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DAB+ - Basisinformationen zur Technik (1/2)

DABplus-Logo Schriftzug DAB+, die Sendetechnik für das nationale Digitalradioprojekt, das seit dem 1. August 2011 im Regelbetrieb sendet, ist Teil der Standardfamilie Digital Audio Broadcasting (DAB). Die Entwicklung wurde mit Europamitteln als Projekt EUREKA 147 Anfang der 1980er Jahre begonnen.

Erste Testsendungen gab es schon 1989. Ein Regelbetrieb wurde 1998 in Deutschland begonnen, jedoch gab es aus verschiedenen Gründen nie eine Akzeptanz am Markt. Nun bekommt DAB mit weiter entwickelter Technik als DAB+ eine zweite Chance. Dem gingen seit 2008 einige Pilotprojekte voraus. Neben DAB und DAB+ gehört auch DMB zur Standardfamilie. Diese DAB-Variante, die eine Übertragung von Videos bzw. Fernsehprogrammen ermöglicht, hatte in Deutschland ebenfalls keinen Erfolg: Die Einführung des Mobilrundfunk-Dienstes „Watcha“ scheiterte, nachdem sich zwischen 2006 und 2008 aufgrund des geringen Programmangebots kein nennenswerter Kundenstamm fand.

DAB+: Nicht nur mehr Programme

Der Fortschritt von DAB+ gegenüber dem „alten DAB“ wird für alle Radiohörer greifbar: Bei gleichbleibender Tonqualität passen deutlich mehr Programme in einen Multiplex (wird bei DAB/DAB+ auch als Ensemble bezeichnet). War bei DAB von nur drei bis sechs Programmen je Multiplex die Rede, sind es nun - abhängig von der Konfiguration des Sendenetzes - mindestens acht. Ein vorab vom Netzbetreiber Media Broadcast vorgestelltes Szenario geht von bis zu 15 Radios plus EPG und Datenkanal aus. Weil die Sendefrequenzen besser ausgenutzt werden, sind die Verbreitungskosten je Programm günstiger als bei DAB.

Generell ist DAB+ abwärtskompatibel. Das heißt, dass DAB+-Geräte auch DAB-Sendungen wiedergeben können. DAB+-, DAB- und DMB-Ausstrahlungen können in einem Multiplex miteinander kombiniert werden.

Im Interesse der Radio- und Dienstebetreiber sind selbstverständlich auch kostenpflichtige Angebote - also Pay-Radio - möglich.

Technische Eckwerte von DAB+ und DAB

Wichtigster Unterschied zwischen DAB und DAB+ ist der verwendete Audiocodec. Für das „alte DAB“ wurde der MPEG-1 Layer II (auch als Musicam bezeichnet) verwendet. DAB+ nutzt hingegen den neueren und effizienteren Codec AAC HE v2 (Advanced Audio Coding High Efficiency) aus der MPEG-4 Standardfamilie. Damit kann die DAB-Bandbreite je Programm von 128 bis 192 Kilobits pro Sekunde mit DAB+ auf 64 bis 96 Kilobits pro Sekunde reduziert werden.

Desweiteren wird die von DVB-T schon bekannte Verteilung der Datenpakete auf mehrere Unterträger (COFDM) verwendet, um zusätzlich die Störsicherheit zu erhöhen. Und selbstverständlich funktionieren auch beim digitalen Hörfunk Gleichwellennetze. Abhängig von der internationalen Frequenzkoordination sind sogar weitaus größere Netze als mit DVB-T möglich. So kann der nationale Digitalradio-Bundesmultiplex in einem bundesweiten Gleichwellennetz verbreitet werden, ebenso sind landesweite SFN Praxis.

Sendefrequenzen und DAB-Modi

Beispiel für einen EPG mit Slideshow. Grafik: www.digitalradio.de
DAB+-Sendungen werden nunmehr ausschließlich im Band III ausgestrahlt. Dafür hat das Fernsehen bereits einige VHF-Kanäle geräumt; die letzten vier in Deutschland für DVB-T genutzten VHF-Standorte werden freigegeben, sobald sie für DAB+ gebraucht werden. Erste Frequenzplanung für nationales DAB+ mit den Blöcken 5a (blau), 11B (rot) und 5C (grün). (anclicken zum Vergrößern).
Quelle: Media Broadcast.

Sendetechnisch bleibt es bei der Einteilung des VHF-Bereiches (Kanäle 5 bis 12) in 7 Megahertz Bandbreite je Kanal. Jeder Kanal wird in vier Blöcke aufgeteilt. Je Block stehen daher 1,536 Megahertz Nutzbandbreite zur Verfügung. Für den nationalen Radio-Multiplex sollten nach ursprünglicher Konzeption die Blocks 5A, 5C und später auch 11B benutzt werden. Aufgrund möglicher Störungen des Behördenfunks und nach internationalen Verabredungen wurde Kanal 5A aufgegeben, so dass die Übertragung bundesweit einheitlich im Kanal 5C stattfindet.

Für die Konfiguration der Sendenetze in den für DAB zugelassenen Frequenzbereichen wurden vier Modi standardisiert. Für das nationale DAB-/DAB+-Netz kommt nur Mode I in Frage, der im VHF-Bereich ungestörten Empfang bis 240 km/h ermöglichen soll. Mode II ist für das aufgegebene L-Band, Mode III für die Sat-Übertragung konzipiert; Mode IV geht einen Mittelweg zwischen Mode I und Mode II.

Einstellmöglichkeiten

Die Kapazität eines DAB/DAB+-Multiplexes wird üblicherweise nicht in Bitraten sondern in Capacity Units (CU) angegeben. Jeder Multiplex hat 864 CU. Rechnerisch hat eine CU also etwa 1,8 Hertz Bandbreite.

Wieviel Radiosender tatsächlich in einem Multiplex Platz finden, hängt von der Kombination verschiedenen Faktoren ab. Wichtig ist zunächst u.a. Bandbreitenbedarf der Radioprogramme, der z.B. für Sprachprogramme in Mono geringer ist als für Musiksender mit Stereoton. Hier empfiehlt die EBU Audio-Bitraten von 48 für gute bzw. 64 Kilobits pro Sekunde für exzellente Klangqualität. Selbstverständlich ist die Kombination von Programmen mit unterschiedlich eingestellter Bandbreite innerhalb eines Multiplexes möglich.

Ein zweiter Faktor ist der Fehlerschutz. Wie bei DVB-T gilt: Je höher der Signalschutz (also: je mehr redundante Daten gesendet werden), desto höher die Robustheit des Signals - um den Preis einer geringeren Bandbreite je Programm bzw. weniger Programmen, die übertragen werden können.

Der DAB-Standard definiert fünf Protection Levels (PL). Der Bundesmux nutzt PL 3A mit einer Coderate 1/2. Dabei werden für jedes Paket Nutzdaten zwei weitere „Sicherheits“-Pakete ausgestrahlt, die bei Empfangsproblemen das „Reparieren“ des Signals durch das Endgerät unterstützen. Deutschlandradio machte im Mai 2014 seinen Plan bekannt, seine Programme auf PL 1A mit der Coderate 1/4 umzustellen. Damit soll der Empfang in kritischen Zonen und Randgebieten verbessert werden, ohne dass die Sendeleistung erhöht werden müsste.

Als dritter Faktor wirkt sich die Einstellung der Multiträgerzahl (COFDM) auf die Nettokapazität eines Blocks aus.
Mobilitätsdienste für DAB/DAB+.

Blockaufteilung und Kapazitäten für einzelne Programme

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten für die sendetechnische Konfigurierung der einzelnen Programme innerhalb eines Multiplexes. Natürlich reduzieren z.B. geringe Datenraten die Audio-Qualität, so dass diese vor allem für Wortprogramme geeignet sind. In der Summe und in Kombination mit den für Zusatzdienste benötigten Datenraten dürfen die 864 CUs eine DAB+-Block nicht überschritten werden.

Kapazität
(CUs)
Netto-Datenrate
(kbit/s)
Dienste
(Datenrate)
Audio
(empfohlen)
Bemerkung

30 40 DLS/DLS+1)
Journaline2)
<= 2 kbit/s Mono, Wort spezielle Soundaufbereitung zur Vermeidung von Artefakten
36 48 DLS/DLS+
Journaline
<= 3 kbit/s Mono, Musik spezielle Soundaufbereitung zur Vermeidung von Artefakten
42 56 DLS/DLS+
Journaline
<= 3 kbit/s Mono, Musik ggfs. spezielle Soundaufbereitung zur Vermeidung von Artefakten
48 64 DLS/DLS+, SLS3)
Journaline
<= 5 kbit/s Mono, Musik SLS nur eingeschränkt
54 72 DLS/DLS+, SLS
Journaline
<= 5 kbit/s Stereo, Musik SLS nur eingeschränkt
„etablierte Quualität“
60 80 DLS/DLS+, SLS
Journaline
<= 10 kbit/s Stereo, Musik „etablierte Qualität“
inkl. Reserve für Dienste
66 88 DLS/DLS+, SLS
Journaline
<= 12 kbit/s Stereo, Musik „erwünschte Qualität“
inkl. Reserve für Dienste
72 96 DLS/DLS+, SLS
Journaline
<= 15 kbit/s Stereo, Musik MPEG-4 AAC LC möglich
„etablierte/erhöhte Qualität“
inkl. Reserve für Dienste

1)    DLS - Dynamic Label Service: Programmbegleitende Textinformationen (Interpret, Song- und Albumtitel erscheinen auf dem Radiodisplay, werden mit DLS+ gespeichert und bleiben später abrufbar.
2)    Journaline: Programmunabhängige Informationen laufen Parallel zum Radioprogramm. Z.B. Sportergebnisse, Börsendaten, Nachrichten, die nach der Übertragung jederzeit abgerufen werden können (nicht mit allen Geräten möglich).
3)    SLS - Slideshow Service: Zusätzliche Bildinformationen (z.B. Senderlogos, Albumcover usw.) erscheinen auf einem grafikfähigen Display (nicht mit allen Geräten möglich, Farbdisplay empfohlen).
Diese Konfigurations-Beispiele wurden einer Ausschreibung der BLM vom 21.9. 2015 entnommen. Ausgangspunkt ist ein Fehlerschutz mit PL 3A.


Es ist selbstverständlich möglich, unterschiedlich konfigurierte Programme innerhalb eines DAB+-Blocks miteinander zu kombinieren. Damit beanspruchen z.B. Inforadios weniger CUs als Klassik-Radios. Entsprechend günstiger oder teurer gestalten sich die Verbreitungskosten - die Kosten der Standorte werden nach den genutzten CUs auf die Programmveranstalter verteilt.

Wird von einem Durchschnitt von 56 CU je Programm ausgegangen, liegt die maximale Kapazität eines Blocks bei etwa 15 Radioprogrammen samt Zusatzinformationen. Die Privatradios im nationalen Multiplex sind beispielsweise auf je 72 kbit/s eingestellt (Radio Horeb nutzt nur 48 kbit/s). Dazu kommen je 8 kbit/s für die Datendienste Media Broadcast Datacast und EcoDynis sowie 16 kbit/s für die TPEG-Verkehrsinfos. Deutschlandradio nutzt zwischen 48 kbit/s (Dokumente&Debatten) und 128 kbit/s (Deutschlandfunk, in DAB alt) und sendet eigene Programm- (EPG, 8 kbit/s) und Verkehrsinfos (TPEG, 16 kbit/s) sowie einen Datendienst (24 kbit/s).

Surround-Sound

Weiterhin kann ein 5.1-Kanal Surroundsignal (MPEG Surround) gesendet werden. Das kann so geschehen, dass normale Stereoempfänger ein ungestörtes Stereosignal empfangen und die zusätzlichen Tonkanäle nur von speziellen geeigneten Geräten verarbeitet werden. Mit Stand Anfang 2017 leisten das nur USB-Sticks an Computern mit 5.1-geeigneter Soundkarte und Lautsprecheranlage.

Der Bandbreitenbedarf wird mit mindestens 68 Kilobit pro Sekunde angegeben. Im Sinne einer vernünftigen Klangqualität ist von wesentlich höheren Werten auszugehen. So werden dem Testprogramm des Bayerischen Rundfunk im Münchner Kanal 12A (Sender Freimann, 0,5 kW) 144 kbps eingeräumt. Eine weitere Testausstrahlung ist aus Erlangen (K 6A) bekannt. Auf seinem Regelbetriebs-Programmplatz sendet MDR Klassik zur Zeit wöchentlich einmal (montags ab 20.05 Uhr) ein Konzert-Highlight mit der Multikanal-Technik aus.
Weitere Informationen vom MDR und vom BR.

Mobilität

Für Autofahrer wichtig ist die Diensteverfolgung. Dafür sind allerdings aufwändigere und teurere Geräte mit zwei Empfangsteilen sinnvoll. Während über einen Empfänger ein Sender angehört wird, sucht Tuner 2 im Hintergrund nach einer besseren Signalquelle und schaltet automatisch auf diese um. Das erspart die manuelle Sendersuche beim Wechsel eines Versorgungsgebietes.

Eine Studie der Bayerische Medientechnik GmbH hatte bereits 2010 nachgewiesen, dass ein automatisches Umschalten zwischen DAB+- und UKW-Ausstrahlungen eines Programms möglich ist, sobald die Empfangsleistung der gerade gewählten Variante eine bestimmte Qualität unterschreitet. 2017 ist die Option bereits in zahlreichen Autoradios anzutreffen.

Die unterbrechungsfreie Übertragung ist nicht nur angenehm. Das ist eine Notwendigkeit, weil die Autofahrer z.B. auch in Tunneln für Sicherheitsinformationen erreichbar sein sollen. Dafür kommen sogenannte Schlitzantennen quasi als unterirdische Erweiterung des normalen Sendenetzes zum Einsatz. Das schon für UKW eingesetzte Verfahren wird von den beiden landesweiten Multiplexen in Bayern verwendet. Der Bayerische Rundfunk versorgt Anfang 2017 sieben Tunnel im Münchner Stadtgebiet und weitere fünf Tunnel mit seinem DAB+-Multiplex. Auch aus Thüringen sind sieben Tunnel bekannt, in denen der MDR-Multiplex empfangbar ist.
Tunnel-Infos des BR.

Kostengünstige Kleinleistungssender für Lokalradios

Das ist seit 2016 Alltag - zumindest in der Schweiz. Für 2017 sind in Deutschland mehrere Aktivitäten dazu angekündigt worden.
Hintergrund: Small Scale DAB und Software Defined Radio.

Links zum Thema:
Studie Chancen und Möglichkeiten einer hybriden Radionutzung (BMT, 4/2010).
Infos zur Blockaufteilung (BLM - siehe Anlage 2, 9/2015).

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