Zukunft von Funkmikrofonen

Bachelorarbeitverfasst von

Jonathan Schorr

Institut für Breitbandkommunikation der Technische Universität Graz

Leiter: Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Gernot Kubin

Betreuer: Dipl.-Ing. Thorsten Rohde

Graz, im April 2011

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung 4

2 Die Geschichte der drahtlosen Telegrafie 5

3 Funktionsweise einer Funkübertragung 7

4 Funkstrecken 114.1 Elektromagnetisches Spektrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.2 Rundfunkfequenzbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.3 Funkstrecken und ihre Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.3.1 Eurovision Song Contest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.3.2 Finale der Champions-League . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4.4 Grenzen der Übertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164.4.1 Reichweite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164.4.2 Interferenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164.4.3 Intermodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.4.4 Dynamikumfang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.4.5 Verzerrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204.4.6 Frequenzgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214.4.7 Dämpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224.4.8 Latenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5 Ursachen für die Veränderung der Situation für Funkmikrofone 235.1 Der Begriff der Digitalen Dividende . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.2 Vorschläge für die Nutzung der Digitalen Dividende . . . . . . . . . . . . 235.3 Aktueller Stand bei der Vergabe der Digitalen Dividende . . . . . . . . . . 26

5.3.1 Österreich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.3.2 Schweiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.3.3 Deutschland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.3.4 Europaweit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

6 Die Folgen der Digitalen Dividende 296.1 Folgen für Funkmikrofone in Deutschland . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296.2 Folgen für die Nutzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

6.2.1 Österreich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.2.2 Schweiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

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6.2.3 Deutschland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326.3 Übersicht über die aktuelle Frequenzlage für Funkmikrofone . . . . . . . . 34

6.3.1 Übersicht über die Frequenzbereiche für Funkmikrofone, Tonrund-funk, Telekommunikationsdiensten und sonstige Anwender . . . . . 34

6.3.2 Fallbeispiel Köln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376.3.3 Spektrumsanforderungen für Funkmikrofone . . . . . . . . . . . . . 38

7 Lösungsvorschläge zur Sicherung des Funkmikrofonspektrums 407.1 Frequenzkoordination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407.2 Ausweichen auf andere Frequenzbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

7.2.1 Flexible Funkstrecken - Sennheiser SK 5212-II . . . . . . . . . . . 417.2.2 Höhere Frequenzbereiche im UHF Band . . . . . . . . . . . . . . . 41

7.3 Digitale Übertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427.4 Filteroptimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427.5 Dynamische Frequenzzuweisungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

8 Fazit 44

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1 Einführung

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Zukunft von Funkmikrofonen vor dem Hin-tergrund der derzeitigen Frequenzbereichsverkäufe durch die jeweiligen nationalen Be-hörden in Österreich, in der Schweiz und in Deutschland zu erläutern.

Nach einem Abriss ihrer Entwicklungsgeschichte und einer Einführung in die Funktions-weise von Funkübertragungen sowie deren Grenzen, werden die Folgen der Digitalisierungdes terrestrischen Rundfunks für Benutzer von Funkmikrofonen aufgezeigt.

Anschließend werden Lösungsansätze zur Sicherung des Spektrums von Funkmikrofonendargestellt und mit einer Zusammenfassung abgeschlossen.

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2 Die Geschichte der drahtlosen Telegrafie

Der früheste Beleg für eine drahtlose Informationsübermittlung stammt von Polybios ausdem Jahr 300 vor Christus. Es handelte sich hierbei um die optische Telegrafie, bei derzur Übertragung von Meldungen Rauchzeichen verwendet wurden. Eine weitere Formder visuellen Informationsweitergabe kam zur Zeit Napoléons zum Einsatz. Botschaftenwurden zwischen weit entfernten Türmen weitergereicht, indem man die Nachricht mitdem Fernglas sichtete und sie anschließend für den nächsten Turm sichtbar darstellte. ImJahr 1844 experimentierte Samuel F. B. Morse, Namensgeber der elektrischen Telegrafie,in den USA mit Erde oder Wasser als Medien für die drahtlose Informationsübertragung.Im Lauf seiner Forschungen gelang es ihm, ein Signal über eine Strecke von 1,6 Meilendurch einen Fluss zu übermitteln.

Die Grundlage für die drahtlose Telegrafie, wie wir sie heute kennen, legte der engli-sche Physiker James Clerk Maxwell 1860 mit der Formulierung seiner Theorien zumelektromagnetischen Feld und elektromagnetischen Licht. Aufbauend auf Maxwells For-schungen entwarf der Physiker Heinrich Hertz 1887 eine eigene praxisorientierte Theorieund untersuchte, wie sich diese zum Maxwellschen System verhielt. Ihm gelang der Be-weis für die Existenz elektromagnetischer Wellen und deren künstliche Herstellung imLabor. Damit war erstmals eine Funkübertragung auf sehr kurze Distanz geglückt. Hertzhielt seine Entdeckung jedoch für nicht weiter verwertbar.

Im auslaufenden 19. Jahrhunderts arbeiteten viele Ingenieure und Wissenschaftler un-abhängig voneinander an der Realisierung der drahtlosen Telegrafie. Die Forschungsab-teilung von American Telephone & Telegraph Company untersuchte seit 1892 intensivdie Nutzbarmachung elektromagnetischer Wellen für den Sprechfunk. Es fehlte jedochein entsprechender Detektor und so blieb diese Arbeit weitgehend folgenlos. Im Jahr1895 konstruierte der russische Schiffsbauingenieur Alexander Popov einen Wellende-tektor, mit dem er atmosphärische Störungen, also elektromagnetische Wellen, wie zumBeispiel Gewitter, aufspürte.

Dem Italiener Guglielmo Marconi kam 1894/95 die Idee, dass es möglich sein müsste,mit Hilfe elektromagnetischer Wellen Informationen über größere Distanzen zu übertra-gen. Das widersprach zwar dem damaligen Wissensstand in der Fachwelt, der besagte,dass die Wellen lediglich im Laborbetrieb, also auf kurzen Strecken, verwendbar seien.Zusammen mit dem Chefingenieur des britischen Telegraphenwesens William Preece kon-struierte er dann jedoch das erste über mehrere Kilometer funktionierende Funksystem.Im Dezember 1901 gelang Marconi die Übertragung des Buchstabens S über eine Streckevon knapp 4.000 km von Cornwall in England bis nach Neufundland. Die Aufregung in

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der Fachwelt war groß, hatte doch bis dato allgemein die Meinung gegolten, dass sichelektromagnetische Wellen geradlinig ausbreiteten und aufgrund der Kugelförmigkeit derErde Neufundland niemals erreichen könnten.

Die Erklärung hierfür fand man viel später: Elektromagnetischen Wellen breiten sichzwar geradlinig aus, werden allerdings von höher liegenden ionisierten Schichten derAtmosphäre reflektiert; daher konnten sie in Marconis Versuchsanordnung trotzdem nachNeufundland gelangen.

Das britische Militär setzte die Funktechnik erstmals im Burenkrieg (1899-1902) in Süd-afrika ein. Des weiteren kam sie bei der Kommunikation zwischen Handelsschiffen undder Versicherungsgesellschaft Lloyds zum Einsatz.[?][?] [?][?]

Abbildung 2.1: Guglielmo Marconi mit Funkgerät1

1www.home.arcor.de/lehmann-christian/funktechnik.html

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3 Funktionsweise einer Funkübertragung

Signale können mit Hilfe elektromagnetischer Wellen drahtlos übertragen werden. Da-bei wird auf der Senderseite eine hochfrequente Wechselspannung, deren Amplitude,Frequenz und/oder Phase durch das zu übertragende Signal moduliert wird, von einerSendeantenne in ein elektromagnetische Welle umgewandelt.

Auf der Empfängerseite wandelt eine Empfangsantenne die eintreffende elektromagneti-sche Welle in eine Wechselspannung zurück, so dass die Information durch Demodulationwiedergewonnen wird. Das folgende Bild veranschaulicht die einfachste mögliche Über-tragungskette anhand eines Geradeaussenders und -empfängers:

Abbildung 3.1: Geradeaussender1

Abbildung 3.2: Geradeausempfänger2

(1) OszillatorDie hochfrequente und temperaturunabhängige Trägerschwingung wird mit Hilfe eines

1www.mydarc.de/dh2mic/afu-kurs/pdffiles/tx.pdf2www.mydarc.de/dh2mic/afu-kurs/pdffiles/tx.pdf

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Quarzoszillators erzeugt. Dieser wird durch eine elektrische Schaltung realisiert, wobeiein Schwingquarz zum Einsatz kommt. Diese Bauelement hat die Eigenschaft, hohe Fre-quenzen mit einer Abweichung von typischerweise weniger als 0,01 % zu erzeugen. Dieerzeugte Frequenz wird als Resonanzfrequenz

f(x) = a ∗ sin(2 ∗ pi ∗ f ∗ t+ µ) (3.1)

des Oszillators bezeichnet.

(2) Mikrofon und NF-VerstärkerDas Mikrofon wandelt den Schall in ein elektrisches Signal um, das dann einen Verstärkerpassiert.

(3) ModulatorDer Modulator prägt der Frequenz f, Amplitude a und/oder Phase µ der Resonanzfre-quenz f(x) durch Amplituden- und/oder Winkeländerung (Frequenzmodulation, Phasen-modulation) das Mikrofonsignal der hochfrequenten Schwingung auf. Folgendes Beispielzeigt die Frequenzmodulation (FM), welche die gängigste Modulationsart bei Übertra-gungen von Audiomaterial ist. Diese besitzt den Vorteil, dass Änderungen der Signal-stärke keinen Einfluss auf die Signalqualität nehmen.

• hochfrequentes Trägersignal• zu übertragendes Signal• hochfrequentes moduliertes Signal

Abbildung 3.3: Frequenzmodulation3

(4) HF-VerstärkerDie modulierte Resonanzfrequenz f(x) passiert anschließend einen Hochfrequenzverstär-ker.

3http://web.physik.rwth-aachen.de/h̃ebbeker/lectures/ph2_02/p202_l05/p202_l05.html

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(5) SendeantenneEine Antenne entspricht einem aufgebogenen elektrischen Schwingkreis, also einem Kon-densator in Reihe mit einer Induktivität.

Abbildung 3.4: elektrischer Schwingkreis als Antenne4

In einem elektrischen Schwingkreis pendelt die Energie zwischen dem Kondensator undder Spule hin und her, ohne das sie den Schwingkreis verlässt (geschlossener Schwing-kreis). Biegt man den Schwingkreis beim Kondensator auf und reduziert zusätzlich dieWindungszahl der Spule, entsteht ein gerader Draht, der als Sendeantenne funktioniert(offener Schwingkreis oder Hertz’scher Dipol). Er gibt die Energie in Form einer elek-tromagnetischen Welle in den Raum ab. Die Aufgabe der Antenne besteht darin, dieelektrische Wechselspannung in eine elektromagnetische Welle zu wandeln und den Wi-derstand des Kabels auf den Wellenwiderstand der Luft zu transformieren.

Abbildung 3.5: Abstrahlung der elektromagnetischen Welle über die Antenne5

(6) RaumDie elektromagnetische Welle bewegt sich nun durch den Raum. Alle elektromagneti-schen Wellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Sie durchdringen Isolatoren undwerden von leitenden Stoffen reflektiert.

(7) EmpfangsantenneTreffen die Wellen auf einen geeigneten Empfangsdipol, werden die darin befindlichen

4www.chemgapedia.de/vsengine/media/vsc/de/ph/14/ep/einfuehrung/emwellen/bilder/schw2dipol1.png

5http://web.physik.rwth-aachen.de/h̃ebbeker/lectures/ph2_02/p202_l05/p202_l05.html

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Elektronen in Schwingung versetzt. Sie schwingen mit der gleichen Frequenz wie dieElektronen im Sendedipol. Auf der Empfängerseite wandelt also eine baugleiche Antennenach dem umgekehrtem Prinzip der Sendeantenne die eintreffende elektromagnetischeWelle in ein elektrisches Signal zurück.

(8) Bandpass und HF-VerstärkerNach der Antenne gelangt das Signal zuerst auf einen Bandpass, der einerseits für einebessere Kanaltrennung die Auswahl der gewünschten Sendefrequenz vornimmt und an-dererseits für einen besseren Signal-Rauschabstand sorgt. Anschließend wird das Signalwieder verstärkt.

Abbildung 3.6: Signalspektrum

empfangenes Signal mit Störungen - Bandpassfilterung - nach Filterung und Verstärkung

(9) Demodulator, NF-Verstärker und WiedergabelautsprecherDas Nutzsignal wird durch Demodulation wiedergewonnen und zur Wiedergabe übereinen Lautsprecher verstärkt.[?][?][?][?]

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4 Funkstrecken

4.1 Elektromagnetisches Spektrum

Die elektromagnetische Welle besteht aus einer elektrischen und einer magnetischenKomponente und breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit c = 299.792.458 m/s aus. Siebenötigt zur Ausbreitung kein Medium. Die Umrechnung der Frequenz f in deren Wel-lenlänge λ erfolgt mit der Formel:

λ = cf (4.1)

Abbildung 4.1: Elektromagnetisches Spektrum1

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Als elektromagnetisches Spektrum bezeichnet man die Gesamtheit aller elektromagne-tischen Wellen. Zu ihnen zählen unter anderem Rundfunkwellen, Mikrowellen, Infra-rotstrahlung, Licht, Ultraviolettstrahlung, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung und mitWellenlängen von Megametern bis Femtometern.

Für diese Arbeit sind allerdings nur die Rundfunkfrequenzen relevant.[?][?]

4.2 Rundfunkfequenzbereich

Das VHF Band (Very High Frequency) erstreckt sich zwischen 3 MHz bis 30 MHz undbesitzt Wellenlängen von 1m bis 10m. Die Anwendungsbereiche in diesem Band sind Hör-funk, Fernsehen, Radar, Flugfunk, Mobilfunk, Amateurfunk, Luftraumkommunikation,Seefunk, Magnetresonanztomografie und Funkmikrofone.

Das UHF Band (Ultra-High-Frequency) liegt zwischen 30 MHz und 3 GHz mit Wellen-längen von 10cm bis 1m. In diesem Wellenbereich übertragen Mobilfunktechnologien,Fernsehen, Radar-Geräte, der Mikrowellenherd, WLAN-Systeme, GPS-Computer, Ma-gnetresonanztomografiegeräte, Blue-Tooth-Technologien und auch Funkmikrofone. Eswerden in diesen beiden Frequenzbereichen also sowohl analoge als auch digitale Funk-technologien verwendet.

Die Frequenzbereiche der VHF- und UHF-Bänder bieten zwei Vorteile: Zum einen wer-den sie relativ wenig durch weitere technische Einrichtungen gestört - der UHF-Bereichjedoch weit weniger als der VHF-Bereich. Zum anderen gewährleisten hohe Reichweitenund gute Durchdringung von Gebäuden sehr günstige Ausbreitungsbedingungen. DerUHF-Bereich besitzt im Gegensatz zum VHF-Bereich den Vorteil, interferenzunanfälli-ger zu sein, da ihm ein breiteres Frequenzspektrum zur Verfügung steht.

Ein weiterer Vorteil ist die Länge der verwendeten Sende- bzw. Empfangsantennen. Da-mit die Antennen einen sinnvollen Wirkungsgrad besitzen, müssen sie in etwa der Wellen-länge bzw. der halben Wellenlänge entsprechen. UHF-Antennen sind dementsprechendkürzer als VHF-Antennen.

Dazu kommt noch, dass manche Länder nur Systeme für den UHF-Bereich zulassen.Damit ist die Möglichkeit einer grenzüberschreitenden Benutzung von VHF-Gerätenausgeschlossen.2 [?][?][?][?]

4.3 Funkstrecken und ihre Anwendungsbereiche

Wie bereits erwähnt, arbeiten Funkstrecken im UHF/VHF-Frequenzbereich, weil dieserden Vorteil hoher Reichweiten und eine überaus gute Durchdringung von Gebäuden bie-

1http://www.sternenecke.ch/Medien/images/Sternwissen/espektrum.jpg2www.osz-teltow.de

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tet. Die Sendeleistungen betragen maximal 50 mW und sind in der Lage Signale überDistanzen von circa 100 m zu übermitteln und dies unter Gewährleistung hervorragenderAudioqualität. Diese Reichweiten eignen sich daher in besonderem Maße für Kulturver-anstaltungen, Sportereignisse und Berichterstattungen oder ähnliche Anwendungen. Mitdieser Sendeleistung und aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Wellenlängensenden und empfangen Funkstrecken auch aus großen Menschenansammlungen herausund durchdringen sogar Kulissen. Sie können auch im noch Backstage-Bereich verwen-det werden und bieten größtmögliche Bewegungsfreihet ohne negative Nebeneffekte. DieAusbreitung der abgestrahlten Hochfrequenz bleibt meist auf das Veranstaltungsgebäudebeschränkt und bietet somit die Möglichkeit, quasi nebenan ähnliche Frequenzen wie-derzuverwenden. [?]Mögliche Signalquellen sind beispielsweise ein 1)Lavaliermikrofon3, 2)eine Gitarre bzw.ein anderes Instrument mit Line Pegel oder das 3)Handmikrofon4. Es kann aber auchein Signal vom Ausgang des Mischpults als Sendesignal verwendet werden.

Auf der Senderseite sind Kombinationen von 1)Sendern für In-Ear-monitoring, 2)Ta-schensendern zum Anbringen von Lavaliermikrofonen bzw. der Übertragung von Linep-egelsignalen, 3)Handsendern5 und 4)Stecksendern für Handmikrofone6.....

...mit Empfängern wie dem 1)Diversity Empfänger7, dem 2)Taschenempfänger8 mit da-zugehörigem Kabel zur Weiterverarbeitung, z.B. für den 3)Kameraeingang, den Line-Eingang oder den In-Ear-Kopfhörer, möglich.

Funkstreckensysteme kommen sowohl bei semiprofessionellen als auch bei professionellenProduktionen bei Theatern, Konferenzen, Reportagedrehs, Filmproduktionen oder Mu-

3SENNHEISER MKE PLATINUM 4-3-C4www.neumann.com5AKG HT 4506 Sennheiser SKP 1007SHURE R4 UHF Diversity Receiver8Sennheiser EW 112 p

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sikkonzerten zum Einsatz. Zur Veranschaulichung werden im Folgenden zwei Beispielefür die professionelle Einsatz von Funkstreckensystemen dargestellt9:

4.3.1 Eurovision Song Contest

Der Eurovision Song Contest zählt zu den größten und aufwändigsten Live Veranstal-tungen der Welt. Mehrere hundert Millionen Zuschauer erwarten fehlerfreie Unterhal-tung, tadellose Organisation und technische Perfektion. Folgende Funktechnologien ka-men beim Eurovision Song Contest 2009 in Moskau zum Einsatz[20]:

• 170 Computer in einem Gigabit LAN Netzwerk• 40 TV Sender, die sowohl analog als auch digital sendeten• 100 Kanäle drahtloser Technik genutzt von über 200 Reporterteams• 800 Walkie-Talkies für Organisations-, Produktions- und Sicherheitskräfte• 18 Handmikrofone Sennheiser SKM 5200 (3 Gruppen zu je 6 Mikrofonen)• 2 Handmikrofone Sennheiser SKM 5200 (Moderatoren)• 8 Handmikrofone Sennheiser SKM 5200 (Gäste/Ersatz)• 18 Taschensender Sennheiser SK 5212 (3 Gruppen zu je 6 Mikrofonen)• 2 Taschensender Sennheiser SK 5212 (Moderatoren )• 8 Taschensender Sennheiser SK 5212 (Gäste/Ersatz)

Das ergibt insgesamt 56 drahtlose Mikrofone, 16 Kanäle drahtlose In-Ear Sender und 28In-Ear Empfänger. Es werden insgesamt 72 Kanäle zur Übertragung benötigt.

Abbildung 4.2: eingesetzte Funktechnik10

9www.thomann.de

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Die Koordination einer so großen Zahl an Funkmikrofonen erfordert ein akribisch geführ-tes Frequenzmanagement. Folgende Abbildung zeigt das Setup für drahtlose Mikrofoneund In-Ear-Systeme von links nach rechts:

Abbildung 4.3: [1.]Spektralanalysator zur Übersicht der lokalen drahtlosen Aktivität[2.]Spektralanalysator für mobile Kontrolle [3.]Computerdisplay zurSteuerung der Drahtlosmikrofone/In-Ear-Systeme der Racks darunter11

4.3.2 Finale der Champions-League

Die Live-Übertragung großer internationaler Sportveranstaltungen wie dem Finale derChampions-League sind ohne den Einsatz von Drahtlostechnologien nahezu undenkbar.Oftmals sind Fernsehsender aus vielen Ländern anwesend; Reporter halten flexibel In-terviews in Kabinen oder am Spielfeldrand ab. Zur besseren Verständigung sind auch dieFeld- und Linienschiedsrichter über Funkstrecken miteinander verbunden, um in schwie-rigen Situationen schnell und überzeugend reagieren zu können. Nicht zu vergessen, dassüber Drahtlosanlagen Regieanweisungen an Kameramänner durchgegeben werden. BeimFinale der Champions-League im Jahr 2005 in Istanbul war folgende Funkstreckentech-nologie im Einsatz[?]:

• 200 drahtlose Mikrofonempfängerausgänge• 60 In-Ear-Monitor Systeme• ca. 400 Walkie-Talkies für die ca. 3000 Polizei-, Feuerwehr- und Rettungskräfte

Die folgende Abbildung zeigt die Antenne zur Überwachung des Frequenzbereichs zwi-schen 350Mhz und 3 GHz (links).

Hier wird überprüft, ob ein Sender auch die Sendeerlaubnis verfügt. Die freien Bereichedes Spektralanalysators am rechten Bildrand sind die Ersatzfrequenzen. Bei digitalenverschlüsselten Funkstrecken ist es aufgrund der Verschlüsselung schwerer herauszufin-den, welcher Sender von wo aus sendet. Hier besteht noch Entwicklungsbedarf[15].[?][?][?][?][?]10Unveröffentlichter Artikel von Diplomingenieur Norbert Hilbich - Sennheiser11Unveröffentlichter Artikel von Diplomingenieur Norbert Hilbich - Sennheiser12Unveröffentlichter Artikel von Diplomingenieur Norbert Hilbich - Sennheiser

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Abbildung 4.4: Der Bereich zwischen 470 bis 870 Mhz ist voll ausgelastet12

4.4 Grenzen der Übertragung

4.4.1 Reichweite

Frequenzen im VHF- und UHF-Bereich verhalten sich generell quasi optisch, elektroma-gnetische Wellen sind jedoch in der Lage Isolatoren, wie zum Beispiel Bühnenbilder oderVergleichbares mit einer gewissen Toleranz zu durchdringen. Die kleine Maximaldistanzhat zur Folge, dass dieselben Frequenzen räumlich getrennt mehrfach belegt werden kön-nen. Die Reichweite hängt außerdem von der Sendeleistung ab. Funkmikrofone arbeitenmit Leistungen bis 50 mW und erreichen unter entsprechenden RahmenbedingungenReichweiten bis zu 100 Metern. Mit steigender Leistung vergrößert sich die Reichweite.

4.4.2 Interferenzen

Interferenzen sind Überlagerungen von zwei oder mehreren Signalen. Diese können ent-stehen, wenn sich ein Funkmikrofonsignal mit dem umgebenden parasitären elektroma-gnetischen Feld oder mit einer Reflexion des eigenen Signals überlagert.

Dabei gilt: Je höher die Frequenz ist, desto eher treten Reflexionen auf. Bei analogenFunkmikrofonen bewirkt jede Interferenz eine Störung der Übertragung oder eine Un-terbrechung. Dabei kommt es zur Auslöschung oder zumindest zu einer Abschwächungdes Signals. Zur Lösung dieses Problems werden pro Empfänger gleich mehrere Anten-nen verwendet, da dadurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass sich mindestenseine der Antennen an einer Stelle befindet, die nicht von der Signalauslöschung betrof-fen ist. Der Empfänger wählt dann jeweils diejenige Empfangsantenne mit der stärkerenFeldstärke (Diversity)13. Dieses Vorgehen ist besonders bei mobilen Funkanwendungensinnvoll. Diversity-Empfängern liefern die besten Ergebnisse, wenn die Antennen jeweilsum 45◦ angewinkelt werden sein und beide Antennen ca. 40 cm, also eine Wellenlänge,auseinander liegen.

13www.osz-teltow.de

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Abbildung 4.5: Diversity14

Interferenzen, die den Empfang der Audiomodulation eines Trägers beeinträchtigen,führen zu unerwünschten Audio-Artefakten. Um derartige Phänomene in annhemba-ren Grenzen zu halten, verwenden analoge Funksysteme oftmals einen Pilot-Ton undeine als Rauschsperre fungierende Schaltung. Die Rauschsperre (Squelch) unterdrücktdie Audio-Ausgabe, solange kein Signal vom Sender empfangen wird. Ohne diese Schal-tung würde der Empfänger in solchen Pausen ein starkes Rauschen ausgeben, das vonden zufällig empfangenen Radiofrequenzen erzeugt wird. Wenn der Sender jedoch aktivist, benötigt das System ein Kriterium, anhand dessen es das Nutzsignal von eventuellvorhandenen Interferenzen trennen kann. Das wird durch einen Pilot-Ton erzielt, derzusammen mit dem Audiosignal übertragen wird. Dieses in der Regel sehr hohe Signalwird vom Empfänger vor der Ausgabe aus dem Signal gefiltert. Solange der Pilotton nichtden erwarteten Pegel hat, aktiviert der Empfänger die Rauschsperre und unterdrückt dasAudiosignal vollständig.

4.4.3 Intermodulation

Ein Übertragungssystem wird als „linear“ bezeichnet, wenn sich das Ausgangssignalproportional zu dem Eingangssignal verhält. Dies ist in der Realität jedoch nicht der Fall.In jedem Übertragungssystem entstehen durch Nichtlinearitäten Intermodulationen, sozum Beispiel im HF - Verstärker, der in jedem Funksender und -empfänger eingebaut ist.Dabei bilden sich aus den einzelnen Trägerfrequenzen und deren Harmonischen Summen-und Differenzprodukte.

Beispiel:

Es werden zwei Funkstrecken mit den Trägerfrequenzen f(1)=800 MHz und f(2)=801MHz werden in Betrieb genommen. Durch Intermodulation bilden sich nun die folgendenzusätzlichen Frequenzen 2. Ordnung:

f(2) − f(1) = 801MHz − 800MHz = 1MHz (4.2)

f(2) + f(1) = 801MHz + 800MHz = 1601MHz (4.3)

14http://line6.com/media/pdf/Handbuch%20fur%20digitale%20Mikrofone.pdf

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Diese Frequenzen liegen jedoch so weit von den Trägerfrequenzen entfernt, dass sie ver-nachlässigt werden können. Bei Intermodulationen 3. Ordnung kommen noch vier weitereFrequenzen hinzu:

2 × f(2) − f(1) = 1602MHz − 800MHz = 802MHz (4.4)

2 × f(2) + f(1) = 1602MHz + 800MHz = 2402MHz (4.5)

2 × f(1) − f(2) = 1600MHz − 801MHz = 799MHz (4.6)

2 × f(1) + f(2) = 1600MHz + 801MHz = 2401MHz (4.7)

Die Summenprodukte 2402 MHz und 2401 MHz sind erneut vernachlässigbar. Interessantsind hier die resultierenden Frequenzen 802 MHz und 799 MHz, da sie sehr nahe bei denursprünglichen Trägerfrequenzen f(1) und f(2) liegen. Wird nun eine dritte Funkstreckeauf eine dieser beiden Intermodulationsfrequenzen gelegt, führt dies zu gegenseitigenStörungen. Aus diesem Grund wird ein Sicherheitsabstand gewählt und der Kanal bei801,750 MHz gewählt.

Verwendete Intermodulations-Frequenzen Produkte N(N-1)

1 02 23 64 125 206 307 42

Quelle : Shure15

Hieraus wird deutlich, dass die Inbetriebnahme von nur einer Funkstrecke bei stabilemBetrieb mehrerer Funkstrecken weitreichende Folgen hat und es aufgrund von Intermo-dulationen zu unvorhersehbaren Störungen kommen kann. 16

4.4.4 Dynamikumfang

Unter Dynamikumfang versteht man den Lautheitsunterschied zwischen dem leisestenund lautesten Signal, das ein Gerät ausgeben kann. Der typische Dynamikumfang einesunbearbeiteten Audiosignals, das per Frequenzmodulation gesendet wird, beträgt ca.50dB, da die Amplitude des Informationssignals direkt proportional zum Hub der Trä-gerfrequenz17 ist. Die Modulationsintensität muss notwendigerweise begrenzt sein, um15http://www.shuredistribution.de/dt_de/support_download/fachwissen/funksysteme/funk-

intermodulation16www.shuredistribution.de/dt_de/support_download/fachwissen17http://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzmodulation

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nicht auf benachbarte Frequenzbänder überzugreifen, da dies Interferenzen zur Folgehätte.

Um einen Dynamikumfang von 100dB zu erzielen, komprimiert ein analoges Funkmi-krofon den eingehenden Dynamikumfang von 100dB im Verhältnis 2:1, um den obenerwähnten 50dB zu entsprechen. Diese Komprimierung wird mittels eines Verstärkersmit variierbarem Pegel (VGA - engl. variable gain amplifier) erzeugt, der den Arbeits-pegel anhand des durchschnittlichen Eingangssignalpegels wählt. Da lautere Signale ab-geschwächt und leise Signale angehoben werden, reduziert sich der Dynamikumfang.

Abbildung 4.6: Dynamikbearbeitung18

Anschließend muss der Empfänger dieses reduzierte Signal nun wieder mit einem VGAexpandieren, um den ursprünglichen Dynamikumfang zumindest teilweise wiederherzu-stellen. Dort werden laute Signale also in noch lautere umgewandelt, während leise Si-gnale noch weiter abgeschwächt werden. Die Kombination dieser beiden Bearbeitungennennt man Companding.

Dieses Verfahren erzeugt allerdings Artefakte. In Abhängigkeit von de n Zeitkonstanten,die für die Analyse des Signalpegels und die Beeinflussung des VGA-Pegels gewähltenwerden, kann es zu Pumpen, das heißt zu abrupten Pegeländerungen kommen. Dies istinsbesondere bei Signalen mit starken Transienten der Fall, die vom VGA hörbar abge-schwächt werden. Nach dem knallenden Einsatz wird der VGA-Pegel wieder angehobenund das Hintergrundrauschen damit deutlich lauter, da kein Nutzsignal mehr vorhan-den ist. Außerdem kennt der Expander das ursprüngliche Signal nicht und kann denOriginal-Dynamikumfang somit nur anhand der Herstellervorgaben rekonstruieren. Füreine hochwertige Wiederherstellung ist schließlich entscheident, dass der Sender und derEmpfänger dieselben Zeitkonstanten verwenden. Außerdem ist es sehr wahrscheinlich,

18http://line6.com/media/pdf/Handbuch%20fur%20digitale%20Mikrofone.pdf

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dass die Signalquelle einen Dynamikumfang von mehr als 100dB aufweist. Deshalb sindviele Sender mit einem Pegelregler ausgestattet, dessen Einstellung im Falle einer regel-mäßigen Übersteuerung verringert werden kann. Gleichzeitig muss der Pegel auf demEmpfänger aber entsprechend angehoben werden, falls Wert auf den Nennpegel gelegtwird.

Eine weitere Möglichkeit für die Manipulation des Dynamikumfangs eines Audiosignalsbesteht über die sogenannte Präemphase (Akzentuierung) bzw. Deemphase (Deakzen-tuierung). Dabei werden über die Präemphase hohe Frequenzen des Signals zusätzlichhervorgehoben, wohingegen die Deemphase eine Abschwächung der gleichen Frequenzan-teile zu Folge hat. Diese Methodik führt zur Verbesserung des Fremdspannungsabstandeswährend der Signalübertragung. 19 Damit wird bei einem analogen FM-Funksystem zwardas Rauschen abgeschwächt, allerdings geht dies auf Kosten des Dynamikumfangs in denhohen Frequenzen, weil deren Pegel vom Sender ja stark angehoben wurde.

In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass digitale Funksysteme im Ge-gensatz zu analogen Audiosignale ohne Pegelbegrenzung und Präemphasis/Deemphaseübertragen können und zudem einen viel größeren Dynamikumfang aufweisen, so dasseine Manipulation des Signals nicht nötig ist.

4.4.5 Verzerrung

Mit „Verzerrung“ ist jede Nichtlinearität eines Geräts gemeint, die zu einer Verfremdungdes eingehenden Signals führt.

So erzeugen sowohl das Compander-Prinzip durch Nichtlinearitäten als auch hohe Signal-pegel, die eine Übermodulation (siehe Kapitel 4.4.4 Dynamikumfang) bewirken, Verzer-rungen. Um Übermodulationen zu verhindern, werden Limiter eingebaut, da sie nurPegel bis zu einem einstellbaren Wert zulassen. Die meisten Hersteller analoger Funk-systeme erwähnen in der Auflistung der technischen Daten einen "Klirrfaktor", der beieinem Pegel gemessen wird, bei dem eine stabile Signalbearbeitung ohne Übermodula-tion möglich ist. „Der Klirrfaktor eines Audiogeräts gibt an, in welchem Maße einemEingangssignal durch nichtlineare Verzerrungen unerwünschte Obertöne zugefügt wer-den.“20 Unter diesen Bedingungen beträgt der Wert zwischen 0,1 und 0,5 %.

Bei digitalen Funksystemen werden Verzerrungen nur durch Abweichungen der allgemei-nen Linearität bewirkt, da es weder einen Compander, noch Übermodulation gibt. DasSignal bleibt folglich im gesamten Frequenzbereich linear, was einen typischen Klirrfaktorvon nur 0,03 % führt zur Folge hat.

19http://de.wikipedia.org/wiki/Pre-Emphasis20http://www.sengpielaudio.com/Rechner-klirr.htm

20

4.4.6 Frequenzgang

Der Frequenzgang analoger Systeme weißt Eigenschaften eines Bandpasses auf, weil ersowohl im tief- als auch hochfrequenten Bereich begrenzt ist. Im Bassbereich müssen bei-spielsweise Frequenzen abgeschwächt werden, welche die Arbeitsweise des Compandersbeeinträchtigen könnten. Die Frequenz 20Hz ist etwa „langsam“ genug, um bei jedemWellenzyklus eine Pegeländerung hervorzurufen. Deswegen werden die tiefen Frequen-zen gefiltert. Der Höhenbereich wird ebenfalls beschnitten, weil die FrequenzmodulationFrequenzen oberhalb von 15kHz aufgrund der beschränkten Bandbreite in der Regelnicht übertragen kann. In der folgenden Grafik sind die Frequenzgänge zweier analogerFunkgeräte dargestellt:

Abbildung 4.7: Frequenzgang einer analogen Funkstrecke21

Die Höhenwiedergabe eines digitalen Funksystems wird ausschließlich von der Abtastrateund der zu übertragenden Datenrate vorgegeben und nicht vom Übertragungsverfahren.Da es keinen Compander gibt, brauchen tiefe Frequenzen nicht gefiltert zu werden. Dieserklärt, weshalb ein digitales Funksystem zwischen 10Hz und 20kHz einen vollständiglinearen Frequenzgang aufweist.

Abbildung 4.8: Frequenzgang einer digitalen Funkstrecke22

Die beiden Grafiken veranschaulichen lediglich den Frequenzgang der Funkgeräte undberücksichtigen nicht die Übertragungseigenschaften des verwendeten Mikrofons.

21http://line6.com/media/pdf/Handbuch%20fur%20digitale%20Mikrofone.pdf22http://line6.com/media/pdf/Handbuch%20fur%20digitale%20Mikrofone.pdf

21

4.4.7 Dämpfung

Es gilt: Je höher die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit, desto stärker ist der Dämp-fungsfaktor. Die Freifelddämpfung ist frequenzabhängig und nimmt mit steigender Fre-quenz zu.23 Die Dämpfung ist dabei umso größer je größer die Hindernisse zwischen derSende- bzw. Empfängergerät im Vergleich zur Wellenlänge sind. Darüber hinaus nehmenauch die Strahlungscharakteristik der Antenne, die Polarisation der Welle, die verwende-ten Arbeitsfrequenzen sowie die Geländeform Einfluss auf die elektromagnetische Welle.

4.4.8 Latenz

Digitale Funkstrecken haben im Gegensatz zu analogen den Nachteil, für die Wandlungund Kodierung des Schalls einen gewissen Zeitraum zu benötigen, um den die Informa-tionsweitergabe verzögert wird. Diese Tatsache schließt den Einsatz digitaler Technikbei bestimmten Anwendungen aus, da der Ablauf gestört wird. Bei einem Musikkonzertwerden den Musikern über digitale In-Ear-Systeme die einzelnen Musikinstrumente zu-gespielt, damit sie sich gegenseitig besser hören können. Treten hier Verzögerungen auf,wird die Band dadurch aus dem Rythmus gebracht.

23www.osz-teltow.de

22

5 Ursachen für die Veränderung derSituation für Funkmikrofone

5.1 Der Begriff der Digitalen Dividende

Durch die Digitalisierung des analogen Rundfunks und Fernsehens werden Teile des bis-lang für deren terrestrische Verbreitung benötigten und benutzten Frequenzspektrumsfrei. Im Frequenzbereich eines analogen TV-Kanals können durch effizientere Codier-verfahren etwa vier bis acht digitale TV-Kanäle dargestellt werden. Der Gewinn dieserFrequenzen wird als Digitale Dividende bezeichnet.

Abbildung 5.1: Bandbreitenvergleich Analoger gegenüber Digitaler Verbreitung1

Das im Zentrum stehende Spektrum der Digitalen Dividende im UHF-Band liegt zwi-schen 790 MHz und 862 MHz. Die Weltfunkkonferenz genehmigte für diesen Frequenz-bereich sowohl Rundfunk und Mobilfunk genehmigt. Eine gleichzeitige Nutzung ist tech-nisch nicht durchführbar, deshalb muss eine Entscheidung zugunsten eines Nutzers ge-troffen werden. Der zentrale Aspekt der Digitalen Dividende ist, dass die frei werdendenUHF-Frequenzen in einem physikalisch besonders attraktiven Bereich des Frequenzspek-trums liegen.

5.2 Vorschläge für die Nutzung der Digitalen Dividende

Die durch die in Kap. 5.1. beschriebene Digitale Dividende freigewordenen Frequenzbe-reiche im UHF-Spektrum könnten nun folgendermaßen ausgenutzt werden:

• Größere terrestrische Programmvielfalt• Höher auflösendes terrestrisches Fernsehen (HDTV)

1www.sennheiser.com

23

• Multimedia für Handgeräte (DVB-H)• sowohl wirtschafts- als auch demokratiepolitischer Ziele• die Gewährleistung von störungsfreiem Betrieb der TV-Kabelnetze und dem Breitband-Mobilfunk

Bisher wenig Beachtung fand der Umstand, dass für den Bereich der Digitalen Dividendeauch Funkmikrofone zugelassen wurden. Für Funkmikrofonanwender ist es möglich, dieanalogen TV-Kanäle als Sekundärnutzer mitzuverwenden. Das analoge Fernsehen belegtin Europa und Afrika nur 7 MHz des 8 MHz breiten UHF-Kanals. Den verbleibenden,ungenutzten Bereich nennt man „1-MHz-Lücke“. Dieser Bereich, der bisher für drahtloseMikrofone genutzt werden konnte, entfällt aufgrund der Ausreizung des Frequenzspek-trums durch digitale Übertragungsverfahren bei der Verbreitung des Rundfunks.

Abbildung 5.2: Verteilung der Bild-,Farb- und Tonträgerfrequenz mit 1-MHz-Lücke beianaloger Fernsehübertragung2

Abbildung 5.3: Verteilung bei digitale Fernsehübertragung3

2www.sennheiser.com/sennheiser/home_de.nsf/root/professional_dvbt-wireless_interaction3www.sennheiser.com/sennheiser/home_de.nsf/root/professional_dvbt-wireless_interaction

24

Bis jetzt ist die Inbetriebnahme eines Funkmikrofons folgendermaßen geregelt:

Eine freie Frequenzlücke innerhalb dieses Bereiches wird durch Vorhören ausgesucht, umbereits arbeitende Funkstrecken nicht zu stören. Ist eine Frequenz nicht belegt, wähltman diese, um das drahtlose Mikrofon, den drahtlosen Monitor oder die Reportagestreckezu betreiben. Dieser Vorgang gilt für den Bereich von 470 MHz bis 862 MHz, der sowohlin Österreich als auch in Deutschland lizenz- und kostenpflichtig ist. Der Bereich 862MHz bis 865 MHz ist nicht lizenz- und kostenpflichtig und kann frei benutzt werden.Laut Auskunft der Bundesnetzagentur hat sich dieses Verfahren bewährt, da keinerleiKlagen bekannt sind.

In Europa setzt sich derzeit ein Trend hin zur Vergabe der Frequenzen der DigitalenDividende an die Mobilfunkindustrie zu beobachten. Die Frequenzen der digitalen Divi-dende sind sowohl für mobile als auch für feste Funkanwendungen sehr gut geeignet. Essind hohe Kanalbandbreiten erforderlich, um aus Sicht der Mobilfunkindustrie optima-le Ergebnisse erzielen zu können. Dies bedeutet im Umkehrschluss: Falls der zugeteilteFrequenzbereich zu gering ausfällt, ist keine maximal effektive Nutzung möglich.

„Die verfügbare Frequenzbandbreite bestimmt nicht nur die Datenkapazität, sondernauch die Übertragungsgeschwindigkeit.“4 Die folgenden Grafik verdeutlicht, dass zurAbdeckung eines Gebietes durch den deutlich größeren Radius aufgrund der Wellenlängeweniger Antennen nötig sind, wodurch Kosteneinsparungen möglich werden.

Abbildung 5.4: Reichweiten von UMTS(2,1 GHz) und UHF-Band im Vergleich5

Das Spektrum der digitalen Dividende bietet also optimale Bedingungen für die Über-tragungskapazität und die flächendeckende Versorgung.

4www.ltemobile.de/digitale-dividende/#DD5www.ltemobile.de/digitale-dividende

25

5.3 Aktueller Stand bei der Vergabe der Digitalen Dividende

5.3.1 Österreich

Die Regierung hat „den Zeitplan für die Vergabe der durch die TV-Digitalisierungfreigewordenen Frequenzen bekräftigt“. Die Digitale Dividende soll demnach ab Ende2011/Anfang 2012 an die Mobilfunkunternehmen versteigert werden, wie der Standardam 20. Juli 2010 bekannt.6

Noch bei den Cable Days 2009 in Salzburg warnten der WKO-Bundesinnung Elektro-und Alarmanlagentechnik sowie Kommunikationselektronik, der WKO-Fachverband derTelekommunikations- und Rundfunkunternehmungen und die Österreichische Rundfunksender-Gesellschaft im Namen aller in Österreich vertretenen Fernsehstationen vor der Emp-fehlung der EU-Kommissarin für Telekommunikation, die Digitale Dividende rasch fürMobilfunksysteme für die Nutzung von mobilem Breitbandinternet zu reservieren, dadies volkswirtschaftlich sehr bedenklich sei.

Darüber hinaus sind nicht unerheblichen Umstellungskosten in der Höhe von mindestens150 Millionene und das massive Störpotenzial durch den Mobilfunk für das Fernsehensowie für alle in Verwendung stehenden Funkmikrofone, Funkkopfhörer und drahtlosenHörhilfen, die in Österreich ebenfalls das Frequenzband von 790 MHz bis 862 MHznutzen, völlig ungeklärt.7’8

5.3.2 Schweiz

Die Eidgenössische Kommunikationskommission (ComCom) schrieb freie und freiwer-dende Frequenzen zwischen 790 MHz bis 862 MHz am 26. November 2010 für die Mo-bilfunkindustrie in Bern öffentlich aus. Die ComCom wird die Frequenzen vor den Som-merferien 2011 im Rahmen einer Auktion vergeben. Mobilfunkbetreiber haben die Ge-legenheit, für den langfristigen Netzbetrieb erforderliche Frequenzpakete zu erwerben.9’10

5.3.3 Deutschland

Vom 12. April 2010 bis 20. Mai 2010 versteigerte die Bundesnetzagentur die Frequenz-bereiche 791 MHz bis 821 MHz und 832 MHz bis 862 MHz meistbietend für ca. 4,4Milliardene an die Telekommunikationsindustrie (O2, Telekom, Vodafone).

6www.derstandard.at/1277338517574/LTE-Digitale-Dividende-Versteigerung-an-Mobilfunk-Ende-20117www.derstandard.at/1277338517574/LTE-Digitale-Dividende-Versteigerung-an-Mobilfunk-Ende-20118www.apwpt.org/printable/press-reports/austria/index.html9www.bakom.admin.ch/dokumentation/Newsletter/01315/03094/03098/index.html?lang=de

10www.news.admin.ch/dokumentation/00002/00015/?lang=de&msg-id=36440

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In einem Abkommen zwischen der Regierung und der Telekommunikationsindustrie ver-pflichtet sich letztere, flächendeckendes Internet landesweit realisieren. Hintergrund sindca. 800 sogenannten „weiße Flecken“ in Deutschland, die bis heute noch nicht an dasInternet angebunden sind. Mit dieser so genannten Breitbandstrategie der Bundesre-gierung wird der Ausbau der Breitbandinfrastruktur in Deutschland beschleunigt. BisEnde 2010 sollten alle Haushalte in Deutschland mit einem Breitband-Internetanschlussversorgt sein, mit dem Ziel, speziell in diesen bis dato internetfreien Gegenden dassel-be wirtschaftliche Wachstum zu ermöglichen; dies wurde jedoch nicht erreicht. In einemzweiten Schritt wird der Ausbau zu deutlich höheren Geschwindigkeiten forciert. Im Jahr2014 sollen 75 % aller Haushalte einen Anschluss von mindestens 50 MBit/s erhaltenkönnen.

Abbildung 5.5: Überblick der verkauften Frequenzbereiche11

5.3.4 Europaweit

Die Europäische Kommission bemüht sich darum, im Frequenzbereich von 790 MHzbis 862 MHz eine vereinheitlichte Einführung von Mobilfunk zu erwirken, so wie diesbeispielsweise schon im Frequenzbereich 1920 MHz bis 1980 MHz für die UMTS-Nutzungumgesetzt wurde.

Abbildung 5.6: Österreich12

Abbildung 5.7: Schweiz13

Abbildung 5.8: Deutschland14

11www.apwpt.org/images/aktuelle-frequenznutzung-und-lte-im-bereich-79.jpg12www.wikipedia.org/wiki/Universal Mobile Telecommunications System13www.wikipedia.org/wiki/Universal Mobile Telecommunications System

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In Italien ist der terrestrische Fernsehrundfunk bereits von so großer Bedeutung, dassman in den kommenden Jahren vermutlich nicht von der Einführung von Mobilfunkim Bereich, den die Digitale Dividende umfastt, auszugehen ist. Diese Tatsache verur-sacht in Nachbarländern, die für Mobilfunkdienstleister diesen Bereich freigeben, ganzerhebliche Probleme. Der "GE06"-Plan, das Ergebnis der regionalen Rundfunkplanungs-konferenz vom Herbst 2006 in Genf, besagt, dass „geplante oder bereits vorhandeneRundfunkdienste vor Störungen zu schützen sind. Die daraus resultierenden technischenAuflagen dürften in grenznahen Bereichen zu Einschränkunegen bei der Realisierung vonMobilfunksendernetzen führen“15, die nicht praktikabel sind.

14www.wikipedia.org/wiki/Universal Mobile Telecommunications System15http://www.bakom.admin.ch/dokumentation/Newsletter/01315/03094/03098/index.html?lang=de

28

6 Die Folgen der Digitalen Dividende

6.1 Folgen für Funkmikrofone in Deutschland

Durch den Verkauf der Frequenzbereiche 791 MHz bis 821 MHz und 832 MHz bis 862MHz in Deutschland wird der Arbeitsbereich der Funkmikrofone erheblich eingeschränkt.Da die Mobilfunkindustrie mit viel höherer Leistung (ca. 2 W) als Funkstrecken sendet,wird es für diese ab 2011/12, je nach Ausbaugrad des drahtlosen Internets, vermehrt zustarken Störungen kommen. Der Parallelbetrieb beider Systeme ist nicht möglich.

In Deutschland gilt noch bis zum 31. Dezember 2015 die Verfügung 91/2005, die diekostenlose und bis jetzt exklusive Nutzung der Frequenzbereiche 790 MHz - 814 MHzund 838 MHz 862 MHz, nur für Funkmikrofone regelt. Bei auftretenden Störungenempfiehlt es sich auf andere Frequenzen auszuweichen. Danach ist dieser Bereich nurnoch mit Einzelzulassungen als Primärnutzer möglich.

Neben den bereits bestehenden Frequenzspektren (z.B. 863 MHz - 865 MHz und 1785MHz - 1800 MHz) und den neu zugewiesenen, wie zum Beispiel dem L-Band (1452 MHz- 1477,5 MHz), besteht insbesondere aus physikalischen Gründen weiterhin Bedarf anMikrofonanwendungen, die das verbleibende UHF-Spektrum (470 MHz - 790 MHz) ingewissem Umfang zu nutzen. Im Februar 2011 wurde der Frequenzbereich von 823 MHzbis 832 MHz, die sogenannte Duplexlücke, bis 31. Dezember 2015 aufgrund des akutenFrequenzmangels für Funkmikrofone freigegeben. Die Duplexlücke ist ein Frequenzbe-reich zwischen zwei Blöcken, die der Mobilfunk für LTE verwendet. Die Qualität undNutzbarkeit dieser Frequenzen dürfte stark von den Mobilfunk-Endgeräten und demdarstellbaren Abstand zu drahtlosen Mikrofonanlagen abhängen.

Falls der neu bereit gestellte Frequenzbereich zu gering ausfällt, regelt seit dem 3. März2010 die neue Verwaltungsvorschrift nicht öffentlicher mobiler Landfunk (VvnömL) derBundesnetzagentur den Neuzugang zum Ersatzfrequenzbereich 710 MHz - 790 Mhz. Absofort können die Frequenzen von professionellen Nutzern im diesem Bereich für Produk-tionen eingesetzt werden. Für deren Nutzung muss eine kostenpflichtige Frequenzzutei-lung seitens der Bundesnetzagentur erteilt werden. Die tatsächlichen Betriebsfrequenzenin dem der Nutzergruppe zugewiesenen Frequenzbereich werden vom Zuteilungsinhaber,den Frequenznutzer, selbst ausgewählt. Dabei muss darauf geachtet werden, dass andereDienste nicht gestört werden.

Sollte der Frequenzbereich 710 MHz bis 790 MHz für die Anwendung nicht ausreichen,dann können von der Bundesnetzagentur auch Frequenzen unterhalb von 710 MHz zu-

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geteilt werden. Die Bereiche 470 MHz bis 606 MHz und 614 MHz bis 710 MHz werdenbevorzugt für Rundfunkproduktionen öffentlicher und privater Programmanbieter ge-nutzt. Hier kann eine Nutzung für Festinstallationen stattfinden.

Für Konzerttourneen beispielsweise, bei denen für kurze Zeit ein Übertragungskanalbenötigt wird, ist es möglich, befristete Einzelzuteilungen im Frequenzbereich 470 MHzbis 862 MHz zu beantragen. Hierbei erfolgt eine Zuteilung der an den jeweiligen Ortenverfügbaren Frequenzen, die nach dem Ende der Veranstaltung erlischt.

Die Frequenzgebührenverordnung der VvnömL besagt, dass der Betreiber für eine Durch-sagefunkanlage einen einmaligen Verwaltungskostenbetrag unabhängig von der Anzahldrahtloser Mikrofonen in Höhe von 130,00e zu zahlen hat. Darüber hinaus wird derFrequenznutzungs- und EMV Beitrag von 9,10e pro Sender und Jahr fällig. Bei der Er-weiterung bestehender Anlagen durch zusätzliche Funkstrecken muss ein Antrag gestelltwerden. Dieser kostet zusätzlich zur genannten Jahresgebühr pro Strecke 60,00e. DieEinzelzuteilung ist auf grundsätzlich auf 10 Jahre befristet.

Wird eine angemeldete Anlage verliehen, muss mit dem Betreiber der Anlage ein Vertragder zeitweiligen Überlassung geschlossen werden. Der Inhaber der Zuteilungsurkunde istverantwortlich für die Einhaltung der Zuteilungsbedingungen. Die Anträge können aufder Internetseite der Bundesnetzagentur (www.bundesnetzagentur.de) heruntergeladenwerden.

Der Frequenzbereich 863 MHz bis 865 MHz bleibt von allen hier beschriebenen Regelun-gen unbeeinflusst. In diesem Frequenzbereich können nach wie vor drahtlose Mikrofone,In-Ear Monitor Systeme, drahtlose Kopfhörer, Hörhilfen usw. europaweit auch nach 2016kostenfrei betrieben werden. Dieser Bereich ist für kleine Systeme bis max. 4 Funkstre-cken und Innenanwendungen empfehlenswert. Gemeinnützige Einrichtungen wie Schulen,Theater und Gemeindezentren sind von den Gebühren und Beiträgen befreit. FolgendesBild veranschaulicht nochmals die neue Verteilung:

Abbildung 6.1: neue Frequenzzuteilung der VvnöLm Stand April 20111

Der Kanal 38 ist für Radioastronomie reserviert und steht nicht zu Verfügung.

1http://www.sennheiser.de/sennheiser/home_de.nsf/root/dd_ready_nutzergruppen_ortsgebundene_nutzung

30

6.2 Folgen für die Nutzer

6.2.1 Österreich

Zur Zeit noch darf in Österreich für Funkmikrofon und In-Ear-Systeme der gesamte UHFFrequenzbereich von 470 MHz bis 862 MHz angemeldet und genutzt werden. Derzeitwerden Nutzungsbewilligungen für Geräte im Frequenzbereich zwischen 790 MHz und862 MHz nur noch für ein Jahr erteilt, da im Rahmen der Digitalen Dividende in der EUgeplant ist, diesen Frequenzbereich spätestens ab 2015 nur mehr für Breitbanddienstezu vergeben. Alle anderen Funkdienste, darunter auch Funkmikrofonie, erhalten keineGenehmigungen mehr.

Sinnvoll ist es deshalb, diesen UHF-Frequenzbereich bei Neuinvestitionen zu meiden undeher Geräte für den Betrieb unter 790 MHz anzukaufen. Die Anmeldungen für Funkmi-krofone, Funk-Monitorsysteme und Funk- Lautsprecheransteuerungen sowie alle sonstigeAudio-Funkeinrichtungen sind genehmigungspflichtig, wenn diese nicht im freigegebenenFunkband 863 MHz bis 865 MHz bzw. 2,4 GHz betrieben werden.

Je nach Regionen ist das jeweilige Fernmeldebüro des Wohnsitzes des Anmelders zustän-dig, an die auch die Anmeldung zu schicken ist. Beizulegen ist die Konformitätserklärungdes Gerätes in der gültigen und von der Fernmeldebehörde akzeptierten Fassung. DasFernmeldebüro hat alle zugelassene Typen in einer Datenbank gespeichert und erteiltdie Betriebsbewilligung eventuell mit Auflagen, sowie einer entsprechenden Gebühren-vorschreibung, wenn das Gerät für Österreich eine Anerkennung besitzt. Es ist sinnvoll,Kopien der Anmeldeunterlagen bis zur Erteilung der Betriebsbewilligung zur Verfügungzu halten, da auch nur der Besitz der Anlage genehmigungspflichtig ist. Die Gebührenfür den erforderlichen Antrag belaufen sich auf 13,00e und pro Sender werden einmalig50,87e fällig. Eine Anmeldung ist mit den oben genan

Aufgrund einer gesetzlichen Allgemeinzuteilung sind die Geräte im Bereich 863 MHz bis865 MHz und 2,4 GHz bis zu 10mW Sendeleistung lizenzfrei und damit kostenlos undanmeldefrei. Es ist dabei zu beachten, dass dieser Bereich auch von anderen Funkanwen-dungen genutzt wird, z.B. Funkkopfhörer, Fernsteuerungen, Haus- bzw. Alarmtechnikund einige davon womöglich im eigenen Bereich, so dass mit gegenseitigen Beeinflussun-gen und Störungen bis hin zur Unbrauchbarkeit zu rechnen ist.

6.2.2 Schweiz

In der Schweiz können drahtlose Mikrofone ab 1. Januar 2013 nicht mehr im Frequenz-band 789 MHz - 823 MHz und 832 MHz - 862 MHz genutzt werden. Drahtlose Mikrofonedürfen weiterhin im Frequenzband 826 MHz - 832 MHz betrieben werden, obwohl abdem 1. Januar 2013 Mobilfunksysteme im Band 790 MHz - 862 MHz eingeführt werdensollen. Die Unterbänder 782 MHz - 786 MHz und 826 MHz - 832 MHz dürfen unter den-selben Bedingungen wie bisher (max. 50mW ERP) weiterhin für drahtlose Mikrofone

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genutzt werden. Das Bundesamt für Kommunikation (BAKOM) setzt damit die erstenSchlussfolgerungen aus einer Kompatibilitätsstudie um, die die Europäische Konferenzder Verwaltungen für Post und Fernmeldewesen (CEPT) lanciert hat. Die erforderlichenGesetzesänderungen des BAKOM traten am 1. September 2010 in Kraft. Sicher ist be-reits, dass die drahtlosen Mikrofone nicht mehr zu den aktuellen Bedingungen über dasUnterband 786 MHz - 789 MHz und 823 MHz - 826 MHz verfügen können. Die von derCEPT getroffenen Entscheide werden weitere Auswirkungen auf die Schweiz haben. DasBAKOM verfolgt die Entwicklung und informiert laufend über dieses Thema.

6.2.3 Deutschland

Die Veranstaltungbranche reagierte zuerst empört über den Verkauf und die Beschrän-kung der Funkmikrofonfrequenzbereiche. Das verdeutlicht folgende Schlagzeile: „dort woKünstler in Stadien, Seebühnen, Opern- und Rock- bzw. Jazzfestivals die Bewegungs-freiheit und örtliche Unabhängigkeit als fixen Bestandteil der Inszenierung betrachtethaben, könnten, so es nach dem Willen einiger Mobilkomunternehmen geht, schon rechtbald wieder Kabelsalat herrschen und starre, eintönige Choreographien die Zuschauervertreiben.“

Rein gesetzlich sind drahtlose Produktionswerkzeuge dem Primärdienst Rundfunk alsSekundärdienst untergeordnet. Somit müssen diese drahtlosen Produktionsmittel, sollteein Primärdienst im Betrieb gestört werden, in einen anderen Bereich ausweichen. Dieswar bei den bisher verwendeten analogen, terrestrischen Rundfunksendern ausreichenderprobt und kein Problem. Um den Fortbestand dieser in Jahren aufgebauten Kompe-tenz zu erhalten, den bundesweiten Kulturbetrieb gleichzeitig aber sicherzustellen arbei-ten das APWPT (ASSOCIATION OF PROFESSIONAL WIRELESS PRODUCTIONTECHNOLOGY) Forum gemeinsam mit Funkmikrofonherstellern an der Umsetzung ei-nes Planes, das verwendete Spektrum bestenfalls weiterhin freizuhalten oder aber einentechnologisch machbaren Weg zu zeigen die bestehende drahtlose Übertragungsqualität,-quantität und Betriebssicherheit auch in den nächsten Jahrzehnten sicherzustellen.

Darüber stellt die Tatsache der Nichtveröffentlichung der Regionen, in denen bereitsdas drahtlose Internet gesendet wird und es deshalb zu erheblichen Störungen kom-men kann, die auf die Funkmikrofone angewiesenen Veranstalter vor unvorhersehbareSchwierigkeiten. Die Telekommunikationsindustrie erwidert, sie könne zwar aus Wett-bewerbsgründen keine Ausbaupläne veröffentlichen, sie „wollen aber den Bühnenvereinund die Betroffenen möglichst vorzeitig informieren“.

Ein weiteres Problem stellen die Kosten der rund 630.000 Funkmikrofone dar, von denenzahlreiche spätestens nach dem 31. Dezember 2015 unbrauchbar werden, da sie nicht fre-quenzflexible einsetzbar sind. Nach Einschätzung des APWPT werden Entschädigungs-zahlungen von mehr als 1 Milliardee fällig. Außerdem sollen nur diejenigen Anspruchauf die Kostenerstattung für die Anschaffung einer Funkmikrofonanlage haben, die dieseim Zeitraum vom 01. Januar 2006 bis 31. Dezember 2009 erworben haben, alle anderen

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nicht.

Wie viel Geld am Ende zur Verfügung stehen wird, entscheidet 2011 allein die Bundes-regierung.

Der Bundesrat hatte am 17. Dezember 2010 einen Entschluss hierzu veröffentlicht. Die-ser fordert, dass sowohl der Erlös aus der Versteigerung der Frequenzen von 790 MHz- 862 MHz zur Deckung der Kosten eingesetzt werde, den Rundfunksendeunternehmen,Sekundärnutzern und Kultur- und Bildungseinrichtungen bzw. den sie tragenden Kom-munen und Ländern aus der notwendigen technischen Umstellung entstehen. Weitersdass vor der tatsächlichen Frequenzvergabe und Nutzung der Digitalen Dividende ei-ne befriedigende Lösung der Störproblematik für drahtlose Produktionsmittel sowie lei-tungsgebundene und nicht leitungsgebundene Rundfunkübertragung aufgezeigt wird unddass diese und weitere Fragen im Benehmen mit den Ländern in einer über das üblicheAnhörungsverfahren hinausgehenden Weise geklärt werden.

Der Bundesrat geht davon aus, dass die in diesem Zusammenhang entstehenden Kostenmit mindestens 700 Millionene zu beziffern sind und kritisiert, dass der Bund diesenKostenansatz in den Verhandlungen mit den Ländern nicht anerkannt hat und lediglichbereit ist, einen Entschädigungsfonds für die bisherigen Frequenznutzer mit maximal 130Millionene auszustatten. Angesichts des für diese Frequenzen erzielten Versteigerungs-erlöses von ca. 4,4 Milliardene hält der Bundesrat diese Summe nicht für angemessen,um die im Bundesrat am 12. Juni 2009 abgegebene Zusage des Bundes zu erfüllen. Am2. November 2010 erinnert der Bundesrat an die Festlegung, dass die aus der Digita-lisierung des terrestrischen Fernsehens resultierende Digitale Dividende in Deutschlandausschließlich den Frequenzbereich 790 MHz bis 862 MHz umfasst. Ein Verzicht aufweitere Rundfunkfrequenzen, der sogenannten Digitale Dividende 2, kommt daher inDeutschland nicht in Betracht, weil es gilt, die Entwicklungs- und Wettbewerbsfähigkeitdes erfolgreichen terrestrischen Fernsehens zu sichern.

33

6.3 Übersicht über die aktuelle Frequenzlage fürFunkmikrofone

6.3.1 Übersicht über die Frequenzbereiche für Funkmikrofone,Tonrundfunk, Telekommunikationsdiensten und sonstige Anwender

In der folgenden Tabelle ist die Frequenzbelegung zwischen 30 MHz und 3000 MHzaufgelistet. Die rot gekennzeichneten Bereiche sind für Funkmikrofone bereitgestellt. ImFolgenden werden die einzelnen Bereiche erläutert.23

Abbildung 6.2: Frequenzverteilung 30 MHz - 1000 MHz

• 32 MHz - 39 MHz

Der Bereich um 32 MHz wird derzeit für drahtlose Mikrofone nicht mehr genutzt. Erdient hauptsächlich Personenführungsanlagen zur Besichtigung von Museen, Stadttou-ren, da zu viele Störungen durch digitale Mischpulte, Effektgeräte und Lichtsteuerungenauftreten. Außerdem sorgen auch in zunehmenden Maße Schaltnetzteile, die Taktfrequen-

2Frequenzbereiche - Norbert Hilbich Sennheiser3www.bundesnetzagentur.de

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zen im MHz-Bereich aufweisen und so das gesamte Kurzwellenband beeinträchtigen, fürProbleme.

Es verursachen auch Energiespar- und Leuchtstofflampen aufgrund von elektronisch ge-regelten Drosseln Störungen, die hauptsächlich durch die Leitungen, mit denen die be-triebenen Geräte miteinander verbunden sind, übertragen werden. Diesen Vorgang be-zeichnet man als konduktive Kopplung.

Eine Möglichkeit diesen Bereich trotzdem für Drahtlostechnik zu nutzen, wäre der Ein-satz von In-Ear-Systemen. Dafür müssten jedoch für diese Systeme eine höhere Leistungals die bis jetzt gesetzlich verordneten, zugelassen werden, damit sie sich gegen die Stör-quellen durchsetzen können. Die Folge wären Überreichweiten in Ballungsgebieten, dadie Gebäudedämpfung in diesem Frequenzbereich niedrig ist.

• 174 MHz - 223 MHz

Digital Audio Broadcasting (DAB) ist ein digitaler Übertragungsstandard für terrest-rischen Empfang von Digitalradio, der in diesem Bereich sendet und so nur partiellenFunkstreckeneinsatz ermöglicht.

• 470 MHz - 606 MHz, 614 MHz - 862 MHz und 863 MHz - 865 MHz

Schätzungen zu Folge arbeiten mehr als 95 Prozent der drahtlosen Systeme in diesemFrequenzbereich, da es im UHF- Bereich wenig Störungen gibt. Aufgrund der höherenFrequenz ist jedoch die Reichweite eingeschränkt und die Gebäudedämpfung kommt zumTragen.

Abbildung 6.3: Frequenzverteilung 1000 MHz - 3000 MHz

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• 1452 MHz - 1477,5 MHz

Nachdem in Deutschland die Digitale Dividende verkauft wurde, teilte man diesen Be-reich 2010 Drahtlossystemen neu zu. In diesem Frequenzbereich ist sowohl die Gebäu-dedämpfung als auch die Körperdämpfung der Signale durch die Akteure signifikant.Beispielsweise sind am körpergetragene Sender aufgrund der unmittelbaren Körpernähenicht zu empfehlen, da es zu Reichweitenproblemen kommen kann. Handsender habenhier gegenüber den körpernahen Sendern- oder Empfängern den Vorteil, dass die Kör-perdämpfung kaum Einfluss nimmt, das die Antenne am Ende des Senders frei strahlenkann.

Anders verhält es sich bei dem Betrieb von In-Ear Monitorsystemen, da die Sendean-tennen frei aufgestellt werden und somit ihre gesamte Leistung ungehindert in Richtungder Akteure abstrahlen können. Die Empfangsantennen an den Akteuren können dieseSignale gut aufnehmen. Es besteht nun die Möglichkeit diesen Bereich für den Betriebvon In-Ear Monitorsystemen zu nutzen, um so den UHF-Bereich um diese Anwendungzu entlasten. Dadurch verbleiben mehr Frequenzen für den Betrieb der drahtlosen Mi-krofone mit der notwendigen Betriebssicherheit.

• 1785 MHz - 1805 MHz

Der Bereich ist reserviert für den Betrieb von Reportagemikrofonen und soll europaweitzur Verfügung stehen.

• 2400 MHz - 2483,5 MHz

Dieser Bereich ist für drahtlose Netzwerke, wie zum Beispiel WLANs freigegeben. Daes auf dem Markt eine Große Anzahl an Geräten gib die hier lizenzfrei senden können,insbesondere auch Anwendungen im Konsumerbereich, ist dieser Frequenzbereich nichtgeeignet für den Einsatz professioneller Drahtlostechnik.

Die arbeitenden Drahtlostechnologien, die in der Tabelle unter Sonstiges aufgeführt sind,lauten:

Amateurfunkdienst, Betriebsfunk, Binnenschifffahrt, Demonstrationsfunk für Bildungs-einrichtungen, drahtlose Kameras, Eisenbahnfunk, Fernmessen - Telemetrie, Flugnaviga-tion, Funkanwendungen der BOS, Funkanwendungen geringer Reichweite, Funknachrich-ten an einen oder mehrere Empfänger, Kurzstreckenfunk, Militär, Modellfernsteuerung,Normalfrequenz, Zeitzeichenfunk, Ortung von Verschütteten, Ortungsfunkdienst überSatelliten, Radioastronomie, Reportagefunk, Rettungsfunk See/Luftfahrzeuge, Richt-funk, schnurlose Telekommunikation, Serviceverbindungen Satelittenfunk, Suchrettungs-dienst, Weltraumwirkfunk, Weltraumforschungsfunk, Wetterdienst, WLAN, Windprofil-messradar

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6.3.2 Fallbeispiel Köln

In der folgenden Tabelle sind die Fernsehsender, die in Köln empfangen werden könnenaufgelistet.4

Kanal Mhz Nutzung Sender Sendestandort21 470 TV ARD-WDR Deutschland22 478 TV WDR Wuppertal Deutschland

ZDF Deutschland23 486 FREI24 494 TV Digitenne- Bouquet 2 Niederlande

HR - Mitte Deutschland25 502 TV WDR Dortmund Deutschland26 510 TV ZDF Deutschland27 518 TV WDR SIEGEN Deutschland

Mobiel TV KPN Niederlande28 526 TV ZDF Deutschland29 534 TV RTL-NRW Deutschland30 542 TV ZDF Deutschland31 550 TV WDR-Bielefeld Deutschland32 558 TV ARD-HR Deutschland33 566 TV SWR-RP Deutschland34 574 TV Digitenne- Bouquet 1 Niederlande

RTL-Hessen Deutschland35 582 TV ZDF Deutschland36 590 TV NRW Mux 1 Deutschland37 598 TV WDR-Aachen Deutschland

ARD-HR Deutschland38 606 FREI39 614 TV BE 1 Belgien40 622 FREI41 630 FREI42 638 Test Mobile 3.0 Deutschland43 646 FREI44 654 FREI45 662 TV WDR-Münster Deutschland46 670 TV WDR-Düsseldorf Deutschland47 678 FREI48 686 TV ARD-WDR Deutschland49 694 TV WDR Köln Bonn Deutschland50 702 TV ARD-WDR Deutschland51 710 FREI

4http://fmscan.org/main.php

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Kanal Mhz Nutzung Sender Sendestandort52 718 TV NRW Mux 1 Deutschland

ZDF Deutschland53 726 TV Pro 7 Sat 1- NRW Deutschland54 734 TV Publieke Omroep Boug. Limburg Niederlande

Pro7 Sat1-Hessen + RP Deutschland55 742 TV Pro 7 Sat 1- NRW Deutschland56 750 TV ARD-SWR Deutschland57 758 TV WDR-Essen Deutschland58 766 FREI59 774 TV ZDF Deutschland60 782 TV ARD-WDR Deutschland61 790 Internet62 798 Internet63 806 Internet64 814 Duplexlücke Digitenne-Bouquet 3 Niederlande

Rhein main Mux Deutschland65 822 Duplexlücke66 830 Duplexlücke digital Belgien67 838 Duplexlücke68 846 Internet69 854 Internet70 862 Internet

Hier wird ersichtlich, dass der vermeintliche Spektrumsgewinn durch die Digitalisierungin Ballungszentren wie Köln nicht vorhanden ist. Die Kanäle 66 und 64 werden nochaus dem Bereich der Digitalen Dividende in den Bereich darunter verlegt. So sind inKöln 56 MHz des Frequenzspektrums frei, die sich aus 7 Kanäle mit jeweils 8 MHzKanalbandbreite zusammen setzen.

6.3.3 Spektrumsanforderungen für Funkmikrofone

Es gilt zu klären, welchen Umfang der für Funkmikrofone zu Verfügung gestellte Fre-quenzbereich besitzen sollte und wie viele drahtlose Mikrofone oder In-Ear-Systeme sichin einem gegebenen Frequenzbereich unterbringen lassen.

Das ist von unterschiedlichen Faktoren abhängig. Zum einen hängt dies von der Qua-lität der eingesetzten Geräte, also vom Intermodulationsverhalten, der Selektivität, dergeforderter Geräuschspannungsabstand usw. ab, zum anderen von den gestellten Anfor-derungen seitens der Nutzer. Um sich einen Überblick zu verschaffen werden die Anfor-derungen in zwei Kategorien geteilt:

• den sehr anspruchsvollen Betrieb von TV-, Theater- und Musicalproduktionen

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• den Normaleinsatz von Bühnenshows oder Präsentationen

Die folgende Tabelle zeigt eine Übersicht des zur Verfügung stehenden Spektrums inMHz sowie die Anzahl der nutzbaren Verbindungen drahtloser Mikrofone und In-Ear-Monitorsysteme für normale und anspruchsvolle Anforderungen. Die Darstellung gehtvon heutigen Standardgeräten aus:

Bandbreite Normale Anspruchsvolle Normale Anspruchsvollein Anforderung Anforderung Anforderung Anforderung

MHz drahtlose Mikrofone drahtlose Mikrofone In-Ear Mono In-Ear Stereo8 10 10 10 716 16 15 12 1024 20 18 14 1232 28 24 18 1340 32 26 22 1448 34 27 24 1556 36 29 26 1764 38 30 28 1872 40 32 30 1980 41 33 31 2088 43 34 32 21

Repräsentiert den aktuellen Qualitätsstandard nicht berücksichtigt sind Weiterentwicklungen im Sinne HD-Content

Dabei fällt auf, dass eine Steigerung des verfügbaren Spektrum keine proportionale Stei-gerung der einsetzbaren Funksysteme zu Folge hat. Der Grund dafür ist das Entstehenvon Summen- und Differenzfrequenzen bei der Intermodulation(siehe Kapitel 4). In die-sem Beispiel wird davon ausgegangen, dass die verfügbaren Frequenzen in einem zusam-menhängenden Bereich betrieben werden. Wenn man diesen gesamten Frequenzbereichin mehrere Frequenzblöcke unterteilt, die einen Abstand von mindestens 24 MHz ha-ben, ist es möglich mehrere Systeme unterzubringen, da die Intermodulationsprodukteausserhalb des genutzten Frequenzspektrums liegen.

Dazu ein kurzes Beispiel anhand der obigen Tabelle:

Steht ein Frequenzbereich zu 3 Blöcken mit je 24 MHz Bandbreite zur Verfügung, dannergeben sich daraus 72 MHz für anspruchsvolle Anforderungen, das entspricht 54 Ver-bindungen.

Steht dagegen ein 1 Block von 72 MHz Bandbreite zur Verfügung, ergeben sich darausnur 32 anspruchsvolle Anforderungen.

Das Resultat sind ein Gewinn von 22 zusätzlich möglichen Verbindungen, d.h. die Ver-teilung auf Frequenzblöcke bietet Vorteile für die effektivere Nutzung des Spektrums.

In den für drahtlose Mikrofone freien Lücken zwischen den 24 MHz Blöcken könnennatürlich andere Systeme betrieben werden, zum Beispiel TV- oder Radiosender. 5

5Frequenzbereiche - Sennheiser Diplomingenieur Norbert Hilbich

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7 Lösungsvorschläge zur Sicherung desFunkmikrofonspektrums

7.1 Frequenzkoordination

Frequenzkoordinatoren sind Programme, die dem Anwender helfen für eine bestimmteAnzahl an Sendern freie und passende Sendekanäle zu finden. Sie bestimmen interferenz-und intermodulationsfreie Frequenzen für eine geplante Veranstaltung, die den Gerätender Akteure zugewiesen werden. Dabei wird auf die örtliche Verfügbarkeit geachtet, umKollisionen mit am Veranstaltungsort bereits aktiven Sendern zu vermeiden. Reportage-teams, die über die Veranstaltung berichten wollen, melden sich vorher an und bekommenFrequenzen zugewiesen.

Der Wireless Systems Managers der Firma Sennheiser durchsucht das Frequenzspektrumnach freien Übertragungskanälen,die eine störungsfreie Übertragung ermöglichen. Dabeihält das System Ersatzfrequenzen für den Fall, dass Sendefrequenzen ausfallen, bereit.

Das System der Firma Sennheiser hat drei Betriebsarten : „Maximale Anzahl von Fre-quenzen“, „Reguläre Betriebsart„ und „Erhöhte Sicherheit„.

Nicht verfügbare Frequenzbereiche können von von herein manuell ausgeblendet werden.Der Schwellenwert zum Empfang von Funksignalen „kann der angezeigten Funksituationentsprechend gesetzt werden, um zwischen größerer Reichweite, d.h. niedriger Schwellen-wert, dafür mehr potentielle Störer, und hoher Frequenzanzahl, d.h. hoher Schwellenwert,aber reduzierte Reichweite, auszubalancieren„.1

Bei gleichzeitigem Einsatz mehrerer Funkstrecken nimmt die Zahl der Störfrequenzendurch Intermodulationsprodukte (siehe Kapitel 4) dramatisch zu. Ein gutes Frequenzma-nagement für alle Funkstrecken, die gleichzeitig zum Einsatz kommen sollen, ist deshalbdie Voraussetzung für den störungsfreien Betrieb einer Mehrkanalanlage.

7.2 Ausweichen auf andere Frequenzbereiche

Eine weitere Möglichkeit zur Inbetriebnahme von Funkmikrofone ist das Ausweichen aufdie neu zugeteilten Frequenzbereiche (Kapitel 6).

1http://www.sennheiser.com/sennheiser/home_de.nsf/root/press_presskits_presskit-professional-wireless_141210_3

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7.2.1 Flexible Funkstrecken - Sennheiser SK 5212-II

Das Modell SK 5212-II von Sennheiser sorgt für flexible Einsatzbereitschaft in unter-schiedlichen Frequenzbereichen. Dies wird durch unterschiedliche Längen der Aufsteck-antennen erreicht, die den von 470 MHz bis 866 MHz abdecken.

Abbildung 7.1: Sennheiser SK 5212-II2

7.2.2 Höhere Frequenzbereiche im UHF Band

In Kapitel 6 wurden bereits neue Frequenzfenster bei 1,4 GHz und 1,8 GHz erwähnt,die Funkmikrofonen zu Verfügung stehen. Es stellt sich aber mit größer werdender Fre-quenz und somit kleiner werdender Wellenlänge das Problem, dass die Dämpfung undAbschattung durch Hindernisse sehr stark ins Gewicht fällt.

Bei der Verdopplung der Frequenz, verdoppelt sich die Luftdämpfung und es kommtzur Vervierfachung der Körperdämpfung von am Körper getragenen Mikrofonen. Damiterscheint die Nutzung dieses Frequenzbereiches mit der vorhandenen Technologie nurdann sinnvoll, wenn zu jeder Zeit eine direkte Sichtverbindung zwischen Sende- undEmpfangsantenne gewährleistet ist.

Das digitale Funkmikrofon XD-V70 der Firma Line 6 beispielsweise arbeitet bei 2,4GHz. Dieser Frequenzbereich ist nicht für Funkmikrofone geschützt, sondern steht auchfür WLANs, drahtlose Kameras und Telemetrieanwendungen usw. frei zur Verfügung.Aus diesem Grund wird dieser Bereich von professionellen Nutzern gemieden, da er keinevollständige Übertragungssicherheut bietet. Es besteht jedoch auch noch die Möglich-keit, drahtlos Dienste wie zum Beispiel In-Ear-Monitoring-Systeme in diesem Bereichanzusiedeln, um den Bereich um 790 MHz bis 862 MHz zu entlasten.

2www.thomann.de

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7.3 Digitale Übertragung

Mittlerweile kann man auch einige digitale Funkmikrofone zu erwerben. Neben den be-reits in Kapitel 4.4 aufgezeigten Vorteilen der Digitalisierung muss erwähnt werden, dasssie nicht für einem Spektrumsgewinn sorgt.

Beispielsweise benutzt das Funkmikrofon DMS 700 der Firma AKG eine Audioabtastungvon 24 Bit und 44,1 kHz. Das entspricht einer Datenrate von 1058kbps, die übertragenwerden muss. Diese ist jedoch viel zu gross für die drahtlose Übertragung, da zur Verhin-derung von Interferenzerscheinungen nur weniger als 200kbps erlaubt sind. Nun werdendie ursprünglichen Daten um den Faktor 5 komprimiert, was jedoch einen Qualitätsver-lust bedeutet, um die erforderlichen 200kbps zu erreichen.

Tonmeister sehen die Audiokomprimierung skeptisch, da für professionelle Anwendungenimmer höchste Qualität gewährleistet sein muss und nicht immer von vornherein klarist, auf welchem Medium eine Produktion beendet wird.

Abbildung 7.2: AKG DMS 7003

Digitale Funkmikrofone sind den analogen aufgrund der Latenz unterlegen. Wird nunmit digitalen Mischpulten, digitalen Endstufen und/oder digitalen Lautsprechkontrol-lern gearbeitet, addieren sich die Latenzen. Dies kann zur Undurchführbarkeit der Ver-anstaltung führen, da je nach Anwendung maximal 4ms bis maximal 10ms Verzögerungabsolute Obergrenze sind. Führt man sich vor Augen, dass der Musiker auf der BühneHören und gleichzeitig Intonieren muss, können ihn Latenzen verwirren und aus demRhythmus bringen.

7.4 Filteroptimierung

Die Hersteller von Funkmikrofonen arbeiten derzeit an der Optimierung der Filter in denverarbeitenden Geräten. Diese dienen der Nebenwellenunterdrückung in den Empfangs-

3www.thomann.de

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geräten. Die Filter sind um ein Vielfaches besser als es von den gesetzlichen Auflagengefordert ist4 . Dadurch lassen sich Intermodulationerscheinungen minimieren und manerreicht eine weitaus höhere Senderdichte und eine effizientere Ausnützung des Spek-trums. 5

7.5 Dynamische Frequenzzuweisungen

Des weiteren wird an der Entwicklung von Geräten gearbeitet, die die vollautomatisiertedynamische Frequenzzuweisung der Funkstrecken steuert. Das bedeutet, dass ein Compu-ter die Übertragung auf einer bestimmten Frequenz überwacht und bei Verschlechterungder Übertragungseigenschaften durch Störeinflüsse die Frequenz dynamisch verändert.Diese Methode befindet sich jedoch noch in der Entwicklung und wird nach der Infor-mation der Firma Sennheiser erst in ferner Zukunft realisiert werden können und hatlaut Sennheiser enorme Kosten zur Folge.6

4persöhnliches Gespräch mit Norbert Hilbich - Industry Team Manager bei Sennheiser5Unveröffentlichter Artikel von Diplomingenieur Norbert Hilbich - Sennheiser6Unveröffentlichter Artikel von Diplomingenieur Norbert Hilbich - Sennheiser

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8 Fazit

Ziel dieser Arbeit war die Zusammenfassung der aktuellen Frequenzlage zur sicherenInbetriebnahme von Funkmikrofonen. Nach der Einführung in die Geschichte der draht-losen Telegrafie, wurde die Funktionsweise einer einfachen Funkübertragung dargestellt.Darauf aufbauend wurden die Anwendungsbereiche und die Grenzen einer Funkstrecken-übertragung erläutert. Anschließend sind die Veränderungen durch die Digitalisierungdes terrestrischen Rundfunks und die sich daraus ergebene neue Situation für Funksys-temanwender aufgezeigt worden. Im letzten Kapitel wurden die verschiedenen Ansätzeder Frequenzbereichsverknappung für Funkmikrofone beschrieben.

Zusammenfassend ist davon auszugehen, dass es im Bereich 790 MHz - 862 MHz zureuropaweiten Nutzung durch die Telekommunikationsdienstleister kommen wird, da ei-ne Vereinheitlichung über die Grenzen hinweg sinnvoll ist. Am Beispiel Deutschlandkommt jedoch ein Problem ans Licht. Zuerst Frequenzbereiche zu veräußern und sichanschließend um die dort tätigen Dienstleister zu kümmern, obwohl weder eine adäqua-te technologische Lösung in Aussicht noch die Kostenfrage für Anwender professionel-ler Drahtlostechnik geklärt ist, erscheint doch sehr fragwürdig. In England wurde dieVergabe der Funkfrequenzen auf einen Zeitpubkt nach den Olympischen Spielen 2012verschoben, da man ein Berichtserstattungschaos fürchtet.

Das bedeutet vorerst, dass die Organisation und Vorarbeit der Veranstaltungen auf-grund der neuen Regelungen zeitaufwändiger und kostenintensiver werden. Wenn aberder Zeitpunkt erreicht wird an dem das Frequenzangebot die Nachfrage unterschreitet,wird es zum Erliegen der Veranstaltungen kommen, die auf diese Technik setzen. Am 31.März titelte die Zeit: „Handy tötet Hamlet!“1 Schon melden sich erste Theater denenes unmöglich erscheint ohne Funktechnologie zu arbeiten und die sich das Umrüsten aufandere Frequenzbereiche bzw. Technologien schlichtweg nicht leisten können.

Das bedeutet: Es ist aufgrund der Ausbreitungseigenschaften des UHF-Bereichs derFunkwellen unbedingt nötig im UHF-Bereich von 470 MHz bis 862 MHz für Funkmikro-fone ausreichend Raum freizuhalten, weil es bis jetzt keine alternative Technik gibt.

In Zukunft werden sich digitale Funkmikrofon- und In-Ear-Systeme mehr und mehrdurchsetzen. Die Grundlage dafür sind jedoch die Erhöhung der Geschwindigkeit derAnalog-Digital-Umsetzung zur Verringerung der Verzögerungszeit des Signals bei nied-rigerem Stromverbrauch und die Handhabung der Datenmengen des zu übertragendenAudiosignals. Die meisten Funkstrecken sind mit bis zu 2 mal 1,5 Volt Batterien aus-

1DIE ZEIT Nr.14 31. März 2011

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gerüstet. Um aber eine latenzfreie Übertragung zu erreichen, ist also eine viel größereBatterie notwendig. Diese ist jedoch viel zu unhandlich und für realistischen Einsatz. 2

2persöhnliches Gespräch mit Norbert Hilbich - Sennheiser

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