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Filebasierter, mobiler Satellitenempfang

KU-Mobile ist eine interessante Variante eines neuen, digitalen Rundfunkkonzeptes mit einem breiten Spektrum von Anwendungen, dessen Realisierbarkeit von der ESA schon unter Beweis gestellt wurde.

KU-Mobile ist zunächst ein Demonstrator einer Technologie, beauftragt durch die European Space Agentcy (ESA). Dabei handelt es sich nicht um eine traditionelle digitale Rundfunkaussendung wie DVB-S oder Streaming. KU-Mobile ist ein dateibasierendes System, das heißt, via Satellit werden Mediendateien in mehreren Datenströmen parallel ausgesendet und von den Empfängern bei Bedarf auf ein lokales Speichermedium abgelegt. Diese stehen dann von diesem lokalen Medium zum Abruf bereit. Durch diese Technik kann der Konsumer sein Programm in weiten Grenzen individuell zusammenstellen beziehungsweise seinen Bedarf und seine Vorlieben dem System mitteilen.

IRT KU-Mobile Symposium
Zu diesem Thema lud das Institut für Rundfunktechnik schon Ende 2006 zu einem Symposium in München ein. Christoph Dosch (IRT) und Rolv Midthassel (ESA) führten in das Thema ein. Wilfried Runde (DW) zeigte den Status der IP-basierten Distribution in der Deutschen Welle und die Rolle des deutschen Auslandssenders im KU Mobile-Projekt auf. Martin Schmalohr (IRT) und Frank Zimmer (SES-Astra) präsentierten das Konzept eines Service- und Play-Out-Centers zur Ausspielung dateibasierender Rundfunkdienst. Ernst Eberlein (Fraunhofer ISS-A) berichtete über das technische Übertragungskonzept und Harald Eberlein sowie Matteo Berioli (beide DLR) über die praktischen Feldversuche. Zum Abschluss informierte Frank Klinkenberg (TU Braunschweig) über Geschäftsregeln für dateibasierender Rundfunkdienste.

Konzeption
2001 wurden die ersten US-Satelliten-Radios gestartet. Daraufhin begann man auch bei der ESA eine Initiative zu einem Satelliten-Radio. Die Konzepte wichen aber von denen der in den USA umgesetzten Projekte deutlich ab. So sollten ausschließlich existierende Satelliten benutzt werden, es sollten keine terrestrischen Umsetzer eingesetzt werden, der Betrieb auch bei sehr geringen Störabständen wurde vorausgesetzt und eine Unterbrechung der Übertragungsstrecke sollte in Kauf genommen werden. Das Ziel sollte sein, ein flexibles, aber auch kostengünstiges System mit geringem Investitionsaufwand und geringem Risiko zu entwickeln.
Man begann mit zwei parallelen Studien, die 2002 abgeschlossen wurden. 2003 begann man mit dem Empfänger-Demonstrator und 2005 mit der Entwicklung einer KU-Band-Antenne für den mobilen Einsatz. 2006 startete die Entwicklung der HiSat-Empfangsantenne für den Regelbetriebeinsatz, da die Antenne für den Demonstratorbetrieb noch deutlich zu groß war, um in Fahrzeuge integriert zu werden. Die Fahrzeughersteller sind nur bereit, eine Antenne zu installieren, wenn die Integration optisch unauffällig zu realisieren ist.
SES Global ist einer der weltweit größten Satellitenbetreiber mit über 40 verfügbaren Satelliten. Auch mit dem KU-Band hat man Erfahrung und entsprechende Ressourcen. Im Dezember 2003 wurde dann mit SES ein Vertrag über die Zusammenarbeit im KU-Mobile Demonstrator-Projekt abgeschlossen.
Die Übertragung erfolgt paketorientiert, und die verschiedenen, so genannten Pipes werden in einem ein Megabits Datenstrom übertragen. Es kommen spezielle Technologien zum Einsatz, um auch den nötigen Störabstand bei den kleinen Antennen zu erreichen. Eine weitere Herausforderung ist die Verwendung bereits „ausgebrannter“ Satelliten über deren normalen Lebenszeitraum hinaus, was die Nutzung besonders günstiger Übertragungskapazitäten ermöglicht.

Content-Provider
Die Deutsche Welle verwendet bereits jetzt eine große Vielfalt an Distributionstechnologien. So bedient man 30 Sprachen auf mehr als 30 Medienmärkten, wobei nicht alle Technologien für alle Märkte gleich gut geeignet sind. Podcasting ist eine der aktuell wachstumsstärksten Verfahren die man zur Distribution einsetzt. So werden schon 50 Audio- und zwei Video-Podcast-Services angeboten, die knapp vier Millionen Mal im Monat heruntergeladen werden. Da das Konzept des KU-Mobile-Demonstrators – filebasierte Übertragung – einen ähnlichen Ansatz hat, ist die DW auch in diesem Projekt vertreten und liefert den Content für die Projektphase.

Dienstestruktur
Das Angebot wird in so genannte Services unterteilt (vgl. Podcasting: „Feeds“). Mehrere Services werden gleichzeitig über parallele logische Kanäle im Push-Verfahren übertragen. Zusätzlich zu den Inhalten selbst werden Metadaten und Steuerdaten (vgl. „Playlists“) ebenfalls als Dateien übertragen. Der Benutzer kann einen Service abonnieren und einzelne Inhalte gezielt auswählen. Verschiedenen Services werden Bandbreiten je nach Aktualität und Wichtigkeit zugeteilt. Aktuelle Meldungen und News müssen möglichst zeitnah beim Empfänger ankommen. Eine Aktualitätsprüfung jedes Inhalts erfolgt sowohl bei der Ausspielung im Service-Center und Content-Playout-Center wie auch beim Empfang im Receiver und dessen Cache. Allen zu übertragenen Dateien können vom Anbieter individuelle Parameter hinsichtlich der anzuwendenden Fehlerkorrektur, Redundanz und Lebenszeit zugewiesen werden. Der automatische Download von neuen Beiträgen (zum Beispiel bei Episoden) wird basierend auf Programmmetadaten geregelt. Alle XML-kodierten Metadaten folgen dabei dem internationalen offenen TV-Anytime-Standard und werden nach dementsprechenden Kategorien und Genres klassifiziert. Für die Audio- und Videokodierung kommen aktuelle Kompressionsverfahren wie MPeg-4 AVC beziehungsweise H.264 Die Übertragung erfolgt im Push-Broadcast-Verfahren mit unidirektionaler Verbindung. Analog zum digitalen terrestrischen Radio (DAB) wurden dort bereits vorhandenen Mehrwertdienste in KU-Mobile umgesetzt. Dazu zählen neben dem MOT-Protokoll („Multimedia Object Transfer“) auch Broadcast Websites (BWS) und Slideshows (SLS).

Empfang der Signale
Ein ganz wichtiger Punkt beim Empfang bei KU-Mobile ist die Antenne mit einem intelligenten Nachführungsmechanismus. Eine Nachführung ist in der Praxis lediglich im Azimutwinkel bei fester Elevation nötig. Sensoren erfassen die Fahrzeuglage und Position über ein inertiales Messsystem und GPS-Koordinaten. Bei dem vorliegenden Demonstrator beträgt der Messfehler zwischen 0,1 und 0,5 Grad und ist mit 40.000 Euro noch nicht konsumertauglich. Es ist aber in der Praxis nur eine Genauigkeit von zirka drei Grad notwendig. Der Entwurf eines konsumertauglichen und somit auch miniaturisierten Antennensystems wird zurzeit von der TriaGnoSys GmbH durchgeführt. Die erzielte Genauigkeit wird bei weniger als zwei Grad liegen. Damit reduziert sich der Preis auf zirka 150 Euro.
Im Zeitraum von April bis September 2006 wurden Messfahrten an verschiedenen Orten in Europa durchgeführt. Ausgestrahlt wurde über einen Transponder des Astra 1D Satelliten bei 11 GHz. Der Schwerpunkt der Messungen fand zunächst im Raum München und später in der Nähe von Kopenhagen statt. Letzterer Standort war wegen der niedrigen Elevation des Satelliten von 24 Grad über dem Horizont besonders interessant. Bei den Messfahrten zeigte sich die Robustheit des Übertragungsverfahrens. Das System funktioniert nicht nur auf Autobahnen und Landstraßen sehr gut, sondern auch bei Fahrten von und zu Stadtzentren. Es wurden neben Audiobeiträgen auch Videoclips und Web-Seiten übertragen. Durch eine Skalierung war es dabei möglich, eine möglichst große Auswahl an Angeboten und eine Übertragungssicherheit der Programmelemente im Bereich von 99 Prozent zu gewährleisten.
Für den Anwender werden durch das Ausspielen aus dem Cache keine „Lücken“ wahrnehmbar. Der Ausspielalgorithmus kann gegebenenfalls auch einen anderen alternativen Part aus dem gleichen Genre einsetzen.

Fazit
KU-Mobile ist gänzlich anders konzipiert als traditionelle satellitenbasierende Rundfunk-Distributionstechnologien. Dadurch ergeben sich besonders hinsichtlich der Kosteneffizienz einige entscheidende Vorteile. Verschiedene Anwendungen sind ja schon vorher erwähnt worden, aber die möglichen Applikationen sind viel weiter gefasst. Auch der Einsatz bei Sicherheitsbehörden, On-Board-Entertainment-Systemen im Bereich Bahn- und Reisebusverkehr etc. ist denkbar. Technologisch ein sehr interessantes System. Jedoch entscheiden bekanntlich auch viele andere Faktoren über den Erfolg eines Systems.
Peter Kaminski (MB 02/07)




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