Elektor

3/98

Das UKW-System, 1949 eingeführt, ist
an seinen Grenzen angelangt. Durch
die dichte Belegung des Frequenzban-
des und durch Mehrwegeempfang
(Reflektionen) sind Empfangsstörun-
gen insbesondere im Mobilbetrieb
unvermeidlich. Die Übertragung
zusätzlicher digitaler Daten (RDS) ist
nur sehr eingeschränkt möglich, und
für eine wesentliche Verbesserung der
Klangqualität bietet sich ebenfalls
keine Perspektive.
Vor diesem Hintergrund wurden in
Europa schon früh Überlegungen zu
einem digitalen Nachfolgesystem ange-
stellt, die schließlich zur Entwicklung
des DAB-Systems geführt haben. Ent-

wickelt wurde das DAB-System von
Unternehmen und Forschungseinrich-
tungen, die sich 1987 mit zunächst 18
Gründungsmitgliedern in der Initiative
EUREKA 147 zusammengeschlossen
haben. Deutschland stellte das größte
Forschungskontingent und übernahm
die Federführung. 1993 öffnete sich
EUREKA 147 auch für außereuropäi-
sche Partner. Zu den Mitgliedern zählen
heute die weltweit wichtigsten Unter-
nehmen der Unterhaltungselektronik.
Den wesentlichsten Anteil an den her-
vorragenden Eigenschaften des DAB-
Systems hat neben der Entwicklung
des MUSICAM-Verfahrens für die
Reduktion der Audio-Datenrate das

Mit der europäischen

DAB-Entwicklung

wurde ein System

geschaffen, das eine

flächendeckende Funk-

Datenübertragung mit

einer Netto-Bitrate von

1,2 bis 1,5 Megabit pro

Sekunde ermöglicht -

mit hoher Störsicher-

heit auch im Auto oder

Intercity. Hauptanwen-

dung des Systems ist

das Digitale Radio in

CD-Qualität für daheim

und unterwegs, das

innerhalb von 10 Jah-

ren den UKW-Rund-

funk ablösen soll.

Neben zusätzlichen

Datendiensten mit Gra-

fik, Bild und Text kann

dieses digitale Multi-

media-Funksystem

sogar Fernsehpro-

gramme übertragen.

56

DAB -

das Digitale Radio

(

1

)

Digital Audio Broadcasting:

Funk-Datenübertragung in Perfektion

Foto: Panasonic

digitale Übertragungsverfahren
COFDM (Coded Orthogonal Fre-
quency Division Multiplex). Während
Störungen durch Mehrwegeempfang
(reflektierte Radiowellen) bei UKW zu
Verzerrungen oder der völligen Aus-
löschung des Signals führen, gibt es
dieses Problem bei DAB nicht mehr.
Das System ist gegen Mehrwegeemp-
fang unempfindlich und nützt im
Gegenteil die reflektierten Wellen, um
das empfangene Signal noch zu ver-
stärken. Zusätzlich ist das digitale
DAB-Signal mit einem intelligenten
Fehlerschutz versehen.
Der durch COFDM mögliche Gleich-
wellenbetrieb der Sender im Versor-
gungsgebiet macht DAB in Verbin-
dung mit der Datenreduktion sehr fre-
quenz- und leistungsökonomisch. Bis
zu sieben digitale Hörfunkprogramme
in bester Stereoqualität können zusam-
men mit zusätzlichen Datendiensten
in einem Frequenzblock mit nur 1,5
MHz Bandbreite übertragen werden.
Es können daher innerhalb eines Fre-
quenzbereichs wesentlich mehr Pro-
gramme angeboten werden als bei
analoger Frequenzmodulation. Ein
DAB-Sender kommt dabei mit bis zu
90 Prozent weniger Sendeleistung aus
als ein vergleichbarer UKW-Sender.
Das bedeutet nicht nur weniger Ener-
gieverbrauch, sondern auch eine
geringere HF-Belastung (E-Smog) im
Umfeld der Sender.
Ein DAB-Radio bietet den Bedie-
nungskomfort eines Digitalradios mit
Anzeige des Sendernamens und der
Art des Musikprogramms. Darüber
hinaus gibt es auch begleitende Text-
informationen zum Radioprogramm.
Zusätzlich zu (oder auch anstelle von)
Hörfunkprogrammen ebnet das tran-
parente und flexible digitale Übertra-
gungsverfahren den Weg für neuartige
Dienste mit Daten-, Text- und Bildin-
formation bis hin zur Übertragung von
Bewegtbildern oder sogar TV-Pro-
grammen, die auch im Reisebus oder
im Intercity zu empfangen sind. Seri-
engeräte für den DAB-Empfang sollen
in den nächsten Monaten auf den
Markt kommen. Künftig wird es neben
den bereits auf der IFA und der IAA im
letzten Jahr vorgestellten DAB-Autora-
dios auch Heimgeräte und tragbare
Empfänger geben - und natürlich auch
PC-Karten, die digitale DAB-Informa-
tionen direkt im Computer zuhause
oder im Büro verarbeiten können.

A

U D I O

- K

O D I E R U N G

Die CD verwendet für die Aufzeich-
nung eines Stereo-Audiosignals eine
Datenrate von 1411 kBit/s, also fast 1,5
Megabit/s. Mit vergleichbarer Daten-
rate kann DAB bis zu 20 Audiosignale
übertragen (ohne zusätzliche Daten-
dienste). Diese wundersame Signal-
vermehrung wird durch das unter

dem Begriff MUSICAM bekanntge-
wordene Verfahren erreicht, das die
Audiodatenmenge ohne wesentliche
Qualitätseinbußen drastisch reduziert.
Das MUSICAM-Verfahren (Masking
Pattern adapted Universal Coding and
Multiplexing) wurde vom Institut für
Rundfunktechnik (IRT), München, der
Firma Philips und dem französischen
Forschungszentrum CCETT ent-
wickelt. Die MPEG (Moving-Picture
Experts Group) hat die MUSICAM-
basierten Vorschläge der EUREKA-147-
Initiative nach intensiven Tests unter
14 konkurrierenden Vorschlägen für
die Normung durch ISO/IEC (als
MPEG-Audio Layer II) ausgewählt.
MPEG Layer II ist in der Lage, den
CD-Datenstrom (PCM-codiert) um
den Faktor 7 zu reduzieren, auf 192
kBit pro Sekunde - und das
ohne hörbaren Klangverlust.
Dies ist durch die Verwendung
spezieller Algorithmen möglich,
die sich im wesentlichen zwei

psychoakustische Effekte zunutze
machen.
Das menschliche Gehör ist nicht in der
Lage, Töne wahrzunehmen, die unter-
halb der sogenannten Ruhehör-
schwelle liegen. Außerdem werden
leise Töne von lauteren überdeckt,
wenn diese in ähnlichen Tonhöhen
unter der sogenannten Mithörschwelle
liegen. MPEG Layer II nutzt diesen
Effekt und überträgt nur die Teile der
Toninformation, die auch wirklich hör-
bar sind. Diese Effekte sind in Bild 1
schematisch dargestellt. Abhängig vom
Signalinhalt und den Qualitätsanfor-
derungen sind auch abweichende
Datenraten möglich, die Bandbreite
reicht 8 bis 192 kbit/s je Monokanal.
Ein Stereosignal wird im normalen
Stereomodus als 2-Kanal-Signal (dop-

57

Elektor

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Lautstärke
(dB)

Tonhöhe f (kHz)

80

60

40

20

0

0,02

0,05

0,1

0,2

0,5

1

2

5

10

20

Ruhehörschwelle

zusätzliche Töne

nicht hörbar

Mithörschwelle

980017 - 51

1

Bild 1. Beim MUSICAM-Kodierverfahren wird
das Phänomen der psychoakustischen Ver-
deckung genutzt, um die Datenrate zu redu-
zieren (Quelle: DAB-Plattform e.V.)

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

zum Beispiel 6 Programme

Störung

Bandbreite des DAB-Signals: 1,5 MHz auf 1536 Trägerfrequenzen

980017 - 52

2

Bild 2. Durch die Verteilung und fortlau-
fende Umverteilung der übertragenen
Daten auf über 1500 Teilträger wird in Ver-
bindung mit einem umfangreichen Fehler-
schutz erreicht, daß eine Teilauslöschung
durch Störungen und Reflektionen den
Empfang nicht beeinträchtigt (Quelle: DAB-
Plattform e.V.)

58

Elektor

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Tabelle 1.

Technische Daten der DAB-Audiokodierung mit MUSICAM (MPEG Layer II)

Audio Modes:

Mono
Stereo
Zweikanal
Multikanal-Audio (MUSICAM-SURROUND)

Abtastfrequenz:

48 kHz
LSF (Lower Sampling Frequency): 24 kHz

Übertragener Frequenzbereich: 0 Hz - 20,25 kHz

LSF: 0 Hz - 11,25 kHz

Auflösung des PCM-Signals:

bis zu 22 Bit/Sample

Audio-Datenraten:

32 kBit/s (Mono) bis 384 kBit/s (Stereo) in 14 Stufen
LSF: 8 kBit/s bis 160 kBit/s in 14 Stufen

Länge der Audiorahmen:

24 ms entsprechend 1.152 PCM-Samples
LSF: 48 ms

Lower Sampling Frequency:

Die Halbierung der Abtastfrequenz bei der Übertragung erhöht die Audioqualität bei

niedrigen Bitraten (ca. 32 - 64 kBit/s). Dieses Verfahren ist vor allem für Wortprogramme,
z.B. Informationskanäle, interessant. Durch die doppelt große Rahmenlänge steht aller-
dings lediglich die halbe Datenrate für PAD zur Verfügung.

Andere Anwendungen von MUSICAM
• Astra Digital Radio (ADR)

• Kabel- und Satellitenfernsehen (DVB, DirecTV in den USA)

• CDI

• Überspielungen zwischen Rundfunkanstalten per Telefon/ISDN

• Multimedia-Anwendungen in PCs

• Elektronische Schnittsysteme zur Tonbearbeitung auf Rechnern

Tabelle 2

Technische Daten zum DAB-Übertragungsverfahren

Radiofrequente EigenschaftenMode I

Mode II

Mode III

Mode IV

Bandbreite

1,536 MHz (Mode I bis Mode IV)

Zahl der Träger

1536

384

192

768

Gesamte Modulationsdauer

1,246 ms

0,312 ms

0,156 ms

0,623 ms

Schutzintervall

0,246 ms

0,062 ms

0,031 ms

0,123 ms

Modulation

differentielle 4-Phasenmodulation (QPSK)

Fehlerschutz
(Durchschnitt für Tonsignalwerte, Steuerinformation ist stärker geschützt)
Grad 1:

Faltungscode R = 0,39

Grad 2:

Faltungscode R = 0,47

Grad 3:

für Mobilempfang, Faltungscode R = 0,55

Grad 4:

Faltungscode R = 0,64

Grad 5:

z.B. für Kabel, Faltungscode R = 0,80

Versorgungstechnik
Frequenzbereich

< 375 MHz

< 1,5 GHz

< 3 GHz

< 1,5 GHz

Versorgungsgebiet für Einzelsender

terrestrisch bergig

terrestrisch eben

terrestrisch eben

terrestrisch eben

Supranationale Versorgung durch

—-

Satellit

Satellit

—-

Senderabstand für
terrestrische Gleichwellennetze

bis ca. 80 km

bis ca. 20 km

bis ca. 10 km

bis ca. 40 km

Multiplexeigenschaften
Bruttoübertragungsrate

2,304 MBit/s

Nettoübertragungsrate (Grad 3)

ca. 1,2 MBit/s

freie Konfigurierbarkeit

bis zu 64 Audioprogramme und Datendienste, typisch 5 bis 8 Audiopro-
gramme und mehrere Datendienste

Rekonfigurierbarkeit

dynamisch während des Programmbetriebes

typische ungleichmäßige Konfiguration

6 Stereoprogramme mit je 192 kBit/s inklusive PAD plus 24 kBit/s für Daten-
dienste

Datendienste
PAD

0,6 - 16 (später 64) kBit/s, im Tonsignal eingebettet

Stream Mode

Kapazität wählbar in Schritten von 8 kBit/s

Packet Mode

Kapazität bedarfsabhängig wählbar

pelte Mono-Bitrate) übertragen. Mit
geringeren Bitraten kommt der soge-
nannte gemeinsame Stereomodus aus,
bei dem die in beiden Kanälen
gemeinsam vorhandene Information
nicht doppelt übertragen wird.
Schon bei der Audio-Kodierung sind
in jedem Audio-Datenrahmen Bits für
zusätzliche programmbegleitende
Daten (PAD) reserviert. Die wichtig-
sten Technischen Daten zur Audio-
Kodierung sind in Tabelle 1 zusam-
mengestellt.

Ü

B E R T R A G U N G U N D

F

R E Q U E N Z E N

Während bei einem AM- oder FM-Sen-
der nur eine einzige Trägerfrequenz mit
dem zu übertragenden Signal amplitu-
den- oder frequenzmoduliert wird,
arbeitet das DAB-System nach einem
Mehrträgerprinzip, das als Orthogona-
les Frequenzmultiplexen (Orthogonal
Frequency Division Multiplexing -
OFDM) bezeichnet wird. Da ein digital
kodiertes Signal übertragen wird, heißt
das Verfahren dann COFDM (Coded
OFDM). Vor der Übertragung wird die
digitale Information in eine Vielzahl
von Bitströmen mit jeweils niedrigen
Bitraten unterteilt und diese dann zur
Modulation der einzelnen Träger mit
differentieller QPSK verwendet. Durch
diese Aufteilung auf zahlreiche schmal-
bandige Übertragungskanäle (Teilbän-
der) geht bei Störungen eines Fre-
quenzbereiches maximal eine Teilinfor-
mation verloren, anders als beim
UKW-Rundfunk, wo gegebenenfalls ein
gesamtes Programm gestört würde.
Um die Störungen minimal zu halten,
versieht COFDM das Nutzsignal mit
einem umfangreichen Fehlerschutz
(Redundanz). Außerdem werden die

einzelnen COFDM-Symbole mit einem
Schutzintervall ausgestrahlt, so daß
reflektierte Wellen, die innerhalb des
Intervalls eintreffen, fehlerfrei erkannt
und genutzt werden können. Ein
COFDM-Symbol ist ein Abschnitt des
übertragenen Signals. Während der
Dauer dieses Abschnitts (Symboldauer)
werden die Phasen der abstands- und
amplitudengleichen Träger im Bündel
konstant gehalten. Jeder Träger wird
von einem Symbol zum anderen mit
einer von vier verschiedenen Phasen-
differenzen (differentielle 4-Phasen-
modulation QPSK) moduliert, woraus
sich eine Bruttobitrate von 2 Bit je Trä-
ger und Symbol ergibt.
Durch eine ständige Umverteilung des
Bitstroms zwischen den einzelnen Trä-
gern wird verhindert, daß aufeinan-
derfolgende Datenwerte einer
bestimmten Quelle gleichzeitig von
einer Auslöschung durch Reflektionen
betroffen sind (Bild 2). Hingegen ver-
bessert die Nutzung der Reflektionen,
die innerhalb des Schutzintervalls
eines COFDM-Symbols eintreffen, die
Qualität der Übertragung.
Nach eingehenden Untersuchungen
über das beste Verhältnis zwischen
Bandbreite und Empfangsqualität hat
man sich für die Verwendung von 1,5
MHz breiten Frequenzblockes ent-
schieden, in dem je nach Übertra-
gungsmodus zwischen 192 und 1536
Träger gebündelt sind. In einem einzi-
gen Fernsehkanal (7 MHz Bandbreite)
lassen sich daher 4 DAB-Blöcke unter-
bringen, was in der Praxis bedeutet,
daß man anstelle eines Fernsehpro-
gramms bei typischer Blockbelegung
24 Stereoprogramme und eine Vielzahl
von Datendiensten übertragen kann.
Die in einem solchen Block zusammen
übertragenen Informationen (Pro-

gramme und Daten) werden als
”Ensemble” bezeichnet und weisen
brutto eine Bitrate von 2,304 MBit je
Sekunde auf, was je nach Fehler-
schutzgrad einer Nettobitrate von
etwa 1,2 bis 1,5 Megabit je Sekunde
entspricht.
Die wichtigsten Technischen Eigen-
schaften der DAB-Übertragung sind in

Tabelle 2 zusammengefaßt.
In Tabelle 3 sind die für die Ein-
führung von DAB vorgesehenen Fre-
quenzbereiche angegeben. Für die
flächendeckende Grundversorgung
(”erste Bedeckung”) sind Frequenz-
blöcke im VHF-Bereich am besten
geeignet, während Blöcke im L-Band
für regionale und lokale Programme
gedacht sind. Für den Empfang reicht
eine einfache Stabantenne überall aus.
Aus Tabelle 2 ist auch ersichtlich, daß
je nach Frequenzbereich ein anderer
Übertragungsmodus gewählt werden
kann. Modus I weist die höchste Trä-
gerzahl und den längsten Schutzin-
tervall auf und ist am besten für VHF-
Gleichwellennetze mit großen Sender-
abständen geeignet. Modus II ist mehr
für lokale Sender und bedingt für
Gleichwellennetze geeignet. Modus III
eignet sich am besten für Kabel- Satel-
liten und zusätzliche terrestrische Aus-
strahlung, ist bei allen Frequenzen bis
3 GHz für den mobilen Empfang aus-
gelegt und am unempfindlichsten
gegen Phasenrauschen. Modus IV ist
für das L-Band bei größeren Sender-
abständen konzipiert, ist aber beim
Mobilempfang mit höherer Fahrzeug-
geschwindigkeit störungsanfälliger.

(980017)

(Wird fortgesetzt)

59

Elektor

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Tabelle 3

Frequenzbereiche für die Einführung von DAB

Frequenzbereich

Band

TV-Kanal

Bisherige Nutzung

Anzahl planbarer DAB-Blöcke

47-68 MHz

VHF Band I

2-4

Fernsehrundfunk,

12 (Blöcke 2A-4D)

Tonrundfunk, mobiler Funkdienst

174-230 MHz

VHF Band III

5-12

Fernsehrundfunk,

32 (Blöcke 5A-12D)

mobiler Funkdienst

230-240 MHz

VHF Band III

”13”

mobiler Funkdienst,

6 (Blöcke 13A-13F)

z.T. militärische Nutzung

1452-1467,5 MHz

L-Band

-

mobiler und fester Funkdienst

9 (Blöcke LA-LI)

Die DAB-Blöcke werden i.d.R. mit der Ziffer des TV-Kanals und einem folgenden Großbuchstaben bezeichnet. Da pro
TV-Kanal 4 DAB-Frequenzblöcke einplanbar sind, heißen z.B. die 4 DAB-Blöcke im TV-Kanal 12: 12A, 12B, 12C und 12D.
Für die Bereiche außerhalb der TV-Kanäle (L-Band) wird entsprechend verfahren.

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