Imst 28. Feber 2014 OE7FMI OE7BSH -...

1D-STAR Vortrag für ADL 714 / Oberland OE7BSH / OE7FMI

28.2.2014

28. Feber 2014

OE7FMI

OE7BSH

28.2.2014

Kurze Historie bis heute

Technische Parameter (HF)

Verbreitung

28.2.2014

D-STAR Historie2004 Vorstellung durch ICOM, Erste Geräte.2005 ICOM – DSTAR Repeater erhältlich.. Reine „ICOM-Welt“. Zu Beginn nur ICOM-Relais verlinkbar („US-Trust“). Später: „DPLUS“ – Reflektorfunktion hinzu (REF) .2009 Funkamateure beginnen selbst zu entwickeln:.. Hard- und Software (für Hotspots & Eigenbaurelais). Callsign/Relaisrouting außerhalb US-Trust (ircdbb). Neue Konferenzserver (Reflektoren) und „Dashboards“. Xreflektor(XRF), ab 2012 Umstellung auf DCS-Reflektoren. CCS-Routing mit DMTF ergänzt/ersetzt das ircddb-Routing. Erste Versuche in OE7 (2012, G4KLX Soundkartenhotspots).2013 D-STAR Start in OE7 (Spätstarter im vgl. zu Ost-OE)

28.2.2014

D-STAR: Bandbreite 6.25 kHz (12.5 kHz Kanalraster) Standard-Hub (+/-) 1200 Hz

D-STAR GMSK (F7W) vgl. Analog FM (F3E) -30db /11khz -55db/14khz -30 db / 18 kHz

28.2.2014

D-STAR: Basisbandsignal (Spektrum und Wellenform) (01010101 = 2400 Hz Sinus, andernfalls Sinusunterbrechung)

2400Hz peak mod, Framedauer 20ms (50 Hz Sprach-Framerate) Beachte: Niederfrequenzanteil -> Frequenzgang ZF bei Selbstbau, 9k6 ≠ 9k6

Datenrate: 4k8 (2k4 Sprache + 1k2 Viterbi-FEC + 1k2 für Daten) / F7W

28.2.2014

GMSK: Bandbreitenschonende Sonderform der FSK-Mod (Träger-Frequenzumtastung mit flachen Flanken)

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Codec: AMBE Chip/Vocoder

Die Sprache (NF) wird gesampelt (A/D Wandlung), encodiert (AMBE), und der resultierende Stream mit GMSK moduliert.

28.2.2014

Systemverbreitung (Digitale Sprache VHF/UHF)

1. D-STAR (meist verbreitetes System)2. DMR (Hytera und Mototrbo Relaisverbünde)3. APCO P254. TETRA5. Teststellungen und diverse (z.B.: FreeDV)6. Neues Yaesu System C4FM (mit Mixed-Repeatern)

Alle zueinander inkompatibel.(unterschiedliche Modulations- und Mux-Verfahren, BandbreitenCodecs (Vocoders) und Datenprotokolle im Einsatz.

Allerdings hat jedes System auch seine eigenen Vorzüge.Ob und welche Brücken geschaffen werden ist weiterhin unklar.

Stand 02/2014

28.2.2014

Modulation der weiteren Technologien(Auszug)

FM analog z.B. DMR/motorbo, Hytera z.B. Yaesu C4FM FM 4-FSK mit TDMA 4-FSK mit FDMA

2 Zeitschlitze für Voice+Daten 2 unabhängige QSO oder doppelte Voice Qualität

oder doppelte Datenrate (2x 6,25 kHz)Weitere TDMA-Beispiele GSM: GMSK mit TDMA

8 Zeitschlitze (200kHz Bandbreite)

TETRA: 4QAM, 16,QUAM etc mit TDMA4 Zeitschlitze (25 bis 150 khZ je nach Mod.)

28.2.2014

Mehrwert

Wie wird man QRV

Was wird benötigt

28.2.2014

Mehrwert D-STAR / Digital

• Kein Rauschen• Einbindung in Reflektoren (Zusammenschaltungen)• Österreich, Welt: Neue QSO-Partner

• Kein QRM

• Übertragung von Zusatzinformationen, z.b.: GPS

• Call sign routing• Für „Antennengeschädigte“

GPS Daten am Handgerät ->

28.2.2014

Wie wird man in D-STAR QRV?

• OM: D-STAR Handfunk/Mobilgerät (ICOM)

• Oder eine Dongle- bzw. Board-Lösung

• Relais oder Hotspot (Simplex-Einstieg) in der Nähe

28.2.2014

Vernetzung – Die DCS Reflektoren

oder via HAMNET Funkstrecken

REFLECTOR (DCS009 steht in OE1)

UP4/DVRPTR +9k6 Gerät als HOTSPOT

z.B.: ICOM-RelaisUP4DAR-RelaisDVRPTR-RelaisG4KLX Relais

ICOM ID-51

UP4/DVRPTR +9k6 Gerät

28.2.2014

Vernetzung – Die DCS Reflektoren Für jedes Land gibt es einen sogenannten „DCS-Reflektor“. Damit werden Relais, Simplex-Hotspots etc… zusammengeschaltet.z.B.: der DCS001 für Deutschland oder der DCS009 für Österreich

Jeder Reflektor verfügt zudem noch über die Räume A bis Z. User können die Relais/Hotspots per HF fernsteuern oder vom Reflektor trennen.

28.2.2014

Vernetzung – Die DCS Reflektoren

Beispiel: Aufteilung der Räume im Reflektor von DL (DCS001)In OE ist der Standardreflektor der DCS009B (Raum B)Raum Z ist in der Regel ein „Papagei“ (Aussendungen testen)

http://xreflector.net/

28.2.2014

UP4DAR(durch Funkamateure entwickelt, Alternative zu ICOM)

28.2.2014

Modi UP4DAR: IP Reflector (Anbindung direkt ans Internet oder HAMNET)

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Modi UP4DAR: IP Reflector (Anbindung direkt ans Internet oder HAMNET)

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Modi UP4DAR: Modembetrieb (Funkbetrieb auf HF mit 9k6 fähigem TRX)

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Modi UP4DAR: Hotspotbetrieb (Simplexeinstieg zu Internet ans Reflektorsystem)

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Modi UP4DAR: als Repeatercontroller (Repeater mit optionaler Anbindung ans Reflektorsystem)

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DVRPTR-Board (hier V1)(durch Funkamateure entwickelt, ebenfalls Alternative zu ICOM)

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DVRPTR-Board(Konfiguration über Windows)

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DVRPTR-Board(Pegeleinstellungen über Windows)

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DVRPTR-Board mit Raspberry Pi

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D-STAR-Vortrag OV714 28.2.2014

DVRPTR-Board(mit WLAN Erweiterung)

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DV Dongles-Board(für D-STAR)

28.2.2014

ICOM-Geräte – Handgeräte (Auswahl ab 2006)

IC 91 IC92 ID 31 ID512005 2006 2011 2013

28.2.2014

ICOM-Geräte – Mobil- und Feststationsgeräte

ID-E880 IC2820 IC-7100(2009) (2006) (2013)

ID-1 (nur 23cm, 2005) ID-5100 (2014) IC 9100 (2012)

28.2.2014

Projekt digitale Sprache in OE7 (D-STAR Standorte)

28.2.2014

Repeaterlist in ICOM Geräten

28.2.2014

PauseDann: Praxisbetrieb

28.2.2014

Praxisbetrieb

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Mitgesendete Daten und ihre Bedeutung

UR: (URCALL)RPT1: (angesprochener RPT) RPT2: (angesprochenes Gateway)MY: (mein Call + opt. Extension)

TX Message: (Infotext wie Name/QTH)

GPS Daten (optional)

28.2.2014

● Mikrofon-Übergaben wichtig● Kein „Stereo“ (Doppeln)● Trotz TX-MSG: Nennung Rufzeichen● Längere Umschaltpausen● „Kunstpause“ vor und nach Sprechen● Ganzer Reflektor hört mit, sofern eingebucht● Optional: „Einbuchen“ für CCS

Betriebstechnik

28.2.2014

PRAXISBETRIEB

LIVE Vorführung SIMPLEX /HOTSPOT

UR: CQCQCQRPT1: (frei lassen / keine Auswertung) RPT2: (frei lassen / keine Auswertung)MY: OE7ERJ / ID51

TX Message: Erwin / Zams

GPS Daten (optional einschalten)

28.2.2014

PRAXISBETRIEB

LIVE Vorführung RELAIS

UR: CQCQCQRPT1: OE7XGR B RPT2: OE7XGR GMY: OE7ERJ

TX Message: Erwin unterwegs

GPS Daten (optional einschalten)

Modulbuchstabe

A 23cmB 70cmC 2mD Dongle (HAMNET od. Internet)E 10m

Hinweis: Die Einstellungen speichert man sich einmal im Gerät ab. Bleibt RPT2 leer, leiten manche Relais nicht zum Reflektor weiter.

28.2.2014

Reflektorsteuerung mit URCALL-FeldFernsteuern eines Relais / Hotspots

UR: _______U (7 Leerstellen+U)

-> bedeutet „Unlink“ (Relais wird lokal)

UR: DCS009BL

-> bedeutet „Link“ mit DCS009 Raum B

Jeweils 1x kurz PTT drücken löst die Funktion aus. Die Befehle speichert man einmalig für zukünftige Schnellaufrufe im Funkgerät ab.Nach dem Befehl erfolgt i.d.R eine Bestätigung des Relais (z.B. als Sprachansage)

28.2.2014

Reflektorsteuerung mit DTMFFernsteuern eines Relais / Hotspots

DTMF – Folgen: 0 oder 00: fragt den aktuellen Linkstatus des Relais (Info) ab

# trennt die aktuelle Verbindung (unlink)

D902 verbindet mit DCS009B

PTT drücken und DTMF-Folge eingeben. Die Tonfolgen speichert man sich ggf. einmalig für zukünftige Schnellaufrufe im Funkgerät ab.Die Fernsteuerbefehle sind als Hilfestellung auch via http://xreflector.net/ in der Group-Info gelistet. Nicht alle Relais unterstützen schon diese Fernsteuervariante.

28.2.2014

Vernetzung – Die DCS Reflektoren Für jedes Land gibt es einen sogenannten „DCS-Reflektor“. Damit werden Relais, Simplex-Hotspots etc… zusammengeschaltet.z.B.: der DCS001 für Deutschland oder der DCS009 für Österreich

Jeder Reflektor verfügt zudem noch über die Räume A bis Z. User können die Relais/Hotspots per HF fernsteuern oder vom Reflektor trennen.

28.2.2014

Verbesserungspotential

Herausforderungen

28.2.2014

Problemstellungen an D-STAR

Verständlichkeit leidet etwas aufgrund der 6kHz mit GMSK (nur 3k8 für Sprache) Schmalbandbetriebsart

– Hohe Dynamikkompression der NF / geringer Dynamikumfang der NF-Geringere Samplingrate der NF (Ziel: Schmalbandbetrieb – Spektrum sparen !)- Frequenzumfang der NF, AMBE Komprimierung, um auf 4k8 zu kommen. Daraus resultiert: Fallweise schlechte Silbenverständlichkeit.

Weiters:– Digital: geht/geht nicht, anders als FM (Umgewöhnung beim Betrieb) -„Doppeln“ im Reflektorsystem (könnte durch Reflektorsysops anders gelöst werden, Lösungsansätze sind vorhanden)

-Es sind Fehlimplementierungen im Umlauf, die „Gurgeln“ produzieren ohne das es nötig wäre sowie Hardware welche die Symbolrate/Sync nicht sauber einhält (+/-)

-Nicht immer sehr stabil bei Phasendrehungen / Mehrwegemfang, z.B.: bei Mobilbetrieb. (DMR ist da etwas besser)

28.2.2014

Problemstellungen an D-STAR

- Sehr viel Dokumentation im Internet in Bezug auf Bedienung und Betrieb veraltet, da sich die Systeme zur Verlinkung der Relais (Reflektoren, Routing) geändert haben.

– Demodulation: Das ICOM ID-31 und ID 51zeigt deutlich höhere Ansprüche an ein spezifikationskonformes D-Star (GMSK) Signal als andere Funkgeräte, wie z. B. das ältere ICOM IC 92.

- Softdecision in der FEC nicht überall genutzt

-Beispiel einer Fehlimplementierung (Auszug): Manchmal „Nachwürfeln“ nach einiem Durchgang bei einigen Selbstbau-Repeatern, da „Physical Layer“ zu langsam (Soll: Echtzeit). Sysops kennen Gründe nicht und suchen an falscher Stelle oder es wird auf Reflexionen, -Phasendrehung etc… -geschoben.

-Auswirkung:Je nach TX/RX Kombination.

28.2.2014

D-STAR / Anmerkungen Selbstbau

Black Outs: Die häufigsten Fehlerursachen im Selbstbaubereich

->Zu langsame Physical Layer (bei Selbstbaurepeatern ohne OS/PHY Trennung nzw. Zu wenig Ressourcen für die Physical Layer-Bearbeitung).

-> Implementierungsfehler im Physical Layer selbst-> Implementierungsfehler im Repeater->Implementierungsfehler im Reflector (Reflectorsoftware)-> Symbolrate wird nicht eingehalten, Buffer Unterlauf nicht einheitlich umgesetzt

.> Defekte Sprachblöcke sollten einheitlich durch lautlose Sprachblöcke ersetzt werden, noch besser ist die Aktivierung des im AMBE-2020 eingebauten Interpolationsalgorithmus durch das Setzen des Lost Frame Indicator (LFI)-Bits für den defekten Sprachblock.

28.2.2014

Herausforderungen digitaler Sprechfunk

Einfache und robuste digitale Modulationen (z.B. FSK, GMSK bei D-STAR) erlauben nur geringe Datenrate innerhalb der schmalen Amateurfunkkanäle im 2m und 70cm Band. Je höher die Datenrate, desto mehr CNR ist nötig!

Frequenzeffiziente Modulationsverfahren höherer Ordnung (mehrere Bits/Symbol) benötigen durch AM-Anteil hohe Linearität in allen Stufen, der erforderliche CNR erhöht sich bei den komplexeren Modulationsarten.

28.2.2014

Bei GMSK sind Symbolrate(Baudrate) und Bitrate ident (1 Bit/Symbol)Um dennoch Sprache zu übertragen wird ein Codec eingesetzt -> vgl. GSM

28.2.2014

Beachte: Auch bei TDMA (Zeitschlitzverfahren) ist hohe Linearität gefordert.Mit der normalen Endstufe klappt bei DMR (Motorola, Hytera) nichts mehr !

28.2.2014

Fazit aus technischer Sicht

Digitalisierung der Übertragungsverfahren im Amateurfunk

- Ist eine riesige Herausforderung aufgrund der hohen verschiedenen Anforderungen. D-STAR hat gezeigt, das Funkamateure weiterentwickeln müssen und können, um es kontinuierlich zu verbessern wie auch Fehler aufzuzeigen.

- Wird nicht immer zu Beginn (siehe Herausforderung), aber auf lange Sicht eine Verbesserung der Qualität und Zuverlässigkeit unserer Verbindungen ermöglichen.

- Bringt eine Menge neuer Funktionalität die praktisch ist und Spaß macht

- Ermöglicht den technischen Stand unseres Wissens auszubauen und fördert somit die Anerkennung des Amateurfunks.

- Ist aufgrund der zeitgemäßen Technik eine Chance, Nachwuchs für unser Hobby zu interessieren.

- Verlinkung über HAMNET (HF Datenfunkstrecken) erweitert und koppelt die Nutzung der höheren Amateurfunkbänder (z.B.: 6cm Band).

28.2.2014

Ausflug: Codecs/KomprimierungVerfahren, um die Übertragungszeit zu verkürzen.

Ausgangstext: EINE SCHLECHTE ANTENNE IST AUCH EINE ANTENNE

Kodiertext: EINE SCHLECHTE ANTENNE IST AUCH -5 -4

TX und RX müssen die selbe Kodierung verwenden (Codierung und Dekodierung), z.B.: AMBE (2020) bei D-STAR

Unterschiede: Verlustbehaftet / Nicht verlustbehaftet (lossless)

28.2.2014

Ausflug: Mehrwegempfang – Digitalbereich abseits des Sprechfunks

Behelfe bei Störungen (bei komplexen Modulationsverfahren, z.B.: OFDM):

1) Fehlerkorrektur2) Automatisiertes Träger-Hopping innerhalb OFDM Subcarrier aufgrund Rückmeldung des Empfängers3) Automatisiertes Zurückfahren der Bandbreite, z.B.: Zurückschalten 16QAM auf 4QAM.4) Automatisierte TXPWR Anpassung aufgrund RX-Rückmeldung5) Automatisiertes Wechseln der QRG bzw. bei Up/Downlink-Anwendungen Wechseln des QRG-Paares6) Echo-Auswertung, Echo-Ausblendung

Für den Austausch solcher Informationen für das Einleiten von automatisierten Vorgängen stehen zwischen TX und RX oft eigene Servicekanäle (reservierte Träger), oder eine Austauschmöglichkeit über eigene Steuercodes zur Verfügung.

Im konventionellen Digitalsprechfunk gibt es das alles nicht.

28.2.2014

OE7BSH BerndOE7FMI Markus

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