontinuierlicher Datenstrom, der eine unmittelbare Wiedergabe der Daten nach einer teilweisen, lokalen Zwischenpufferung schon während des Empfangs ermöglicht. Im Gegensatz zum Download ist ein komplettes Speichern der Daten beim Client unnötig. Der Ablauf einer Streaming-Session besteht dabei aus folgenden Komponenten: Quelldaten Encoder Streaming-Format Streaming Server Streaming-Protokoll Puffer Decoder Player. Innerhalb der Streaming-Datei sind Elemente zur interaktive Kontrolle des Datenstroms (z. B. Vorwärts- /Rückwärtsspulen) enthalten. Subchannel (Unter-) Kanal zur jeweils separaten Übertragung von Audio- und Datendiensten. Ein DAB-Multiplex ist in mindestens ein, in der Regel aber mehrere S. aufgeteilt, die als Service-Komponente an mehrere Services angehängt werden, damit sich ein S. in verschiedenen Services benutzen lässt. Gekennzeichnet sind S. jeweils durch eine eigene ID, eine bestimmte Bandbreite, einen spezifischen Protection-Level und einen Übertragungsmodus (Stream- oder Packet-Mode). T Terrestrik Drahtlose Abstrahlung der Rundfunk-Programme von auf der Erde (= terra) stehenden (terrestrischen) Antennenmasten sowie Empfang mit Antenne. U Übertragungsmedium Über das Ü. können die einzelnen Stationen untereinander kommunizieren. Es stellt die gemeinsame Basis für ein drahtloses Netzwerk dar. Das Ü. besitzt dabei zwei Eigenschaften: die Übertragungscharakteristik sowie die -technik. UKW Abkürzung für Ultrakurzwelle. Weltweiter Frequenzbereich für die Übertragung von Stereo-Radioprogrammen in analoger Technik. Upstream Für die Interaktion benutzter Datenstrom vom Empfänger zum Sender. Im Gegensatz dazu fließt beim Downstream der Datenstrom in die andere Richtung. N

18 C Abbildungsverzeichnis C Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Kostenentwicklung: Mobilfunk vs. Rundfunk... 9 Abb. 2: Benötigte Bandbreite bei Unicast und Broad-/Multicast Abb. 3: UMIS-PDA...17 Abb. 4: "Get the Clip" von VivaPlus Abb. 5: Rahmenstruktur von GSM Abb. 6: Zeitschlitze eines Funkkanals Abb. 7: UMTS-Handy Nokia Abb. 8: Mobile-TV (Vodafone) Abb. 9: Frequenzraster bei IEEE b...45 Abb. 10: WiMAX-Antenne Abb. 11: Funktionsprinzip von WiMAX Abb. 12: Grobes Ablaufschema bei DVB-T...54 Abb. 13: DVB-T-Ausbau (Stand: 06/2005) Abb. 14: Ablaufschema bei DAB Abb. 15: Verbreitung von DAB (Stand: Anfang 2005) Abb. 16: Vergleich: DVB-T-Multiplex und DVB-H spezifisches Time Slicing Abb. 17: Übertragungsverfahren bei DVB-H Abb. 18: DVB-H-tauglich Nokia Abb. 19: DMB-Erweiterung zum DAB-System Abb. 20: T-DMB-Mobiltelefon Sch-B Abb. 21: T-DMB-Empfänger: DMR-131 von Perstel Abb. 22: S-DMB-Ausstrahlung Abb. 23: Convergence of Broadcast and Mobile Services, Abb. 24: Vergleich: Brutto-Datenrate und maximalen Reichweite Abb. 25: Bereiche der Signalausbreitung... III Abb. 26: Zellulares Netz... IV Abb. 27: Unterschiedlich große Zellarten...V Abb. 28: Mehrwegeausbreitung... IX Abb. 29: Zugriffsverfahren: TDMA, FDMA und CDMA... X Abb. 30: Orthogonale Unterträger (vier Sinus-Signale) bei OFDM...XI Abb. 31: Vergleich: Störsignals im GSM- bzw. im UMTS-Frequenzkanal... XI Abb. 32: Vergleich QPSK, 16-QAM und 64-QAM...XIII Abb. 33: Analoges Signal...XIII O

19 C Abbildungsverzeichnis Abb. 34: DVB-T-Signal (ideal)...xiii Abb. 35: DVB-T-Signal bei... XIII D Tabellenverzeichnis Tab. 1: Mobilität gestern und heute...6 Tab. 2: Stärken von Mobilfunk und Rundfunk... 8 Tab. 3: Datenraten ausgewählter Mobil-Services... 9 Tab. 4: Wertung zu GSM Tab. 5: Wertung zu HSCSD Tab. 6: Wertung zu GPRS Tab. 7: Wertung zu EDGE Tab. 8: Zellengrößen bei UMTS Tab. 9: Wertung zu UMTS Tab. 10: Wertung zu MBMS Tab. 11: Wertung zu HSDPA / HSUPA...40 Tab. 12: Wertung zu HiperLAN/ Tab. 13: Wertung zu den WLAN-Standards Tab. 14: Wertung zu WLL Tab. 15: Wertung zu WiMAX Tab. 16: Wertung zu DVB-T...56 Tab. 17: Wertung zu DAB Tab. 18: Zwischenvergleich bisheriger Technologien Tab. 19: Wertung zu DVB-H Tab. 20: Wertung zu T-DMB Tab. 21: Wertung zu S-DMB Tab. 22: Wertung zu DXB Tab. 23: Abschlussvergleich zwischen DVB-H und T-DMB Tab. 24: Gesamtwertung von Mobilfunk, drahtlosen Netzen und Rundfunk Tab. 25: Typische Auflösungen...II Tab. 26: Vor- und Nachteile von zellularen Netzstrukturen... VI Tab. 27: Überischt zu den Frequenzbändern...XIV Tab. 28: Vergleich von Band-III und L-Band... XIV Tab. 29: Wertung der weiteren Technologien... XVIII P

20 Kurzbeschreibung Kurzbeschreibung Neben dem Entwicklungstrend hin zu mehr Mobilität steigen auch die Erwartungen an zukünftige mobile Endgeräte, die nicht nur reines Telefonieren oder Surfen, sondern auch multimediale Anwendungen (Fotokamera, Internet, MP3-Player, Radio oder TV) zu jeder Gelegenheit ermöglichen sollen. Die vorliegende Diplomarbeit setzt sich zum Ziel, eine optimal geeignete Technologie für die bundesweite Übertragung von Mobile-Multimedia zu finden. Zunächst werden dafür grundlegende Begriffe hierzu analysiert und definiert. Dabei sind hier auch die zunehmenden Bedürfnisse der Menschen nach Mobilität, Personalisierung, Interaktivität und Lokalisierung näher erklärt. Darauf aufbauend werden mögliche, multimediale Inhalte sowie deren Anforderungen besonders im Hinblick auf die Art der Übertragung sowie den Empfang auf mobilen Endgeräten wie z. B. Smartphones, PDAs oder Mobiltelefonen genauestens untersucht. Anhand der daraus gewonnenen Erkenntnisse werden im Anschluss daran die verschiedenartigen, in Frage kommenden Übertragungsverfahren wie z. B. UMTS, WiMAX, DVB-H oder T-DMB näher vorgestellt. Hierbei erfolgt ein intensiver Vergleich. Mit Hilfe aufgestellter Vergleichskriterien soll dadurch in mehreren Stufen analysiert werden, ob speziell T-DMB eine optimale Übertragungstechnologie für Mobile-Multimedia darstellt bzw. in welchem Bereich dieses System Stärken und Schwächen aufweist. Die dabei gesammelten Erkenntnisse einschließlich Schlussfolgerungen sowie ein kurzer Ausblick sind in der abschließenden Zusammenfassung enthalten. 1

21 1 Einleitung 1 Einleitung 1.1 Untersuchungsgegenstand Die Digitalisierung der klassischen Rundfunksysteme ist inzwischen sehr weit fortgeschritten. Standards zur digitalen Verbreitung von Programminhalten sind in der Praxis erprobt und zu einem großen Teil bereits im Markt eingeführt. Bisher bedeutete jedoch Rundfunk nur die Verteilung von Radio- und Fernsehprogrammen in die Wohnzimmer. In Zukunft wird sich aber die Mediennutzung nicht nur auf Heimanwendungen beschränken. Darüber hinaus gilt neben dem Rundfunk auch das Internet als ein stark und schnell wachsendes Medium. Die Verknüpfung beider Bereiche zusätzlich mit dem Mobilfunk wird eine enorme Steigerung bewirken. Seit den letzten Jahren ist außerdem ein eindeutiger Medienwandel zu beobachten, der vor allem durch Mobilität, Erreichbarkeit, Multimodalität sowie Virtualisierung, aber auch durch eine hohe Affinität zur Technik gekennzeichnet ist. Zur erfolgreichen Umsetzung dieses Medienwandels sollten zukunftsfähige Mobilfunksysteme nicht nur (europaweit) flächendeckend und damit überall nutzbar, sondern auch räumlich skalierbar und vor allem je nach Versorgungsraum finanzierbar sein. [Muel] Daher beschäftigt sich diese Diplomarbeit mit der wissenschaftlichen Analyse einer geeigneten Lösung zur deutschlandweiten Übertragung von Mobile-Multimedia auf verschiedene, mobile Endgeräte. In einem detaillierten Vergleich ist dabei besonders die digital-terrestrische Broadcast-Technologie T-DMB (Digital Multimedia Broadcasting terrestrial) zu untersuchen. Vorab soll ermittelt werden, für welche Inhalte respektive für welches Anwendungsszenario diese Weiterentwicklung des digitalen Rundfunkstandards DAB (Digital Audio Broadcast) prädestiniert ist. Ein Hauptaugenmerk wird dabei auf Mobile-TV gelegt; nicht nur, weil das Fernsehen als einzige, noch fehlende Anwendung auf mobilen Endgeräten im Vergleich zum stationären PC gilt Bisherige Behandlung des Themas Aufgrund des Entwicklungsfortschritts neuartiger Technologien zur Übertragung von Bewegtbildern und Multimedia auf mobile Endgeräte sind bislang kaum deutsche Bücher zu finden. Weiterhin wurde diesbezüglich nach umfangreicher Recherche festgestellt, dass zwar vereinzelt wissenschaftliche Berichte und Studien, Auswertungen zu Pilotprojekten, Spezifikationsentwürfe (Drafts) oder auch Standardisierungsunterlagen, jedoch aber noch keine Diplomarbeiten zu diesem Themengebiet verfasst wurden. 2

22 1 Einleitung 1.2 Ziel Lösungsansätze Für die Bearbeitung dieser Diplomarbeit sind grundlegende Überlegungen zu treffen. Dazu zählt als aller Erstes die Klärung, was unter Mobile-Multimedia zu verstehen ist. In diesem Zusammenhang ist sicherlich auch die Untersuchung der Erwartungen, die Konsumenten an zukünftige Multimedia-Anwendungen stellen, nicht uninteressant. Darauf aufbauend ist zu eruieren, welche Anforderungen bei den einzeln beteiligten Komponenten in der Übertragungskette für die jeweiligen Diensteklassen zu erfüllen sind. Insbesondere muss eine Festlegung getroffen werden, auf welchen mobilen Endgeräten die Übertragung von multimedialen Daten funktionieren soll. Weiterhin ist die für Mobile-Multimedia prädestinierteste Übertragungstechnologie zu analysieren. Anhand von Vergleichskriterien könnte zuerst eine grobe, später dann eine feinere Unterscheidung der verschiedenartig einsetzbaren Technologien vorgenommen werden. Anhand der daraus resultierenden Erkenntnisse sollte sich ein verwertbares Ergebnis formulieren lassen. Schlussendlich wäre auch ein Ausblick auf zukünftige Technologien nach 2005 sinnvoll Erwartungen aus Lösungsansätzen Die in dieser Diplomarbeit gesammelten Erkenntnisse könnten gegebenenfalls bei der Einführung von Mobile-Multimedia auf drahtlose Endgeräte in Deutschland oder auch nur in Bayern Berücksichtigung finden. Diese Aussichten stellen für den Autor eine große Motivation dar Motivation des Lesers Was heutzutage beim aktuellen Entwicklungsstand noch unvorstellbar erscheint, wird schon bald in naher Zukunft allgegenwärtig sein: Die Digitalisierung des Rundfunk ist längst gesetzlich beschlossen. Neue Distributionskanäle für die Verteilung von klassischem, wie auch von völlig neuartigen Inhalten eröffnen sich damit. Allerdings wurde bislang noch keine zukünftige Übertragungstechnologie für die verschieden möglichen Einsatzgebiete verbindlich festgelegt. Gründe für die Unentschlossenheit gibt es viele: seien es die zahlreich entwickelten Verfahren, seien es die hohen Anforderungen wie z. B. die gewohnte, flächendeckende Versorgung oder sei es die Herausforderung, den wachsenden Bedürfnissen nach Mobilität, Interaktivität und Personalisierung gerecht zu werden. 3

23 1 Einleitung Darüber hinaus sollen mobile Endgeräte wie z. B. das Mobiltelefon längst nicht mehr nur die Sprachkommunikation ermöglichen, sondern eher wie ein multimediales Schweizermesser in verschiedenen Situationen je nach spezifischen Vorlieben (Fotokamera, Internet, MP3-Player, Radio oder TV) einsetzbar sein. Schließlich lassen sich nur mit einem "Triple Play", bei dem die ehemals getrennten Internet-, Rundfunkund Telefonwelten miteinander konvergieren, die ständig steigenden Bedürfnisse der Nutzer befriedigen. Daher wird in dieser Diplomarbeit analysiert, welche Übertragungstechnologie sämtliche Anforderungen erfüllt. [Eric] Im Anschluss an die Einleitung wird im zweiten Abschnitt zunächst der Begriff: MobileMultimedia definiert. Danach erfolgt eine nähere Betrachtung alle Beweggründe für die stetig zunehmende Digitalisierung in den Medien, für die drastisch angewachsenen Mobilität und die nicht zu unterschätzende Personalisierung. Anschließend werden im dritten Abschnitt alle unter Mobile-Multimedia fallende Anwendungen (wie z. B. MobileTV, interaktive Multimedia-Services sowie Datendienste) umfangreich analysiert. Dies geschieht auf Grundlage von zahlreichen Studien zu Nutzerwünschen. Den Schwerpunkt dieser Diplomarbeit bildet der vierte Abschnitt. Bereits bekannte, aber auch neue, innovative Übertragungstechnologien wie z. B. HSDPA, WiMAX, DVB-H oder T-DMB finden hier nähere Betrachtung. Systematisch ist hier eine optimale Lösung zur Realisierung der flächendeckenden Übertragung von Mobile-Multimedia auf mobile Endgeräte zu erarbeiten. Dabei werden anhand von stufenweise aufgestellten Vergleichskriterien jegliche Vor- und Nachteile analysiert. Im fünften und letzten Abschnitt sind die gesammelten Erkenntnisse in Form von verwertbaren Ergebnissen einschließlich einer Schlussfolgerung zusammengefasst. Aus diesen eben aufgezählten Gliederungspunkten ergibt sich auch der Aufbau dieser Diplomarbeit. 4

24 2 Mobile-Multimedia 2 Mobile-Multimedia In diesem Abschnitt wird zunächst geklärt, was unter Mobilität zu verstehen ist; insbesondere welche charakteristischen Eigenschaften hierzu gehören. Im Anschluss daran soll Mobile-Multimedia definiert werden, um abschließend dessen Vor- und Nachteile näher zu beleuchten. 2.1 Mobilität Kein anderes Bedürfnis hat den Menschen in seiner Lebens- und Arbeitsweise derartig in den letzten zehn Jahren beeinflusst wie die Mobilität. So sind z. B. Mobiltelefone aus dem privaten Alltag und Notebooks mit drahtloser Internet-Anbindungen aus dem Berufsleben nicht mehr wegzudenken. Erst die flächendeckende Versorgung (bundesweit, landesweit, regional/lokal) ermöglicht die uneingeschränkte Mobilität. Somit ist die Skalierbarkeit der Netzgröße je nach zu versorgender Bevölkerungsgröße (Groß-/ Kleinstadt, Dorf, Siedlung) eine nicht zu unterschätzende Anforderung an die einzusetzenden Technologien. Wichtig ist zu beachten, dass die Mobilität nicht mit mobilen Endgeräten gleichgesetzt wird, da Empfänger zwar von einem Ort zum Anderen bewegbar sind, meist aber ortsfest, also portabel oder auch "quasi-stationär" betrieben werden. [KraK_01] Beim Thema: Mobilität gelangen immer mehr die sogenannten "ANY s an Bedeutung. Danach sollen zukünftige Kommunikationstechnologien besonders nutzerfreundlich (Anybody) zu jeder Zeit (Anytime), an jedem Ort (Anywhere), mit jedem Netzwerk (Any network) und mit jedem Gerät (Any device) sowie für jede Anwendung (Any service/ application) verwendet werden können. Dies würde bedeuten, dass immer und überall ein "Netz aller Netze entstehen müsste, welches dem Nutzer unabhängig von Ort, Zeitpunkt und gerade verwendetem Kommunikationsgerät die uneingeschränkte, permanente Kommunikation ermöglichen würde, sofern er dies wünscht. Dieses Merkmal wird auch als" Always-Online bzw. "Always-On bezeichnet. [SteB_01] Beeindruckend sind die allerdings rein hypothetischen Zahlen aus der auf der nächsten Seite aufgeführten Tabelle: 5

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