Digitale Betriebsarten - Digitale Betriebsarten – Theorie und Praxis Der erste Teil soll interessierten

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  • Digitale Betriebsarten

    Theorie und Praxis

    Erstellt von Hartmut Schramm - DH9KFC

  • Digitale Betriebsarten – Theorie und Praxis

    ● Der erste Teil soll interessierten Funkamateuren, die bisher noch nicht in diesen Betriebsarten gearbeitet haben, ein paar theoretische Grundlagen erläutern.

    ● Der zweite Teil besteht aus praktischen Vorführungen.

  • Einleitung

    ● Die grundsätzliche Morsetelegrafie - Prüfungspflicht ist für Funkamateure in Deutschland seit 2003 entfallen. Das war bis dahin eine Voraussetzung um auf Kurzwelle senden zu dürfen.

    ● Seitdem hat das Interesse an den so genannten digitalen Betriebsarten spürbar zugenommen.

    ● Bieten doch Betriebsarten, wie RTTY, PSK31, MFSK16 und Olivia die Möglichkeit, schon mit geringer Sendeleistung und kleinen Antennen am weltweiten Funkverkehr teilzunehmen.

    ● Dank der Einbeziehung eines PC oder Notebook und Software können voreingestellte bzw. selbst erstellte Makros verwendet werden.

    ● Somit kann die Eingabe des Textes über die Tastatur weitgehend entfallen. ● Wie so ein Makro aussieht wird später gezeigt.

  • Was sind digitale Betriebsarten?

    ● Darunter versteht man ein Funk-Übertragungsverfahren bei welchem Zeichen computergestützt gesendet und empfangen werden können.

    ● Die Zeichen können Folgen von Buchstaben oder Zahlen bzw. ganze Texte, Dateien oder Bilder (SSTV) sein.

    ● Die kleinste zu übertragende Einheit in einem Schritt ist das Bit. Der Kehrwert für die Zeit, die dieser Schritt dauert, ist die Schrittgeschwindigkeit oder Baud und bezieht sich auf Sekunden.

    ● Es besteht immer ein Zusammenwirken von Funkgerät, Interface und Computer.

    ● Die Frage ob CW eine digitale Betriebsart ist, soll im Rahmen dieses Workshops kein Thema sein.

  • Was macht digitale Betriebsarten interessant? ● Englische Sprache hat sich im internationalen Funkverkehr etabliert. ● Es ist ein nur begrenzter Wortschatz notwendig um aussagefähige QSO’s zu

    führen. ● Weiterhin werden viele internationale Abkürzungen verwendet. ● Natürlich wird mit deutschsprachigen YL's oder OM's deutsch gefunkt. ● Ein Standard-QSO ist übersichtlich strukturiert. ● Die Zusammenführung von Funkgerät und Computer ist unkompliziert und mit

    vertretbarem Aufwand möglich. ● Software für Windows PC, MAC oder Linux ist kostenlos oder preiswert

    verfügbar.

  • Warum diese digitalen Betriebsarten nutzen?

    ● Diese Betriebsarten bieten sich für jeden Funkamateur an. ● Ganz gleich ob er ein versierter CW-Funker ist oder lieber QSO‘s in SSB führt. ● Die Vorteile sind gegenüber SSB eine noch gute Lesbarkeit bei einem schlechten

    Signal/Rausch Verhältnis. ● Die geringere Signalbandbreite verbessert dieses zusätzlich. ● In einer Kanalbreite für SSB können bis 20 QSO‘s in digitalen Betriebsarten

    gleichzeitig geführt werden.

  • Bevor auf einzelne Übertragungsverfahren detailliert eingegangen wird sind an dieser Stelle einige Betrachtungen nötig.

    ● Weil nur ein Übertragungskanal zur Verfügung steht erfolgt die Datenübertragung seriell.

    ● Dabei ist unwesentlich ob der Übertragungsweg simplex, duplex oder halbduplex ist.

    ● Auf einem Übertragungskanal können die Daten synchron, als auch asynchron übertragen werden.

    ● Ein in binärer Form vorliegendes Signal hat nur zwei Zustände – „0“ oder „1“. ● Es gibt die Möglichkeit das Signal bei der Übertragung in mehrere Frequenzen zu

    zerlegen oder als Eintonsignal in der Phase zu ändern oder die Daten als Pakete nach festgelegtem Protokoll zu senden.

    ● In den folgenden Abschnitten wird auf einzelne digitalen Übertragungsarten detailliert eingegangen.

  • PSK (Phase Shift Keying) ● PSK ist eine digitale Betriebsart zum Übertragen von Texten. ● Sie wird vorwiegend auf den Kurzwellenbändern angewendet. ● Die Empfindlichkeit ist mit CW vergleichbar und die Bandbreite liegt bei richtiger

    Einstellung unter 50 Hz. ● TX und RX arbeiten in SSB. Es wird für alle Bänder USB eingestellt. ● Benötigt wird neben dem SSB-TRX ein PC oder Notebook mit Soundkarte und

    ein Interface, auf welches weiter unten noch eingegangen wird. ● Für PSK31 gibt es mehrere kostenlose bzw. preiswerte Programme. ● Das trug alles dazu bei warum sich PSK31 bei den Funkamateuren in den letzten

    Jahren immer größerer Beliebtheit erfreute. PSK31 kam Ende der Neunziger Jahre auf.

    ● BPSK steht für (Binary Phase Shift Keying) oder auch Binäre Phasenumtastung. ● Die Phasenverschiebung beträgt 180 Grad, also zwei Zustände.

  • Das BPSK-Signal Im Wasserfalldiagramm sieht man dieses Bild. Hier wird ein Ton verwendet. Dieser wird in der Soundkarte generiert und entspricht in der Frequenz dem Abstand von der eingestellten Frequenz im TRX zur Sendefrequenz. In diesem Fall ca. 730 Hz.

    Beispiel: Transceiver laut Bandplan auf 14.070 kHz eingestellt. Mode: SSB, USB Die Sende-/Empfangsfrequenz beträgt 14.070.73 kHz

  • Das BPSK-Signal

    ● Die Baudrate eines PSK31 Signals beträgt 31,25 Bd/sec

    ● Daraus ergibt sich eine Bitlänge von 1/31,25 = 32 Millisekunden.

    ● „0“ bzw. „low“ ist definiert als Phasenwechsel am Beginn des Bits.

    ● „1“ bzw. „high“ ist definiert als kein Phasenwechsel am Beginn des Bits.

    ● Einer BPSK31 „0“ folgt eine weitere „0“

    Bildquelle: [2]

  • Phasenwechsel

    ● Um die Oberwellen gering zu halten wird der Signalpegel im Phasenumkehrpunkt stark reduziert.

    ● Zusätzlich gibt es PSK63 und PSK125. Dabei wird die Baudrate und Übertragungsgeschwindigkeit jeweils verdoppelt bzw. vervierfacht.

    ● Dementsprechend vergrößert sich auch die Bandbreite.

    Bildquelle: [2]

  • Phasenwechsel

    Signalfolge 0 - 1 - 0

    Bildquelle: [2]

  • Spezieller Zeichensatz (Varicode)

    ● Bei PSK31 handelt es sich um einen unprotokollierten Mode. Er verfügt nicht über eine Fehlererkennung oder eine Fehlerkorrektur wie z.B. RTTY oder PACTOR, benutzt aber statt dessen im Alphabet Zeichen variabler Länge.

    ● Selten vorkommende Zeichen sind lang (bis zu 10 Bits), häufig vorkommende Zeichen sind kurz.

    ● Durch die variable Länge der Zeichen (Zeitgewinn) ist es deshalb mit PSK31 sogar möglich, eine effektive Übertragungsrate von bis zu 50 Baud zu erreichen.

    ● Insgesamt umfasst die PSK31-Software für Windows 255 verschiedene ANSI- Zeichen, darunter auch die deutschen Sonderzeichen.

    ● Genauer Wortlaut unter: http://dl6qa.darc.de/PSK31/PSK31.htm

  • Im Amateurfunk wird auch noch QPSK verwendet. (Quadrature Phase Shift Keying)

    ● Wie der Name schon zeigt treten 4 Zustände ein. ● Die Phasensprünge betragen 0 - 90 - 180 oder 270 Grad. ● Es werden immer 2 Bits übertragen. – 11 – 10 – 00 – 01.

    Vorteil: ● Baudrate und damit Bandbreite bleibt erhalten. ● Doppelter Datendurchsatz gegenüber BPSK.

    Nachteil: ● Sender und Empfänger müssen zwingend gleiches Seitenband benutzen. ● Fading und Interferenzen wirken sich stärker aus.

    Genaueres nachzulesen bei: http://de.wikipedia.org/wiki/Quadraturphasenumtastung

  • Anforderungen an ein Interface

    - Audio und Steuerleitungen zwischen PC und TRX müssen galvanisch getrennt sein. - Regler zur Einstellung des NF-Signals zum Sender. - Regler zur Einstellung des NF-Signals zur Soundkarte (Wasserfallanzeige). - PTT-Steuerung über COM-Schnittstelle - ist betriebssicherer. - Es besteht die Möglichkeit die TRX-VOX anstelle einer PTT-Steuerung mittels COM-Schnittstelle zu

    verwenden.

    In diesem Fall kann das VOX-Signal aus dem in Richtung Sender führendem Audiosignal generiert werden. Problem: PC-Töne können den Sender unerwünscht auftasten. Für manche Funkgeräte gibt es in einschlägigen Fachgeschäften für Amateurfunk fertige Interfaces. In der Produktbeschreibung findet man auch die Einstellungen für diverse TRX’s. Ich verwende das EZ1 an einem TS480SAT.

  • Grundlegende Einstellungen

    ● Die Sender-Ausgangsleistung darf zum Schutz der Endstufe höchstens 50% der maximalen CW-Ausgangsleistung betragen.

    ● NF- Kompressor ist auszuschalten. ● ALC-Meter sollte noch nicht ausschlagen. ● Bei Signaleinspeisung über den Mikrofoneingang eines SSB TRX müssen die

    Audiopegel so bemessen sein, dass eine Übersteuerung des Senders ausgeschlossen ist.

    ● Ein Übersteuertes Signal erzeugt Oberwellen und ist nur schlecht bis gar nicht lesbar.

  • BPSK31-Signale

    Bildquelle: [2]

  • Blockschaltbild

    Bildquelle: [2]

  • So kann ein Arbeitsplatz aussehen

    Bildquelle: [2]

  • Beispiel für ein Makro erstellt mit der Software: Ham Radio Deluxe v5.24. 0. 36 Release

    #++ # # Short CQ call, stops TX when all text sent. # #-- # CQ DX CQ DX DE CQ DX CQ DX DE AR

    ● Zeichen hinter „#“ am Beginn der Zeile sind zur Information. (grün)

    ● Zeichenketten in eckiger Klammern sind Platzhalter, welche durch Variable erset