AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik Klasse E 16 & Betriebstechnik/Vorschriften 12: (Digitale) Betriebsarten. Amateurfunkgruppe der TU Berlin

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1 Technik Klasse E 16 & Betriebstechnik/Vorschriften 12: (Digitale) Betriebsarten Amateurfunkgruppe der TU Berlin Stand This work is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License. Amateurfunkgruppe der Technische Universität Berlin (AfuTUB), Referenzen 1 / 56

2 / Umleitung Aufgrund sehr großer inhaltlicher Überschneidungen der beiden Moltrecht-Lektionen, ist die Lektion BV12 [1] in diesen Foliensatz der Lektion Technik E16 [2] integriert. Freut euch auf eine Lektion Klingeln in den Ohren :-) Referenzen 2 / 56

3 / Betriebsarten Grundsätzlich unterscheidet man zwischen: e Betriebsarten e Betriebsarten (Digimodes) Vorweg: In der Klasse E liegt der Fokus auf das Kennenlernen und betriebstechnische Grundlagen. Die technischen Grundlagen werden dann im Technikteil der Klasse A ausgebaut. Referenzen 3 / 56

4 / MODEM Heute im Mittelpunkt: Das MODEM was ist das? Referenzen 4 / 56

5 / MODEM Kofferwort: MODulate, DEModulate. Meist denkt man an ein 56k- bzw. ITU-T Rec. V.90/V.92-Modem (PCM-codiert): [YouTube] [5] Referenzen 5 / 56

6 Grundlegende Modulationsprinzipien Nochmal ein kurzer Blick auf: Was kann hier moduliert werden? u mod = A cos(ωt + ϕ) Referenzen 6 / 56

7 Grundlegende Modulationsprinzipien Amplitudenmodulation Winkelmodulation (FM, PM) [Animation] u mod = A cos(ωt + ϕ), ω = 2πf Heutige kombinieren die Grundarten. Referenzen 7 / 56

8 (Wiederholung) In Lektion E14 wurde das Thema bereits besprochen. Der Vollständigkeit halber seien sie noch einmal erwähnt - auch weil die meisten Digimodes im Amateurfunk SSB oder FM als Hauptträger benutzen. Referenzen 8 / 56

9 / SSB B SSB < 1 2 B DSB = 1 2 B AM 2, 7kHz durchgängiges (da es) Spektrum ca. 300Hz bis 3kHz [5] Referenzen 9 / 56

10 / FM Durchgängiges Spektrum für NBFM: Je 2x Hub (3kHz) + NF-Signal (2, 7kHz) um Träger herum Gesamtbandbreite ca. 12kHz (12, 5kHz Kanalraster) [5] Referenzen10 / 56

11 schreiber aka Typenbildfernschreiber 1929 von Rudolf patentiert Fernschreibgerät für störanfällige Übertragungen Verwendung bis in die 1980er Jahre Schriftzeichen im Raster von 7x7 Pixeln 8,5 Zeichen (in einer Spalte) pro Sekunde (420bit/s) Referenzen11 / 56

12 schreiber aka Typenbildfernschreiber Bei der Decodiderung wird eine Schneckenwalze auf Papierband gedrückt zwei Zeilen pro Schnecke; bei Asynchronität verläuft das Schriftbild in Hardware: in Sofware: fldigi-demo 1 unverrauschtes & synchrones Bild 1 Referenzen12 / 56

13 / Historie Slow Scan Television 1958 durch US-HAMs veröffentlicht Übertragung von Bildern in 3kHz SSB-Kanal damals Darstellung auf Katodenstrahlröhre mit hoher Nachleuchtdauer 120x120 px (b/w) in acht Sekunden elektromechanischer -Empfänger siehe GIF [Link] [5] Referenzen13 / 56

14 / Technik heute Software-MODEM via Soundkarte Quasi-Standard: 320x240(x zeilenweises RGB) Bildpunkt in 120s zunehmend ziehen e mit Fehlerkorrektur ein, z.b. MT63 [3] -Norm: NF-Frequenz 2300Hz weiß, 1500Hz schwarz, 1200Hz Sync an Prä-/Postambel & Bildsynchronisierimpuls kann man Modulation erkennen Demo: qsstv [5] Referenzen14 / 56

15 / Betriebstechnik Nachricht meist Fotos von der Funkstation und Text im Bild codiert Referenzen15 / 56

16 / Betriebstechnik Nach der Übertragung: Referenzen16 / 56

17 / Betriebstechnik QSO-Beispiele. RST RSV... Referenzen17 / 56

18 / Rapportsystem Rapportsystem RSV [1] : Readability, Signal Strength, Video V1 = Nur Synchronisation zu sehen V2 = Großes Call lesbar V3 = Große Details zu erkennen V4 = Kleine Details zu erkennen V5 = rauschfreies Bild Rapport wird ebenfalls im Bild eingefügt... Referenzen18 / 56

19 / Rapportsystem U bertragung der ISS, empfangen mit einem HFG (Gummiwurst) & Smartphone: 2 Da starkes Signal, Demodulation sehr einfach mehr Infos: RSV 594 (einwandfrei lesbar, S?, kleine Details zu erkennen) RSV 292 (zeitweise lesbar, S?, großes Call lesbar) 3 Referenzen 19 / 56

20 / NF over Ackerschnacker 4 über Feldtelefon Lange Nacht der Wissenschaften 2014, 4 Ebenfalls gestestet: Rohrpostsystem Seidenstraße auf dem Chaos Communication Congress Referenzen20 / 56

21 Amateurfunk-Fernsehen, technisch wie klassisches es Fernsehen BW = 6, 5MHz logischerweise nichts für HF und VHF auch hier liegt der Fokus inzwischen auf er Übertragung Schmalband (S, 1MHz) im Prinzip DVB [6] Referenzen21 / 56

22 Digitale Betriebsarten Digital bedeutet die Verwendung quantisierter bzw. diskreter Werte. Referenzen22 / 56

23 Morsetelegrafie () A1A aka ASK (amplitude shift keying) die Mutter aller Betriebsarten ja,! menschenlesbarer Digimode mit ausreichend Training Bandbreite je nach Geschwindigkeit & Qualität ca Hz 6 besserer SNR bei gleicher Leistung als z.b. SSB 5 Wasserfalldiagramm CQ WW Contest Interessante Ausführungen zu Bandbreite und SNR von DK5KE: 5 Referenzen23 / 56

24 / Demo Ohren gespitzt... es spricht für Sie: Fldigi Referenzen24 / 56

25 Funkfernschreib-Telegrafie () Radio TeleTYpe simplex oder semiduplex auf einer Frequenz früher: TX: elektromechanische Fernschreiber mit kontaktierter Schreibmaschinentastatur RX: Fernschreibdrucker heute: Software - klar. 7 -RX Lange Nacht der Wissenschaften Referenzen25 / 56

26 / Technik fünf Kontakte Baudot 5-Bit-Code 8 : 2 5 = 32Bit mehr Zeichen durch umschaltbare Register möglich AFSK 9 : 1 und 0 Mark- und Space-Frequenz Abstand = Shift = 2x Hub Kurzwellenshift 170 Hz, UKW 850 Hz mehr technische Details: Technik Klasse A (A15) 8 später CCITT-1 bzw. Baudot-Murray-Code CCITT-2 9 Audio Frequency Shift Keying Referenzen26 / 56

27 / Demo Ohren gespitzt... es spricht für Sie: Fldigi Referenzen27 / 56

28 / Demo Ohren gespitzt... es spricht für Sie: Fldigi Für Interessierte: Teletype mit Dampf Steam Powered Telegraphy (24C3) [10] Referenzen27 / 56

29 : (Binary) Phase Shift Keying (31) Kurzer Ausflug: Zweiwertige Phasenmodulation (BPSK aka 2-PSK) Andere Abbildungen wie IQ-Diagramm dann in Klasse A. [5] Referenzen28 / 56

30 (B) B eine der Standard-QRP-Betriebsarten zwei Phasenlagen (0, 180 ) Bitrate von 31, 25Bit/s Bandbreite entspricht ca. Bitrate pro Sekunde, 31Hz im Vgl. zu ca Bandbreite SNR +10dB (Filterung & selbe Leistung) Modulation/Demodulation mit Software (Soundcard SDR) auch QPSK (Quadratur), 8-PSK,... [5] B/63/125 Referenzen29 / 56

31 / Demo Ohren gespitzt... es spricht für Sie: Fldigi Referenzen30 / 56

32 Der Vollständigkeit halber: 1Bd = 1 Symbol s = Symboldauer 1 Bei binären Modulationsverfahren entspricht das der Bitrate. Gibt es mehr als zwei Symbole ist die Bitrate höher als die. Beispiele: : Bitrate =?x B: Bitrate =?x BPSK63: Bitrate =?x QPSK: Bitrate =?x Referenzen31 / 56

33 Der Vollständigkeit halber: 1Bd = 1 Symbol s = Symboldauer 1 Bei binären Modulationsverfahren entspricht das der Bitrate. Gibt es mehr als zwei Symbole ist die Bitrate höher als die. Beispiele: : Bitrate = 1x B: Bitrate = 1x BPSK63: Bitrate = 1x QPSK: Bitrate = 2x Referenzen31 / 56

34 (FSK441, JT65, JT9) Weak Signal communication by K1JT Soundcard SDR ( SSB) Open-Source-Projekt für Gruppe von Übertragungsprotokollen, z.b.: Meteorscatter (schnell): FSK EME, Troposcatter (schwache Signale): JT65 11 Mittel- und Langwelle (schmalbandig): JT9 12 Für mehr Infos Vortrag von DC4LW [11]. 10 Vierton Frequenzumtastung (FSK) mit 441 Baud 11 MFSK (Multiple Frequency Shift Keying) mit 65 Tönen 12ähnlich JT65 Referenzen32 / 56

35 / FSK441 Beispiel FSK441: Zeichen besteht aus nacheinandergesendeten drei von den vier Tönen Übertragungsgeschwindigkeit 147 Buchstaben/s Meteorscatter 1 Pong ca. 10s (100km über der Erde) 15 Zeichen 144,370 MHz Anruf-QRG, ab Kontaktaufnahme QSY Rapporte nach speziellem Kurzzystem Referenzen33 / 56

36 / Automatic Repeat request zuverlässige Datenübertragung durch Sendewiederholungen: erfordert ein zur Fehlererkennung, z.b. Checksummen Feedback: ACK/NAK-Signale 13 ggf. Wiederholung der Nachricht In Kombination mit Kanalcodierung (Hinzufügen von Redundanz, wie z.b. FEC 14 ) genauer: Hybride. 13 Acknowledgement / Negative Acknowledgement 14 Forward Error Correction Referenzen34 / 56

37 Amateur Teleprinting Over Radio 1978 veröffentlicht, in der Seefahrt wurden ähnliche benutzt erstes einfaches ARQ-Protokoll nach Schema Stop-and-Wait hohe Übertragungssicherheit: in 450ms-Sendelücke TX von drei Kontrollzeichen (240ms) Quittung ergo: Halbduplexbetrieb auf einer Simplex-QRG unter Berücksichtigung vom TX Delay Modulation sonst im Prinzip wie : FSK mit gleichen Tönen und gleicher Shift allerdings 7-Bit-Code und Geschwindigkeit 100 Baud implementiert auch bereits eine FEC Referenzen35 / 56

38 8-Bit-Standard 15 für Pakete (Frames) mit Adressierung und Prüfsumme: Sicherungsschicht (Data Link Layer) 16 Anpassung des ITU-T X.25-Standards (Layer 1-3) 17 aus den 1970ern verbindungsorientiert, aber Übertragung von verbindungslosen Daten zulässig v2.0 standardisiert 16 OSI (Open Systems Interconnection Model)-Layer 2 17 Bitübertragungsschicht, Sicherungsschicht, Vermittlungsschicht [5] Referenzen36 / 56

39 Paketbasiertes Radio - Grundlage: Kennt einer (noch) GPRS? Referenzen37 / 56

40 Packet Radio / Technische Grundlagen (Duplex) Duplex (Zeit- und ggf. Frequenzduplex), mit Fehlerkorrektur mehrere Stationen auf einer QRG (Timeslots) verschiedene Hin- und Rückfrequenzen möglich Unterscheidung: Simplex 18 -Digipeater (Halbduplex, selbe QRG) Duplex-Digipeater (2 QRGs 19 ) Digipeater- User im Halbduplex: RX (Ausgabefrq.) TX (Eingabefrq.) 18 Afu-Simplex Senden bzw. Empfangen auf der gleichen Frequenz! cm: Ablage 7, 6MHz oder 9, 4MHz höher Referenzen38 / 56

41 Packet Radio / Technische Grundlagen (n) Viel höhere Datenraten als : 1k2 Bd: AFSK 20 -Subträger (Bandbreite 1x 12, 5kHz-Kanal, NF-BW 3000Hz) 9k6 Bd: FSK direkt aufmoduliert 21 (Bandbreite 20kHz 1x 25kHz-Kanal) VHF/UHF (eher unüblich: HF 300Bd) & 2200Hz 21 Leitungscodierung ist auch anders (Manchester-Code?) Referenzen39 / 56

42 Packet Radio / Packaging Zusammensetzen der Pakete am Ziel zur Nachricht Leerzeiten ohne Aussendung, kann von anderen Stationen genutzt werden eine Übertragungsstrecke für viele gleichzeitige Verbindungen Problem: Kollisionen verschiedener Pakete trotz sensing 22 Lösungen: zufällige Wartezeit beider TX DAMA 23 : Digipeater fragt Stationen ab Overhead, aber Kollisionen werden vollständig vermieden 22 wenn QRG frei: TX 23 Demand Assigned Multiple Access Referenzen40 / 56

43 Packet Radio / Vernetzung & Routing Netzstruktur durch Digipeater 24 (Digital Repeater), e Zwischenstationen/Relais teilweise mit Linkstrecken 25 oder weltweit (Internet & Co) untereinander vernetzt Datenpakete von Sender zu Empfänger und ggf weiter im Verbindungsnetz es gibt z.b. Speicher für Nachrichten (Mailboxen) DX-Cluster via telnet IRC Channel 24 unbesetzte, fernbediente feste Amateurfunkstellen für Packet Radio 25 Prüfungsfrage: Linkstrecken sind fest eingerichtete Funkverbindungen zur Vernetzung von Relaisfunkstellen oder Digipeatern. Referenzen41 / 56

44 Packet Radio / Vernetzung & Routing Fragen an unsere Digital Natives : Wozu dient ein Auto-Router im Packet-Radio-Betrieb? Was versteht man unter Forwarding im Packet-Radio-Betrieb? Referenzen42 / 56

45 Packet Radio / Vernetzung & Routing Fragen an unsere Digital Natives : Wozu dient ein Auto-Router im Packet-Radio-Betrieb? Eine Einrichtung, die es ermöglicht automatisch ein Zielrufzeichen zu erreichen. Was versteht man unter Forwarding im Packet-Radio-Betrieb? Automatisches Weiterleiten von Nachrichten an andere Mailboxen Referenzen42 / 56

46 Packet Radio / Begriffe Zum Merken: Begriffe im Amateurfunk-Sprachgebrauch Repeater Digipeater Mailbox Relais Referenzen43 / 56

47 Packet Radio / Begriffe Zum Merken: Begriffe im Amateurfunk-Sprachgebrauch Repeater unbesetzte, fernbediente feste Amateurfunkstellen für Telefoniebetrieb Digipeater unbesetzte, fernbediente feste Amateurfunkstellen für Packet Radio Mailbox Datenbank mit allgemeinen Zugriff zum Abspeichern und Auslesen von Informationen Relais Funkstelle zur Umsetzung von Funksignalen Referenzen43 / 56

48 Packet Radio / Praxis Man braucht: PTT, TX, RX Hardware-MODEM und Controller, ein TNC (Terminal Node Controller) oder Software-TNC TX-Delay des PTT 50 bis 250ms - Wozu? Referenzen44 / 56

49 Packet Radio / Praxis Man braucht: PTT, TX, RX Hardware-MODEM und Controller, ein TNC (Terminal Node Controller) oder Software-TNC TX-Delay des PTT 50 bis 250ms - Wozu? so kurz wie möglich, sonst wird Übertragungszeit verschwendet ökonomische Nutzung der Kanalkapazität auf der Frequenz so lang wie nötig, da sonst Daten bei der Umschaltung verschluckt werden Referenzen44 / 56

50 Automatic Packet Reporting System Positionsmeldungen, Wetterdaten, Messwerte,... Modulation Packet Radio, in echtes Simplex Backbone: Packet Radio Digipeater-Netzwerk bis zum erreichen eines -Digipeaters 26 Screenshot vom Referenzen45 / 56

51 Demo! Referenzen46 / 56

52 Hervorgegangen aus und Packet Radio, auf Kurzwelle z.b. PACTOR 27 und WINMOR 28 8 Bit als Basis für alle Betriebsarten + verschiedene Fehlerkorrekturverfahren + verschiedene Modulationsarten je nach Kanaleigenschaften auch bei sehr schwachen Signalen im Rauschen noch nutzbar PACTOR Rant: Man braucht einen teuren TNC, der gebrauchsmustergeschützt ist Selbstbau nicht (mehr) möglich. 27 PACket Teleprinting Over Radio 28 WinLink Mail Over Radio Referenzen47 / 56

53 / Netzwerke globales HF-Mailboxsysteme mit der Möglichkeit Forwarding per Internet- , z.b. WinLink2000 HAMNET (Highspeed Amateurradio Multimedia NETwork) benutzt IEEE Technologie im GHz-Bereich [8] Referenzen48 / 56

54 / WinLink2000 [7] Referenzen 49 / 56

55 / HAMNET (Stand ) Referenzen50 / 56

56 () Der Vollständigkeit halber: Digitale Betriebsarten für den gibt es zunehmend, z.b. FreeDV 30 für Kurzwelle oder DMR 31 für UHF/VHF. 30 Free Digital Voice 31 Digital Mobile Radio Referenzen51 / 56

57 32 32 Digital Rosetta Stone by K2NCC Referenzen 52 / 56

58 : Verständnis Welche Betriebsarten sind für QRP-DX-Betrieb auf Kurzwelle am besten geeignet? Referenzen53 / 56

59 : Verständnis Welche Betriebsarten sind für QRP-DX-Betrieb auf Kurzwelle am besten geeignet? In den Prüfungsantworten:, Pactor, Bandbreiten? Wie viele habt ihr herausgefunden? Referenzen53 / 56

60 : Akkustisch Referenzen54 / 56

61 : Fldigi, Q,... Pause. Anschließend Erklärung der Bedienung. Wer die Tools nicht installiert hat, nutzt die Zeit. ;-) Referenzen55 / 56

62 Fldigi-Setup Referenzen56 / 56

63 Fldigi-Setup Referenzen56 / 56

64 Referenzen Referenzen/Links [1] Moltrecht B/V 12: [2] Moltrecht E 16: technik-klasse-e/technik-e16/ [3] Wikipedia DE: [4] Wikipedia EN: Referenzen56 / 56

65 [5] Wikimedia Commons Mechanical_glow_drum_slow_scan_television_monitor.gif [6] [7] [8] [9] [10] [11] wsjt_-_pylon Referenzen56 / 56