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Digital Radio Mondiale

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Digital Radio Mondiale (DRM) (weltweiter Digitalrundfunk) ist digitaler Rundfunk auf der Lang-, Mittel- und Kurzwelle. Er umfasst vor allem Hörfunk, aber auch Datendienste und Amateurfunk. Eine Weiterentwicklung ist DRM+ als Übertragungsstandard für Frequenzen über 30 MHz, somit auch für UKW.

Entstehung

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

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

Die Deutsche Welle sendet rund um die Uhr für Europa über Sendeanlagen in Jülich, Wertachtal und Sines (Portugal) in DRM. Zudem sendet RTL Radio von Luxemburg aus über die Mittelwelle 1.440 kHz und Kurzwelle 6.095 KHz im DRM-Modus. Seit Mai wird auch der KW-Sender Ismaning des Bayerischen Rundfunks auf 6.085 kHz digital betrieben. Zahlreiche internationale Stationen testen bzw. nutzen bereits DRM.

Vor- und Nachteile

Bessere Tonqualität als AM

Das digitale DRM bietet eine bessere Tonqualität als die analoge Amplitudenmodulation (AM) auf Lang-, Mittel- und Kurzwelle, die gegenwärtig noch fast alle Stationen nutzen.

Vorteile von DRM gegenüber AM:

  • keine Verzerrungen: Signale auf Lang-, Mittel- und Kurzwelle sind über große Entfernungen hörbar. Ab 100 km etwa treten aber regelmäßige Signalschwankungen auf, die bei analoger AM-Modulation zu sehr störenden Verzerrungen führen. Diese sind bei DRM nicht vorhanden. Schwanken die Signale aber zu stark, kommt es zu Aussetzern. Die robusteren DRM-Modi minimieren diese Aussetzer, gehen jedoch wiederum zu Lasten der Klangqualität.
  • Signale klingen nicht dumpf: Theoretisch könnte auch mit AM das gesamte Klangspektrum übertragen werden. Praktisch sind die AM-Kanäle jedoch auf Bandbreiten von 9 bzw. 10 kHz begrenzt, um Platz für mehr Stationen zu bieten. Die höchste Audiofrequenz liegt dann jeweils bei der Hälfte, also 4,5 bzw. 5 kHz. Damit bieten AM-Stationen kaum mehr als Telefonqualität. Mit DRM ist es möglich, auf solch einem Kanal auch hohe Audiofrequenzen zu übertragen. Den beworbenen UKW-Klang bietet DRM in dieser Form dennoch nicht. Die höheren Frequenzen werden mit der SBR-Technik zum Teil nicht gesendet, sondern in der AAC-Kompression erst nachträglich simuliert. Damit klingt das Signal sehr synthetisch. Würden wiederum die Kanalbreiten auf Lang-, Mittel- und Kurzwelle verdoppelt, könnte DRM tatsächlich UKW-ähnlichen Klang bieten. Dies ist bisher aber nicht vorgesehen.
  • keine störenden Signale: Wenn eine starke und eine schwächere Station auf einer Frequenz empfangen werden, ist bei AM die stärkere Station im Vordergrund und die schwächere im Hintergrund zu hören. Bei DRM wird ausschließlich die stärkere Station empfangen. Auch störendes Rauschen, Brummen und Pfeifen sind bei DRM nicht zu hören. Erreichen die Störungen allerdings einen gewissen Pegel, lässt sich DRM gar nicht mehr empfangen. Das kann gerade innerhalb von Häusern und in Städten zu Problemen führen, da viele Elektrogeräte den Lang-, Mittel- und Kurzwellenbereich stören. Zudem stören sich DRM und AM-Signale auf einer Frequenz gegenseitig besonders stark. Deshalb wird darüber diskutiert, getrennte Frequenzbereiche für beide Modulationsarten einzurichten.
  • Stereo: Auch für AM gibt es verschiedene Stereosysteme, die sich allerdings kaum durchgesetzt haben. Bei DRM ist Stereo möglich, dies geht bei gleicher Bitrate allerdings zu Lasten des Gesamtklangs. Mehrere Stationen benutzen stattdessen eine Pseudo-Stereotechnik (P-Stereo), bei der nur ein Mono-Signal übertragen wird und erst bei der Demodulation verschiedene Frequenzen auf beide Seiten gelegt werden. Dadurch entsteht ein simulierter Stereoeffekt.

Große Sendegebiete auf Kurzwelle

Radiosender können auf Kurzwelle ganze Länder oder Kontinente mit einem einzigen Senderstandort versorgen. Dies bietet enorme Kostenvorteile gegenüber der UKW-Versorgung mit vielen Standorten. In Kombination mit einer akzeptablen Tonqualität entsteht mit DRM somit ein Potential für grundlegende Veränderungen im Radiomarkt. So könnten z.B. Stationen aus dem Ausland unter Umgehung von Lizenzauflagen auf den deutschen Markt zielen. Vorhandene AM-Sender können für DRM weiter benutzt werden.

Für eine 24-Stunden-Versorgung eines großen Sendegebietes sind ständige Frequenzwechsel nötig. Die DRM-Technik bietet Voraussetzungen, diesen Vorgang im Empfänger zu automatisieren. Inwieweit die Empfänger dies unterstützen, bleibt abzuwarten.

Durch die stark schwankenden Ausbreitungsbedingungen auf Kurzwelle kann es allerdings zu Ausfällen kommen, die im Einzelfall über mehrere Stunden anhalten. Eine flexible Frequenzplanung kann diese minimieren.

Ein großes Sendegebiet ist nicht nur von Vorteil: da der Frequenzbereich beschränkt ist und damit die Anzahl der Sender beschränkt ist, kann nur eine sehr kleine Anzahl von Sendern in ganz Europa Kurzwelle zur Ausstrahlung nutzen, d.h. pro Land nur etwa ein Dutzend Sender.

Mittel- und Langwelle

Diese Frequenzen unterscheiden sich je nach Helligkeit. Tagsüber ist auf Mittelwelle nur regionale Versorgung möglich. Auf Langwelle reichen die Signale tagsüber bis ca. 500 km.

Bei Dunkelheit ist auf einer freien Frequenz auf MW und LW europaweiter Empfang möglich.

Gegenwärtig rüstet die T-Systems im Auftrag von Deutschlandfunk und Deutschlandradio Kultur mehrere Mittelwellen- und Langwellensender für DRM um. Der Zeitpunkt der Umschaltung soll von den Sendeanstalten festgelegt werden.

auch für lokale Versorgung geeignet

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

DRM+ als Konkurrenz zu DAB

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

Vorteile von DRM+ gegenüber DAB:

  • Einzelaussendungen möglich: Ein grundlegender Unterschied ist, dass bei DAB mehrere Stationen in einem Paket gesendet werden. DRM+ ermöglich dagegen Einzelaussendungen wie gegenwärtig auf UKW. Kleine Stationen können somit weiterhin einzeln stehende Sendemasten weiter betreiben.
  • Frequenzökonomie: DRM benutzt zudem mit AAC eine neuere Audiokompression als DAB mit MPEG 1 Layer 2 und ist somit etwa doppelt so frequenzökonomisch. Damit kann DRM+ mehr Stationen bei gleichem Frequenzbedarf übertragen bzw. dieselbe Anzahl an Stationen in deutlich besserer Klangqualität.

Nachteile:

  • DAB bereits eingeführt: Weltweit wurden bisher 12 Millionen DAB-Geräte verkauft, vor allem in Großbritannien. Diese würden wertlos, wenn sich DRM+ stattdessen durchsetzt. In Deutschland lag die Zahl 2003 allerdings bei nur 50.000. DAB-Kritiker sehen daher noch Chancen für einen Systemwechsel. Dagegen stehen die bereits getätigten hohen Investitionen der Sendeanstalten für einen fast flächendeckenden DAB-Ausbau in Deutschland.
  • mobiler Empfang nicht getestet: Während DAB für Geschwindigkeiten bis zu 200 km/h optimiert wurde, stehen solche Tests für DRM+ noch aus.

Über die Kosten streiten sich die Experten. Eine Studie der European Broadcasting Union kommt zwar zu dem Schluss, dass DAB das günstigere System sei. Das englische Internetangebot Digitalradiotech.co.uk dokumentiert jedoch gravierende Rechenfehler in dieser Studie und sieht einen deutlichen Vorteil für DRM+, auch im Vergleich zu den anderen neuen digitalen Modulationsarten DMB, DVB-T und DVB-H.

Alle diese Systeme sind auch in der Lage, Fernsehbilder in z. T. geringer Qualität zu übertragen.

Auf welchen Frequenzen DRM+ zum Einsatz kommt, ist noch unklar. Im Gespräch ist das Band I, in dem gegenwärtig nur wenige Fernsehsender aktiv sind. Theoretisch könnten auch UKW-Programme digital ersetzt werden. Einer der ersten Tests hierfür hat 2006 in Hannover auf der UKW-Frequenz 95,2 MHz begonnen.

wenige Empfänger verfügbar

Derzeit (Stand 4/06) sind wenige Empfänger verfügbar [1].

Die Firma Texas Instruments hat inzwischen einen Chip entwickelt, der sowohl DRM als auch DAB dekodieren kann. Auf dieser Basis könnten 2006 digitale Universalempfänger in Serie gehen. Zu erwarten sind Preise von zunächst deutlich über 100 Euro. Abzuwarten bleibt, ob diese viele Abnehmer finden.

Erst wenn viele DRM-Empfänger verbreitet sind, lohnt sich für Radiostationen die Ausstrahlung. Das gilt auch für alle anderen digitalen Modulationsarten. Jedoch ist die Reichweite in diesem Frequenzspektrum sehr hoch, so dass nur wenige Sendemasten notwendig sind, um ganz Europa abzudecken, die Kosten also sehr gering sind.

Seit Oktober 2006 stehen DRM-Empfänger in nennenswerter Stückzahl zur Verfügung. [2]

Technik

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

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

Bandbreitenbedarf

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

Auf Kurzwelle sind

  • weltweit: 10 kHz

Bandbreite vorgesehen.

Daneben sind noch Übertragungen mit

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

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

Übertragungsmodi

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

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

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

  • Modus A ist hauptsächlich für lokale Sendungen auf der Lang- und Mittelwelle vorgesehen, bei denen die Übertragung durch die Bodenwelle überwiegt und es dementsprechend praktisch keine Schwunderscheinungen gibt.
  • Modus B ist vor allem bei Kurzwellen-Übertragungen mit nur einer Reflexion an der Ionosphäre (sog. "single hop") beliebt. Es handelt sich um Sender, die z.B. nur innerhalb Europas empfangen werden sollen. Einige Lang- und Mittelwellensender bevorzugen nachts auch eher Modus B, da nachts auch in diesen Bändern die Raumwelle an der Wellenausbreitung beteiligt ist.
  • Modus C wird für Kurzwellensendungen über Kontinente hinweg verwendet. Da bei diesen Entfernungen die Wellen mehrfach zwischen Ionosphäre und Erde hin und her reflektiert werden (sog. "multi hop"), kommt es hier verstärkt zur Überlagerung von Wellen mit verschiedenen Laufzeiten und somit zu Signalverstärkungen und Signalauslöschungen.
  • Modus D ist der störungsunempfindlichste Übertragungsmodus und wird hauptsächlich für NVIS-Übertragungen (Near Vertical Incidence Skywave) verwendet. Diese Sendeart ist in Europa kaum verbreitet, sie wird dagegen häufig in den tropischen Regionen auf den entsprechenden Frequenzbändern verwendet. Da hierbei die Wellen nahezu senkrecht gen Himmel gestrahlt werden, kommt es neben den bereits genannten Fading-Effekten noch zusätzlich zu Doppler-Verschiebungen, da die Höhe der reflektierenden Luftschichten über dem Boden ständig schwankt.

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

Schutzklassen

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

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

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

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

Lediglich diese beiden A und B Modi erlauben mit ihren Bitraten um ca. 20 kbit/s bei einfacher Kanalbandbreite (9/10kHz) die häufig in der Öffentlichkeit gepriesene UKW-nahe Audio-Qualität. Durch die Verwendung von AAC in Verbindung mit der sog. "Spectral Band Replication" (kurz: SBR) erreicht man eine Audio-Bandbreite von 15 kHz (ab 22 kbit/s) bei einem Bandbreitenbedarf von lediglich 9 oder 10 kHz im Funkfrequenz-Spektrum. Allerdings klingen die Spektralanteile zwischen 6 und 15 kHz auch für das ungeübte Ohr etwas synthetisch.

Die Modi C und D dienen momentan nur der Vorführung des Verhältnisses aus Unempfindlichkeit gegenüber Fading-Effekten und der erreichbaren Bitrate.

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

Weitere Sendeformen

  • Multiplex: Auf einem DRM-Kanal können mehrere Programme gleichzeitig gesendet werden. Dadurch reduziert sich der Klang der einzelnen Programme.
  • Datendienste: Auch die Ausstrahlung von Texten und Daten ist möglich. Der vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS für DRM und DAB entwickelte Text basierte Nachrichtendienst NewsService Journaline® ermöglicht eine menübasierte Benutzeroberfläche, sodass z.B. aktuelle Nachrichten, Informationen zum Sender/Programm oder regionale Verkehrsinformationen gezielt abgerufen werden können. Der Dienst ist darauf optimiert, auch auf einfachsten Empfangsgeräten decodiert und genutzt werden zu können.
  • Simulcasting: Technisch ist es möglich, gleichzeitig AM und DRM auf einer Frequenz auszustrahlen. Das Verfahren wird als Singlechannel-Simulcast-Verfahren (SCS) bezeichnet. Hörer mit AM-Geräten können diese somit weiter nutzen. DRM-Hörer kommen in den Genuss eines verzerrungsfreien Signals. Der DRM-Klang ist in diesem Fall jedoch dumpf, da nur geringe Datenraten verwendet werden. Leider muss im SCS-Betrieb das AM-Signal deutlich stärker sein als der digitale (DRM-)Anteil der Sendung, um das Hintergrundrauschen bei analogem Empfang erträglich zu halten da in den meisten kommerziellen Empfänger die ZF Bandbreite nicht schmal genug ist. Dadurch reduziert sich natürlich das DRM-Versorgungsgebiet gegenüber einer rein digitalen Aussendung ganz deutlich. Diese Lösung ist somit nur ein Kompromiss und wird nach einigen Tests gegenwärtig fast nicht benutzt. Es gibt eine Simulcast-Station in Berlin auf 639 kHz.
  • Gleichwellenbetrieb: Von der Deutschen Welle wurden auch Versuche über die Stationen in Sines und Wertachtal im Gleichwellenbetrieb getätigt. Hierbei werden zwei DRM-Signale bezogen auf den Standort über GPS in der Phase und Amplitude synchronisiert.

Siehe auch

News

Quellen

  1. ↑ drm-national: DRM Empfänger im Handel
  2. ↑ rein-hoeren.de: " ... die Serienfertigung des DRM-40 nunmehr angelaufen sei und ab Oktober 2006 endlich ein ordentlichen Tischradio in nennenswerter Stückzahl zur Verfügung stehen soll."

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Sendeplan

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