RUNDFUNK DIGITAL-RADIO. ITWissen.info

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2 Inhalt ADR, ASTRA digital radio ARI, Autofahrer-Rundfunk- Information Bereichskennung, BK Bodenwelle DAB, digital audio broadcast DARC, data radio channel DARS, digital audio radio service Digital-Rundfunk DLS, dynamic label service DRM-Radio DRM-Frame DSR, digital satellite radio Durchsagekennung, DK DVB-S Radio Füllsender Gleichwellennetz HD-Radio IBOC, in band on channel IDR, Initiative digitaler Rundfunk Internet-Radio ISDB-T, integrated service digital broadcasting, terrestrial Kurzwelle, KW Langwelle, LW Mittelwelle, MW MSC, main service channel MUSICAM, masking pattern universal subband integrated coding and multiplexing PAD, program associated data Pilotton Raumwelle RDS, radio data system Rundfunk RStV, Rundfunkstaatsvertrag Satellitenradio SDR, software defined radio Senderkennung, SK SNG, satellite news gathering T-DAB, terrestrial DAB TMC, traffic message channel TPEG, transport protocol exchange group UKW UKW-Rundfunk VHF XM-Satellitenradio Impressum: Herausgeber: Klaus Lipinski Copyrigt 2006 DATACOM-Buchverlag GmbH Dietersburg Alle Rechte vorbehalten 2

3 ADR ASTRA digital radio ARI Autofahrer-Rundfunk- Information 3 Bei Astra Digital Radio (ADR) handelt es sich um ein digitales Audio- Übertragungsverfahren im Tonunterträgerbereich eines herkömmlichen Satellitenfernsehkanals, das mit der normalen Parabolantenne empfangen werden kann. Grundlage der Übertragung ist das Musicam-Verfahren nach MPEG-1-Audio Layer-II (MP2). Die Tonunterträger werden mit Quadratur-Phasenmodulation (QPSK) mit einer Bandbreite von 130 khz mit den beiden Kanälen für Stereo moduliert. Die Netto-Datenrate beträgt 192 kbit/s, was einer Übertragung in CD-Qualität entspricht. Zur Übertragung von Internet-Daten über das ADR-System gibt es DISCOS, was für Digital Subscriber on Satellite steht. Für Radiotext (RDS), programmtechnische Steuerungsdaten und den Conditional Access (CA) steht ein Datenkanal mit einer Übertragungsrate von 9,6 kbit/s zur Verfügung. Astra Digital Radio wird über die Satelliten Astra 1A bis 1D übertragen. Der ARI-Informationsdienst ist ein Verkehrsinformationsdienst, der im UKW-Bereich gesendet wird. Dieser Broadcastdienst mit Verkehrsdurchsagen wird über einen Hilfsträger von 57 khz in dem entsprechenden UKW-Band übertragen. Die Verkehrsfunksignale - das sind neben den Verkehrsnachrichten mit der Durchsagekennung (DK), Signale für die Senderkennung (SK) und die Bereichskennung (BK) - werden in Amplitudenmodulation übertragen. Dabei strahlt jeder Sender mit Verkehrsfunk das Trägersignal von 57 khz für die Senderkennung

4 Bereichskennung, BK Bodenwelle DAB Digital-Audio-Broadcast digital audio broadcast 4 aus, zusätzlich wird die Trägerfrequenz für die regionale Kennung (BK) mit einem von sechs niederfrequenten Signalen zwischen 23 Hz und 54 Hz abhängig von der Region und zur Kennung der Verkehrsdurchsage mit einem Signal von 125 Hz moduliert. In der ARI-Information wird zusätzlich zur Sendekennung (SK) eine regionale Kennung, die Bereichskennung (BK), ausgestrahlt. Für die Bereichskennung ist der Hilfsträger, das 57-kHz-Signal, mit einer von sechs Niederfrequenzen zwischen 23 Hz und 54 Hz amplitudenmoduliert. Mit dieser Kennung können die Verkehrsnachrichten einem bestimmten regionalen Verkehrsbereich zugeordnet werden. Die BK-Frequenzen werden über Frequenzteilung von der 19-kHz-Frequenz des Pilottons abgeleitet. Bodenwellen passen sich bei der Ausstrahlung der Erdoberfläche an und verbreiten sich in Bodennähe. Bodenwellen treten im Langwellenbereich auf und in geringerem Maße im Mittelwellenbereich. Ihre Ausbreitung kann km und mehr betragen. Mit höher werdender Frequenz steigen die Verluste an der Erdoberfläche und reduzieren die Ausbreitung, die im Mittelwellenbereich bei ca. 300 km und im Kurzwellenbereich unter 100 km liegen kann. Digital Audio Broadcast (DAB) ist terrestrischer Digital-Rundfunk für stationäre und mobile Empfangseinrichtungen. Es wurde in den 80er Jahren im Rahmen von EUREKA entwickelt und und von der ETSI und der ITU standardisiert. Die digitale Rundfunkübertragung zeichnet sich gegenüber der analogen Übertragung durch eine gleichbleibend hohe Audioqualität aus, die CD-Qualität entspricht. Außerdem sind Zusatzinformationen leichter in das digitale Audiosignal integrierbar und es hat eine bessere Frequenzökonomie als die analoge Übertragung. Die Sendeleistung sind bei digitaler Übertragung geringer, zudem werden weniger Sender benötigt.

5 Frequenzbereiche und Bandbreiten der verschiedenen analogen und digitalen Rundfunksysteme 5 Digital Audio Broadcast benutzt das Musicam- Verfahren zur Audiokompression, das auf MPEG-1-Audio Layer-2 (MP2) basiert, die Übertragungsrate beträgt 128 kbit/s je Monokanal. Seit 1995 wird DAB als regulärer Dienst, vorerst parallel zu UKW, über ein Gleichwellennetz abgestrahlt. Die Vorteile gegenüber UKW liegen in der hohen Empfangsqualität - auch beim mobilen Empfang - und in einer um den Faktor 3 höheren Frequenzökonomie. Diese wird ebenso wie die Skalierbarkeit der Datenströme durch die verwendeten Codierungs- und der Modulationsverfahren erzielt: neben dem Musicam-Verfahren, DQPSK und OFDM-Modulation. Die benutzten Trägerfrequenzen liegen im VHF- Bereich 50 MHz und im L-Band bei 1,5 GHz. International wurde hat die WARC den Frequenzbereich von 1,452 GHz bis 1,492 GHz reserviert. Diese Frequenzen können sowohl für die terrestrische Übertragung, T-DAB, als auch für die Satellitenübertragung, S-DAB, verwendet werden; sind aber nicht bindend. So werden in Deutschland für T-DAB die VHF-Frequenzen zwischen 223 MHz und 230 MHz benutzt; darüber hinaus wird in Ballungsgebieten im L-Band gesendet. Konzeptionell werden bei DAB neben der reinen Audio-Übertragung noch andere Daten übertragen, so genannte Program Associated Data (PAD) und Non-Program Associated Data (NPAD). Bei den letztgenannten Diensten kann es sich um

6 DARC data radio channel DARS DARS-Radio digital audio radio service Digital-Rundfunk digital broadcasting 6 Verkehrsinformationen, IP-basierte Dienste oder Radiotext-Informationen handeln. In den USA wird DAB nicht benutzt, das entsprechende Konkurrenzverfahren heißt HD-Radio. In den USA benutztes Verfahren zur Broadcast-Übertragung von Daten in UKW. DARC benutzt einen eigenen separaten Datenkanal über den Texte und Grafiken übertragen werden können. Der Digital Audio Radio Service (DARS) ist ein Konzept für terrestrisch gesendeten oder satellitengestützten Digital-Rundfunk. Das DARS-System sendet im S-Band bei 2,3 GHz und soll bis zu 50 Rundfunkkanäle übertragen. Der Digital-Rundfunk hat gegenüber dem klassischen analogen Rundfunk einige wesentliche Vorteile, dazu zählen die verbesserte Frequenzökonomie und das Angebot an digitalen Zusatzdiensten, wie Verkehrsinformationen, Wetternachrichten, Einblendung von Interpreten und Musiktiteln und einiges mehr. Wobei die effizientere Frequenzausnutzung durch den Einsatz von Audio-Codecs erreicht wird. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Klangqualität und die Empfangsgüte. Beide sind nicht immer gewährleistet. Wenn man mal die bisherigen amplitudenmodulierten Übertragungen auf Langwelle, Mittelwelle und Kurzwelle betrachtet, dann kann von einem Klangerlebnis sicher nicht gesprochen werden. Die Übertragung in diesen Frequenzbänder ist durch Intermodulationen, Geräusche, Rauschen und Knacken geprägt. Der Ansatz des Digital-Rundfunks zielt in Europa mit Digital-Audio-Broadcast (DAB) auf die terrestrische Übertragung. Da das obere Frequenzband bei 1,5 GHz auch für Satellitenübertragung genutzt werden kann, unterscheidet man zwischen T-DAB und S-DAB, für Satellit. Für die Satellitenübertragung gibt es außerdem nach das DARS- Radio und DVB-S Radio. Einen anderen Ansatz nimmt das DRM-Radio, das auf die sehr vernachlässigten

7 DLS dynamic label service DRM-Radio DRM, digital radio mondiale 7 Frequenzbänder von Langwelle, Mittelwelle und Kurzwelle setzt und auf diesen Frequenzen Digital-Rundfunk überträgt. In den USA setzt man im terrestrischen Bereich auf das HD-Radio, mit dem eine fließende Migration vom analogen frequenzmodulierten Rundfunk hin zum Digital- Rundfunk stattfinden soll. Das HD-Radio sendet beide Signale, das analoge und das digitale, gleichzeitig auf den gleichen Frequenzen. Neben dem terrestrischen HD- Radio gibt es in den USA noch satellitengestützte Digital-Rundfunksysteme wie XM Satellite Radio oder Sirius Satellite Radio. Digital-Audio-Broadcast (DAB) kann nicht nur Digital-Audio übertragen, sondern unterstützt verschiedene Datendienste, die in direktem Bezug zur Sendung stehen mit programmbegleitenden Daten (PAD) und Datenströmen, die nichts mit dem Programm zu tun haben, NPAD. Der Dynamic Label Service (DLS) ist ein solcher programmnaher Datendienst mit dem Informationen, die ähnlich dem Radiotext sind, übertragen werden. Der Textumfang der DLS-Informationen ist auf 128 Zeichen pro Nachricht begrenzt. Vom Ansatz her ähnlich Digital Audio Broadcast (DAB), setzt Digital Radio Mondial (DRM) auf den klassischen AM-Bereich von Langwelle, Mittelwelle und Kurzwelle. Da die bisherige Übertragungsqualität stark durch Verzerrungen, Rauschen und Intermodulationen beeinträchtigt ist, kann hier mittels Digital-Rundfunk Abhilfe geschaffen werden. Die Testergebnisse sprechen von UKW-Qualität in den genannten Rundfunkbereichen. Entsprechende Testsendungen unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Wellenausbreitung wie Raumwelle und Bodenwelle verdeutlichen, dass DRM-Radio in Konkurrenz zu UKW treten kann und für den stationären und mobilen Empfang geeignet ist. ETSI hat die Spezifikationen für das DRM-Radio in den technischen Standard TS veröffentlicht. Als Modulationsverfahren benutzt das DRM-Radio die COFDM-Modulation, kombiniert mit einer Fehlererkennung und Audiokompression. Bei dieser hat man sich für die MPEG-4 AAC-Kompression mit Spectral Band Replication (SBR) entschieden. Bei

8 Testsendungen von DRM-Radio Sprachübertragungen benutzt man MPEG-4 CELP oder HVXC. Die DRM-Technik ist so konzipiert, dass sie die vorhandenen AM- Frequenzbänder nutzt, also mit üblichen Bandbreiten von 9 khz und 10 khz auskommt und in diesen Frequenzbändern Übertragungsraten von etwa 24 kbit/s realisiert. Daneben bietet die Technik Betriebsarten für sehr schmale Frequenzbänder von 4,5 khz und 5 khz und für Bandbreiten von 18 khz und 22 khz. Bei einer Sendebandbreite von 10 khz können mit diesen Techniken Audiosignale mit 15 khz Bandbreite übertragen werden. Neben Audio können zusätzlich digitale Daten übertragen werden, die auf entsprechenden Displays Informationen über den Musiktitel und den Interpreten geben. Ebenso können weitere Informationsdienste für Verkehrs- und Wetterinformationen, aktuelle Nachrichten oder Wirtschaftsnachrichten u.a. integriert werden. Dementsprechend setzt sich das 8

9 DRM-Frame DRM frame Aufbau des DRM-Frames und des DRM-Superframes DSR Digitales Satelliten-Radio digital satellite radio 9 DRM-Frame aus mehreren Service- und Channel-Frames zusammen. Da DRM-Radio über die vorhandenen Sende-Infrastrukturen abgestrahlt werden kann, sind nur geringe Investitionen für die Umrüstung aufzubringen. Empfangsseitig wird ein neuer Empfänger benötigt. Im DRM-Radio werden die Nachrichten und Daten zu einem DRM-Superframe gemultiplext. Die sich daraus ergebende Superframe- Struktur besteht aus dem Main Service Channel (MSC), dem Fast Access Channel (FAC) und dem Service Description Channel (SDC). Der Main Service Channel entspricht einem Kanal, der sich aus bis zu vier Audio- oder Datenströmen zusammensetzt. Der Fast Access Channel ist einer von zwei Multiplexkanälen. Er enthält Informationen über die Signalbandbreite sowie andere Parameter, die den Empfänger in die Lage versetzen, mit der Decodierung zu beginnen. Der zweite Multiplexkanal ist der Service Description Channel. Er enthält Angaben über die Decodiervorschrift des Main Service Channel sowie alternative Empfangsmöglichkeiten der gleichen Daten. Ein solcher DRM-Frame besteht aus 15 OFDM-Symbolen und hat eine Dauer von 400 ms. Jeweils drei 400-ms-Frames bilden einen DRM-Superframe. Das Digital Sattelite Radio (DSR) ist eine satellitengestützte Audio- Übertragungstechnik, bei der die Signale mit 32 khz abgetastet und mit 16 Bit quantisiert werden. Die daraus resultierende Datenrate beträgt 1,024 Mbit/s, die Audioqualität ist vergleichbar der CD-Qualität. Das DSR-Programmangebot umfasste 16 verschiedene Programme. Da das digitale Satellitenradio (DSR) ohne Datenkompression arbeitete und daher eine relativ große Bandbreite benötigte und

10 Durchsagekennung, DK DVB-S Radio zudem nicht in dem gewünschte Maße akzeptiert wurde, wurde 1999 eingestellt und von Astra Digital Radio (ADR) und Digital Video Broadcasting (DVB) abgelöst. Die Durchsagekennung (DK) ist ein Kennsignal von der ARI-Information, dass bei der Durchsage von Verkehrsnachrichten eingeschaltet wird. Für die Durchsagekennung wird der Hilfsträger von 57 khz mit einem 125-Hz-Signal amplitudenmoduliert. Das Durchsagesignal löst den Kennton aus und bewirkt die Umschaltung vom normalen UKW-Rundfunk auf den Verkehrsfunk. Die DK-Frequenz von 125 Hz wird über Frequenzteilung von der 19-kHz-Frequenz des Pilottons abgeleitet. Zu den satellitengestützten Techniken für Digital-Rundfunk gehört neben S-DAB und DARS-Radio auch das DVB-S Radio. Diese Rundfunk-Übertragungstechnik wird bereits von einigen Rundfunkanstalten eingesetzt um qualitativ hochwertigen Hörgenus im Surround-Klang zu übertragen. DVB-S Radio kann im Surround-Format 5.1 ausgestrahlt werden und benutzt die in Dolby-Digital etablierte AC-3- Audiokompression. Neben den Audiodaten stehen Datenkanäle für programmbegleitende Zusatzinformationen zur Verfügung. Über diese werden u.a. Zusatzinformationen wie der gesendete Musiktitel, der Interpret, die Dauer und der elektronische Programmführer (EGP) übertragen. DVB-S Radio benutzt DVB-S-Hörfunktransponder auf den entsprechenden Satelliten, so auf Astra 1H. Die Transponder und entsprechen denen für DVB-S. Die Datenrate für Stereo beträgt 320 kbit/s, für Surround-Klang 5.1 beträgt sie 448 kbit/s. Die Audiodaten werden mit Vorwärts-Fehlerkorrektur (FEC) mit einer Code-Rate von 3/4 übertragen. Für den Empfang werden eine digitaltaugliche Satelliten-Empfangseinrichtung, eine Settop-Box und eine Stereo-Anlage benötigt. Um die volle Klangfülle hören zu können, empfiehlt sich eine surroundtaugliche HiFi-Anlage. 10

11 Füllsender Gleichwellennetz SFN, single frequency network 11 In Gleichwellennetzen kann der Empfang der Sendesignale durch die Geländetopologie, in Tunneln oder Gebäuden eingeschränkt sein. In diesen Bereichen können Füllsender für den einwandfreien Empfang sorgen. Im Prinzip handelt es sich dabei um funktechnische Repeater, um Sender, die auf der gleichen Frequenz des Gleichwellennetzes senden, aber nur einen dedizierten Sendebereich überstrahlen. Die Füllsender empfangen das Gleichwellensignal verstärken es und strahlen es in die empfangskritischen Bereiche ab. So könnte ein Füllsender vor einem Tunnel die Signale empfangen und diese mit der gleichen Frequenz in den Tunnel abstrahlen. Gleichwellennetze oder Gleichwellenfunk (GWF) sind terrestrische Sendernetze mit mehreren Sendern, die alle auf der gleichen Frequenz senden. Die Antennen der Sender können so positioniert werden, dass sie ein bestimmtes Sendegebiet, unabhängig von der topografischen Beschaffenheit ausleuchten. Darüber hinaus arbeiten sie frequenzökonomisch, weil die empfangene Feldstärke im Gegensatz zu Ein-Sender-Systemen weder von der Strahlungsleistung noch von der Antennenmasthöhe oder der Entfernung abhängig ist. Die einzelnen Sendersignale stören sich nicht gegenseitig, sondern interferieren miteinander, indem sie sich verstärken. Ist in bestimmten regionalen Bereichen bedingt durch die Geländetopologie, in Tunneln oder Gebäuden kein oder nur ein eingeschränkter Empfang möglich, kann dieser durch so genannte Füllsender kompensiert werden. Egal, ob es sich um die Versorgung von stationären oder ein mobilen Empfängern handelt, innerhalb des Sendegebietes empfängt ein Funkempfänger die gleichen Funkfrequenzen von mehreren verschiedenen Sendern. Da die Empfänger gleichzeitig die gleiche Frequenz von mehreren Sendern empfangen, kommt es zu Frequenzüberlappungen und Interferenzen. Aus diesen Gründen wird empfangstechnisch mit einem so genannten Diversity-Verfahren gearbeitet, wobei Sender, die mit Empfangsfeldstärken einfallen, die um mehr als 6 db unter der stärksten Empfangsfeldstärke liegen, komplett unterdrückt werden. Man nennt das den FM-Unterdrückungseffekt (Capture-Effekt), der auch in den

12 HD-Radio HD radio Tuner für IBOC-signale für HD-Radio, Foto: Alps IBOC IBOC-Verfahren in band on channel 12 Überlappungsbereichen einer Gleichwelle eine einwandfreie Funkversorgung gewährleistet. Wichtig ist, dass alle Sender keine Unterschiede in der Trägerfrequenz, dem Frequenzhub und der Phasenlage aufweisen dürfen. <br> Genutzt wird der Gleichwellenfunk von Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS), im Amateurfunk, bei terrestrischem Digital-TV, DVB-T, und beim Digital-Rundfunk. HD-Radio ist der US-amerikanische Ansatz für Digital-Rundfunk, der in Konkurrenz zum europäische Digital Audio Broadcast (DAB) steht. Das System benutzt den frequenzmodulierten UKW-Bereich und auch den Mittelwellenbereich (MW) zwischen 0,5 MHz und 1,6 MHz für digitale Rundfunkübertragungen. HD-Radio nutzt die vorhandenen Sende-Infrastrukturen und ist vorwärts- und rückwärtskompatibel mit den vorhandenen Empfangseinrichtungen, so dass die Umstellung kontinuierlich ohne Beeinträchtigung der Rundfunkübertragungen erfolgen kann. Als Technologie wird das IBOC-Verfahren eingesetzt, bei dem das analoge und das digitale Signal auf der gleichen Sendefrequenz ausgestrahlt werden. Neben der Abstrahlung der Audiosignale können in HD-Radio auch Zusatzinformationen über das Musikstück, den Interpreten oder das Musikalbum als ID3-Tags übertragen werden. Mit dem Einsatz neuer Informationsdienste, wie Verkehrs-, Wetter- und Finanzinformationen sowie Navigationshilfen soll auch eine auf SMIL basierende Programmiersprache, HD Broadcast Multimedia Language (HD BML), die Funktionalität erhöhen. Für HD-Radio gibt es bereits mit dem HDC-Codec eine Kompressions-Surround-Technik für 5.1. HD-Radio steht in den USA im Wettbewerb mit den Payradio-Systemen XM Satellite Radio und Sirius Satellite Radio. IBOC, in Konkurrenz stehend zu Digital Audio Broadcast (DAB), ist die US- Basistechnologie für HD-Radios. Der Unterschied liegt in der Kanalaufbereitung. Das IBOC-System sendet in den vorhandenen UKW-Sendefrequenzen und überträgt

13 IDR Initiative digitaler Rundfunk Internet-Radio web radio Webradios in Bayern, Ausschnitt 13 zusätzlich zum analogen, frequenzmodulierten UKW-Sendesignal ein digitales Trägersignal. Beide Signale, das analoge und das digitale werden auf der gleichen Trägerfrequenz gesendet. Der Vorteil liegt darin, dass die Sende-Einrichtungen nur geringfügig modifiziert werden müssen. Die Initiative digitaler Rundfunk (IDR) befasst sich mit der Harmonisierung der Übergangsphase zwischen dem derzeitigen analogen Rundfunk und Fernsehen und dem Digital-Audio-Broadcast (DAB) sowie dem Digital-TV (DVB). Da vor allem bei der terrestrischen Übertragung aus Gründen der Frequenzverteilung und -nutzung Engpässe in der Übergangsphase auftreten können, befasst sich die Initiative digitaler Rundfunk u.a. mit den Einsatz von Mehrnormengeräten, Settop-Boxen und Zusatzkarten für analogen und digitalen Empfang. Einige Radiostationen benutzen das World Wide Web (WWW) zum Übertragen ihrer Programme. Die Sendungen werden im Streaming live oder zeitversetzt»ausgestrahlt«. Die Übertragungskapazität hängt von der Anzahl

14 Programmwiedergabe von Bayern mobil mit dem Windows Media Player 14 der Streamplätze ab. Manche Sender, und es gibt weltweit eine sechsstellige Anzahl, arbeiten mit mehreren hunderttausend oder auch Millionen Streamplätzen. Webradios benötigen ebenso wie klassischer Rundfunk eine Sendelizenz nach dem Rundfunkstaatsvertrag (RStV). Zum Empfang der Webradios benötigt man Soundkarte, Boxen, eine spezielle Software (z. B. RealAudio, Windows Media Player oder Streamworks von Xing) und eine schnelle Internet-Verbindung. Beim Abspielen werden in speziellen Statuszeilen Informationen über das Tondokument angezeigt. Einige Radiostationen benutzen das World Wide Web (WWW) zum Übertragen ihrer Programme. Die Sendungen werden im Streaming live oder zeitversetzt»ausgestrahlt«. Die Übertragungskapazität hängt von der Anzahl der Streamplätze ab. Manche Sender, und es gibt weltweit eine sechsstellige Anzahl, arbeiten mit mehreren hunderttausend oder auch Millionen Streamplätzen. Webradios benötigen ebenso wie klassischer Rundfunk eine Sendelizenz nach dem Rundfunkstaatsvertrag (RStV). Zum Empfang der Webradios benötigt man Soundkarte, Boxen, eine spezielle Software (z. B. RealAudio, Windows Media Player oder Streamworks von Xing) und

15 ISDB-T integrated service digital broadcasting, terrestrial Kurzwelle, KW SW, short wave Langwelle, LW LF, low frequency eine schnelle Internet-Verbindung. Beim Abspielen werden in speziellen Statuszeilen Informationen über das Tondokument angezeigt. Wie aus dem Namen bereits hervorgeht handelt es sich bei ISDB um Digital-Rundfunk mit integrierten Services. Dabei bildet die Dienste-Integration das primäre Ziel des in Japan benutzten ISDB-Systems, das sowohl Audio als auch Video übertragen kann und auf die Multimedialität setzt. ISDB-T eignet sich als terrestrische Übertragung gleichermaßen für den stationären und mobilen Empfang und kann mit unterschiedlichen Bandbreiten arbeiten. Der Kurzwellenbereich ist der Frequenzbereich zwischen 3 MHz und 30 MHz. Dieser Bereich wird vorwiegend für Kurzwellenübertragungen benutzt; aus Gründen der Frequenzökonomie erfolgt die schmalbandige Sprachübertragung im Kurzwellenbereich in Einseitenbandmodulation. Da die Übertragungsbandbreiten in der Kurzwellenübertragung immer weiter eingeschränkt wurden, ist die Übertragungsqualität als schlecht zu bezeichnen. Kurzwelle ist daher im Wesentlichen durch Amateurfunker geprägt. Ausbreitungstechnisch handelt es sich bei den Kurzwellen um Raumwellen, die zwischen 10 m und 100 m lang sind und linear von der Antenne in den Raum abgestrahlt werden. Kurzwellen werden an der Ionosphäre reflektiert und können sogar erdumlaufend sein. Der Langwellenbereich ist der Frequenzbereich von 30 khz bis 300 khz. Dieser Frequenzbereich wird für weltweite Rundfunkübertragungen benutzt, da sich die Langwellen, die Wellenlängen von einem Kilometer und mehr haben, als Bodenwelle ausbreiten. Die Reichweite der der Erdkrümmung folgenden Wellen ist abhängig von der Senderleistung, die durchaus mehrere hundert Kilowatt haben können. Sender im Langwellenbereich arbeiten mit Amplitudenmodulation. 15

16 Mittelwelle, MW MF, medium frequency Interferenzen durch das Aufeinandertreffen von mehreren Raumwellen MSC main service channel MUSICAM Musicam-Verfahren masking pattern universal subband integrated coding and multiplexing 16 Die Mittelwelle umfasst den Frequenzbereich zwischen 300 khz und 3 MHz, mit Wellenlängen zwischen 1 km und 100 m. Die Mittelwelle wird für AM-Rundfunk benutzt; die Übertragung arbeitet mit Zweiseitenbandmodulation mit einer (theoretischen) Bandbreite von 9 khz bzw. 10 khz. Die Funkwellen der Mittelwelle breiten sich als Boden- und Raumwelle aus. Der Empfang der Bodenwelle ist durch Dämpfungseffekte relativ eingeschränkt. Anders verhält es sich mit der Raumwelle, die in der Stratosphäre reflektiert wird und auch bei kleinen große Reichweiten erzielen kann. Digital-Rundfunk hat neben den Übertragungskanälen für die Audiodaten weitere Sub- Kanäle für Daten, die keinen Bezug zum Programm haben, den sogenannten Non- Program Associated Data (NPAD). In diesen Unterkanälen werden bei Digital-Audio- Broadcast (DAB) beispielsweise Verkehrsinformationen oder Daten mit dem IP- Protokoll übertragen. Die Übertragungskapazität dieser MSC-Unterkanäle kann in 8-kbit/s-Schritten erhöht werden, wodurch bei Digital-Audio-Broadcast theoretisch Übertragungsraten von 8 kbit/s bis hin zu 1,2 Mbit/s möglich sind. Musicam ist ein Verfahren für die Audiokompression für digitale Rundfunkübertragungen und wird in Digital Audio Broadcast (DAB) eingesetzt. Das vom Institut für Rundfunktechnik entwickelte Verfahren wurde als MPEG-1-Audio Layer-II (MP2) definiert. Das Musicam-Verfahren arbeitet mit Teilband-Codierung, dabei wird der gesamte Frequenzbereich des Audiosignals in 32 Teilbänder unterteilt, wobei jedes Unterband eine Bandbreite von 750 Hz hat und jedes Unterband einzeln codiert wird.

17 PAD Programmbegleitende Daten program associated data Pilotton Raumwelle Ausbreitung von Raumwellen 17 Bei Digital-Rundfunk werden zusätzlich zu den Audiodaten sogenannte programmbegleitende Daten (PAD) und nicht-programmbegleitende Daten (NPAD) übertragen. Die programmbegleitenden Daten, die auf den Displays der Empfangseinrichtungen eingeblendet werden, haben einen unmittelbaren Bezug zu der gesendeten Musik. Sie können den Titel, den Interpreten, das Orchester, die Bestellinformationen u.a. umfassen. Die Übertragung erfolgt mit dem MOT-Protokoll und ID3-Tags. Pilotton heißt der 19-kHz-Ton, der bei UKW-Rundfunk für die Regenerierung des Stereo-Unterträgers genutzt wird. Der Pilotton liegt mit seiner Frequenz von 19 khz innerhalb des UKW-Übertragungsbereichs, ist allerdings nicht mehr hörbar. Durch Frequenzverdoppelung wird aus dem Pilotton die Trägerfrequenz von 38 khz gewonnen, die dem amplitudenmodulierten Differenzsignal aus dem linken und rechten Stereosignal (L-R) zugesetzt wird. Diese Maßnahme ist erforderlich, weil das (L-R)-Signal mit unterdrücktem Träger übertragen wird. Erst durch das Zusetzen des Trägers kann das (L-R)-Signal demoduliert werden. Darüber hinaus wird der Pilotton zur Stereo-Anzeige auf dem Rundfunkempfänger benutzt. Eine Raumwelle wird von der Antenne aus linear in den Raum abgestrahlt. Sie hat eine tiefere Wellenlänge als eine Bodenwelle und breitet sich geradlinig aus. Raumwellen treten vorwiegend im Kurzwellenbereich auf und können

18 RDS Radiotext radio data system Rundfunk broadcasting 18 an atmosphärischen Schichten reflektiert werden und wieder auf die Erdoberfläche treffen. Die Reflexion von Raumwellen erfolgt in leitenden Schichten der Ionosphäre zwischen 50 km und 300 km Höhe. Die Aktivität der Ionosphäre ist von der Stand der Sonne abhängig und damit tageszeitabhängig. Standard der Union der Europäischen Rundfunkanstalten zur Übertragung statischer Informationen in Form von numerischen und alphanumerischen Daten wie z.b. der Senderkennung eines Radiosenders, des Musiktitels oder Interpreten auf den Displays von Radiogeräten. Die digitale Übertragung der RDS-Daten erfolgt im UKW-Rundfunk auf einem separaten Datenkanal der oberhalb der Übertragungsbandbreite bei 57 khz liegt. Die Frequenz von 57 khz ergibt sich aus einer Verdreifachung der 19 khz des Pilottons, der im UKW-Rundfunk für die Gewinnung der Stereosignale benutzt wird. Die Übertragungsrate beträgt 1,1 kbit/s. An Informationen werden u.a. die Programmbezeichnung, bei mehreren Sendern des gleichen Programms die alternativen Frequenzen (AF), die Umschaltung von Sprache auf Musik, Radiotext und die Durchsage für Verkehrsfunk eingeblendet. RDS-Daten können nur mit Empfängern empfangen werden, die mit RDS-Decodern ausgestattet sind und werden auf dem Display des Radios angezeigt. Daneben gibt es seit 1997 Broadcast-Übertragung aktueller Verkehrsinformationen auf dem Traffic Message Channel (TMC) ohne Programmunterbrechung. Rundfunk ist die funktechnische Übertragung von Audio. Es ist eine unidirektionale Übertragung von einem Sender zu allen Empfangseinrichtungen, den Rundfunkempfängern oder Radios. Die Übertragung kann analog erfolgen, wie beim klassischen Rundfunk, sie kann aber auch digital erfolgen als Digital-Rundfunk und über terrestrische Netze, Kabelverteilnetze und Satellit ausgestrahlt werden. Historisch betrachtet wurden für die terrestrische Ausstrahlung des klassischen Rundfunks, die damals beherrschbaren Frequenzen der Langwelle zwischen 30 khz und 300 khz, der Mittelwelle zwischen 300 khz und 3 MHz und der Kurzwelle

19 RStV Rundfunkstaatsvertrag Satellitenradio SR, satellite radio 19 zwischen 3 MHz und 30 MHz benutzt. In den genannten Frequenzbereichen werden die Audiosignale mittels Amplitudenmodulation übertragen. Der später hinzugekommene UKW-Rundfunk nutzt den Frequenzbereich zwischen 87,6 MHz und 108 MHz und überträgt die Signale in Frequenzmodulation. Der Übergang von der Amplitudenmodulation in den LMK-Bereichen auf die Frequenzmodulation bei UKW-Rundfunk hatte ausschließlich qualitative Gründe, die in der starken Störbeeinträchtigung der AM-Modulation lagen. Allen Verfahren gemein ist die Übertragungstechnik, wobei das Audiosignal als Modulationssignal einer höheren Übertragungsfrequenz aufmoduliert wird. Das Audiosignal selbst kann ein Mono- oder ein Stereosignal sein. Werden wie bei Stereo mehrere Audiosignale übertragen, wird ein Signalgemisch aus den beiden Stereokanälen auf einen Unterträger moduliert. Der Rundfunkstaatsvertrag zielt auf den Medieninhalt ab. In ihm werden die Meinungsvielfalt, die inhaltlichen Anforderungen an die Rundfunk- und Fernsehprogramme und die Zulassungsbedingungen für Programmanbieter geregelt. Eingeschlossen sind spezielle frei zugängliche, verschlüsselte oder gegen Bezahlung zu empfangende Programme wie Pay-TV, Pay-per-View, Videotext und Radiotext. Neben der terrestrischen Ausstrahlung von Rundfunk steht die satellitengestützte. Diese bietet immer dann Vorteile, wenn die terrestrische Sende-Infrastruktur nicht hinreichend ausgebaut ist oder die Empfangsqualität nicht den Anforderungen genügt. Dies kann bei der terrestrischen Ausstrahlung an dem Frequenzbereich, der Modulation und der Übertragungstechnik liegen. Satellitenradio wird immer als Digital-Rundfunk gesendet und kann überall dort empfangen werden, wo eine Sichtverbindung (LOS) zwischen Antenne und Satelliten besteht. Bei schwierigen Empfangsbedingungen zwischen Hochhäusern oder in Tunneln werden lokale Repeater für das Aussenden der Satellitensignale installiert. Die Ausstrahlung erfolgt über Kommunikationssatelliten im L-Band bei 1,5 GHz und auch im S-Band bei 2,3 GHz. Sie ist immer unidirektional im Downlink vom Satelliten

20 SDR software defined radio Senderkennung, SK 20 zur Empfangseinrichtung. In Europa wird Digital-Audio-Broadcast (S-DAB) auch als Satellitenradio übertragen; in den USA gibt es noch das XM Satellite Radio und Sirius Satellite Radio. Die Kanalzahl und damit das Spartenangebot, die Audioqualität und der Empfang bei wechselnden Standorten sind wesentliche Vorteile des Satellitenradios. Als Software Defined Radio (SDR) wird ein System definiert, dass unabhängig von der Trägerfrequenz des HF-Signals arbeitet und verschiedene Protokolle unterstützt, wobei das Wort Radio mit Funktechnik zu interpretieren ist. In einem SDR-Radio werden Funktionen, die vorher ausschließlich in Hardware realisiert wurden, durch Software-Routinen implantiert. Das Grundkonzept des Software Defined Radio bietet gleichermaßen Vorteile für den Netzbetreiber und den Benutzer von mobilen Endgeräten. Der Netzbetreiber kann Änderungen in Mobilfunkstandards, ob UMTS, GSM, CDMA oder andere, ebenso wie die Anpassung an neue Standards wie WIMAX und HSDPA über die programmierbare Hardware-Plattform realisieren. Dem Endkunden kann mit diesem Konzept eine flexible Anpassung eines mobilen Endgerätes an andere Funk-Standards und auch der Zugang zu WLANs ermöglicht werden. Beim SDR-Radio wird der HF-Teil mit seinen analog arbeitenden Mischern und anderen HF-Schaltkreisen in Digital-Bauweise realisiert. Allein die sendeseitige HF- Leistungsendstufe ist noch analog ausgeführt. Empfangsseitig wird das HF-Signal über selektive Filter geführt und einen Low Noise Amplifier (LNA) analog bearbeitet, bevor es in einem A/D-Wandler digitalisiert und als Digitalsignal im Zwischenfrequenz-Bereich bearbeitet wird. Die Autofahrer-Rundfunk-Information (ARI), die im UKW-Rundfunk übertragen wird, arbeitet mit einer Trägerfrequenz von 57 khz. Dieser Wert entspricht der dreifachen Frequenz des Pilottons. Benutzt der UKW-Sender die ARI-Information, dann sendet er ständig das 57-kHz-Signal als so genannte Senderkennung (SK). Diese Senderkennung kann auch von UKW-Empfängern bei automatischem

21 SNG satellite news gathering T-DAB terrestrial DAB TMC Digitaler Verkehrsfunk traffic message channel 21 Sendersuchlauf ausgewertet und für den Empfang der ARI-Informationen genutzt werden. Die Senderkenung (SK) entspricht dem Traffic Program (TP) von Radiotext. Satellite News Gathering (SNG) ist ein Satellitendienst für die Nachrichtenübertragung. Über diesen Dienst können aktuelle Nachrichten als Audio oder Video zur Nachrichtenzentrale übertragen und von dort über die Broadcastdienste Rundfunk oder Fernsehen verteilt werden. Digital-Audio-Broadcast (DAB) wurde als terrestrischer Dienst konzipiert. Da aber die bereitgestellten Sendefrequenzen im L-Band auch eine satellitengestützte Übertragung ermöglichen, unterscheidet man zwischen S-DAB und T-DAB, der terrestrischen Variante. Von CEPT wurde 1995 ein Frequenzplan ausgearbeitet mit Trägerfrequenzen im VHF- Bereich und im L-Band. Für Deutschland sieht dieser Plan den VHF-Bereich von 223 MHz und 230 MHz und im L-Band den Frequenzbereich von 1,452 GHz bis 1,492 GHz vor. Beim digitalen Verkehrsfunk handelt es sich um einen speziellen Infodienst für Verkehrsteilnehmer. Mit dem TMC-Dienst, mit dem allgemeine Verkehrsnachrichten und Staumeldungen übermittelt werden, können individuelle, für den einzelnen Verkehrsteilnehmer relevante Verkehrsinformationen herausgefiltert werden. Dabei berücksichtigen die TCM-Empfänger den Standort und die Fahrtrichtung des entsprechenden Verkehrsteilnehmers, der diese Informationen für seine individuelle Routenplanung nutzen kann. Mit TMC werden ausschließlich Verkehrsinformationen übertragen; wobei das TMC- System auf maximal Verkehrspunkte beschränkt ist. Eine Erweiterung des TMC-Dienstes bietet T-Mobile Traffic mit seinem kostenpflichtigen TMCpro, die mit diesem Verkehrsdienst aktuellere Autobahn- Verkehrsmeldungen und präzisere Staubeschreibungen übertragen. Um dieses Ziel

22 TPEG-Dienst TPEG, transport protocol exchange group Deutsche und europäische Verkehrsinformationsdienste 22 zu erreichen nutzt TMCpro in größerem Umfang die Verkehrssensoren an den Autobahnbrücken. Darüber hinaus fließen die Verkehrsdaten von mobilen Staumeldesystemen, den sogenannten Floating Car Data (FCD), die Daten von stationären Erfassungs-Systemen (SES), von Induktionsschleifen und die der Verkehrsinformationszentralen in die Verkehrsnachrichten ein. Die TMC-Daten werden von öffentlich-rechtlichen Sendeanstalten zwischen den Daten für den Radiotext (RDS) übertragen, wobei die bundesweiten Verkehrsmeldungen regionalisiert ausgesendet werden. Der Verkehrsteilnehmer empfängt als nur Nachrichten aus dem regionalen Bereich in dem er sich gerade befindet und einem bestimmten Überlappungsbereich. Die Daten von TMCpro sind verschlüsselt, für den Empfang werden spezielle Encoder benötigt. Transport Protocol Exchange Group (TPEG) ist ein Projekt der European Broadcasting Union (EBU) zur Einführung von TPEG als Verkehrs- und Reiseinformationsdienst. Das TPEG-Format soll das Übertragungsformat für codierte Verkehrsmeldungen werden und kann in Navigationssysteme eingebunden werden. Das System hat eine wesentlich höhere Auflösung als der digitale Verkehrsfunk (TMC), dessen vorhandene Verkehrsinformationen in das TPEG-Format konvertiert werden. Bedingt durch die höhere Auflösung kann TPEG neben den Stau- und Unfallmeldungen auf den Autobahnen auch innerstädtische Informationen, beispielsweise über die

23 TPEG-Verkehrsmeldungen auf einem PDA, Foto: IRT, München UKW Ultra Kurzwelle Belegung von Parkhäusern, verarbeiten kann; ebenso Wettermeldungen oder allgemeine Fahrplaninformationen für Flug, Schiff und Bahn. Die Verbreitung kann über die Digital-Rundfunk, Digital-Audio-Broadcast (DAB), DRM-Radio, das Internet oder andere vorhandene Trägersysteme erfolgen. Für die Datenübertragung, die ohne Rückkanal arbeitet, kann das UDP-Protokoll benutzt werden. Die Darstellung erfolgt auf PDAs, Handys oder Navigationsgeräten. Das TPEG-System kann die Verkehrsnachrichten mittels Sprachsynthese als Sprachinformation, als visualisierte Grafik und als Informations- Update für Navigationssysteme zur Verfügung stellen. Es bietet eine genaue Lokalisierung und kann für weitere ortsgebundene Nachrichten benutzt werden. Es ist vergleichbar dem digitalen Verkehrsfunk (TMC). UKW-Rundfunk wird im Frequenzbereich zwischen 87,6 MHz und 108 MHz übertragen. Dieser Frequenzbereich wird ausschließlich für terrestrisch übertragenen, frequenzmodulierten Rundfunk genutzt. Die Sender arbeiten mit einem Kanalraster von 50 khz und 100 khz und können Sprache und Musik in Mono und Stereo übertragen; der Frequenzhub liegt bei 150 khz. Stereo wird mit einem eigenen Pilotton von 19 khz übertragen, aus dem durch Verdoppelung das 38-kHz-Trägersignal für das Stereo-Differenzsignals (L-R) gewonnen wird. Dies ist erforderlich, da das Stereo-Differenzsignal amplitudenmoduliert mit unterdrückter Trägerfrequenz übertragen wird. 23

24 UKW-Rundfunk UKW broadcasting UKW-Rundfunk mit den amplitudenmodulierten Seitenbändern für das (L-R)-Signal Frequenzbänder und Hilfsträger für UKW- Rundfunk und ARI 24 Für den UKW-Rundfunk wurde vor 1945 der Frequenzbereich zwischen 42 MHz und 50 MHz benutzt. Erst danach, nach dem man die höheren Frequenzbereiche besser beherrschte, wurde der Frequenzbereich auf Vorschlag der Federal Communications Commission (FCC) auf den höheren und heute noch gültigen Frequenzbereich zwischen 84 MHz und 108 MHz angehoben. Übertragungstechnisch arbeitet UKW- Rundfunk mit Frequenzmodulation und belegt eine Bandbreite von 75 khz. Dabei wird das Audiosignal mit einer Bandbreite zwischen 30 Hz und 15 khz übertragen. In den Anfangsjahren wurde das Audiosignal nur in Mono übertragen, später kam dann Stereo hinzu. Aus Gründen der Kompatibilität musste das Stereosignal innerhalb der vorhandenen Übertragungsbandbreite untergebracht werden und es musste sichergestellt werden, dass ein Mono-Radio gemeinsam den rechten und linken Tonkanal wiedergibt, ein Stereo-Radio hingegen beide Stereokanäle getrennt wiedergeben kann. Aus den genannten Gründen wird das Stereosignal in zwei Signale unterteilt: in das Summensignal aus linkem und rechtem Stereokanal (L+R) und das Differenzsignal (L- R). Das (L+R)-Signal wird in Frequenzmodulation übertragen und ist damit mit Monound Strereogeräten empfangbar, das (L-R)-Signal wird in Amplitudenmodulation übertragen. Um Interferenzen und Störungen durch ein das Trägersignal zu unterbinden, sendet man einen Pilotton von 19 khz, der damit oberhalb der

25 VHF very high frequency XM-Satellitenradio XM satellite radio 25 Audiobandbreite liegt. Dieser 19-kHz-Pilotton erfährt eine Frequenzverdoppelung und wird als Trägerfrequenz dem amplitudenmodulierten aber mit Trägerunterdrückung übertragenem (L-R)-Signal zugesetzt. Dadurch bilden sich die Frequenzbereich für (L+R) zwischen 30 Hz und 15 khz aus und die beiden Seitenbänder der (L-R)-Signale zwischen 23 khz und 38 khz sowie zwischen 38 khz und 53 khz aus. Später hat man bei der dreifachen Frequenz des Pilottons, bei 57 khz, die ARI-Information bzw. den Radiotext hinzugefügt. Empfangstechnisch sieht es so aus, dass aus dem (L+R)-Summensignal und dem (L- R)-Differenzsignal durch Addition und Subtraktion der Signale die beiden Stereokanäle für links und rechts gewinnt. VHF ist der Frequenzbereich zwischen 30 MHz und 300 MHz. In diesem Frequenzbereich fallen die A- und B-Netze, aber vor allem UKW-Rundfunk zwischen 87,6 MHz und 108 MHz sowie Fernsehen Band I zwischen 47 MHz und 68 MHz mit den Kanälen 2, 3 und 4 und Band III zwischen 174 MHz und 230 MHz mit den Fernsehkanälen 5 bis 12. Die Frequenzen für die UKW- und Fernsehbänder sind bei terrestrischer Übertragung und in Kabelverteilnetzen identisch. In Europa ist Digital-Audio-Broadcast auch als Satellitenradio (S-DAB) im Einsatz. In den USA konkurieren zwei Systeme: XM Satellite Radio und Sirius Satellite Radio. Obwohl XM-Radio auch in Europa über den WorldSpace-Satelliten empfangen werden kann, hat es bei weitem nicht die Akzeptanz wie Digital-Audio-Broadcast (DAB). Bei dem in den USA populären XM-Radio handelt es sich um ein gebührenpflichtiges Satellitenradio, ausgestrahlt von zwei GEO-Satelliten im Frequenzbereich von 2,3 GHz. XM-Radio strahlt etwa 150 Radiokanäle aus, von denen viele Musikkanäle sind, andere Sport-, Wetter-, Verkehrs-, Nachrichten- oder Spartenkanäle. Die Sendungen können sowohl von stationären Empfangseinrichtungen empfangen werden, aber auch von mobilen in Kraftfahrzeugen. Die hohe Audioqualität wird durch eine entsprechende Audiokompression - genutzt wird aacplus - erreicht.

26 XM-Radio überträgt neben Audio und Sprache auch programmbegleitende Daten (PAD) in denen der Kanal, das Musikstück, der Interpret u.a. Daten übertragen werden. Des Weiteren wird XM-Radio nach eine Kooperation mit America Online (AOL) auch als Internet-Radio gesendet. 26