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Entwicklung, Erstellung und Validierung eines innovativen DRM+ Diversitäts-Empfängersystems zur Leistungsverbesserung der Audioqualität

Aufgrund der weltweiten Digitalisierung des Hörfunks in den nächsten Jahren sind technische Lösungen notwendig, welche die Anforderungen der Senderbetreiber, Hörer und Hersteller  erfüllen. Die DRM+ Technologie (Digital Radio Mondiale) hat großes Potential, sich als eine dieser Lösungen zu etablieren.

Die Kommunikationssysteme von heute müssen nicht nur klein und leistungsfähig sein, sondern auch viele Vorgaben der Regulierung, der Hersteller und der Konsumenten erfüllen. Automobilhersteller müssen bei der Konzeption neuer Modelle bereits Vorkehrungen treffen, um die erforderlichen Antennen am Fahrzeug zu positionieren. Die Antennen müssen dabei den Anforderungen an Stabilität und Design genügen. Die Konsumenten sind stark am Komfort einer Multimedia- oder Kommunikationslösung interessiert und fordern neben einer vorausgesetzten einfachen Nutzung hohe Qualitätsstandards hinsichtlich Verfügbarkeit, Übertragungsqualität und Übertragungsraten.

Eine sinnvolle Möglichkeit zur Empfangsverbesserung von drahtlosen Geräten bieten Mehrantennensysteme. Dabei werden mehrere Antennen auf der Empfänger- und/oder Senderseite verwendet und die empfangenen bzw. gesendeten Daten mit verschiedenen Methoden miteinander gewinnbringend kombiniert. Hierbei müssen zwei Ziele unterschieden werden. Bei den typischen Punkt-zu-Punkt  Anwendungen besteht das Ziel, eine möglichst hohe Datenrate bei adäquater Reichweite zu erzielen wie z.B. bei WLAN, UMTS und seinem Nachfolger LTE. Im Gegensatz dazu besteht das Ziel bei Rundfunkanwendungen darin, eine möglichst fehlerfreie Verbindung zu allen Teilnehmern zu erreichen, da Störungen für den Konsumenten direkt erkennbar werden, weil keine Fehlerkorrektur durch erneute Datenübermittelung wie im z.B. im bidirektionalen Mobilfunk möglich ist.

Aus der Radartechnik abgeleitet findet sich in diesem Zusammenhang häufig der Begriff „Smart Antennas“. Darunter wird eine Technologie verstanden, die in der Lage ist, sich adaptiv an die sich ändernde Umgebung anzupassen. Bezogen auf die Empfängerseite kann durch eine geeignete Antennenverteilung der sog. Selektivschwund gemildert werden, sowie die Empfangsleistung und der „Signal zu Rausch“ (SNR) Abstand erhöht werden. Ausgenutzt wird hier, dass die Empfangssignale jeder Antenne unterschiedliche Wege des Funkkanals durchlaufen haben. Kommt es auf einem Signalweg zu einer Abschattung so wird der Empfang mit hoher Wahrscheinlichkeit durch die Weg zu den anderen Antennen aufrecht erhalten. Dieses Verfahren wird auch als Antennendiversitätssystem bezeichnet. Basis aller Diversitätssysteme ist, dass die zu übertragene Information über mehrere Wege oder in unterschiedlicher Formulierung ihr Ziel erreicht. 

Besonders in der Fahrzeugindustrie gewinnen Diversitätsverfahren aufgrund der schnell wechselnden Funkumgebung an Bedeutung. In den Fahrzeugen der Ober- und Mittelklasse deutscher Hersteller werden bereits Rundfunkantennen in die Front- und in die Heckscheibe integriert. 

Auch für das terrestrische digitale Fernsehen DVB-T und den breitbandigen digitalen Radiostandard DAB sind bereits in vielen Endgeräten Diversitätstechniken zur Empfangsverbesserung implementiert.

Ohne die Betrachtung des technischen Mehrwertes eines Mehrantennensystems am Empfänger bietet das System weitere praktische Vorteile. Mehrere kleine Empfangsantennen können am Empfangsort z.B. Auto, Handy etc. unauffällig verteilt werden und so die Integrität verbessern sowie die Handhabung erleichtern. 

Innovatives Lösungskonzept und innovativer Kern des Vorhabens

DRM+ ist eine Erweiterung des DRM (Digital Radio Mondiale) Standards (ETSI ES 210 980) für Frequenzen oberhalb von 30 MHz (DRM Mode E) die im Jahr 2009 abgeschlossen wurde.

Das DRM+ System ist im Vergleich zu DVB-T und DAB mit einer Bandbreite von 96 kHz  schmalbandig und im Gegensatz zum etablierten, aber abzulösenden FM-Radio digital.

Das innovative Lösen des Problems bei RFmondial liegt darin, dass ein bisher nicht existierendes Hochfrequenzfrontend entwickelt wird, welches modular zuschaltbare Diversitätspfade enthält, die vom IKT zu entwickelten Algorithmen massenmarkttauglich einsetzt und die Frequenzbereiche 30-230MHz mit hoher Selektivität, Empfindlichkeit und Dynamik abdeckt. Insbesondere die Kombination der angesprochenen Funktionalitäten geht wesentlich über derzeit verfügbare und angebotene Lösungen hinaus. Die Innovativität wird nachfolgend umrissen:

  • Je nach Einsatzszenario können unterschiedliche Antennenpfade modular zugeschaltet werden bzw. durch weitere Frontendplatinen erweitert werden
  • Abdeckung aller relevanten Frequenzbänder (Rundfunkbänder Band I, II und III) mit einer schmalen Empfangsbandbreite von nur 96 kHz
  • Sehr hohe Anforderungen an technische Parameter wie z.B. Selektivität, Empfindlichkeit und Dynamik
  • Anbindung des Frontend an die externe Signalverarbeitung mit Hilfe einer digitalen Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsstrecke

Für das IKT liegt die Innovation in der Untersuchung verschiedener Antennendiversitätsverfahren auf deren Verwendbarkeit für das DRM+ System und deren Anpassung an die spezifischen Systemparameter und Übertragungsbedingungen von DRM+. Dies ist  für die Entwicklung qualitativ hochwertiger mobiler DRM+ Empfänger unabdingbar. 

Die Nutzung der Antennendiversitätsverfahren ermöglicht den Einsatz verbesserter Algorithmik zur Synchronisierung im Zeit- und Frequenzbereich, zur Kanalschätzung und zur Dekodierung der Empfangssignale.

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