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HDRadio / IBOC Sender mit FL2K-Grafikkarte
#1
Hallo Leser und Radiosammler,

ich hatte vor einiger Zeit ein in Europa selten anzutreffendes Radio vorgestellt, das Sangean HDR-1, hier der Link zu Vorstellung: https://radio-bastler.de/forum/showthread.php?tid=13895

Der Grund dafür war, das das Radio neben dem normalen analogen Mittelwellen und UKW-Rundfunk, auch für die etablierte und proprietäre HD-Radio Norm bzw. IBOC (kurz für In-Band-On-Channel) ausgestattet ist. Diese Norm sorgt im amerikanischen Raum für die Digitalisierung des Rundfunks unter Beibehaltung von Abwärtskompatibilität. 


.jpg   HD4Services.jpg (Größe: 9,31 KB / Downloads: 413)

HD hat nichts mit Hochauflösend zu tun, sondern steht für den Begriff "Hybrid Digital". Während das bisherige analoge UKW-Rundfunkverfahren ein solches Spektrum aufweist wie nachfolgend zu sehen ist,


.jpg   UKW_normal_HDSDR.JPG (Größe: 80,47 KB / Downloads: 412)
.jpg   MPXBasebandSpectrum.jpg (Größe: 18,86 KB / Downloads: 413)

wird im HD-Radio Verfahren der Firma iBiquity das Frequenzspektrum auf beiden Seitenbändern erweitert.

Ein typisches HD-Spektrum eines analogen UKW-Signals mit 1 bis 2 Digitalradioprogrammen (Services) sähe so aus:


.jpg   HDSpektrumHybrid.jpg (Größe: 42,61 KB / Downloads: 409)

Rein theroretisch ist auch eine komplett digitale Ausstrahlung von bis zu vier Programmen (HD1,HD2,HD3,HD4) auf einer UKW-Frequenz möglich


.jpg   HDSpektrumAllDigital.jpg (Größe: 41,81 KB / Downloads: 407) .

Die ganze Norm wird auch als NRSC-5D vom National Radio System Commitee gelistet, die Systemspezifikation kann man sich hier auf deren Webseite runterladen: https://www.nrscstandards.org/standards-...sc-5-d.asp

Die Audiocodierung wahr lange Zeit, wie bei proprietäre System üblich, closed. Durch Reverse Engineering fand man jedoch heraus das es sich hierbei (wer hätte es gedacht) um AAC+ mit nur ein paar kleinen Abwandlungen handelt! Mittlerweile gibt es Patches die einen AAC+ Codec in eine für HD-Radio geeignete Codierung bringen. Damit war es möglich seinen eigenen kleinen HD-Radio Sender als Software Defined Radio in GNU-Radio zu implementieren.

 
Schauen wir uns mal das Systembild und die GNU-Radio Implementierung an:


.jpg   FM_NRSC-5-D_IBOC.jpg (Größe: 63,42 KB / Downloads: 403)
.jpg   Hybrid_TX_NRSC-5-D_IBOC.jpg (Größe: 48,1 KB / Downloads: 404)

Mehrere Radioprogramme (oder Audiospuren) werden nach einem Audioprozessing mit besagtem modifizierten AAC+ Codec und weiteren programmbegleitenden Informationen als Services in einem zwei Layer umfassenden Stack zu einem OFDM-Signal umgeformt. Der HD1-Service, also das erste Digitale Programm entspricht in einem Hybrid-Signal der digitalen Version des analogen Signals, welches für ältere analoge Rundfunkempfänger mitgesendet wird. Das analoge Signal wird dabei so verzögert, das es Empfängerseitig beim Umschalten von Analog auf Digital nicht zu "zu hässlichen" Umschalteffekten und damit Informationsverlust kommt. Wer die Analog-Digital-Umschaltung in einem einfachen DAB+ Audioradio gehört hat, der weiß was damit gemeint ist. 
Das OFDM-Signal wird dem normalen Analog Signal einfach aufaddiert, was einen einfachen und kostengünstigen Upgrade alter Sendeanlagen möglich macht. Die Firma iBiquity als "Erfinder" dieser Norm bietet den Radiostationen dafür preisgünstige Expanderboxen an, das Geld wird erst mit den Lizenzen für die HD-Services gemacht! Jeder HD-Service kostet der Radiostation nämlich eine Gebühr! Verpflichten ist im Hybridsignal die Ausstrahlung von HD1, also der digitalen Version des analogen UKW-Signals. Gegen geringere Gebühr ist dann das weitere Aussenden von zusätzlichen Programmen als HD2-4 Service in geringerer Audioqualität möglich.
Mit Stand 2018 gab es nach der FCC in Amerika 2200 Sendelizenzen für HD-Radio-Signale, wobei 1950 wirklich on-Air mit mindestens HD1 sind, 1458 Radiostationen bieten einen HD2-Kanal, 470 ein drittes HD3-Programm und nur 72 Stationen senden in der teuersten Variante HD4 mit 4 Digitalradioprogrammen pro UKW-Frequenz.  

Technisch kann der alte UKW-Sender samt Antenne und Anpassungsnetzwerk wie gesagt durch eine Expander-Box von iBiquity digitaltauglich gemacht werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit den alten Sender zu lassen wie er ist und einen kleineren reinen Digitalsender neben dem Analogsender zu betreiben und das OFDM-Signal über einen zweiten Antennenmast dem Signal der Radiostation zuzufügen. Auch der Einsatz von rein digitalen Füllsendern wäre möglich. Durch das "Aufbohren" der Seitenbänder entstehen natürlich Probleme auf den Nachbarkanälen, selbst beim Kanalraster welches in den USA genutzt wird. Aus diesem Grund hatte man am Anfang von HD-Radio auch mit unterschiedlichen Sendeleistungen der "digitalen" Seitenbänder experimentiert. Das ging von 1-2 % der Sendeleistung des analogen Trägers los, wobei die Reichweite des Digitalsignals aber stark eingeschränkt war. Bei 5-7 % war wohl nur ungefähr 1/3 der Fläche des analogen Signals zuverlässig mit HD-Radio zu versorgen.  Letztendlich hat man sich auf -20dB bezüglich des analogen Trägers für MP1-Mode entschieden. 

Für meinen Sangean HDR-1 und erste Sendetests sind wir da nicht so hinterher und ich habe für einen Fl2k-Grafikkartensender mal eine erste GNU-Radio Umsetzung versucht.

   

Der Sigalgraph unterscheidet sich in drei Zonen oder Gebiete:


   

Der obere Bereich entspricht dem Digitalbereich. Hier werden die unterschiedlichen Radiosender oder Audiospuren zunächst in AAC+ mit iBiquity-Erweiterung codiert, das machen die HDC-Encoder Bausteine. Programmmetadaten werden durch die PSD-Bausteine bereitgestellt. Der so erzeugte Bitstrom durchläuft den Layer2-Encoder und wird dann mit Servicemetadaten Layer1 codiert. Anschließend erfolgt die OFDM-Signalerzeugung. Der mittlere grüne Bereich stellt einen kleinen analogen UKW-Sender dar. Beide Signale (analog+digital) werden addiert und auf Zielsamplerate 10MSps gebracht. Dort erfolgt auch die Trägergenerierung und die IQ-Modulation zur Erzeugung des eigentlichen Ausgangssignals. Die Ausgabe des berechneten Signals kann in Dateiform für fl2k_file erfolgen oder auch per TCP/IP an fl2k_tcp gestreamed werden. Die fl2k-Dienstprogramme füttern damit dann den DAC der USB3-Grafikkarte.


.jpg   HDRadio_HDSDR.JPG (Größe: 69,52 KB / Downloads: 386)

Die HF wird extern noch auf einen definierten Pegel gebracht und geht anschließend in die private Hauskabelanlage. Dort hängt dann der Sangean HDR-1 dran und er darf erstmalig in Europa ein HD-Radio Signal im UKW-Band empfangen.

Ansprechpartner für Umbau oder Modernisierung von Röhrenradios mittels SDR,DAB+,Internetradio,Firmwareentwicklung. 
Unser Open-Source Softwarebaukasten für Internetradios gibt es auf der Github-Seite! Projekt: BM45/iRadio (Google "github BM45/iRadio")
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#2
Hallo Bernhard,

das ist ein sehr interessantes Projekt!  Das Sangean Radio wird im Moment gerade in Ebay USA angeboten für ca. 80$ sollte ich wirklich schon wieder... Big Grin

Ich habe im Moment nicht viel Zeit und bin viel unterwegs. Morgen bin ich HH und dann im Februar in Amsterdam. Da bleibt nicht viel Zeit für Basteleien. Über die Feiertage habe ich angefangen meine Werkstatt aufzuräumen was dringend angesagt ist. Aus diesem Grund habe ich die letzten Wochen nicht viel dem Hobby frönen können.

Der IBOC Modulator reizt mich aber schon der kann doch bestimmt auch mit dem Lime SDR realisiert werden. Das muss ich mir mal ansehen dabei kann ich wieder viel lernen. Wäre es möglich die .grc Datei zu bekommen?

Ist Dir bekannt ob es  in den USA aktuelle Geräte z.B. bei Best Buy oder Frys gibt die dieses Format unterstützen?
Viele Grüße
Semir
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"Alle sagten: Das geht nicht. Dann kam einer der wußte das nicht, und hat es gemacht."
(Prof. Hilbert Meyer, Uni Oldenburg)
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#3
Hallo Semir,

ich habe mir mal die Radios bei Best Buy angeschaut. So lange es "HD Radios" sind und das Label tragen, sollte es funktionieren.
Den Grafen (grc) kannst Du bekommen, aber der allein nützt noch nichts, weil die Bausteine vom HD-Radio-Stack nicht in einem normalen GNU-Radio drin sind. Den Code für die Bausteine kannst Du von mir bekommen, ich muss aber zugestehen, das ist nicht alles auf meinem Mist gewachsen. Ich musste den Code an einigen Stellen modifizieren damit dieser mit meinen GNU-Radio läuft. Kurz um, die Bausteine für alle drei Layer müssen auf deinem System compiliert und für GNU-Radio installiert werden, ich helfe Dir gern dabei. Zudem brauchst Du einen gepachten AAC+ Codec, da HD-Radio da einige Abwandlungen aufführt. Den AAC-Codec und den Patch kannst Du von mir ebenso bekommen und klar, auch LimeSDR funktioniert.

Als nächstes zeige ich noch HD-Radio auf der Mittelwelle! Denn die USA hat nicht nur UKW abwärtskompatibel digitalisiert, sondern auch die Mittelwelle. Da HD-Radio beides UKW und MW vorsieht, gehe ich mal ganz naiv davon aus das die Best Buy Radios auch noch MW können.

The In-Band/On-Channel (IBOC) digital radio broadcasting system specified in this Standard is designed to permit a smooth evolution from current analog radio broadcasting to fully digital radio broadcasting.  Two types of transmissions are specified: hybrid, which consists of a combination of legacy analog (either AM or FM) signals and digital signals, and all-digital which contain no analog modulated component.  Both hybrid and all-digital transmissions are designed to fit within the relevant FCC RF masks in effect at the time of adoption of this Standard.

Übrigens den Sangean würde ich im Nachhinein wahrscheinlich auch für 80 US-Dollar kaufen. Das kleine Tischradio klingt in meinen Ohren richtig g**l! Hard Rock und Metal kann das Radio genauso gut wiedergeben wie Klassik ohne irgendwo Schwächen zu zeigen. Ob das die kleine Plastikkiste von Best Buy auch so kann?

Gruß Bernhard
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#4
Bernhard45 schrieb:..Das kleine Tischradio klingt in meinen Ohren richtig g**l! Hard Rock und Metal kann das Radio genauso gut wiedergeben wie Klassik ohne irgendwo Schwächen zu zeigen. Ob das die kleine Plastikkiste von Best Buy auch so kann?

Gruß Bernhard

das Sangean hab ich in der "zivilen" Version. DAB ohne Plus. Noch im Karton. Wäre dann vielleicht wegen den zu erwartenden Klangeigenschaften doch mal wert das ich es aus dem Lager nehme?

   

   
Gruß,
Jupp
-----------------------------
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#5
Als Ergänzung zu HD-Radio siehe auch die Machbarkeitsstudie zur Digitalisierung des UKW-Rundfunks.

Ein früherer Artikel zum Thema ist unter "IBOC / HD Radio" zu finden.

MfG DR
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#6
Hallo Rudi, hallo Bernhard,

vielen Dank fūr die Vorstellung dieser interessanten Ūbertragungsart. Die Nachbarkanalstörungen habt ihr beide ja erläutert. Ich bin auch ūber Jahre auf dem Messwagen unterwegs gewesen. Eigentlich war das UKW Band nie so voll das man direkt auf die Nachbarkanäle musste. Ich denke wenn man sich in Deutschland bzw. R1 hingesetzt hätte um den Bandplan in Richtung HDRadio zu entzerren, dann hätte das sicher hier auch funktioniert und das Digitalradio wäre besser angenommen. Die alten Geräte wūrden weiter funktionieren, die neuen könnten beides. Der Aufwand fūr die Bandneugestalltung wäre sicher geringer gewesen als DAB+ auf einen frequenzmäßig höheren Band anzusiedeln. Auch die Eindringtiefe in Gebãude wäre sicher bei HDRadio nicht mehr das Problem.

Grūße von Otto, der sich von einem eScooter hat umsemmeln lassen.
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#7
Hallo zusammen!

@Dietmar: Vielen Dank für deinen Artikel zu den Digitalisierungsversuchen, extraFM wird uns hier im Forum auch noch beschäftigen!

@Jupp: Woh! Nimmst Du das Gerät komplett auseinander und präsentierst es? DAB (ohne Plus) kann man mit dem Fl2K-Adapter auch senden! Ich hatte es ja schon gezeigt, kann aber gern nochmal ein Tutorial dazu schreiben. Kannst Du Dir vorstellen das Gerät eventuell zu verkaufen? Ich habe für einen an Digitalradionormen interessieren Kollegen bereits den HDR-1 mit HD-Radio nochmals gekauft, meinen HDR-1 behalte ich nämlich, aber der DDR-22 als DAB Gegenmodell zu HD-Radio ist sicher auch für den Kollegen interessant.

@All: Die Nachbarkanalstörungen sind in der Tat nervend. Ich habe in meinem Kabelnetz extra mal per SDR eine "normale" FM-Station und auf dem Nachbarkanal eine HD-Radio Station gesetzt. Lässt man diesen Kanal aber frei, dann "verträgt" sich HD-Radio mit der selbst generierten Radiolandschaft. Ob sich das hier in Deutschland aber so einrichten ließ, nun da bin ich der falsche Ansprechpartner, ich kenne die bundesweite UKW-Senderbelegung zu wenig.

@Otto: in deinem Alter steigt man auch nicht mehr (wenn auch unfreiwillig) auf den Roller um, da nimmt man ein Auto! ;-) Ich Rufe Dich heute Abend noch an!

Gruß Bernhard
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#8
(21.01.2020, 19:54)Bernhard45 schrieb: ..Kannst Du Dir vorstellen das Gerät eventuell zu verkaufen?

verkaufen nicht, aber verschenken. Maile mir eine Versandanschrift.
Gruß,
Jupp
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the voices may not be real, but they do have some good ideas
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#9
Hallo Jupp, das ist sehr großzügig! Er hat Interesse, Du hast Mail.

Gruß Bernhard
Ansprechpartner für Umbau oder Modernisierung von Röhrenradios mittels SDR,DAB+,Internetradio,Firmwareentwicklung. 
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