Digital Radio Mondiale

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Digital Radio Mondiale (DRM) (weltweiter Digitalrundfunk) ist ein digitales Übertragungssystem für Hörfunk und Datendienste, das auch im Amateurfunk verwendet wird. Der DRM-Standard umfasste ursprünglich nur die digitale Verbreitung von Rundfunk auf Lang-, Mittel- und Kurzwelle (genannt „DRM30“ mit den vier Übertragungsmodi A-D und HF-Bandbreiten von 4,5 kHz bis 20 kHz). Zur Nutzung des Systems in den VHF-Bereichen wurde der DRM-Standard um einen Modus E, genannt "DRM+", erweitert. Modus E (HF-Bandbreite 96 kHz). Damit kann DRM im UKW-Bereich (VHF-Band II, 87,5 MHz bis 108 MHz) und gemeinsam mit DAB im VHF-Band III (174 MHz bis 230 MHz) eingesetzt werden.

DRM ist ein offener ETSI-Standard . Er beschreibt die Audiocodierung, die mittels MPEG-4 HE-AAC v2 (oder einem der beiden verfügbaren Sprachcodecs HVXC bzw.CELP) erfolgt, den Contentserver und die Multiplexbildung mit bis zu vier Angeboten (Audio und/oder Datendiensten), die Schnittstellen und Protokolle sowie die Kanalcodierung und die Modulation per OFDM/COFDM mit den verschiedenen Übertragungsmodi A-E.

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, Deutsche Telekom, Voice of America, Telefunken (neu: Transradio) und Thomcast (neu: THOMSON Broadcast & Multimedia).

Die offizielle Gründung des DRM-Konsortiums erfolgte am 5. März 1998 in Guangzhou, Volksrepublik China.

DRM bis 30 MHz (DRM30, Modus A-D)

Ausbreitungsbedingungen und -wege

Langwelle

Die Langwelle passt sich in gewissem Maße an die Erdkrümmung an. Dadurch sind Reichweiten von bis zu 1000 km und mehr möglich. Allerdings stehen nur maximal 15 Kanäle im europäischen Raum zur Verfügung, sodass nicht jedes EU-Land einen eigenen Langwellensender betreiben kann.

Mittelwelle

Die Mittelwelle folgt der Erdkrümmung deutlich weniger als die Langwelle und hat während des Tages eine (Bodenwellen-)Reichweite von etwa 300 km. In den Abend- und Nachtstunden setzt jedoch ein weiterer Effekt ein, der zusätzliche Reichweite bringt: die Raumwelle. Durch die Reflexion an der Ionosphäre kann nun eine Reichweite von mehr als 1000 km realisiert werden. Allerdings ist diese Reflexion nicht immer gleichmäßig: Das Signal der Raumwelle wird von der Ionosphäre in größeren Abständen immer mal wieder teilweise bis zur Unkenntlichkeit geschluckt. Ein analoger Sender verschwindet dann im „Rauschteppich“. Diesen Effekt bezeichnet man als Fading oder Schwund. Im Mittelwellen-Rundfunkband stehen innerhalb Europas 121 Kanäle zur Verfügung, die abhängig von der weiteren Belegung der jeweiligen Frequenz in den Nachtstunden aufgrund der Raumwellenausbreitung ausgeschaltet werden oder aber zur Versorgung des gesamten europäischen Raumes dienen können.

Kurzwelle

Auf der Kurzwelle spielt die Bodenwelle bei der Ausbreitung kaum eine Rolle. Die Übertragung zum Hörer erfolgt in erster Linie über die Raumwelle. In Abhängigkeit von Jahreszeit, Tageszeit und Sonnenfleckenanzahl – die die Reflexionsfähigkeit der Ionosphäre wesentlich beeinflusst – kann man bestimmte Rundfunkbänder der Kurzwelle für verschiedene Zielreichweiten benutzen. Dabei kann eine Kurzwellenausstrahlung durchaus auch mehrere Sprünge (Hops) zwischen Ionosphäre und Erdoberfläche machen und dabei mehrere 1000 km überbrücken, um im Zielgebiet gehört zu werden. Dabei entsteht aber neben dem bei der Mittelwelle erwähnten Fading, welches auf Kurzwelle weniger stark ausgeprägt ist, vor allem sogenanntes selektives Fading, welches das Sendesignal abhängig von der Frequenz stellenweise stört. Bei analogen Empfängern macht sich selektives Fading vor allem durch die Verzerrung des Audiosignals bemerkbar. Auf der Kurzwelle stehen abhängig von der Entfernung und den oben erwähnten Variablen mehrere hundert Übertragungskanäle zur Verfügung.

Für die lokale Versorgung über Kurzwelle laufen Tests im 11-m-Band (26-MHz-Band). Auf diesen Frequenzen könnten unter bestimmten Bedingungen Distanzen von mehreren 1000 Kilometern überbrückt werden. Für DRM wird allerdings überlegt, mit kleinen Sendeleistungen regionale Gebiete zu versorgen.

Bandbreitenbedarf

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

• ITU-Regionen 1 und 3: 9 kHz
• ITU-Region 2: 10 kHz.

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 gefordert ist oder auch mehrere Programme gleichzeitig in einem Datenstrom mit hoher Qualität ausgestrahlt werden sollen.

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

OFDM-Übertragungsmodi

Für DRM30 sind 4 Übertragundsmodi (A-D) spezifiert, die sich in ihren OFDM-Systemparametern und daraus resultierend der Übertragungsdatenrate unterscheiden:

Modus	Trägerabstand in Hz	Anzahl der Träger				Symboldauer in ms	Schutzintervall in ms	Symbole pro Rahmen	Datenrate	Robustheit gegen Dopplereffekt 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	+	-
C	68,18	*	138	*	280	20,00	5,33	20	-	+
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 kein Fading gibt. In letzter Zeit entdecken aber immer mehr Anbieter, dass auch unter bestimmten Voraussetzungen Kurzwellenübertragungen in Modus A (bei Nutzung von QAM16) möglich sind, um auch die Datenrate und damit die Tonqualität zu verbessern.
• 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 zum Beispiel 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 kann für Kurzwellensendungen über Kontinente hinweg verwendet werden. 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. In der Regel nutzt man auch zur Überseeversorgung trotzdem Modus B, da er eine höhere Datenrate bietet.
• Modus D ist der störungsunempfindlichste Übertragungsmodus und wird hauptsächlich für NVIS-Übertragungen (Near Vertical Incidence Skywave) verwendet. Diese Sendeart wird sich in Europa wohl kaum verbreiten, sie soll in den tropischen Regionen auf den entsprechenden Frequenzbändern verwendet werden. 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.

In der Praxis setzen die meisten Anbieter in den AM-Bändern den Modus A oder B ein, nur einige wenige (zum Beispiel die Deutsche Welle) nutzen unter ungünstigen Voraussetzungen den Modus D (damit verringert sich auch die Audioqualität). Ausstrahlungen im Modus C sind sehr selten.

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

Fehlerschutzklassen

Innerhalb der 4 ODFM-Modi gibt es jeweils vier verschiedene Fehlerschutzklassen, die unterschiedlich hohe Übertragungsraten aufweisen. Je kleiner die Schutzklasse desto unempfindlicher ist das Signal gegenüber Störungen. Durch diese Fehlerschutzmaßnahmen (Redundanz) können AM-typische Effekte wie Fading, selektives Fading, Atmosphärenstörungen sowie Störungen durch benachbarte Sender ausgeglichen werden. Aufgrund der begrenzten Datenrate müssen im Falle von kritischen Ausbreitungsbedingungen u.U. Kompromisse zwischen einem höheren Fehlerschutz für eine gute Empfangssicherheit und der damit einhergehenden geringeren Nettobitrate für die Audioübertragung gefunden werden.

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.

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 teilweise synthetisch, dem Klang fehlt es an Transparenz bzw. Brillanz.

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 Rundfunksendungen 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 Modi zumindest für Informationsprogramme durch ihre Robustheit wieder attraktiv sein können.

Audioqualität

Das DRM-System ist für die Gegebenheiten der Verbreitung auf Kurz-, Mittel-, und Langwelle konzipiert worden (DRM30). Es soll trotz eines engen Kanalrasters von 9 bzw. 10 kHz Bandbreite eine bessere Audioqualität als analoger AM-Rundfunk bieten, die zudem frei von Störungen sein soll.

Die Audioqualität ist bei Verwendung von SBR (HE-AAC) mit den Datenraten von 16–26 kbit/s über DRM30 wesentlich besser als über AM-Sender und entspricht einer UKW-Übertragung. Anhand der unten aufgeführten Hörbeispiele ist eine deutliche Verbesserung zum klassischen AM-Rundfunk – ganz besonders auf Kurzwelle – hörbar.

Systemeigenschaftten von DRM

• Multiplex: Auf einem DRM-Kanal können bis zu 4 Programme oder Datendienste gleichzeitig gesendet werden. Dadurch reduziert sich die mögliche Bitrate der einzelnen Programme. Das Deutschlandradio nutzt zum Beispiel einen Datenstrom, der aktuelle Nachrichten oder interne Informationen ("Wir über uns") ausstrahlt, diese jedoch mit sehr reduzierter Bitrate und Tonqualität.

• Datendienste: Auch die Ausstrahlung von Texten und Daten ist möglich. Der vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen und anderen Firmen für DRM und DAB entwickelte textbasierte Nachrichtendienst NewsService Journaline ermöglicht eine menübasierte Themenaufbereitung, so dass zum Beispiel aktuelle Nachrichten, Informationen zum Sender bzw. Programm oder regionale Verkehrsinformationen gezielt abgerufen werden können. Der Dienst ist darauf optimiert, auch auf einfachen Radiogeräten decodiert und genutzt werden zu können.

• AFS (Automatic Frequency Switching): Alternativfrequenzen können wie bei RDS mitgeschickt werden, bei DRM können aber sogar versorgtes Gebiet, Uhrzeit und Wochentag genauer angegeben werden.

• EPG: Elektronischer Programmführer, ähnlich wie bei DVB, jedoch aufgrund der geringen Bandbreite nur sehr oberflächlich. Wird jedoch derzeit nur von der BBC eingesetzt.

• Textmeldungen: Ähnlich dem Radiotext bei RDS können auch Informationen über die aktuelle Sendung, dem eingesetzten Sendestandort, Programmhinweise, Nachrichten usw. übertragen werden. Auch Unterstreichungen und Fettschrift sind möglich.

• Uhrzeit: DRM-Stationen können die aktuelle Uhrzeit mitsenden. Das ist für Radiowecker sinnvoll.

• PTY: Programmartkennung, ähnlich wie bei RDS (z.B. Varied, Information).

• 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 des Signals, um das Hintergrundrauschen bei analogem Empfang erträglich zu halten, da in den meisten kommerziellen Empfängern 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.

• Gleichwellenbetrieb: Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit des Empfangssignals erlaubt es das DRM-System, mehrere Sender an verschiedenen Standorten auf der gleichen Frequenz zu betreiben (Gleichwellenbetrieb).

Hörfunkprogramme

Aktuell strahlen einige Sender täglich weltweit Sendungen in DRM aus.

Die Deutsche Welle und die BBC, beide Gründungsmitglieder des DRM-Konsortiums, haben im Herbst 2010 ihren gemeinsamen DRM-Dienst für Europa eingestellt. Das BCE (Broadcasting Center Europe), technisch verantwortlich für RTL Radio von Luxemburg aus über die Mittelwelle 1440 kHz und Kurzwelle 6095 kHz, reduzierte die Ausstrahlungen im DRM-Modus (im Februar 2011 auf der Kurzwelle nur noch in der Größenordnung 1 h/Tag). Aus Berlin-Britz sendet das Deutschlandradio sein digitales Programm DRadio Wissen auf der Mittelwelle 855 kHz rund um die Uhr für den Raum Berlin-Brandenburg. Parallel zu diesem Programm werden ein Non-Stop-Nachrichtenkanal sowie Nachrichten in Textform auf der Frequenz angeboten.

OldieStar Radio war der erste deutsche Privatsender, der sein Programm auch im DRM-Modus ausstrahlte. Ab 2005 wurde das Programm in Berlin auf der Mittelwelle 1485 kHz verbreitet. Auch Stationen aus Osteuropa wie der Auslandsdienst des polnischen Rundfunks, Radio Rumänien International oder die Stimme Russlands strahlen ihre Programme im DRM-System aus, meist jedoch nur für einige Stunden am Tag. Seit dem 26. Mai 2008 sendet auch Radio Bulgarien sein Inlandsprogramm in Bulgarisch und seit 2009 auch verschiedene Fremdsprachenprogramme, darunter die Gemeinschaftsproduktion mit anderen Sendern „Euranet“, europaweit in DRM aus.

Ende März 2009 wurde der reguläre DRM-Sendebetrieb in Russland und bei All India Radio auf Kurzwelle aufgenommen.

Insgesamt konnte DRM allerdings bislang – wohl vor allem aufgrund der mangelhaften Empfängersituation – noch keine große Marktbedeutung erlangen.

DRM in den VHF-Bändern ab 30 MHz (DRM+, Modus E)

Im Jahr 2009 wurde der ETSI-Standard des DRM-Systems mit einem Modus E (DRM+) ergänzt, mit dem eine Übertragung bis 174 MHz erlaubt werden sollte. Nach erfolgreichen Untersuchungen der FH Kaiserslautern und der TU Hannover aus den Jahren 2009/2010 mit dem Ergebnis, dass DRM+ auch im VHF-Band III (174 - 230 MHz) funktioniert und nach Standardisierung von DRM+ bei der ITU Ende 2011 als "System G" für die Übertragung in den Frequenzbereichen 30 - 300 MHz wird nun auch der ETSI-Standard für DRM soweit angepasst, dass die obere Grenzfrequenz von 174 MHz gestrichen wird. Damit kann das DRM-System nicht nur im UKW-Hörfunkbereich (87,5 - 108 MHz) eingesetzt werden, sondern positioniert sich auch als künftige Ergänzung zum digitalen Hörfunkstandard DAB im VHF-Band III (174-230 MHz), insbesondere für die Verbreitung von digitalen Hörfunkprogrammen in regionalen bzw. lokalen Verbreitungsgebieten.

Anforderungen und technische Parameter

Die wesentlichen Anforderungen, die DRM+ erfüllt, sind

• Realisierung von Datenraten, die den Empfang vom mindestens einem Hörfunk-Programm in CD-Audio-Qualität ermöglichen
• Versorgungsreichweite und -sicherheit mindestens wie die derzeitige UKW-FM-Versorgung mit der Möglichkeit des mobilen Empfangs bei hohen Geschwindigkeiten und des portablen Empfangs im Haus
• Überführung bestehender Versorgungsstrukturen im jetzigen UKW-Rundfunk (lokale, regionale, landesweite und nationale Sendeformate)
• Gleichwellenfähigkeit zur Bildung von frequenzökonomischen Sendernetzen
• Nutzbandbreite von 100 kHz zur Beibehaltung des jetzigen UKW-Planungsrasters.
• Vermeidung von Störungen der bestehenden UKW-FM-Versorgung zur Realisierung einer schrittweisen Migration der Rundfunksender.

Die wesentlichen Übertragungsparameter sind

• Übertragungsschema: OFDM mit Gleichkanalfähigkeit
• Anzahl der Unterträger: 213
• Trägerabstand: 444,44 Hz
• Modulation der Unterträger: 4-QAM oder 16-QAM
• Bandbreite: 96 kHz
• Datenrate : 375–186 kbit/s
• Audiocodierung MPEG4-AAC.

DRM-Empfänger

Für DRM30 sind derzeit (Stand 01/2012) nur wenige Empfänger auf dem Mark verfügbar, die üblicherweise über Online-Shops im Internet gekauft werden müssen.

Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) bietet derzeit ein Prototyping Board auf FPGA-Basis für die komplette DRM-Signalverarbeitung an.

Einen anderen Weg des DRM-Empfangs bieten softwaredefinierte Radioempfänger (SDRs). Die Steuerung solcher Empfänger und die Demodulation bzw. Dekodierung des DRM-Signals geschieht hier durch einen Mikrocomputer wie zum Beispiel einen PC.

Siehe auch

• Hörfunk
• Digitalradio, alle Übertragungsverfahren für digitalen Hörfunk
• AM Signaling System (analog)

Weblinks

• Digital Radio Mondiale im Amateurfunk Wiki des Deutschen Amateur-Radio-Clubs und des Adacom Fachverbands für Amateur-Datenfunk e. V.
• Offizielles DRM-Portal (international) (englisch)
• Deutsches DRM-Forum
• Fraunhofer-Seite zu DRM (englisch)
• Forum von Senderbetreibern und Hörern
• Einführung in den DRM-Empfang
• DRM-Empfang in der Praxis
• Projektseite der FH Kaiserslautern und der LMK mit Berichten der Untersuchungen und Feldversuche mit DRM+ im VHF-Band II und III
• Welche Probleme bringt Digital Radio Mondiale?
• Digitalisierung des UKW Rundfunks (pdf; 1,11 MB)
• DRM im Vergleich mit Internetradio
• ES 201980 – DRM System Specification (Systembeschreibung der ETSI) (pdf; 1,3 MB)
• TRANSRADIO: DRM-Sender & -Sendeanlagen