I.) Rundfunk - Entstehung, Einführung

Radio gibt es inÖsterreich seit 1923 (RAVAG seit 1924) und es entwickelte sich allgemein aus der drahtlosen Telegraphie. Die Amplitundenmodulation (AM) meist auf Mittelwelle (vereinzelt auf Kurzwelle) waren bis in die 1950er-Jahre der einzige Verbreitungsweg. Die letzten MW-Sender starben hier um die 1980er Jahre aus. AM wird heute teils mit AMDS (für dGPS) und AMSS (DRM-kompatibler Datendienst) aufgebessert. Frequenzmodulierter Rundfunk (FM) wird in Österreich seit 1953 gesendet. Alles weitere zu UKW-FM siehe eigene Seite DRM+ !

II.) DRM - Nachfolge von AM

Größere Entfernungen als bei UKW sind nur über LW/MW/KW erreichbar, die aber bisher durch die dort übliche Amplitudenmodulation AM im Vergleich zur Qualität der Frequenzmodualtion FM bei UKW unattraktiv wurde! AM rauscht, ist dumpf, knistert, verzerrt und nicht selten überlagern sich mehrere Sender gegenseitig.

1996 wollten Veranstalter des internationalen Rundfunks auf Mittel- und Kurzwelle dem Hörerschwund ein Ende bereiten. Technische Vorschläge der RFI, TdF, DW, VoA, Transradio und Thomcast führten unter anderem nach offizieller Gründung des DRM-Konsortiums im Jahre 1998 in Guangzhou/China im Jahre 2003 zum weltweit einsetzbaren, offenen Standard DRM für digitalen Rundfunk unterhalb von 30MHz. Die Entwicklung ist abgeschlossen und eine laufend wachsende Zahl an Rundfunkgesellschaften und Herstellern sind Mitglied.

DRM bietet im Vergleich zu AM eine wesentlich bessere Klangqualität als das analoge Signal, sowie die Möglichkeit der Einbindung von Datendiensten (wie das RDS bei UKW). Des weiteren gehören störende Effekte, wie durch Fading verursachte Lautstärkeschwankungen, Rauschen, Knistern, Pfeifen und das Überlagern mehrerer Sender der Vergangenheit an. Da sich die Ausbreitungseigenschaften in diesem Frequenzbereich in Abhängigkeit von der Tages-, Jahreszeit und dem Sonnenfleckenzyklus ändern, wechseln einige Sender ihre Frequenz, um sich daran anzupassen (Stichwort "Funkwetter"). Aktuelle Sendezeiten sind unter drm-dx.de zu finden. Die Frequenzen sind durch das AFS im Sendesignal kein Thema mehr - die Umschaltung des Empfängers erfolgt automatisch im Hintergrund.
AMSS mit 47baud ist im Vergleich zum früheren AMDS mit 200baud in der DRM-Norm vollkommen definiert und ist ein quasi RDS für die noch verbleibenden AM-Sender in der Übergangsphase, welches mit DRM-Empfängern entzifferbar ist. Es werden dabei der Sendername und auch alternative Frequenzen (auch die des dazugehörigen DRM-Senders) übertragen, was ein automatisches Umschalten zwischen beiden Systemen ermöglicht.

Das Thema "Digital Radio" ist seit vielen Jahren Thema in Fachzeitschriften und entsprechenden Homepages und behandelt meistens dei Nachfolge von UKW-FM. Näheres dazu siehe eigene Seite DRM+ !

Digital Radio Mondiale (DRM) bedient sich modernster und höchst effizienter Audio-Komprimierungsverfahren (Codecs) und höchst störsicherer, digitaler Übertragungs- und Modulationsverfahren, um den störanfälligen "Kanal" sparsam und sicher zu passieren. Das soll sicherstellen, dass das empfangene Audio-Signal mit dem gesendeten Audio-Signal verlustfrei identisch ist! Keine Verzerrungen, keine Rauschen, kein Fading und Pfeifen mehr!

Es gibt zwei DRM-Ausprägungen:
- DRM schlechthin - zu Beginn "Digitale Mittelwelle", im englischen Sprachraum auch irreführend
"Digital AM Radio" und "DRM30" genannt (für LW, MW und KW)
- DRM+ (zu Beginn auch "DRM120" genannt, für den UKW-Bereich) - siehe eigene Seite DRM+ !

III.) Technischer Überblick - DRM

Audio-Codecs
Bei der Audiokomprimierung nützt man das Format
- MPEG4 HE AAC (aacplus v2) für Musik und mit Sprache gemischte Sendungen
(mit einer Bitrate von ca. 11-26 kbps)
- MPEG4 CELP oder HVXC für reine Sprachsendungen (mit einer Bitrate von ca. 2-20 kbps)
Hier werden auch die Spektralband-Replikation (SBR) und teilweise Parametric Stereo (PS) als sparsame und psychoakustische Wundermittel eingesetzt.

Übertragungsverfahren, Modulation
Beim Übertragungsverfahren greift man (wie bei DAB und DVB-T) auf OFDM zurück, welches um die besonders stabilitätsfördernde Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) ergänzt wird.
Das ergibt "Coded OFDM" = COFDM.
Darin verpackt werden viele Subträger - hier in Form des Modulationsverfahrens
16-QAM oder 64-QAM.

Übertragungsmodi, Schutzklassen
Vier Übertragungsmodi (A-D) mit darin jeweis abgestuften Schutzklassen (0-3) definieren gewisse Arten der Robustheit und Anwendungsgebiete.

Die Bandbreite des Signals wurde von der ITU grundsätzlich auf 9kHz (LW, MW) bzw. 10kHz (KW) begrenzt. Eine Aufgabe der ITU ist es auch beim Frequenzplan die Abstände zu auch bestehenden analogen Nachbarsendern zu gewährleisten, um gegenseitige Störungen zu verhindern.

4 Datenkanäle im Multiplex
Je nach gewünschter Robustheit des Signals und gewünschter Klangqualität kann man bis zu vier verschiedene Datenströme verpacken. Z.B. vier Mono(sprach)programme oder ein Stereoprogramm (besser als UKW) oder ein sparsameres Stereoprogramm und eine Mulitmediadatei (Bild) dazu. Auch können Text- und Quasi-RDS-Daten als einer der vier Kanäle mitgeschickt werden. Die Optimierung der vielfältigen Einstellungen erfordert eine sehr ausführliche Testphase des Sendebetriebs !!

Vergleich zum AM-Signal
Die gefühlte Audioqualität bei einer Datenrate von 16kbps aacplus ist deutlich besser als ein analoges AM-Signal mit üblicher 5 kHz Bandbreite. Ohne SBR wäre der Frequenzgang sogar fast schlechter als bei analoger Übertragung.

Zusammenfassung
Zur weltweiten terrestrischen Rundfunk-Übertragung von 0,15-26,1 MHz ist der einzig weltweit definierte digitale Standard DRM seit 2003 am weltweiten Vormarsch.
Er ist für mobilen Empfang geeignet, kann 4 Radiostationen in einem Multiplex-Kanal vereinen.
Definierte Bandbreiten sind 4,5/5/9/10/18/20 kHz.
Die Frequenzökonomie (auch Dank Gleichwellennetze SFN) und auch die Effizienz der Sendeleistung ist herausragend. Die verwendete Bitraten bewegen sich zwischen ca. 2-40kbps.
Ein Paradigmenwechsel ist eingeläutet und der großen Renaissance des "AM-Radios" steht technisch und juristisch nichts mehr im Wege. Sobald die Anzahl der verbreiteten Empfänger groß genug ist, werden immer mehr Rundfunkgesellschaften auf DRM umsteigen und sobald die Anzahl der DRM-Sendungen groß genug ist, werden die Empfänger-Hersteller den Markt mit Stückzahl und low-cost Geräten bedienen.
Die Nachfrage am Markt steigern - das ist mein Job!

IV.) DRM-Technik im Detail

IV. 1.) Datenstruktur des DRM-Signals

Die DRM-Übertragungskette (ein Superframe) besteht aus drei Kanälen:
- MSC (Main Service Channel)
- SDC (Service Description Channel)
- FAC (Fast Access Channel)

Fast Access Channel
Enthält die zu Beginn notwendige Daten für einen "schnellen Suchlauf" (Kanalbandbreite, Sub- und Pilotträgerabstand, QAM-Auflösung und Informationen zu den Service-Kanälen) zum Synchronisieren auf das Signal und dadurch korrektes Interpretieren des Inhaltes der OFDM-Symbole des SDC und MSC.
Jeder FAC kann nur einen Dienst beschreiben. Für mehrere Dienste pro Transportframe, sind daher auch mehrere FAC-Blöcke (je TF) nötig. Ein FAC-Block hat 64-bit Daten + 8-bit CRC-Code zur Fehlererkennung und -korrektur = 72-bit. Weiters gibt es 3 FAC-Reference Pilotträger (F1, F2 und F3), welche zum Synchronisieren des DRM-Signals durch den Empfänger dienen und von der Signalamplitude deutlich hervorstechen. Der kodierte komplexwertige Inhalt wird auf exakt 65 Trägerfrequenzen abgebildet, deren Position innerhalb eines TF - unabhängig von der Signalbandbreite - genau festgelegt ist.
In den Channel Parameters des FAC werden diese Informationen im zeitlichen Abstand von 400ms für den Empfänger bereitgestellt.
In den in bestimmter Reihenfolge gesendeten Service Parameters werden ein Überblick über die im Multiplex-Strom enthaltenen Services bereitgestellt.
(sehr fehlerrobust durch Abbildungsverfahren EEP, 4-QAM und Coderate 0,6)

Services Description Channel
Enthält die zur Dekodierung des MSC benötigten Informationen (Aufbau des Multiplexstromes und andere Zusatzinformationen), welche in einer sequenziellen Liste (Data-Entities) übertragen werden, sowie alternative Quellen für dieselben Daten (AFS-Info). Jeder Data-Entity-Typ ist mit einer eindeutigen Nummer gekennzeichnet und besitzt eine fest vorgegebene Struktur. Er übergibt die Eigenschaften des Services im Multiplexsignal. Die Kapazität des SDC hängt u.a. von der 'Spectrum Occupancy' ab und kann durch die Verwendung von AFS vergrößert werden.
(Abbildungsverfahren: EEP kodiert, Standard Mapping mit 4-QAM bei hierarchischer Modulation oder 16-QAM, Gesamtcoderate 0,5) Der SDC sollte immer weniger fehleranfällig sein als der MSC. Als eigener Datenkanal sind möglicherweise mehrere Blöcke nötig, deren Abfolge im AFS-Index definiert werden. Im FAC wird bereits festgelegt, ob diese Methode mit dem AFS-Index zur Verfügung steht.

Main Service Channel
Enthält die Nutzdaten der Services in Form des Multiplex-Frames vom Multiplexer bestehend aus bis zu vier Streams, von denen jeder in logische Frames zu je 400ms unterteilt ist. Jeder dieser kann entweder Audio oder Daten enthalten. Audiostreams enthalten die komprimierten Tondaten und optional auch noch Textnachrichten und/oder einen Daten-Sub-Stream. Datenstreams hingegen können noch einmal bis zu vier "Substreams" enthalten. Dabei überträgt jeder Substream Daten für einen Service.
(Abbildungsverfahren entweder Standard Mapping mit 16- oder 64-QAM, oder Symetrical Hierachical Mapping bzw. Mixed Hierachical Mapping mit je 64-QAM. Bei hierarchischer Modulation wird jedes kodierte Bit des hierarchischen Frames innerhalb einer 64-QAM-Zelle jeweils auf einnen Zellquadranten abgebildet, wodurch der hierarchische Teil mit einer quasi-4-QAM kodiert wird. 64-QAM hat eine größere spektrale Effizienz, 16-QAM ist wesentlich robuster und wird bei schlechten Übertragungsbedingungen vorgezogen. Die Bitrate kann dabei auf Fehlerkorrektur und Daten aufgeteilt werden. Zusätzlich können beim MSC mittels UEP zwei unterschiedlich stark geschützte Datenbereiche d.h. Protection Level high/low definiert werden, die sich in ihrer Coderate voneinander unterscheiden. Dadurch wird der hochgeschützte Bereich des Multiplex-Frames bei der Faltungskodierung mit mehr Redundanzdaten kodiert bzw. schwächer punktiert, womit die Bitfehlerwahrscheinlichkeit bei einer gestörten Übertragung im hochgeschützten Datenteil abnimmt. Um Bündelfehlern entgegenzuwirken, werden zusätzlich zum Bitinterleaving die QAM-Zellen des MSC vor der Abbildung auf ein Transmission-Frame mit wählbarer Verwürfelungs-/Interleave-Tiefe verwürfelt. Short=verteilt die QAM-Zellen über ein Transmission-Frame=400ms.
Long=verteilt die QAM-Zellen über 5 Transmission-Frames=2s.)

Übertragungsrahmen
Der Transmission Super Frame TSF dauert 1,2s, da er aus 3 Transmission-Frames zu je 400ms besteht.
Dieser Transmission Frame wiederum besteht aus einer definierten Anzahl von OFDM-Symbolen. Die Anzahl der QAM-Zellen pro OFDM-Symbol ist abhängig von der Anzahl der Trägerfrequenzen und damit sowohl vom Robustness Mode als auch von cer Bandbreite des OFDM-Signals.

Die OFDM-Signalgenerierung
Die Abbildung der kodierten Bitfolge eines Signals auf ein zweidimensionales QAM-Koordinatensystem wird als Mapping bezeichnet. Die daraus hervorgehenden QAM-Zellen werden in bestimmter Schematik auf mehrere OFDM-Symbole verteilt. Die Zusammenfassung dieser OFDM-Symbole ergibt ein Transmission-Frame. 3 x TF = TSF. Die einzelnen OFDM-Symbole beinhalten jedoch nicht ausschließlich QAM-Zellen, die aus der Kanalkodierung stammen, sondern auch sog. Pilotzellen. Diese dienen als Referenzzellen, deren Amplitude und Phase dem Empfänger bekannt ist. Er orientiert sich bei der Dekodierung der Nachbarzellen an den Werten der Piloten und minimiert dadurch die Fehlerrate. Vom Pilot Generator erzeugt, werden diese speziellen QAM-Zellen in bestimmten Abständen in die OFDM-Symbole eines Transmission Frame eingefügt, indem jeder komplexwertigen QAM-Zellen eines Symbols eine bestimmte Trägerfrequenz zugeordnet wird. Diese Zuordnung wird in bestimmter Weise durch die Samplerate des Ausgabegerätes getroffen. Das diskrete Frequenzbereichssignal eines PFDM-Symbols wird anschließend in den Zeitbereich transformiert und mit einem Guardintervall versehen.

IV. 2.) DRM-Systemparameter

Die Übertragungsparameter (Transmission Parameters):
Die RF-Signalbandbreite bzw. Spektralbandbelegung (Spectrum Occupancy) bezeichnet die Breite des OFDM-Signal inklusive Guardintervall. Durch den Parameter Robustness-Mode wird der Unterträgerabstand der QAM-Zellen und die Anzahl bzw. die Verteilung der Pilotzellen in den einzelnen OFDM-Symbolen bestimmt. Je größer der Unterträgerabstand, desto robuster ist das DRM-Ausgangssignal bei gleichzeitig geringerer MSC-Nutzdatenrate.

Die Kanalparameter (Channel Parameters) setzen sich aus MSC- ubd SDC-Mapping, MSC-Zellinterleaver und den jeweiligen Schutzstufen des standard SPP (mit low- oder high-protected part) und very strong VSPP protected part zusammen. Je höher der eingestellte Wert, umso niedriger sind die hinzugefügte Redundanz und die Robustheit. Bei der Verwendung von 64-QAM gibt es vier, bei 16-QAM nur zwei unterschiedliche Schutzstufen.

Mapping
ist die Vorschrift zur Abbildung der Ausgangsbits des Kanalkodierers auf eine QAM-Zelle, welche eine komplexe Zahl im I/Q-Koordinatensystem abbildet. Bei einer (2n)-QAM können 2n vordefinierte, voneinander verschiedene komplexe Zahlenwerte zur Modulation genutzt werden, die zueinander achsensymmetrisch angeordnet sind. Jeder dieser komplexen Zeiger definierte Amplitude und Phase einer Trägerfrequenz eines OFDM-Symbols.
Es wird zwischen Standard Mapping SM und Hierarchischem Mapping HM unterschieden. Die DRM-Spezifikation enthält zwei unterschiedliche hierarchische Mappingverfahren: Symmetrical Hierarchical Mapping HM Sym und Mixed Hierarchical Mapping HM Mix mit 64-QAM. Bei beiden Verfahren darf jeweils nur ein Stream (der hierarchische Frame) in der untersten Kodierebene übertragen werden. Das HM Sym erlaubt eine hierarchische Modualtion auf der I- und Q- Komponente, wobei beim HM Mix nur der Realteil (I-Komponente) hierarchisch moduliert wird.
Die Verwendung von HM ermöglicht eine Steigerung der Robustheit für den Datenstrom mit der StreamID o im Multiplexer.

MSC-Cellinterleaving
Die QAM-Zellen werden entsprechend der Interleavetiefe über eine gewisse Anzahl von Transmission Frames verwürfelt. Ein längeres Interleaving macht das Signal weniger anfällig für Burstfehler, erhöht jedoch die Verzögerung von Aquisition bis zur Ausdiowiedergabe bei RF-Signalverlust im Empfänger. Folgende Tiefen sind verfügbar: Short (1) 400ms, Long (2) 2000ms

Schutzstufen (Protection Levels)
beschreiben die verwendeten Coderaten für die Kodierung des MSC-Datenstromes. Je niedriger der Protection-Level-Index, desto niedriger die Coderate und desto mehr Redundanzdaten werden dem Ausgangsdatenstrom des Kanalkodierers hinzugefügt.

IV. 3.) FAC-Parameter

Channel Parameter:
- Base / Enhancement Flag (1-bit)
- Identity des FAC-Blocks (erster mit oder ohne gültigem AFS-Index, zweiter, dritter) (2-bit)
- Spectrum occupacy (Bandbreite des Kanals 4,5 - 20 kHz) (4-bit)
- Interleaver depth Flag (Short 400ms, long 2000ms) (1-bit)
- MSC Mode (wieviel-QAM, SM, HM Sym, HM Mix) (2-bit)
- SDC Mode (4- oder 16-QAM) (1-bit)
- Number of Services (Audio- bzw. Datenstreams) (4-bit)
- Reconfiguration Index (Zahl d. zu erwartenden Superframes, bevor Rekonfig d. Kanalsstruktur (3-bit)
- rfu (Reserve) (2-bit)

Service Parameter:
- Service Identifier (einzigartige ID-Nummer des Dienstes) (24-bit)
- Short Identifier (kurze ID-Nummer eines Services als Referenz zum SDC) (2-bit)
- CA Indication (ob Zugriffssystem "Conditional Access" verwendet wird) (1-bit)
- Language (4-bit)
- Audio/Data Flag (ob Audio- oder Datenservice) (1-bit)
- Service Descriptor (hängt vom Audio/Data Flag ab) (5-bit)
- rfa (Reserve) (7-bit)

IV. 4.) SDC-Parameter

- AFS-Index (4-bit) definiert die Anzahl der Superframes zwischen zwei identischen SDC-Blöcken.
Wert von 0-15
- Data field (n-bit = 12-bit Header + Body mit mind. 4-bit)
- Multiplex Description (Typ 0): Zusammensetzung der Datenströme im MSC
- Label (Typ 1): Bezeichnung zur schnellen Darstellung am Empfänger
- CA Parameters (Typ 2): ob Conditional Access möglich ist
- Frequency Information (Typ 3): Falls ein DRM-Kanal auf einer alternat. Frequenz verfügbar ist
- Frequency Schedule (Typ 4): Zeitplan evtl alt. Frequenzen
- Application Information (Typ 5): Beschreibung aller Datendienste
- Announcement support and switching (Typ 6): Art der unterstützen Ankündigungen: News flash, Alarm
- Region Definition (Typ 7): Region, zu der eine Frequenzgruppe gehört
- Time and Date Info (Typ 8): enthält Datum und Zeit (UTC) für Empfänger
- Audio Info (Typ 9): Parameter für die Audio-Dekodierung (Stream-ID, Kodierung, Mode, Samplerate)
- FAC Channel Parameters (Typ 10): gibt im Voraus für die nächste Kanalrekonfig die Konfig-Daten an
- Linkage (Typ 11): Info, für Verwenden alternativer Quellen
- Language and Country (Typ 12): kann zusätzliche Länder- und Sprachinfo enthalten.
- CRC 16-bit (Cyclic Redundancy Check) über beide obigen Felder

IV. 5.) MSC-Parameter

Die Parameter des Multiplexers bestehen aus den Parametern für max. in Summe 4 Serviceblöcke und Streams (logische Datenquellen). In der Multiplexerkonfiguration hat jeder Stream eine Stream-ID und jeder Serviceblock eine Short-ID im SDC-Datenblock. Einem Stream können mehrere unabhängige Services zugewiesen werden.

Serviceparameter
- Service ID ist eine weltweit eindeutige Kennung für den angebotenen Service.
- Service Description ist eine Kurzbeschreibung des Streaminhaltes, auf den der Service verweist. Es gibt
max. 32 unterschiedliche Service Desciptoren.
- Service Language beschreibt die Sprache des Streams, auf den der Service verweist.
- Service Label hat 16 Zeichen und enthält den Namen für den aktuellen Service.
Wird als DataEntity im SDC übermittelt.

Streamtypen
Audio: FACC (lizenzfrei, daher nur: mono AAC Datenstrom ohne SBR oder PS)
AAC+
CELP
HVXC
jeweils mit max. 128 Byte Text Message (Überschrift+Nachrichtenblock), Datum&Uhrzeit

Daten: Slideshow = MOT-Paketdatenstrom (header mode) mit Bildern
Broadcast Website (BWS) = MOT-Paketdatenstrom (directory mode) mit Dateien (html, doc,...)
NewsService Journaline (R)
EPG service
PRBS = Synchroner Datenstrom (Pseudo Random Binary Sequence) mit vordefinierter
pseudozufälliger Bitfolge. Dient zur Evaluierung der Bitfehlerrate
Ein Paketdatenstrom wird aus bis zu 4 Substreams mit wiederum jeweils zugewiesenen Paketen gebildet (Packet ID 0 bis 3)
MOT=Multimedia Object Transfer

V.) DRM für Freaks - Aktuelle Empfangsberichte

VI.) DRM und DrTV im Vergleich mit
vergleichbaren Amateurfunkstandards

Gleich wie sich DRM absolut vom amateurfunkmäßigen Image abhebt und somit mit sehr komfortablen Eigenschaften für eine breite Bevölkerung geeignet ist, so ist DrTV ebenfalls ausschließlich für die breite Masse konzipiert.

Dennoch ist es interessant im gleichen technischen Umfeld die Methoden im Amateurfunk zu betrachten und zu vergleichen:

Als bedingt vergleichbare Methode zu DRM Sprachübertragungen kann im Amateurfunk HamDRM und D-Star erwähnt werden. HamDRM (auch DRM Mode H) ist eine abgespeckte Variante von DRM. Bei D-Star wird der Sprachcodec AMBE+ verwendet und die Datenraten sind 4,8kb/s bei 6kHz Bandbreite.

Als bedingt vergleichbare Methode zu DrTV kann im Amateurfunk SSTV und digitale Varianten davon (Digital Slow scan TV) erwähnt werden. Bei SSTV wird bei einer Bandbreite von nur 3kHz ein SW-Bild mit 128x128 Bildpunkten in 8sek ohne Ton, mit 340x256 Bildpunkten in 30sek übertragen. Bei einem Farbbild verdreifacht sich die Zeit. Die zeilenweise Abtastung erfolgt in analogen Tönen zw. 1200 und 2300 Hz.

 

Das DRM-Logo ist eine Marke der DRM Association und wird hier unter Lizenz verwendet.
DRM-Logo (C) DRM Association 1998