DigiModes im Amateurfunk?!

In der Amateurfunkwelt hört man oft von DigiModes, also digitalen Übertragungsarten. Streng genommen sind das die jenigen Übertragungsarten, bei denen Informationen in diskreter Form übertragen werden. Hierbei ist die mathematische Bedeutung von “diskret” gemeint und nicht “zurückhaltend” oder “unauffällig”. Die Information (Daten wie Sprache oder Text) wird hierbei nicht mehr wie im analogen Funk in einem kontinuierlichen Spektrum übertragen, sondern durch einen Computer in Nullen und Einsen zerlegt und anschließend durch einige wenige Frequenzen übertragen.

Morsen fällt da zwar auch mit rein, ist aber meistens nicht gemeint. Wenn Funkamateure über DigiModes sprechen, meinen sie die wie APRS, PSK31 oder DMR. Dennoch ist Morsen gut geeignet um einiges zu erklären. Der Computer kann hierbei auch ein, bzw. Zwei Menschen sein. Beide kennen den internationalen Morsecode und können ihn also wieder in Text und damit Menschen lesbare Information übersetzen. Der Code selber wird mit einer einzigen Frequenz übertragen. Es gibt also nur zwei Zustände unseres Signals: an bzw. 1 (wir hören das Signal, bzw. den Ton) und aus bzw. 0 (wir empfangen nichts/ hören keinen Ton). Den Rest macht die Zeit, denn wie die meisten wissen, beim morsen gibt es kurze und lange Töne und Pausen. Die kleinste Zeiteinheit ist dabei der kurze Ton (dir), also genau eine 1. Ein langer Ton (dah) ist dreimal so lang, also 111. Die kurze Pause zwischen den Tönen ist die 0. Das A im Morsecode ist z.B. einfach di-dah (kurz lang) und damit 10111. Zwischen zwei Buchstaben macht man eine etwas längere Pause (also 00) und zwischen zwei Worten eine noch längere (000). Um den Code zu übertragen muss man also im Prinzip nur eine Frequenz im richtigen Rhythmus an und aus schalten. Ein riesen Vorteil: Man braucht für eine Übertragung viel weniger Bandbreite, kann also mehr Rauschen wegfiltern. Nutzt man jetzt Computer statt Menschen um den Code zu verstehen, kann man viel schneller zwischen 0 und 1 wechseln.

Jeder Mensch kann unterschiedlich schnell und gut Morsen lernen, aber kein Mensch ist so schnell mit 0 und 1 wie ein moderner Computer. Geht man noch einen Schritt weiter, könnte man doch wieder mehr als eine Frequenz übertragen. Nimmt man zwei Frequenzen (f1 und f2), so kann man entweder die eine 0 und die andere 1 nennen, und ansonsten verfahren wie bisher, oder den Code erweitern. Wir können jetzt nämlich in der gleichen Zeit (Dauer von einer 0 oder einer 1) vier unterschiedliche Signale übertragen. Vorher gab es zur zwei: Signal da, oder Signal nicht da. Jetzt gibt es: 1. f1 an und f2 an 2. f1 aus und f2 aus 3. f1 an und f2 aus 4. f1 aus und f2 an. Wir können also in der gleichen Zeit doppelt so viele Informationen übertragen. Was wir am Ende übertragen wollen ist unsere Sache, solange Sender und Empfänger den Code kennen. Wichtig ist jedoch: wollen wir eine vormals analoge bzw. kontinuierliche Information übertragen, so geht uns bei der Diskretisierung, also der Abtastung des Signals und dem Umwandeln in einzelne Datenpunkte, immer ein Teil der Information verloren (Stichwort: Nyquist-Theorem). Ich möchte an dieser Stelle unterscheiden zwischen Sprach- und sonstigen Datenübertragungen.

Sprachübertragung

Es gibt eine menge Möglichkeiten Töne digital zu kodieren und mindestens nochmal so viele Möglichkeiten solche Daten zu verschicken. Im Amateurfunk gibt es glücklicherweise eine Hauptform der Kodierung (AMBE+ bzw. AMBE+2) und “nur” drei Arten der Übertragung. DMR, C4FM und D-Star. Klar es gibt noch ein paar mehr, aber die drei genannten Arten sind die mit einem am ehesten als dicht zu bezeichnenden Relaisnetz. Alle Übertragungsarten haben ihre Eigenheiten, Vor- und Nachteile und bekommen daher in naher Zukunft je einen eigenen Beitrag gewidmet. Gemein haben sie jedoch, dass es eines speziellen Funkgerätes bedarf und eines ebenso speziellen Relais. Für C4FM kommen diese Geräte beispielsweise von Yaesu. DB0JNA in Jena ist beispielsweise ein Yaesu DR-1 C4FM-Repeater, der sowohl analog als auch digital empfangen und senden kann. Mit meinem FT-1XDE und meinem FTM-400 kann ich über dieses Relais also sowohl analog als auch digital arbeiten.

Ein großer Vorteil vom digitalen Betrieb ist dabei die Qualität. Die Modulation ist Rauschfrei solange Relais und Funkgerät sich noch halbwegs hören, denn es gibt keine Zwischenstufen zwischen 0 und 1. Dieser Vorteil ist aber auch gleichzeitig ein Nachteil, den meistens gilt bei diesem digitalen Funken: ganz oder gar nicht. Ist das Signal zu schwach, kommen einzelne Nullen und Einsen des Computer Codes nicht an und die Gegenstation versteht überhaupt nichts mehr. Ein erahnen einer Station ist nahezu unmöglich. Die Betreiber digitaler Relais und deren Nutzer, haben immer wieder berichtet, dass durch das bessere Filtern etc. die Reichweite von digitalen Relais über der von analogen liegt (bei ansonsten identischen Bedingungen). Hier geht es aber nicht um Wunder 🙂

Ein toller Nebeneffekt der digitalen Übertragungsarten ist, dass mit der Sprache auch noch andere Informationen übertragen werden können. Das kann einfach nur das Rufzeichen oder der Name des OM sein, aber auch wesentlich mehr wie zum Beispiel Positionsdaten, Wetterinformationen oder Informationen über den allgemeinen Status der Sendenden Station. Außerdem erlauben diese digitalen Systeme meißt noch das versenden von Textnachrichten und manchmal auch Bildern.

Sonstige digitale Übertragungen

Wie bereits erwähnt, können die Nullen und Einsen unseres digitalen Codes alles Bedeuten, was wir wollen und die Arten wie wir einzelne Zeichen unterscheiden, sind auch variabel. Wer für die Lizenz lernt oder sie schon hat, kennt sicher die bereits erwähnten Abkürzungen wie PSK31, APRS oder vllt auch WSPR. Das “WAS” ist dabei also Sache eines Computers bzw. der benutzten Software. Ich nehme an, dass die meisten Funkamateure nicht anfangen sich für alles neue Software selbst zu schreiben, denn für vieles gibt es bereits tolle Programme für die Unterschiedlichsten Plattformen und Geräte. Wichtig für die meisten Funkamateure, Amateurfunker und sonstigen Anwender, ist also das “WIE”. Mich hat das alles zunächst enorm verschreckt, insbesondere, weil nirgendwo jemand bereit war, mal “klartext” zu schreiben. Wenn ihr also findet, dass auch meine Erklärungen in diesem Artikel zu viel Richtung “Fach Chinesisch” tendieren oder unverständlich sind, dann sagt mir das bitte!

Die erste Frage des zum Thema “WIE” ist: “Wie unterscheide ich einzelne Zeichen? / Was übertrage ich eigentlich am Ende mit welcher Modulationsart?” Hierfür gibt es z.B. drei prominente Beispiele: FSK, AFSK und PSK. Die Gute Nachricht vorne Weg: Alle diese tollen Methoden sind am Ende mit so ziehmlich allen moderneren (AllMode-) Kurzwellenfunkgeräten machbar. Diese haben nämlich eine unterschiedlich geartete Datenbuchse, die einen “direkten” Zugriff auf den Sender ermöglicht.

FSK beudeutet Frequency Shift Keying, also Frequenzumschaltung. Hier schaltet man ein Signal zwischen unterschiedlichen Frequenzen um und erzeugt so das digitale Muster. Das Funkgerät braucht hier also eine Datenbuchse, mit der man direkt den Sender entsprechend dazu bringen kann die gewünschte Frequenz für die gewünschte dauer auszusenden, und dann auf die nächste zu wechseln. Der Abstand der genutzten Frequenzen ergibt z.B. die Bandbreite.

AFSK bedeutet Audio Frequency Shift Keying, also Audiofrequenzumschaltung. Man schaltet hier also Audiofrequenzen im niederfrequenzbereich um. Dieses hörbare digitale Tonmuster moduliert man jetzt wie sonst Sprache auf einen Hochfrequenzträger und sendet diesen wie gewohnt aus. Das tolle an dieser Methode: Man kann den Mikrofoneingang des Funkgeräts nutzen, denn dem TRX ist schließlich egal was für Töne er überträgt, solange diese im selben Frequenzbereich liegen wie menschliche Sprache. Diese Übertragungsart geht also mit jedem TRX, der Sprache übertragen kann. Wichtig ist, dass hier beide Seiten den gleichen digitalen Code und die gleiche Modulationsart nutzen.

PSK bedeutet Phase Shift Keying also Phasenumschaltung. Hier wird also die Phase des Signals umgeschaltet um die unterschiedlichen Zustände zu übertragen. Die bisher schmalbandigste Übertragungsart z.B. kommt aus diesem Metier: PSK31. Wer eine Datenbuchse an seinem TRX hat, kann diese auf der Modulationsart SSB basierende Übertragungsart theoretisch nutzen.

Interface PC<->TRX

Jetzt ist also klar: Wir brauchen einen Computer um die Daten zu verstehen und einen TRX mit den entsprechenden Vorraussetzungen (Datenbuchse oder mind. Mikrofoneingang und Modulator). Das Problem ist jetzt wie bei jedem Drucker oder anderen Gerät, das an den Rechner soll: Welches Kabel? Welcher Stecker? Die Antwort heißt allgemein und ebenso kryptisch: “INTERFACE“. Also eine magische Blackbox, die je ein passendes Kabel für den Rechner und den TRX hat und die Daten zwischen beiden vermittelt. Und genau dieses Magische etwas ist es, dass in meiner Erfahrung die größte Hürde aufbaut. Jeder Hersteller baut andere Buchsen an sein Funkgerät und am Ende sind die Möglichkeiten, die mit einer konkreten, komerziellen Lösung machbar sind,  so allgemein beschrieben, dass manch einer nichtmehr weis was jetzt los ist. Man muss vor einem Kauf klären, ob das zu kaufende Interface zum TRX, zum Computer und zur Software passt. Wer hilfe bei sowas braucht => >Kontaktformular<.

Wie im Amateurfunk so oft propagiert: Selber bauen macht verrückt. Die dazu im Netz angebotenen Schalt- und Baupläne exkalieren gelegentlich in ihrer Komplexität, doch hin und wieder bleibt mal einer auf dem Teppich. Nehmen wir wieder das einfach Beispiel her: AFSK. Also wir wollen Töne nach einem Bestimmten Muster erzeugen und diese dann mit dem TRX verschicken.

Der Trivialfall: Wir erzeugen die Töne mit unserer Software und geben sie über die Lautsprecher des Computers oder Tablets oder was auch immer aus, halten einfach unser Mikrofon davor und drücken die PTT. Wollen wir empfangen, dann halten wir das Mikrofon unseres Computers vor den Lautsprecher des Funkgerätes.

Spätestens wenn das Gepiepse und Gefiepe unsere Umwelt nervt, muss eine bessere Lösung her. Allerspätestens jedoch, wenn unsere Umwelt durch Lärm unsere Übertragungen stört. Kabel müssen her. Kabel, die den Mikrofoneingang des einen Geräts mit dem Tonausgang des jeweils anderen verbinden. Im Fall von meinem FT-1XDE und einem Tablet reicht da ein 4-pol 3,5mm Klinkenkabel. Das wird einfach in der Mitte zerschnitten und die Adern entsprechend wieder neu verlötet. Wichtig: Man muss immernoch selber auf die PTT vom Funkgerät drücken, oder das Funkgerät muss eine VOX-Schaltung haben, also selber auf Sendung schalten sobald Töne über den Mikrofoneingang rein kommen. Da dieses automatische Schalten der PTT etwas dauert, ermöglichen manche Programme es einen einfachen Dauerton vor der eigentlichen Datenaussendung auszugeben, um dem Funkgerät Zeit zu geben zu schnallen, dass es jetzt Senden soll. Anderenfalls kann es passieren, dass der Erste Teil eurer Übertragung gar nicht übertragen wird.

Das geht solange gut, bis ein anderer Funkamateur oder jemand mit elektronischem Sachverstand vorbei kommt und in einem Schwall einheitenloser Zahlen und Fachbegriffe böse Worte wie “galvanische Trennung” verwendet. Um zumindest diesem Problem entgegen zu wirken, kann man jetzt sogenannte Übertrager zwischen die Mikrofoneingägne und Tonausgänge löten. Am besten in einem kleinen schwarzen Kasten versteckt, sodass es nach was aussieht. Wenn es jetzt eine Spannungsspitze in einem der Geräte gibt, wird das jeweils andere nicht gegrillt. So Weit so gut. Wichtig ist bei dieser Lösung, dass der Mikrofoneingang vieler Smartphones nur funktioniert, wenn dort ein Widerstand gegen Masse zu verzeichnen ist, also braucht man zusätzlich noch wiederstände in Reihe an den beiden Mikrofon-Seiten der Übertrager.

Aber auch diese Lösung hat aber Schwachstellen, denn die PTT wird entweder von einem Menschen bedient oder von einer VOX-Schaltung und die sind oft (beide) zu langsam. Wenn man nicht schnell genug zwischen Senden und Empfangen umschalten kann, bekommt man vllt den Beginn der Antwort nicht mit oder blockiert die Frequenz viel länger als eigentlich notwendig. So oder so es wird unangenehm, denn entweder veranstalten andere Funker eine Hexen… äh ich meine Fuchsjagd, nach dem Deppen der ständig die Frequenz blockiert, oder man verliert selbst die Lust weil man ja die Antworten ständig nur verstümmelt bekommt. So oder so: Es muss eine bessere Lösung her. Zum Beispiel ein passender TRX; der Yaesu FT-857D hat ein extra DigitalVox, dass relativ schnell arbeitet. Alternativ können wir auch unser Interface so gestalten, dass es die PTT mit bedient. Das kann man immernoch selber bauen (siehe z.B. CQDL 03/16 Seite 25), oder kaufen, in Form von fertigen Interfaces wie dem WolphiLink. Wie genau da jetzt was geschaltet ist, bleibt in der individuellen Lösung zu klären, auch hier verweise ich auf das Kontaktformular bei Fragen oder andere Artikel.

Dididit Dahdidah

So gerüstet können wir uns jetzt endlich die letzte Frage stellen: Was schicken wir jetzt eigentlich auf welcher Frequenz raus? Und wie? Die Antworten geben hoffentlich unsere folgenden Artikel zu konkreten Anwendungen von DigiModes. Wir erklären >APRS<, PSK31, >WSPR<, C4FM und DMR. Wir zeugen euch Software, Funkgeräte und Interfaces wie das WolphiLink, die wir selbst nutzen und wir bieten euch natürlich Hilfe an bei Fragen rund um das Thema.

2 comments for “DigiModes im Amateurfunk?!

  1. 8. Januar 2019 at 16:44

    Hallo, gibt es evtl. eine Liste von Funkgeräten, die eine Databuchse haben ( 1200/9600 Baud ) zwecks digitalen Modis ? Gruß Heinz ( EA5HQU – DG5KL )

    • 12. Januar 2019 at 16:51

      Hallo Heinz,

      leider ist mir eine solche Liste nicht bekannt. Wenn du etwas konkretes suchst, versuche ich gerne dir weiter zu helfen.

      73
      Konrad

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