19 KHz Pilotton als Identifikationskriterium

[peeraxel]

Ich kam gerade auf die Idee, die Samplefrequenz der Soundkarte für den Einsatz mit der freien SpecLab-Software mit dem 19 KHz-Pilotton zu kalibrieren (unter Options->Audio I/O). Eine tolle Referenz - die Abweichungen verscheidenster Sender sind minimal. Um die (zunächst unkalibrierte) Peak-Frequenz links im Fenster anzuzeigen, muß man den Peak-Kasten anklicken, dann den Bereich im Umfeld der Peak-Frequenz groß wählen ("peak at "+str("###0.00 Hz",peak_f(18000,19650))), "Quick Settings" und "Broadband Display 48 KHz" einstellen und natürlich einen Empfänger benutzen, der das Signal nicht unterdrückt.

Dann begann ich aber, die Abweichungen doch mal näher zu untersuchen - und das erschließt ein neues, abstraktes DX-Feld. Hat jemand das schon mal untersucht? Programme desselben Standorts haben oft verschiedene Pilottöne. Wenn kleinere Repeater das Audiosignal 1:1 übernehmen, ist er natürlich gleich - so wäre der umgekehrte Fall ein Ausschlusskriterium, um Ballempfang zu erkennen. Oder wird der Pilotton evtl auch über Standleitung zugespielt? Über DVB-Satellit wohl nicht, einige Stichproben ergaben, dass die Audiosignale meist deutlich bei 15 KHz abgeschnitten werden.

Der Ton kommt schon bei verrauschten Signalen gut durch - insofern könnte er ein Identifikationskriterium sein, wenn er über lange Zeit konstant bleibt.

Es gibt bei Abweichungen von bis zu 6 Hertz untereinander (s.u.), die meisten Stationen sind aber in einem Kernbereich von 1 bis 2 Hertz Breite. Das Signal einer einzelnen Station schwankt meist nur um 0,02 Hz, manchmal aber auch um 0,2 Hertz innerhalb einer Sekunde und bleibt ansonsten recht konstant. Die Schwankung ist evtl. auch Verzerrungen verschuldet. Beim 30K-Filter wird die Messung schwieriger, ist aber noch möglich.

Die Frage ist natürlich, ob die Offsets über einen langen Zeitraum gleich bleiben. Damit verbunden: wie kommen sie zu Stande: Netzfrequenz (wahrscheinlich nicht,weil unterschiedlich bei demselben Standort), Temperatur (hoffentlich nicht), Zufall?
Willkürlich habe ich mal 100,2 MHz Bungsberg als Referenz für 19000,000 Hz genommen. Hier einige Ergebnisse:

87.7 NDR Info Flensburg 18999,95
87,9 NDR Info Heide 18999,77
88,1 DR1 Aarhus 18999,00
88,3 NWR Bremen 18999,84
89 DR1 Fyn 18997,90
90,7 DR3 Vejle 18998,93
91,5 MDRLife Brocken 18999,68
94 DR4 Vejle 18998,64
95,5 DR1 Vejle 18995,15 (!)
95,7 NDRK Kiel 18999,82
96,7 FhE Bremen 18999,84
97,5 DR4 Naestved 18997,3
98,1 NDR2 Aurich 18999,89
98,3 NDR2 Kiel 19000,23
99,4 NDRK Heide 18999,94
99,6 DR3 Naestved 18994,50 (der Ausreißer!)
102,1 DR2 Rangstrup 18999,90
102,8 NDRInfo Marlow 19000,32 (Rekord!)
103 DR2 Aarhus 18992,88
103,3 DLF Flensburg-Fw 19000,05

89,3 RB1 Bremerhaven 18999,89
93,8 RB1 Bremen 18999,89 (!)

98,8 // 105,2 OK Westküste Husum und Heide, beide 18999,82
101 DLR Husum 18999,14

90,1 // 102,6 // 107,6 // 107,8 Radio Mojn, alle 18999,72

94,5 Njoy Kiel 19000,19
94,9 Njoy Heide 19000,19
93,7 Njoy Husum 19000,19
91,0 Njoy Flensburg 19000,19
aber:
91,5 Njoy Süderlügum 18999,98
95,6 Njoy Sylt 18999,86

101,4 RSH FL-Freienwill 18999,86
102,4 RSH KI 18999,70
102,9 RSH Kisdorf 19000,13
103,8 RSH 18999,95

89,3 TV2R Rangstrup 18999,81
98,9 TV2R Sonderburg 18999,81
106,6 TV2R Sydals 18999,81
aber 103,9 TV2R Naestved 18999,91-97

92 Nora Husum 18999,76
94,1 Nora Garding 18999,76
96,9 Nora Heide 18999,76
aber: 92,4 Nora Schleswig 18999,84
93,6 Nora Rendsburg ca. 19000,5
101,1 Nora Kisdorf 18999,97
98,1 Nora Bredstedt 18999,88
88,5 Nora Flensburg-Wassersleben 18999,75 (FL wahrscheinlich seperat)

mal sehen wie die Werte in ein paar Tagen aussehen...

[Alqaszar]

Ist in der Norm, in der UKW festgelegt ist -- weiß grade nicht, welche das ist -- nicht auch die Toleranz für den Pilotton festgelegt?

[TheSpirit]

Nein, der Pilotton liegt bei 19 kHz und nirgendwo anders! Da gibts auch keine Abweichungen!

[WiehengeBIERge]

Nein, der Pilotton liegt bei 19 kHz und nirgendwo anders! Da gibts auch keine Abweichungen!

Sicher ist er so festgelegt. Aber ohne Abweichunungen ist es praktisch kaum möglich einen 19 KHz Ton zu generieren, der auf mehrer Stellen hinterm Komma genau ist. Das ist aber auch wirklich völlig egal, ob er nun 0,2 Hertz zu hoch oder zu niedrig ist, das merkt weder der Empfänger noch das menschliche Ohr (vorausgesetzt, der Ton würde nicht weggefiltert ). Die meisten Radios machen auch bei deutlich größeren Abweichngen noch "stereo auf".
Ein 19 KHz Quartz gibt es soweit ich weiß gar nicht, es wird in den meisten Fällen in Stereocodern von einem Quartz mit viel höherere Frequenz heruntergeteilt, bis man die 19 kHz hat oder mit einer PLL gearbeitet (Quartzfrequenz herunteteilen und vergleichen mit einen freischwingenden Oszillator, wie bei PLL Tunern oder Sendern).
Alternativ statt einem Quarz gibt es auch Keramik-Resonatoren.
Und beide haben einen gewissen Toleranzbereich, Quarze einen kleineren und Keramik-Resonatoren einen etwas größeren.

Eine Toleranz gibt es eigentlich fast immer in der Elektronik, ohne (geringfügie) Abweichungen ist das meiste gar nicht machbar oder nur mit übertrieben hohem Aufwand machbar.

[Chris_BLN]

Der Pilotton wird erst am Sender erzeugt. Dabei kann es zu den üblichen Abweichungen kommen, die Quarzoszillatoren nunmal so haben (ja, auch aufgrund von Temperaturschwankungen). Heute dürften das alles quarz-verriegelte PLL-Schaltungen sein, bei denen ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) auf 19 kHz arbeitet und mit einer entsprechend heruntergeteilten Quarzreferenz verglichen wird. Da können schonmal einige Hertz Abweichung drin sein, die allerdings recht langzeitstabil. Kurze Abweichungen (Jitter) sind auch möglich, da die "Verriegelung" mit der Quarzreferenz halt nur in jedem Nulldurchgang erfolgen kann, also bei 19 kHz nur alle 1/(2*19 kHz) = 26 µs. Dazwischen läuft der Oszillator 26 µs lang "frei", ist aber entsprechend stabilisiert, daß er nicht gleich wegläuft. Wieviel Abweichung erlaubt ist, sollte tatsächlich in den Specs stehen, die habe ich aber nicht zur Hand.

Das Signal, das dem Senderstandort zugespielt wird, kommt entweder über analoge Standleitung als reine NF (so ist es noch bei einigen kleineren Standorten und Anbietern der Fall, das Hamburger Lokalradio weigert sich z.B. erfolgreich, auf eine MPEG-Verbindung zu gehen, weil sie eben löblicherweise weiterhin in HiFi senden wollen), über digitale Leitung linear (also als eine Art "Wave", mit 48 kHz Samplefrequenz, oft mit 2-MBit-Leitung) oder datenreduziert nach MUSICAM (MP2) über Einzelleitungen (T-Systems offeriert Standard-Leitungen mit 128, 192 und 256 kbps, wovon sich letztlich nur 256 oder allerhöchstens 192 für diesen Zweck anbieten). Auch möglich: eine breitbandigere Digitalverbindung, in der ein ganzer Multiplex von Programmen datenreduziert übertragen wird. Der MDR führt die Hauptsender z.B. über so ein Verfahren zu, da liegen AFAIR alle MDR-Programme mit 384 kbps vor. Sputnik ist damit an allen Standorten schon immer vorhanden gewesen - man müßte nur eine Adresse ändern und statt Jump...
Wird über Satellit zugeführt, ist es halt MPEG mit 192 kbps (DLF, D-Radio via SCPC) oder die von uns selbst abhörbaren Feeds der ARD (320 kbps, zukünftig z.B. für MDR Info, wenn ADR weg ist) und z.B. 192 kbps bei Radio Top40, die inzwischen komplett auf Sat-Speisung umgestellt haben und seitdem an allen UKW-Standorten dynamisches RDS mit Titelanzeige via DVB-Radiotext bieten. Die dazu nötigen Umsetzer von Profline (hier als Receiver mit Datenausgang bzw. hier gleich mit UKW-Modulator nebst kompletter RDS-Umsetzung) holen das alles vom Himmel und setzen es normgerecht um.

Pilotton ist da bei keiner Übertragung mit dabei! Der wird immer am Senderstandort erzeugt, denn er muß phasenstarr mit dem ebenfalls für Stereo benötigten 38-kHz-Hilfsträger sein (jeder zweite Nulldurchgang muß zusammenfallen). Der Hilfsträger wird genutzt, um das Seitensignal (L-R) in AM zu modulieren (um eben diese 38 kHz als Mittenfrequenz), er selbst wird dann aber beim Zusammenmischen des Multiplexes unterdrückt. Der Empfänger erkennt anhand der 19 kHz die Stereo-Ausstrahlung, generiert mit einem internen Generator den 38 kHz-Hilfsträger selbst neu (deshalb muß er phasenstarr zu 19 kHz sein, die dabei als Referenz genutzt werden), ergänzt und demoduliert damit das Seitensignal (L-R), matriziert dann Monosignal (L+R) und Seitensignal: (L+R) + (L-R) = 2L, (L+R) - (L-R ) = 2R und erhält somit die Stereokanäle. RDS residiert übrigens auf dem dreifachen der 19 kHz (57 kHz), auch das wird aus der 19-kHz-Referenz im Sender synchronisiert.

Im Senderhaus stehen somit:

Satreceiver bzw. Codec an Standleitung mit analogem Stereoausgang (XLR) und Datenausgang für RDS
oder
analoge ankommende Stereo-Leitung

In einigen Fällen folgt dann ein Audioprozessor (z.B. Orban Optimod), der direkt am UKW-Standort den bekannten Soundbrei erzeugt. Oft stehen die Kisten aber im Technikraum des Programmveranstalters - für jede Regionalisierung ein eigener.

Dann folgt der Stereo-Coder, der links + rechts zu mono zusammenmischt (L+R) und das Seitensignal (L-R) bildet, einen 19-kHz-Ton erzeugt, ihn verdoppelt und verdreifacht. Die 38 kHz werden mit (L-R) moduliert und anschließend die 38 kHz unterdrückt sowie auf 57 kHz die RDS-Daten aufmoduliert: statische, wenn nichts dynamisches zugeliefert wird oder halt dynamische aus digitalen Standleitungen bzw. von Satellit.

Dann liegen vor:

Mono-Signal 30 Hz - 15 kHz
die beiden Seitenbänder der AM-Modulation um 38 kHz mit unterdrücktem Träger 23-53 kHz
RDS 57 kHz

und werden zusammengemischt und auf den eigentlichen FM-Modulator (Steuersender) gegeben. Der liefert dann das, was wir kennen: monokompatibles FM-Stereo nach dem Multiplexverfahren.

Eine exotische RDS-Zuführung aus analogen Zeiten war das MADAT-System von Mandozzi, das knapp unterhalb 15 kHz die RDS-Daten im Tonspektrum versteckte und somit für dynamisches RDS keine separate Datenleitung benötigte. SWF 3 führte AFAIR so sein RDS zu.

Das Abschneiden der Audiosignale bei 15 kHz bereits auf der Zuführung hat damit zu tun, daß da das Signal aus dem Optimod oder Omnia-Audioprozessor anliegt. Die schneiden bei 15-16 kHz ab, oft schon deshalb, weil sie intern nur mit 32 kHz arbeiten. Das Abschneiden der Anteile >15 kHz ermöglicht zudem eine geringfügig höheren Aussteuerung des verbleibenden Restes, ohne den zugelassenen Hub (75 kHz) und die Multiplexleistung zu überschreiten. Derart bandbegrenzte Leitungen weisen immer auf Soundprocessing hin. Ausnahme: SR, MDR und RBB - die haben auf DVB das volle Spektrum aufgeschaltet.

Ballempfang mit simplem Umsetzen der empfangenen Fequenz durch zweimaliges Mischen läßt freilich das komplette Spektrum gleich, inklusive Pilotton und RDS.

Was aber sehr interessant ist: der teilweise extrem unterschiedliche Hub des Pilottons. Schaut euch mal die Programme des Berliner Fernsehturm an: ich finde da von Pilotton kaum erkennbar bis Pilotton mit voller Kracht im Spektrum alles. Und das wundert mich schon etwas...


Gruß in die Runde

[Thomas R.]

Eine exotische RDS-Zuführung aus analogen Zeiten war das MADAT-System von Mandozzi, das knapp unterhalb 15 kHz die RDS-Daten im Tonspektrum versteckte und somit für dynamisches RDS keine separate Datenleitung benötigte. SWF 3 führte AFAIR so sein RDS zu.

Gab es bei anderen Rundfunkanstalten denn zu der Zeit schon digitale Zuführungen? Ich erinnere mich an dynamischen RDS-Text bei SDR 3 um 1997 herum (zumindest Sendungs- und Moderatorname wurden übertragen, Musiktitel eher nicht). Oder lief es beim SDR nach dem gleichen System?

Ballempfang mit simplem Umsetzen der empfangenen Fequenz durch zweimaliges Mischen läßt freilich das komplette Spektrum gleich, inklusive Pilotton und RDS.

Interessant ist, dass mein Satellit 700 große Mühe hat, bei der 97.8 von BFBS R1 vom Sender Bonn-Venusberg auf Stereo zu schalten. Ich muss meist durch geringfügiges Verstimmen nachhelfen. An der Signalstärke kann es nicht liegen, es sind nur 1,5 km Luftlinie zum Sender. Das Signal wieder per Ballempfang aus Langenberg zugeführt, von dort bekomme ich aber sofort Stereo.
Das Problem habe ich bei keinem anderen Programm.

[Chris_BLN]

Gab es bei anderen Rundfunkanstalten denn zu der Zeit schon digitale Zuführungen?

Die Frage muß ich leider unbeantwortet lassen. Keine Ahnung...

Interessant ist, dass mein Satellit 700 große Mühe hat, bei der 97.8 von BFBS R1 vom Sender Bonn-Venusberg auf Stereo zu schalten. Ich muss meist durch geringfügiges Verstimmen nachhelfen. An der Signalstärke kann es nicht liegen, es sind nur 1,5 km Luftlinie zum Sender. Das Signal wieder per Ballempfang aus Langenberg zugeführt, von dort bekomme ich aber sofort Stereo.

Spontaner Deutungsversuch: Filterverstimmung im "Ballempfänger", der möglicherweise eine einfacher gebaute Umsetzerkassette ist, wie sie auch in Kabelkopfstationen Verwendung findet. Das ZF-Filter könnte knapp neben der runtergemischten Mittenfrequenz liegen und das FM-Signal etwas beschneiden. Eine andere Deutung dafür habe ich erstmal nicht...

[Nordlicht2]

Wie siehts eigentlich mit dem RDS 'Pegel' aus der ja hier in Deutschland im Vergleich zu z.B. Danmark oder Polen sehr schwach ist. In schlecht versorgten Gebieten bleibt der Tuner oft auf der letzten Frequenz haengen obwohl man manuell sehr wohl schon eine brauchbare Frequenz findet. Auch wuerde mehr RDS Signal Pegel bei dynamischen RDS was bringen.
Gibts hier in Deutschland irgend ne Regulation des RDS Pegels oder warum ist der hier so schwach?

[Thomas R.]

Ich denke, es wird nur eine Regulation über den Gesamthub geben. Also die "menschenverständliche" Modulation plus RDS, ARI etc. Nicht aber für RDS alleine. Einige wenige Programme, die ihre Sender in Eigenregie betreiben, fahren auch einen deutlich höheren Hub. So z.B. das Uniradio in Bonn. Deren RDS-Hub toppt alles, was ich bisher (bewusst) erlebt habe. Ein deutlich verrauschtes Monosignal reicht aus und der RDS-PS wird angezeigt. Aber man sieht die technischen Seiten dort wohl sowieso eher locker, denn der PI-Code "ABCD" ist sicher auch nur ein Scherz...

[Habakukk]

Antenne Bayern in München (101,3 MHz) hat auch einen deutlich höheren RDS-Hub. Auch hier: Monosignal mit Aufrauschern reicht bereits für die RDS-Kennung. Das kenne ich sonst nur von tschechischen Sendern so extrem.

[peeraxel]

@Chris
Vielen Dank für die ausführliche Erklärung - vorher hatte ich eine noch etwas ungenauere Vorstellung, jetzt blick ich durch.

Die oben gelisteten MPX-Frequenzen scheinen übrigens wirklich stabil zu sein. Das könnte vielleicht sogar eine zusätzliche Spalte in FMLIST werden - schließlich lässt sich der 19KHz-Ton besser auswerten als ein RDS-Signal.

Fragt sich nur, wo man eine Referenz finden kann, die es erlaubt, die Soundkarte auf 1/100 Hz zu kalibrieren. Evtl. DCF77 oder andere Zeitzeichensender? Bisher sind die Messungen ja nur relativ zueinander.

[Habakukk]

@peeraxel:
Die z.T. gleichen Abweichungen von Sendern derselben Kette scheinen dann ja relativ eindeutig auf Ballempfang hinzudeuten.
Ich finde das Thema sehr interessant und werde heute abend auch mal paar Messungen machen. Schade, dass wir so weit voneinander entfernt wohnen, sonst hätten wir die gleiche Referenz nehmen können. Mein nördlichstes Angebot bei Nicht-Tropo-Empfang wäre der Gr. Feldberg mit z.B. hr3.
Aber vielleicht findet sich ja tatsächlich eine Universal-Referenz.

[peeraxel]

Sich auf irgendeine Referenz zu einigen, ist ja nicht schwer. Da kann man ja auch den Abstand zweier eindeutig bestimmter Mittelwellenträger nehmen (9 oder 18 KHz).

[catperson]

Ist in der Norm, in der UKW festgelegt ist -- weiß grade nicht, welche das ist -- nicht auch die Toleranz für den Pilotton festgelegt?

In der RDS-Norm ist die Toleranz für den 57 kHz-Träger mit 6 Hz festgelegt, woraus sich für den 19 kHz Träger eine Toleranz von 2 Hz ergibt.

Wie siehts eigentlich mit dem RDS 'Pegel' aus der ja hier in Deutschland im Vergleich zu z.B. Danmark oder Polen sehr schwach ist.

Für den RDS-Hub gibt es einen zulässigen Bereich. Leider habe ich die Zahlen nicht im Kopf. Die deutschen Sender bewegten sich immer am unteren Ende dieses Bereichs, weil einfache ARI-Empfänger das RDS-Signal als ARI-Signal mißdeuten könnten. Eigentlich hat sich das Problem mit der ARI-Kompatibilität mittlerweile erledigt. Es scheint nur Keiner auf die Idee gekommen zu sein, den RDS-Hub entsprechend anzupassen. Bei Klassikprogrammen hält man den Pegel außerdem niedrig, um mögliche Störgeräusche zu minimieren.

Ich denke, es wird nur eine Regulation über den Gesamthub geben. Also die "menschenverständliche" Modulation plus RDS, ARI etc.

Die gibt es zusätzlich auch noch.

Fragt sich nur, wo man eine Referenz finden kann, die es erlaubt, die Soundkarte auf 1/100 Hz zu kalibrieren.

Ich meine mal gelesen zu haben, daß die Synchronisation der beiden HR-Mittelwellensender über den Stereopilot von HR1 realisiert wurde. Keine Ahnung, ob das noch so ist. Wenn das noch so ist, dürfte sich dieser Sender als Referenz eignen.

Catperson

[Habakukk]

So, ich gebe euch mal die Werte wieder, so wie sie mir vom Speclab angezeigt werden, d.h. ohne irgendeine Referenz:

Bayern 2 Wendelstein/Hochberg/Reit im Winkl/Hohenpeißenberg/Untersberg/Tegernseer Tal/Grünten/Gelbelsee/Hühnerberg/Brotjacklriegel
19000.85
Offenbar hängen all diese Sender am Wendelstein als Muttersender. Reit im Winkl macht m.W. Ballempfang vom Hochberg. Der Hochberg müsste demzufolge Ballempfang vom Wendelstein machen. Bei Gelbelsee und Grünten ist der Wert gemittelt, da der ermittelte Peak umso mehr schwankt, je schwächer oder verzerrter der Empfang ist. Nachtrag: Gelbelsee kommt mittlerweile in RDS-Qualität, der Wert stimmt exakt mit Wendelstein überein.

Bayern 2 Ismaning
19000.96

Bayern 1 Wendelstein/Hochberg/Reit im Winkl/Hohenpeißenberg/Brotjacklriegel
19001.06

Bayern 1 Grünten
19000.88

Bayern 1 Ismaning
19000.80

Bayern 1 Dillberg
19000.98

Bayern 4 Wendelstein/Hochberg/Reit im Winkl/Tegernseer Tal/Untersberg/Brotjacklriegel/Gelbelsee
19000.83

Bayern 4 Grünten
19000.85

Bayern 4 Hohenpeißenberg
19000.46

Bayern 4 Ismaning
19001.12

Bayern 3 Wendelstein/Hochberg/Reit im Winkl/Hohenpeißenberg/Hühnerberg/Tegernseer Tal
19000.90

Bayern 3 Ismaning
19000.85

DLF
100,1 Brotjacklriegel 19000.84, 100,3 Högl 19000.95

Deutschlandradio Kultur
88,3 Traunstein 19000.85, 96,2 Rosenheim 19001.35, 100,0 Augsburg ca. 19001.24

SWR 1
95,1 Aalen 19000.73

SWR 2
91,1 Aalen 19000.85

SWR 3
98,1 Aalen 19000.71

Eigener Minisender
19001.61