Online zur Amateurfunkprüfung Klasse A             von E. Moltrecht, DJ4UF

  LEKTION 15:
  Übertragungstechnik

Kapitel

COPYRIGHT 2007 by
Eckart Moltrecht, DJ4UF

 

In dieser Lektion werden die Prinzipien der verschiedenen Übertragungsarten im Hinblick auf die Bandbreite erläutert.

Übersicht

In der Hochfrequenzübertragungstechnik (Funktechnik) kann man die Information auf verschiedenste Arten übertragen. Immer wird jedoch ein Hochfrequenzträger benötigt, auf den die Information aufmoduliert wird. Die analogen Modulationsarten wie Amplitudenmodulation, AM mit Trägerunterdrückung, Einseitenbandmodulation und Frequenzmodulation haben wir in der Lektion 11: Signale bereits kennen gelernt. In dieser Lektion geht es primär um die digitalen Übertragungsarten wie RTTY, Packet Radio, PSK31, Pactor und andere, aber auch um Bildübertragung SSTV und ATV.

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Analoge und digitale Übertragung

Bei Signalen unterscheidet man "analog" und "digital". Analog bedeutet, dass zwischen Maximum und Minimum jeder beliebige Zwischenwert möglich ist. Bei "Digital" gibt es nur ganz konkrete Werte, keine beliebigen Zwischenwerte. Man unterscheidet "quantisiert" und "binär".

Grafik: Eckart Moltrecht

Bild 15-1: Analoges und digitales Messgerät

Am besten lässt sich dies an einem Beispiel erläutern, das in obigem Bild dargestellt ist. Bei einem analogen Messgerät werden beliebige Zwischenwerte angezeigt, da der Zeiger an jeder Stelle stehen kann. Bei einem digitalen Messgerät gibt es Ziffernanzeigen mit konkreten Zahlen. Zwischenwerte gibt es nicht. Hierbei hängt es von der Auflösung (Quantisierung) ab, wie fein die angezeigten Zwischenstufen sind.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-2: Signale A) analog, B) digital (quantisiert), C) digital (binär)

Bei Signalen spricht man von einem analogen Signal, wenn es zu jedem beliebigen Zeitpunkt einen Wert gibt, der wiederum jeden beliebigen Wert annehmen kann. Digitale Signale setzen sich aus konkreten Werten zusammen. Diese können stufig sein (quantisiert) wobei die Amplitude durch einen "Zahlenwert" übertragen wird, zum Beispiel 0,1 - 0,2 - 0,3 usw. oder binär, wobei es nur zwei Werte gibt (0 - 1 oder niedrig - hoch oder ein - aus usw.).

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Analog Digital Wandlung

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-3: Das Prinzip der digitalen Übertragung

Bei digitaler Übertragungstechnik eines ursprünglich analogen Signals (Sprache, Musik, Bild) geht man folgendermaßen vor. Das analoge Signal wird zunächst mit Hilfe eines AD-Wandlers in einzelne Stufen zerlegt (quantisiert), die einzelnen Stufenwerte werden anschließend in einen Binärcode umgewandelt, mit diesem Binärsignal wird ein Sender moduliert und das Signal übertragen.

Auf der Empfängerseite wird aus dem Binärsignal ein stufenförmiges Signal gemacht und mit einem DA-Wandler und anschließenden Filtern wieder in das ursprünglich analoge Signal zurückgewandelt.

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Die Quantisierung

Zunächst muss das analoge Signal in einzelne Stufen zerlegt werden. Dazu muss das Signal häufig genug "abgetastet" werden und diese Probe (Sample) wird dann in einen Binärcode umgewandelt. 

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-4: Die Abtastfrequenz muss größer sein als das Doppelte der höchsten Signalfrequenz

Es wurde nachgewiesen, dass man das Signal so oft abtasten muss, dass man mindestens zwei Abtastwerte (Proben, Samples) in einer Periode des Signals mit der höchsten vorkommenden Frequenz bekommt. Dies bedeutet, dass die Abtastfrequenz mehr als doppelt so hoch sein muss als die höchste Signalfrequenz. Man nennt dies das "Abtast-Theorem" und schreibt als Formel

(">" bedeutet "größer als").

Beispiel
Bei der digitalen Speicherung von Signalen auf eine CD soll eine höchste Frequenz von 20 kHz noch erhalten bleiben. Mit welcher Frequenz muss abgetastet werden?

Lösung:

 fabt > 2 · 20 kHz
 fabt > 40 kHz

In der Praxis ist eine Abtastfrequenz (sampling rate) von 44,1 kHz festgelegt.

Aufgabe
Bei der digitalen Signalübertragung im Amateurfunk soll eine höchste NF-Frequenz von 3 kHz zugelassen sein. Mit welcher Frequenz muss mindestens abgetastet werden?

Lösung:  f abt > 2 · 3 kHz = 6 kHz

Wenn man die "Signalprobe" mit mindestens dieser Abtastfrequenz überträgt, lässt sich das analoge Signal auf der Empfangsseite wieder richtig zurückgewinnen, ohne dass man eine Verschlechterung bemerken kann. Die Signalprobe muss nun für die digitale Übertragung in ein binäres Signal umgewandelt (quantisiert) werden. Anschließend wird dieses binäre Signal in zwei Töne umgewandelt, die dann ausgesendet werden.

Bei der Quantisierung hängt es davon ab, wie "fein" das Signal übertragen werden soll, je mehr Stufen, desto feiner ist die Auflösung. Von der Anzahl der möglichen Stufen hängt es ab, welche kleinsten Signale im Verhältnis zum größten noch erkennbar sind. Man nennt dieses Verhältnis vom größten zum kleinsten Signal "Dynamik".

Von der Dynamik hängt es ab, wie stark ein Signal sein muss, damit es noch über dem Empfängerrauschen liegt und damit noch erkannt beziehungsweise dekodiert werden kann. Die Dynamik ist also ein wichtiger Faktor in der digitalen Übertragungstechnik. Die Dynamik (D) wird in "Dezibel" (dB) angegeben und kann folgendermaßen berechnet werden.

Beispiel
Die maximal vorkommende Spannung sei 10 Volt. Es sollen 256 Stufen vorgesehen werden. Wie groß ist die Dynamik?

Lösung: Das kleinste vorkommende Signal 1/256 von 10 V sind 0,03906 V oder 39,06 mV. Damit ergibt sich eine Dynamik von (Rechnen Sie mit - Taschenrechner!)

Wie Sie aus diesem Beispiel sehen, kann man auch direkt mit der Stufenanzahl (256) rechnen. Bei jeder Verdopplung der Stufenanzahl kommt man auf 6 dB mehr Dynamik. Prüfen Sie selbst: Wenn man statt 256 Stufen 512 Stufen wählt, kommt man auf 54,2 dB, bei 1024 Stufen auf 60,2 dB und so weiter.

Bei der digitalen Schallplatte (CD) erreicht man mit 65536 Stufen theoretisch eine Dynamik von 96,2 dB. Diese Dynamik ist so hoch, dass das Rauschen, wenn es nicht mit aufgezeichnet wurde, sondern das komplette Signal nur digital verarbeitet wurde, von einem menschlichen Ohr praktisch nicht mehr wahrgenommen werden kann. Ein menschliches Gehöhr hat je nach Alter des Menschen eine Dynamik zwischen 60 und 120 dB.

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Kodierung

Die einzelnen quantisierten Stufen sollen binär übertragen werden. Dazu müssen die einzelnen Werte (beispielsweise 0 bis 255) mit Hilfe eines Codes umgewandelt werden. Üblicherweise wird der Dualcode oder bei der Übertragung von Schriftzeichen der ASCII-Code verwendet. Der Dualcode ist folgendermaßen aufgebaut.

dezimal

dual

0

00000000000000000000000

1

00000000000000000000001

2

00000000000000000000010

3

00000000000000000000011

4

00000000000000000000100

5

00000000000000000000101

6

00000000000000000000110

7

00000000000000000000111

8

00000000000000000001000

9

00000000000000000001001

10

00000000000000000001010

11

00000000000000000001011

12

00000000000000000001100

13

00000000000000000001101

14

00000000000000000001110

15

00000000000000000001111

In dieser Tabelle sind die ersten 15 Werte dargestellt. Das System geht beliebig weiter. Die führenden Nullen werden nicht benötigt. Wie im Dezimalsystem bedeutet beispielsweise 00014,32 € dasselbe wie 14,32 €. Führende Nullen schreibt man nur, wenn ein System für eine bestimmte Stellenzahl vorgegeben ist.

Wie viele Stellen benötigt werden, ist wichtig zu wissen. Um die Werte 0 bis 15 (16 Werte) darstellen zu können, genügen z.B. 4 Stellen (siehe Tabelle, fett). Man sagt: Es werden 4 Bits benötigt. Die Anzahl X der Werte, die man mit einer bestimmten Anzahl von Bits darstellen kann, lässt sich mit folgender Formel berechnen.

X = 2n        n ... Anzahl der Bits

n ist eine Hochzahl und bedeutet, wie oft man die 2 mit sich selbst multiplizieren muss.

Beispiel
Bei einem vierstelligen Dualcode (n = 4) kann folgende Anzahl von Werten dargestellt werden.
(Rechnen Sie mit - Taschenrechner!)

Lösung

  X = 24 = 2·2·2·2 = 16

Mit einem Taschenrechner mit xy-Funktion lässt sich dieser Wert direkt ermitteln. Probieren Sie es aus!

Da der Dualcode immer bei Null beginnt, sind mit 16 Werten die Zahlen 0 bis 15 darstellbar. Wenn man eine Spannung von 10 Volt mit einem vierstelligen Dualcode quantisiert, erhält man als kleinsten Wert 1/16 von 10 Volt, also 0,625 Volt. Für die Übertragung von Sprachsignalen ist dies zu grob. Man sollte schon mindestens 256 oder besser 1024 Stufen haben. Wie viel Bit werden dafür benötigt?

Aufgabe
Berechnen Sie die Anzahl der möglichen Stufen für folgende Bitwerte. Einige Ergebnisse finden Sie bereits in der Tabelle.

Mit jeder zusätzlichen Stelle (Bit) verdoppelt sich jeweils die Stufenzahl. Für 16 Stufen benötigt man 4 Bit, für 32 Stufen 5 Bit usw. Für 256 Stufen benötigt man also 8 Bit und für 1024 Stufen 10 Bit.

Für die Übertragung von Schriftzeichen verwendete man beim Packet Radio einen 7-Bit-Code (ASCII), heute für Texte und für Binärübertragungen einen 8-Bit-Code. Damit lassen sich also 128 bzw. 256 verschiedene Zeichen übertragen.

Prüfungsaufgabe

TE330  Wie viel verschiedene Zeichen kann man mit dem 5-Bit Baudot Code erzeugen?
5
32
64
128

Lösung X = 25 = 2 ·  2 ·  2 ·  2 · 2 = 32

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Die Übertragungsgeschwindigkeit (Baudrate)

Die Schrittgeschwindigkeit ist der Kehrwert der Zeit für einen Schritt. Sie wird in Baud (gesprochen: boohd), abgekürzt "Bd" angegeben (Bild 15-5).

Beispiel
Beim Niedriggeschwindigkeits-Packet-Radio beträgt die Schrittzeit 833 Mikrosekunden. Wie groß ist die Baudrate?

Lösung:  vü = 1/833 µs = 1200 Bd

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-5: Die Schrittgeschwindigkeit

Bei einer Baudrate von 1200 Bd erfolgen 1200 Schritte pro Sekunde. Wenn jedes Zeichen (Buchstabe) 8 Schritte benötigt (8 Bit), werden also 1200 : 8 = 150 Zeichen in einer Sekunde übertragen.

Aufgabe
Wie groß ist die Zeit für ein Bit, wenn bei jedem Schritt nur ein Bit übertragen wird und die Übertragungsgeschwindigkeit 1200 Bd beträgt?

Lösung: Siehe Umkehrung obigen Beispiels!

Es gibt auch die Möglichkeit, bei einem Schritt mehr als ein Bit zu übertragen, nämlich dadurch, dass bei der Modulation mehrere Zustände gleichzeitig übertragen werden. Man könnte beispielsweise zwei Töne mit zwei verschiedenen Lautstärkestufen übertragen.

Ton 1 - Lautstärke 1 könnte "00", Ton 1 - Lautstärke 2 könnte "01", Ton 2 - Lautstärke 1 könnte "10" und Ton 2 - Lautstärke 2 könnte "11" bedeuten. Damit könnte man bei jedem Schritt gleichzeitig zwei Bit übertragen und bei gleicher Baudrate die Anzahl der Bits pro Sekunde verdoppeln.

Oder man kann die Phase des zu übertragenden Tones in Sprüngen umschalten. Man erhält damit eine digitale Phasenmodulation. Wie im Bild 15-6 gezeigt wird, kann man beispielsweise bei der Übertragung eines Tones die Phasenlage in Sprüngen von 90 Grad schalten (PSK = phase shift keying). Damit hat man für jeden der zwei Töne vier weitere Kombinationsmöglichkeiten.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-6: Digitale Phasenmodulation

Wenn man nun Phasensprünge und Amplitudensprünge miteinander kombiniert (QAM, Quadratur-Amplitudenmodulation), lässt sich die Anzahl der Bits, die man bei einem Schritt überträgt, weiter vervielfachen. Die Schrittgeschwindigkeit (Baudrate) bleibt also gleich, aber die Anzahl der übertragenen Bits pro Sekunde (bps) erhöht sich.

Man unterscheidet also bei der Angabe der Übertragungsgeschwindigkeit

·       Baudrate (Bd) = Schrittgeschwindigkeit

·       Bit pro Sekunde (bps)

Die aussagekräftigere Angabe ist bps. Häufig stimmen auch Baudrate und Bit pro Sekunde überein, wenn nämlich mit jedem Schritt auch nur ein Bit übertragen wird.

Aufgabe
Berechnen Sie, wie lange es früher gedauert hat, mit einem Fernschreiber mit 45 Baud eine Seite Text mit 65 Zeilen und 80 Zeichen pro Zeile zu übertragen. Jedes Zeichen (Buchstabe oder Ziffer) hat 5 Bits plus 1 Startbit plus 1,5 Stoppbits.

Hinweis: Berechnen Sie zunächst die Zeit für ein Bit und berechnen Sie dann wie viel Bits für die gesamte Seite notwendig sind. Lösung: Wenn Sie richtig gerechnet haben, kommt dabei fast eine Viertelstunde heraus.

 

Parallele und serielle Datenübertragung

Wenn mit Hilfe eines AD-Wandlers ein analoges Signal quantisiert und anschließend binär kodiert wurde, steht es als digitaler Wert zur Verfügung. Wenn man nun diesen Wert aus beispielsweise 8 Bit auf einmal übertragen möchte, benötigt man 8 Leitungen oder 8 Frequenzkanäle.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-7: A) parallele, B) serielle Datenübertragung

Um mit einer Leitung auszukommen, werden die einzelnen Bits nacheinander ausgesendet. Dies nennt man serielle Übertragung. Obiges Bild verdeutlicht diese Übertragungsarten. Bei der seriellen Datenübertragung wurde ein umlaufender Schalter gezeichnet. In Wirklichkeit ist dies natürlich eine elektronische Schaltung, beispielsweise ein sogenanntes "Schieberegister".

Den Nachteil der seriellen Datenübertragung gegenüber der parallelen Datenübertragung erkennt man direkt: Es wird bei einem 8-Bit-System mindestens eine 8-mal so lange Zeit benötigt, bei einem 32-Bit-System 32-mal so viel Zeit. Allerdings kommt man mit einer Leitung aus.

Außerdem muss darauf geachtet werden, dass die beiden umlaufenden Schalter zur gleichen Zeit starten (Startsignal) und dann mit gleicher Geschwindigkeit (synchron) drehen. Zwischen Sender und Empfänger muss also die gleiche Schrittgeschwindigkeit (Baudrate) eingestellt sein. 

Bei der Datenübertragung unterscheidet man also einerseits parallel (alle Daten eines Bytes gleichzeitig) und seriell (die Daten einzeln nacheinander). Andererseits unterscheidet man synchrones (Sender und Empfänger laufen durch ein Synchronsignal gleich) und asynchrones Verfahren (Start-Stopp-Verfahren).

Auch serielle Daten können synchron gesendet werden. Dazu werden die Daten paketweise (Siehe nächster Abschnitt!) gesendet. Der Beginn eines Paketes wird durch ein Synchronisationszeichen eingeleitet. Für die weitere Synchronisierung wird im Empfänger aus den Datenbits der Synchron-Takt gewonnen.

 

Prüfungsfrage

TE305  Wie erfolgt die synchrone Datenübertragung?
Sender und Empfänger synchronisieren ihre Taktfrequenzen mit einem Normalfrequenzsender.
Sende- und Empfangsstelle werden mit Hilfe der Netzfrequenz in Gleichtakt gebracht.
Sender und Empfänger werden nach jedem einzelnen Zeichen aufeinander synchronisiert. Die Zeichen enthalten Start- und Stoppbit, die zur Synchronisation dienen.
Eine Übertragung wird durch eine Synchronisationssequenz eingeleitet. Nach erfolgreicher Synchronisation werden die Pakete aus dem Binärstrom gelesen.

 

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Übertragungswege

Die Übertragungsgeschwindigkeit hängt auch davon ab, ob man die Daten (Signale) gleichzeitig in beiden Richtungen oder nur abwechselnd in einer Richtung senden kann. Im Amateurfunk wird von Duplex gesprochen, wenn Sender und Empfänger andere Frequenzen verwenden.

   Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-8: Simplex, Duplex und Halbduplex

 

Prüfungsfrage

TE328 Welche Aussage über die Übertragungsarten ist richtig?
Bei Simplex gibt es zwei unabhängige Übertragungskanäle.
Bei Duplex gibt es zwei Übertragungskanäle, aber es kann nur durch Umschaltung abwechselnd in beide Richtungen gesendet werden.
Bei Halbduplex gibt es nur einen Übertragungskanal, aber es kann durch Umschaltung abwechselnd in beide Richtungen gesendet werden.
Bei Halbduplex kann nur in eine Richtung gesendet werden.

 

Prüfungsfrage

TE329  Wie heißt die Übertragungsart mit einem Übertragungskanal, bei der durch Umschaltung abwechselnd in beide Richtungen gesendet werden kann?
Simplex
Halbduplex
Duplex
Vollduplex

 

 

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Übertragung in Paketform

Beim Packet Radio werden die Zeichen nicht alle direkt nacheinander ausgesendet, sondern sie werden nach einer bestimmten Regel, dem "Protokoll", zu Paketen von 128 bis 256 Zeichen zusammengesetzt und dann wird das komplette Paket als kurze Aussendung von ein bis zwei Sekunden übertragen.

Danach kann die nächste Station ihr "Packet" (gesprochen: päckit) auf der gleichen Frequenz übertragen. Damit die Pakete aber beim richtigen Empfänger ankommen, müssen sie noch eine Adresse bekommen, die mindestens das Rufzeichen enthält.

Jedem Packet wird nach dem AX.25-Protokoll ein Kopf (Header) vorangestellt. Dieser besteht aus Synchronzeichen (Flag), der Adresse (Rufzeichen von Absender, Digipeater und Empfänger) und aus weiteren Kontrollzeichen (PID = protocol identifier) und einer Prüfsumme (FCS = frame check sequence). Die eigentlichen Daten stehen im Info-Block. Dieser kann 64 oder 128 oder 256 mal 8-Bit-Daten enthalten. Jeweils 8 Bit entsprechen einem Zeichen und werden "1 Byte" genannt.

Aufgabe
a) Wie viel Bit umfasst ein Frame nach dem AX.25-Protokoll, wenn in diesem Rahmen 256 Byte Daten übertragen werden. Die Adresse wird mit 256 Bit angenommen?
b) Wie lange dauert bei 1200 Baud (gleich 1200 bps) die Aussendung eines solchen Datenpaketes?

Lösung:
a) Flag: 8 Bit
Adresse: 256 Bit
Control: 8 Bit
PID: 8 Bit
Info 256 x 8 Bit = 2048 Bit
FCS: 16 Bit
Flag: 8 Bit
gesamt: 2352 Bit

b) 2352 Bit x 833 µs = 1,96 s,
also 2 Sekunden für einen Burst.

Prüfungsfrage

TE304  Wie erfolgt die Datenübertragung bei Packet-Radio?
Die Daten werden paketweise gesendet. Der Beginn eines Paketes wird durch ein Synchronisationszeichen eingeleitet. Der Takt wird im Empfänger aus den Daten zurückgewonnen.
Die Daten werden paketweise gesendet. Am Anfang erfolgt ein Startzeichen und am Ende ein Stoppzeichen.
Die Daten werden parallel ausgesendet. Der Takt wird im Empfänger aus den Daten zurückgewonnen.
Die Daten werden seriell ausgesendet. Es ist ein asynchrones Verfahren.

 

 

Frequenzumtastung FSK

Wenn das zu übertragende Signal in binärer Form vorliegt, es also nur zwei Zustände (0 und 1) gibt, kann man diese beiden Zu­stände durch zwei Frequenzen übertragen. Im einfachsten Fall erzeugt man im Sender durch die zwei Spannungswerte (0 - 1) zwei Frequenzen und schaltet diese Frequenz durch die digitalen Signale einfach nur hin und her. Man nennt dies Frequency Shift Keying FSK. So wurden früher die Relaiskontakte der Fernschreibmaschine an den FSK-Eingang des Senders ange­schlossen. FSK ist also eine Frequenz­modulation mit nur zwei Zuständen. Den Frequenzabstand nennt man Shift.

Die Bandbreite bei FSK wird wie bei normaler Frequenzmodulation mit geringem Modulationsindex nach folgender Formel berechnet (siehe Lektion 11).

Dies gilt grundsätzlich auch für FSK. Allerdings wird hier nicht der Hub, sondern die Shift verwendet. Der Hub entspricht der Hälfte der Shift. Wegen der Rechteck­sig­nale ist die höchste Frequenz fi max ungefähr 1,6-mal (π/2) so hoch wie die Baudrate.

Beispiel
Gegeben: RTTY-Signal mit 45,45 Bd
a) Kurzwelle Shift 200 Hz
b) UKW Shift 850 Hz.
Wie groß ist jeweils die benötigte Bandbreite?

Lösungen:

a) b = 2 (100 Hz + 1,6 × 45,45 Hz) = 345 Hz
b) b = 2 (425 Hz + 1,6 ×45.45 Hz) = 995 Hz

 

AFSK

Man vereinbart für die Einsen und Nullen zwei verschiedene Tonfrequenzen, die man überträgt. Funkfernschreiben (RTTY) ver­wendet man auf Kurzwelle die Töne 1200 und 1400 Hz oder 2100 und 2300 Hz (high tones) und so weiter. Wenn zur Frequenzumschaltung zwei Töne verwendet werden nennt man diese Modulationsart AFSK (audio frequency shift keying). Wenn man einen SSB-Sender mit zwei Tönen moduliert, erhält man im Prinzip wieder eine Frequenzumtastung. Dies sei im Folgenden gezeigt.

Moduliert man einen SSB-Sender mit einer (unterdrückten) Trägerfrequenz von 14100 kHz im oberen Seitenband mit 1,200 kHz (Space-Signal, logisch 0), so entsteht eine Frequenz von 14101,200 kHz. Moduliert man mit 1,400 kHz (Marksignal, logisch 1), so erhält man als Summe 14101,400 kHz, also entsprechend 200 Hz höher.

Diesen Frequenzabstand nennt man Shift. Da die Trägerfrequenz unterdrückt ist, wirkt sich das entstandene Signal so aus, als ob man einen Sender hätte, der auf seiner Frequenz umgetastet wird (FSK). Wenn dies durch Umtastung eines Tones erreicht wird, nennt man die Modulationsart AFSK. Die Mittenfrequenz fm nennt man auch Center Frequency.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-9: Frequenzumtastung bei FSK/AFSK

 

Prüfungsfrage

TE319  Bei welchem Übertragungsverfahren für Digitalsignale wird ein niederfrequenter Zwischenträger vom Digitalsignal in der Frequenz umgetastet, und wie wird das Sendesignal dem Sender zugeführt?
FSK, das Sendesignal wird über den Mikrofoneingang zugeführt.
AFSK, das Sendesignal wird direkt dem Modulator zugeführt.
AFSK, das Sendesignal wird über den Mikrofoneingang zugeführt.
FSK, das Sendesignal wird direkt dem Modulator zugeführt.

 

 

PSK (BPSK - QPSK)

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-10: Verschiedene Phasenumschaltungen

PSK kommt von phase shift keying und bedeutet Phasenumschaltung. Anstatt mit zwei Tönen eine Frequenz umzuschalten, verwendet man bei PSK die Phasenum­schaltung eines sinusförmigen Einzeltones (Bild 15-10).

Aus dieser Grafik soll man folgendes erkennen können, indem man bei der Sinusschwingung den Zeitpunkt betrachtet, wo die gestrichelte Linie eingezeichnet ist: Ohne Phasensprung (0°) geht die Sinus­kurve unverändert weiter. Bei einem Phasensprung von 90° springt die Kurve um eine viertel Periode weiter und beginnt anstatt bei 0° bei 90°. Bei einem Phasensprung von 180° springt die Kurve um eine Halbwelle weiter, beginnt also in Richtung Minus. Entsprechend ist es bei 270° bei dreiviertel einer Periode. Man kann also während einer Schwingung vier verschiedene Zustandsänderungen (4 Bit) übertragen.

Bei BPSK (binary phase shift keying) verwendet man nur zwei Zustände und zwar 0° und 180°. Bei QPSK (quarter phase shift keying) werden alle vier Zustände ver­wendet. PSK hat gegenüber FSK den Vorteil, dass sich die Frequenz nicht ändert und die Bandbreite damit gering bleibt. In dieser Modulationsart arbeiten die Übertragungs­arten PSK31 und Pactor, die weiter unten ausführlich beschrieben werden. Die Bandbreite berechnet sich wie bei FM aus

Der Hub ΔF ist gleich Null. Die höchste vorkommende Frequenz ist die Hälfte der Bitrate pro Sekunde. Also ist die Bandbreite bei PSK ungefähr gleich der Baudrate.

 

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Die Übertragungsarten

Sprechfunk

Bisher werden im Amateurfunk für Sprechfunk (Übertragung von Sprache) nur analoge Modulationsarten verwendet. Dazu gehören auch SSB und FM, die in der Lektion 11 (Signale und Modulation) bereits ausführlich beschrieben wurden.

Um eine Vorstellung bezüglich der Unterschiede zwischen analogen und digitalen Signalen zu bekommen, werde ich für jede Übertragungsart ein Frequenzspektrum skizzieren. Aus diesem Frequenzspektrum erkennt man, ob analoge oder digitale Informationen vorliegen. Außerdem ergibt sich daraus die Bandbreite.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-11: Das SSB-Spektrum

Eine analoge Information erkennt man in den gezeichneten Spektren daran, dass der Informationsbereich durchgängig ist und keine Lücken enthält. Beim SSB-Spektrum ist der Frequenzbereich von 300 Hertz bis 2,7 Kilohertz lückenlos vorhanden.

Für die Übertragung dieses Signals (also für SSB) benötigt man eine Bandbreite von 300 Hz bis 2,7 kHz also 2,4 kHz. Sowohl auf der Senderseite wie auch auf der Empfangsseite muss das Filter mindestens diese Bandbreite aufweisen. Bei AM werden beide Seitenbänder übertragen (siehe Lektion 11). Die Bandbreite muss dann doppelt so groß sein. AM wird aber im Amateurfunk nur ganz selten verwendet. Viele Transceiver können aber auf AM geschaltet werden.

 

Prüfungsfrage

TE101  Wie unterscheidet sich J3E von A3E in Bezug auf die benötigte Bandbreite?
Die Sendeart J3E beansprucht etwas mehr als die halbe Bandbreite der Sendeart A3E.
Die Sendeart J3E beansprucht weniger als die halbe Bandbreite der Sendeart A3E.
Die Sendeart J3E beansprucht etwa ¼ Bandbreite der Sendeart A3E.
Die unterschiedlichen Sendearten lassen keinen Ver­gleich zu, da sie grundverschieden erzeugt werden.

 

Prüfungsfrage

TB801  Wie groß ist die HF-Bandbreite, die für die Übertragung eines SSB-Signals erforderlich ist?
Sie entspricht genau der Bandbreite des NF-Signals.
Sie entspricht der Hälfte der Bandbreite des NF-Sig­nals.
Sie entspricht der doppelten Bandbreite des NF-Sig­nals.
Sie ist Null, weil bei SSB-Modulation der HF-Träger unterdrückt wird.

 

Prüfungsfrage

TD231 Ein Quarzfilter mit einer 3-dB-Bandbreite von 2,3 kHz eignet sich besonders zur Verwendung in einem Sendeempfänger für
 CW.
 AM.
 FM.
 SSB.

 

 

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-12: FM-Spektrum

Bei Frequenzmodulation im VHF-/UHF-Bereich wird der Träger mit einem Hub von zirka 3 kHz "hin und her moduliert". Diesem Hub überlagert sich sozusagen noch das NF-Frequenzspektrum von 2,7 kHz. Wie bereits in Lektion 11 beschrieben, ist dies nur ein vereinfachtes Frequenzspektrum für einen geringen Modulationsindex. Danach benötigt man insgesamt eine Bandbreite von zweimal (3+2,7) kHz, also rund 11,4 kHz. In Lektion 11 haben Sie kennen gelernt, wie man die Bandbreite exakt ausrechnen kann. In der Praxis kommt man mit einer Bandbreite von 12 kHz aus. Man kann deshalb ein Kanalraster von 12,5 kHz verwenden. Allerdings muss die NF-Bandbreite vor der Modulationsstufe mit einem Bandpassfilter begrenzt werden, damit die HF-Bandbreite nicht zu groß wird.

 

Prüfungsfrage

TD233 Ein Quarzfilter mit einer der 3-dB-Bandbreite von 12 kHz eignet sich besonders zur Verwendung in einem Sendeempfänger für
CW.
SSB.
AM.
FM.

 

Prüfungsfrage

TD428 Welche Baugruppe sollte für die Begrenzung der NF-Bandbreite eines Mikrofonverstärkers verwendet werden?
Ein Bandpassfilter
Ein Tiefpassfilter
Ein Hochpassfilter
Ein Amplitudenbegrenzer

 

Prüfungsfrage

TE217  Der typische Hub eines NBFM-Signals im Amateurfunk beträgt
500 Hz.
25 kHz.
7,5 kHz.
3 kHz.

 

Die digitale Sprachübertragung ist im Amateurfunk noch nicht üblich. Sie wird eines Tages kommen. Aber die notwendige Bandbreite ist größer als bei SSB. Sie ist abhängig von der Abtastfrequenz. Als Abtastfrequenz genügt das Doppelte der höchsten, vorkommenden Frequenz, also für ausreichende Sprachverständlichkeit zweimal 3 kHz, gleich 6 kHz. 

Im weltweiten Telefonverkehr verwendet man eine Abtastfrequenz von 8 kHz. Man wird sich dieser Norm anschließen. Überträgt man dieses Signal in Einseitenbandmodulation, benötigt man mindestens 8 kHz Bandbreite. In Wirklichkeit wird sich die Bandbreite wegen der Übertragung von Rechtecksignalen noch erhöhen, wie in folgendem Abschnitt noch gezeigt wird.

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Morsetelegrafie

Bei der Telegrafie werden Texte übertragen. Im Prinzip gehört die Übertragung von Information im Morsecode zu den digitalen Betriebsarten. Es wird der Sender im Rhythmus der Morsezeichen ein- und ausgeschaltet. Es ist sozusagen hundertprozentige Amplitudenmodulation. Man nennt diese Modulationsart auch ASK (amplitude shift keying). Verwechseln Sie dies nicht mit AFSK, wobei das A für "Audio" steht!

   Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-13: Das Wort PARIS im Morsecode mit ASK

Bei der Übertragung von Rechtecksignalen tritt nun ein Problem auf: Es treten zusätzlich zur Grundfrequenz Oberwellen auf, wodurch die Bandbreite verbreitert wird, wenn man nicht für Abhilfe sorgt. Erinnern Sie sich an die Fourier-Analyse in Lektion 11: Jedes Rechtecksignal besteht aus einer Summe von sinusförmigen Frequenzen und zwar aus der Grundwelle und zahlreichen Oberwellen (Bild 15-14).

    Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-14: Entstehung eines Rechtecksignals durch Addition
von sinusförmigen Schwingungen (Fourier-Synthese)

Dies bedeutet umgekehrt, dass man ein Rechtecksignal in seine Grundwelle und eine große Anzahl von Oberwellen zerlegen kann. Die Amplituden der Oberwellen sind von der Kurvenform des Signals abhängig. Bei schmalen, steilen Rechtecken entstehen mehr Oberwellen als bei langsam ansteigenden Flanken. Wenn man beispielsweise im Morsecode mit einem sehr hohen Tempo von 150 Buchstaben pro Minute senden würde, erhält man eine Grundwelle von 10 Hertz und Oberwellen von 30 Hz, 50 Hz usw. Man rechnet bei CW mit einer Bandbreite von 100 bis 500 Hz (Lektion 11).

   Zeichnung: E. Moltrecht 2007

Bild 15-15: Frequenzspektrum eines CW-Signals als Rechtecksignal und  als HF-Signal

Tastet man damit einen Träger (ASK), entstehen neben der Trägerfrequenz weitere Signale jeweils im Abstand von 10 Hertz, wodurch sich die Bandbreite eines CW-Signals ergibt. Man rechnet bei normaler Tastung mit einer Bandbreite von ungefähr 100 bis 300 Hz.

Die Anzahl der Oberschwingungen und damit die Bandbreite ist von der Art der Tastung abhängig. Bei "weicher" Tastung sind die Tastflanken nicht so steil und es entstehen weniger Oberwellen.

   Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-16: A) harte und B) weiche Tastung bei Telegrafie

Die Übertragung selbst wird entweder "per Hand" mit der Morsetaste durchgeführt oder mit Hilfe eines Computers über die Tastatur. Die Dekodierung erfolgt entweder durch direktes Hören durch den Menschen oder wiederum mit Hilfe eines Computers.

Das direkte Hören und Dekodieren im "Gehirn" erfordert ein längeres Training. Man übt die Morsezeichen solange, bis diese im Unterbewusstsein gespeichert sind und allein durch Erkennen des Tastrhythmus "gelesen" werden können. Morsen kann als eine zusätzliche Sprache verstanden werden. Mehr dazu in der Lektion 20 in diesem Buch.

Es gibt zwei wesentliche Vorteile der Übertragung durch Morsetelegrafie gegenüber der Sprachübertragung. Erstens benötigt man keine Fremdsprachenkenntnisse. Die Texte werden üblicherweise durch international festgelegte Abkürzungen übertragen. Für ein "Standard-QSO" muss man nur diese Abkürzungen lernen. 

Der zweite große Vorteil ist die geringe Bandbreite. Wenn der Empfänger auf diese schmale Bandbreite eingestellt wird, verbessert sich das Signal-Rausch-Verhältnis im gleichen Maße, wie die Bandbreite verringert wird. Der Einfluss von Nachbarkanalstörern nimmt ab.

Morsen macht Spaß. Empfehlung: Lernen Sie Morsen, auch wenn Morsen für die Prüfung nicht mehr benötigt wird. Bei www.dj4uf.de finden Sie einen kostenlosen MP3-Morselehrgang.

 

Prüfungsfrage

TD234 Ein Quarzfilter mit einer der 3-dB-Bandbreite von 500 Hz eignet sich besonders zur Verwendung in einem Sendeempfänger für
FM.
SSB.
AM.
CW.

 

Prüfungsfrage

TE102  Wodurch werden Tastklicks bei einem CW-Sender hervorgerufen? Tastklicks werden hervorgerufen durch
prellende Kontakte der verwendeten Taste
zu steile Flanken der Tastimpulse
direkte Tastung der Oszillatorstufe
ein unterdimensioniertes Netzteil, dessen Spannung beim Auftasten kurzzeitig zusammenbricht

 

Prüfungsfrage

TG205  Welche Tastformung eines CW-Senders vermeidet an wirksamsten die Entstehung von Tastklicks?

 

Prüfungsfrage

TK203  Diese Modulationshüllkurve eines CW-Senders sollte vermieden werden, da

 

wahrscheinlich Tastklicks erzeugt werden.
während der Aussetzer Probleme im Leistungsverstärker entstehen könnten.
sie schwierig zu interpretieren ist.
die Stromversorgung überlastet wird.

 

Prüfungsfrage

TK318  In den nachfolgenden Bildern sind mögliche Signalverläufe bei der Tastung eines CW-Signals dargestellt. Welcher Signalverlauf führt zu den geringsten Störungen?

 

 

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Funkfernschreibtelegrafie (RTTY)

Für die funktechnische Übertragung von Informationen in Schriftform verwendet man auf der Sendeseite normalerweise eine Tastatur, auf der Empfängerseite einen Bildschirm oder Drucker. Früher hat man elektromechanische Fernschreiber verwendet, bei denen durch Drücken eines Tastenhebels fünf Kontakte betätigt wurden. Da die Übertragung der Signale über eine einzige Leitung erfolgt, müssen die Zustände der fünf Kontakte nacheinander (seriell) übertragen werden.

Auf der Empfängerseite werden die für ein auszudruckendes Zeichen zeitlich nacheinander eintreffenden Signalschritte zwischen Start- und Stoppschritt gespeichert, um nach erfolgter Dekodierung die Zeichenausgabe zu ermöglichen.

   Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-17: Prinzip der Fernschreibübertragung mittels Fernschreiber

Die Start- und Stoppsignale sorgen dafür, dass die sich drehende Nockenwellenscheibe bei Sendung zur Umwandlung parallel in seriell und bei Empfang seriell in parallel an den Motor an- und abgekoppelt wird. Bei jedem Startzeichen erfolgt ein Anlaufen der Welle und beim Stoppsignal die Sperrung der Drehbewegung.

Dieses Start-Stopp-Verfahren bietet den Vorteil, dass sich Drehzahlschwankungen der Elektromotoren in den beiden beteiligten Fernschreibmaschinen während der kurzen Dauer eines Zeichens kaum auswirken können. Man nennt dieses Verfahren asynchrone Übertragung.

Bei der synchronen Übertragung wird zu Beginn der Sendung ein Synchron- oder Startzeichen gegeben und dann müssen die Drehzahlen der Sende- und Empfangsmaschine für die Dauer der Übertragung exakt gleich bleiben. Dadurch spart man die Zeit für das Start- und Stoppzeichen bei jedem übertragenen Zeichen. Im Amateurfunk wird bei der Betriebsart RTTY (Radioteletype) die asynchrone Übertragung nach dem Start-Stopp-Verfahren verwendet. Die synchrone Übertragung wird bei der Bildübertragung SSTV, bei Packet Radio, bei AMTOR, Pactor und bei ATV verwendet.

Heute verwendet man zwar kaum noch elektromechanische Fernschreiber sondern fast ausschließlich den Computer. Jedoch hat man die Art der Übertragung so gelassen, um eine Kompatibilität mit den Fernschreibmaschinen zu erhalten.

   Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-18: Modulation mittels Frequenzumtastung bei RTTY

Aus dem oberen Teil des Bildes geht die Übertragungsgeschwindigkeit hervor. Bereits im Lehrgang Klasse 3 haben Sie die Berechnung der Baudrate kennen gelernt. Die Schrittgeschwindigkeit ist der Kehrwert der Zeit für einen Schritt. Sie wird in Baud (gesprochen: bohd), abgekürzt "Bd" angegeben.

Aufgabe
Berechnen Sie die Schrittgeschwindigkeit in Baud für das in Bild 15-14 dargestellte Signal.

Lösung:

 

Im Bild 15-18 sieht man, dass das übertragene digitale Signal außer dem Start- und dem Stopp-Bit noch fünf weitere Bits hat. Das sind die Daten-Bits.

Prüfungsfrage

TE320  Was ist der Baudot-Code?
Es ist ein 7-Bit-Code mit zusätzlichen Start- und Stop­bits sowie einem Paritätsbit. 
Es ist ein 8-Bit-Code mit zusätzlichen Start- und Stop­bits.
Es ist ein 5-Bit-Code mit zusätzlichen Start- und Stop­bits.
Es ist ein 5-Bit-Code mit einem Paritätsbit.

Prüfungsfrage

TE322  Um RTTY-Betrieb durchzuführen benötigt man außer einem Transceiver beispielsweise
einen RTTY-Microcontroller.
einen Fernschreiber.
einen PC mit Soundkarte und entsprechender Software.
eine Zusatzeinrichtung, die RTTY-Signale umwandelt und anschließend zwischenspeichert.

Hinweis: Transceiver und Fernschreiber allein reicht nicht aus.

Noch einmal

TE330  Wie viel verschiedene Zeichen kann man mit dem 5-Bit Baudot Code erzeugen?
5
32
64
128

Lösung X = 25 = 2 ·  2 ·  2 ·  2 · 2 = 32

 

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Packet Radio

Packet Radio ist ein modernes Funkübertragungsverfahren für Texte und Daten, das man mit Funkfernschreiben vergleichen könnte. Jedoch bietet es gegenüber RTTY etliche Vorteile. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist ein Vielfaches höher. Es wird mit Fehlerkorrektur gearbeitet. Es können mehrere Stationen auf einer Frequenz arbeiten. Es gibt viele Zwischenstationen (Digipeater) und es gibt Speicherstellen für die Nachrichten (Mailboxen).

Packet Radio wird in Deutschland und in den Nachbarländern überwiegend in FM im UHF-Bereich durchgeführt. In ost- und südeuropäischen Ländern ist Packet Radio auch noch im VHF-Bereich (2-m-Band) üblich. Im VHF-Bereich verwendet man Baudraten von 1200 und 9600 Baud. Es gibt auch schon Versuchsstrecken mit höheren Baudraten. Im 10-GHz-Bereich des Amateurfunks entsteht ein Netz mit 614 K B/s, das schneller ist als Internet über Telefon. Bei Packet Radio auf Kurzwelle werden wegen der geringeren Bandbreite 300 Baud verwendet.

Prüfungsfrage

TE316  Warum können auf einer Frequenz mehrere Stationen gleichzeitig Verbindungen in der Betriebsart Packet Radio haben?
Weil die Gesamtinformation einer Station in Teilinformationen zerlegt wird, die zeitversetzt gesendet werden, dazwischen ist genügend Zeit für andere Stationen.
Weil es sich um digitale Übertragung handelt, die weit weniger störanfällig ist als analoge Übertragung.
Weil in dieser Betriebsart das so genannte "Multitasking" möglich ist.
Weil bei Packet-Radio die dazu benutzten Frequenzen im so genannten "Timesharing" genutzt werden.

 

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1k2-Packet

Beim 1200 Baud Packet Radio (1k2) arbeitet man mit den beiden NF-Tönen (NF-Zwischenträgerfrequenzen) von 1200 und 2200 Hertz. Die Shift beträgt also 1000 Hz. Die Mittenfrequenz beträgt 1700 Hz.

   Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-19: Der Hub ist die Hälfte der Shift

Man könnte sich auch vorstellen, als hätte man einen Zwischenfrequenzträger von 1700 Hz mit einem Hub von 500 Hz. Die Töne werden mit einer Baudrate von 1200 Bit/s umgeschaltet. Dieses Umschalten entspricht einem Rechtecksignal von 600 Hz. Damit errechnet sich die Bandbreite dieses Zwischenträgers (siehe Abschnitt FSK - AFSK) zu

Dieses AFSK-Signal wird anschließend in normaler FM (über den Mikrofoneingang) auf den eigentlichen Hochfrequenzträger aufmoduliert. Der HF-Frequenzhub wird so gewählt, dass man mit einer HF-Bandbreite von weniger 12 kHz auskommt. Die Digipeater haben üblicherweise ein Kanal­raster von 12,5 kHz oder 25 kHz.

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Prüfungsfrage

TE301  Wie wird ein Sender mit einem 1200-Bd-Packet-Radio-Signal moduliert?
Das Signal wird im NF-Bereich erzeugt und auf den PTT-Eingang des Senders gegeben.
Das Signal wird mit einem digitalen Modulator erzeugt und auf den Mikrofoneingang des Senders gegeben.
Das Signal wird mit einem digitalen Modulator erzeugt und auf den CW-Eingang des Senders gegeben.
Das Signal wird im NF-Bereich erzeugt und auf den Mikrofoneingang des Senders gegeben.

 

Prüfungsfrage

TE302  Welche NF-Bandbreite beansprucht ein 1200-Bd-Packet-Radio-AFSK-Signal?
ca. 3 kHz
ca. 6,6 kHz
12,5 kHz
25 kHz

 

Prüfungsfrage

TE303   Welche NF-Zwischenträgerfrequenzen werden in der Regel in Packet-Radio bei 1200 Bd benutzt?
850 / 1200 kHz
500 / 1750 Hz
1200 / 2200 Hz
300 / 2700 Hz

 

Prüfungsfrage

TE306  Welche HF-Bandbreite beansprucht ein 1200-Baud-Packet-Radio-AFSK-Signal?
25 kHz
12 kHz
ca. 6,6 kHz
ca. 3 kHz

 

 

9k6 Packet

Um bei Packet Radio mit höheren Übertragungsgeschwindigkeiten als 1200 Baud arbeiten zu können, kann man nicht mehr mit dieser Doppelmodulation wie bei 1k2 Packet arbeiten. Der englische Funkamateur G3RUH hat ein Verfahren entwickelt, 9600 Baud schnelles Packet Radio auf einem 25 kHz breiten Kanal durchzuführen.

Es gibt dabei zwei Probleme:

  • Das 9600-Baud-Signal gibt eine Rechteckfrequenz von 4800 Hertz, die der Modulator übertragen muss.
  • Werden viele Einsen oder Nullen hintereinander übertragen, ergeben sich sehr niedrige Frequenzen bis hin zu Gleichstrom.

Das zweite Problem hat G3RUH dadurch gelöst, dass er das Packet Signal systematisch "verwürfelt" (scrambling). Bei längeren Ketten von Einsen oder Nullen werden diese abwechselnd invertiert. Dieses Scrambling muss natürlich auf der Empfängerseite wieder zurück gewandelt werden. Dennoch wird wegen des Rechtecksignals eine niedrige Übertragungsfrequenz von kleiner 20 Hertz benötigt.

Das erste Problem mit der hohen Niederfrequenz von mindestens 4,8 kHz (für ein Rechtecksignal benötigt man immer noch etwas mehr - es werden 6 kHz gewünscht) beim NF-Verstärker kann man nur dadurch lösen, dass man nicht den normalen Mikrofoneingang des Funkgerätes benutzt, sondern einen direkten Zugang zum Modulator schafft. Auch im Empfänger muss ein entsprechender NF-Ausgang direkt am Demodulator geschaffen werden. Außerdem wird die volle Bandbreite von 20 kHz benötigt. Es müssen breite Filter vorhanden sein.

Ältere Transceiver oder 70-cm-Handfunkgeräte werden von den Funkamateuren für die Verwendung als Packet-Radio-Transceiver für 9K6 umgebaut. Umbauanleitungen findet man in den Packet-Radio-Mailboxen oder im Internet. Moderne Datentransceiver bieten umschaltbare Bandbreiten für normalen FM-Sprechfunkverkehr oder Datenfunk.

 

Prüfungsfrage

TE310  Welche Anforderungen muss ein FM-Funkgerät erfüllen, damit es für die Übertragung von Packet-Radio mit 9600 Baud geeignet ist?
Es muss sende- und empfangsseitig den HF-Frequenzbereich von 300 Hz bis 3,4 kHz möglichst linear übertragen können. Die Zeit für die Sende-Empfangsumschaltung muss zwischen 100...300 ms liegen.
Es muss sende- und empfangsseitig den NF-Frequenzbereich von 20 Hz bis 6 kHz möglichst linear übertragen können. Die Zeit für die Sende-Empfangs­umschaltung muss so kurz wie möglich sein, z.B. < 10...100 ms.
Es muss über einen Anschluss für Mikrofon und Lautsprecher verfügen, an dem ein Terminal-Node-Cont­roller (TNC) oder Modem für 9600 Baud angeschlossen werden kann.
Es muss den NF-Frequenzbereich um 9600 Hz linear übertragen können und ein Tx-Delay von kleiner 1 ms haben.

 

Prüfungsfrage

TE311  Welche Punkte in einem FM-Transceiver sind für die Zuführung bzw. das Abgreifen eines 9600-Baud-FSK-Signals geeignet?
Die Zuführung des Sendesignals könnte z.B. direkt am FM-Modulator einer Sende-ZF-Aufbereitung erfolgen. Der Abgriff des Empfangssignals könnte z.B. an einem geeigneten Punkt direkt am Demodulator erfolgen.
Die Zuführung des Sendesignals könnte z.B. am Eingang des Mikrofonverstärkers erfolgen. Der Abgriff des Empfangssignals könnte z.B. unter Verwendung eines zusätzlichen Hochpassfilters direkt am Ausgang des Audioverstärkers erfolgen.
Die Zuführung des Sendesignals könnte z.B. über einen geeigneten Punkt am seriellen Bus des Mikrocontrollers erfolgen. Der Abgriff des Empfangssignals könnte an einem geeigneten Punkt direkt am Demodulator erfolgen.
Die Zuführung des Sendesignals könnte z.B. über einen geeigneten Punkt am Eingang des Ringmodulators erfolgen. Der Abgriff des Empfangssignals könnte z.B. unter Verwendung eines zusätzlichen Hochpassfilters direkt am Ausgang des Audioverstärkers erfolgen.

Prüfungsfrage

TE313 Welche HF-Bandbreite beansprucht ein 9600-Baud-FM-Packet-Radio-Signal?
12,5 kHz
 20 kHz
ca. 6,6 kHz
ca. 3 kHz

 

TX-Delay

Prüfungsfrage

Bild 15-20: TX-Delay

Ferner muss ein Datentransceiver sehr schnell von Sendung auf Empfang oder umgekehrt umschalten können. Nicht jeder 70-cm-FM-Transceiver ist als Datentransceiver für Packet Radio geeignet. Viele ältere Geräte müssen erst entsprechend umgebaut werden. Man löst das Umschaltproblem folgendermaßen. Bei der automatischen Senderumschaltung von Empfang auf Senden wird zunächst einige „zig“ Millisekunden gewartet, bis das Synchronisations­signal und danach die Daten ausgesendet werden. Diese Verzögerung nennt man TX-Delay. Sie ist vom Umschaltverhalten des Senders abhängig und muss im Programm individuell eingestellt werden.

Prüfungsfrage

TE308  Beim Aussenden von Daten in der Betriebsart Packet-Radio muss nach dem Hochtasten des Senders eine gewisse Zeitspanne gewartet werden, bevor mit der Datenübertragung begonnen werden kann. Wie heißt der Parameter mit dem diese Zeitspanne eingestellt wird?
RX-Delay
DWAIT
TX-Delay
Frack

Kommentar: Siehe Erläuterung oberhalb!

Prüfungsfrage

TE309  Beim Aussenden von Daten in der Betriebsart Packet-Radio muss nach dem Hochtasten des Senders eine gewisse Zeitspanne gewartet werden, bevor mit der Datenübertragung begonnen werden kann. Diese Zeitspanne hängt ab
von dem im Computer verwendeten Prozessortyp und dessen Taktgeschwindigkeit.
vom Einschwingverhalten des Empfängers der Gegenstation und der Anzahl der Benutzer auf der verwendeten Frequenz.
vom Einschwingverhalten des Senders und der Zeit bis alle Geräte von Empfang auf Sendung durchgeschaltet haben.
von der Zeit bis die Gegenstelle empfangsbereit ist und der Geschwindigkeit des eigenen Computers.

Prüfungsfrage

TE317  Was versteht man bei Packet-Radio unter dem Begriff "TX-Delay"?
Die Zeit, die der Funkamateur warten muss, bis er senden darf.
Die Zeit, bis eine gesendete Nachricht beim Empfänger ankommt.
Die maximale Zeitspanne, die eine Station senden darf.
Das Zeitintervall zwischen dem Einschalten des Senders und dem Beginn der Datenübertragung.

 

TNC

Wie schon im Lehrgang zur Klasse E erläutert wurde, benötigt man für die Durchführung von Packet Radio entweder einen Controller (TNC = terminal net controller) oder eine Softwarelösung mittels Soundkarte.

Bild: Eigenbau Packet Radio Station, oben: TNC, Mitte: 70-cm-Transceiver, unten: 23-cm-Transceiver

Prüfungsfrage

TE307  Welche der nachfolgend genannten Einrichtungen würden Sie an einen Terminal-Node-Controller (TNC) anschließen um am Packet-Radio-Betrieb teilzunehmen?
Einen Up- /Down-Converter und einen Monitor
Eine IBM-MF-kompatible Tastatur und ein Modem
Ein Multifunktionsmikrofon mit DTMF-Tastatur, einen Monitor und ein Modem
Einen geeigneten Transceiver und ein Terminal oder Computersystem

Prüfungsfrage

TE315  Was versteht man bei Packet Radio unter einem TNC (Terminal Network Controller)? Ein TNC
wandelt nur die Töne in digitale Daten und schickt diese an den PC.
besteht aus einem Modem und dem Controller für die digitale Aufbereitung der Daten.
wandelt nur die Töne in digitale Daten und schickt diese an den Sender.
ist ein Modem (Modulator und Demodulator) für digitale Signale.

 

Digipeater/Mailbox

Digipeater (digital - repeater) sind Relaisfunkstellen für digitale Funksignale. Sie sind weltweit miteinander verbunden. Man kann Nachrichten von seinem eigenen Computer ausgehend weltweit versenden. Dabei werden die Informationen in einem großen Netz von einem zum nächsten Digipeater weitergereicht. Ferner gibt es Digipeater mit Speicherstellen, so genannte Mailboxen, wo eine Nachricht abgespeichert wird, bis sie vom Empfänger abgerufen wird.

Prüfungsfrage

TE314  Eine Packet-Radio-Mailbox ist
eine fernbedient oder automatisch arbeitende Funkstelle die Internetnachrichten zwischenspeichert.
die Softwaresteuerung einer automatischen Funkstelle.
ein Rechnersystem bei dem Texte und Daten über Funk eingespeichert und abgerufen werden können.
eine Zusatzeinrichtung die E-Mails umwandelt und anschließend zwischenspeichert.

 

In Westeuropa arbeiten die Digipeater vorwiegend im 70-cm-Band. Wie aus der Karte (Bild 20-7) zu sehen, ist das Netz der Digipeater in Mitteleuropa so eng, dass man praktisch von jedem Standort aus mindestens einen Digipeater hören kann. Man kann sich auch mit anderen Funkstationen über Digipeater direkt verbinden und mit diesen Nachrichten austauschen.

(Bild fehlt)

Bild 15-21: Das Digipeaternetz in Mitteleuropa (aus dem Kartenprogramm HAMMAP)

 

Die Netzwerk-Architektur

Prüfungsfrage

Bild 15-22: Die Netzwerk-Architektur

Aus Bild 15-22 ist erkennbar, wie die Datenstationen untereinander verbunden sein können. Bei einem totalen Verbindungssystem sind alle Stationen direkt über eine Leitung (oder Funkstrecke) miteinander verbunden. Dies hat den Vorteil, dass kein Vermittlungsaufwand nötig ist und man jederzeit eine Verbindung hat, jedoch ist der Aufwand sehr hoch. Die Anzahl der benötigten Strecken kann man mit folgender Formel berechnen.

Beispiel
In einem totalen Verbindungsnetz sollen 10 Stationen so verbunden werden, dass jeder mit jedem eine eigene Verbindung hat. Wie viele Verbindungsstrecken werden benötigt?

N = 10 · (10-1)/2 = 10 · 9/2 = 10 · 4,5 = 45

 

Aufgabe
In Bild 15-22 (links) fehlt eine Verbindung. Zeichnen Sie diese ein!

Man spart Verbindungsstrecken durch das Teilstreckennetz oder das Diffusionsnetz. Im Amateurfunk ist das Teilstreckennetz bei den Digipeatern untereinander realisiert. Beim Diffusionsnetz sind alle Stationen über ein Kabel (eine Funkstrecke) miteinander verbunden. Aber nur eine dieser Stationen darf senden, sonst kommt es zu Kollisionen. Alle anderen Stationen können empfangen. Dieses Netz wird Fischgrätennetz (backboone) genannt.

Das Hauptproblem beim Diffusionsnetz ist die Vermeidung von Kollisionen. Grundsätzlich wird zunächst geprüft, ob die Leitung (Frequenz) frei ist und dann nach Ablauf einer kurzen Zeit gesendet. Wenn jedoch mehrere Teilnehmer nach dem Ablauf dieser Zeit gleichzeitig zu senden beginnen, gibt es natürlich Störungen. In der kommerziellen Technik macht man es so, dass zum Beispiel diese Wartezeit nach einem Zufallsprinzip verändert wird und beim nächsten Mal die Station mit der kürzesten Wartezeit zuerst sendet und die anderen den Kanal als besetzt vorfinden und nicht senden.

Im Amateurfunk hat sich bei vielen Digipeatern der anforderungsbezogene Mehrfachzugriff DAMA (Demand Assigned Multiple Access) durchgesetzt. Beim DAMA-System werden nacheinander die angeschlossenen Stationen gefragt (natürlich automatisch – nicht der OP wird gefragt, sondern der TNC), ob sie Daten senden möchten. Obwohl durch diese Abfrage viel Zeit vergeht, kann die Übertragung insgesamt schneller werden, weil es nicht mehr zu Kollisionen kommt und dadurch eine Datenwiederholung vermieden wird.

Prüfungsfrage

TE312  Was versteht man unter "DAMA" bei der Betriebsart Packet-Radio?
Anforderungsbezogener Mehrfachzugriff. Die TNC der Teilnehmer werden vom Netzknoten gepollt (angesprochen) und gehen nur nach Aufforderung des Netzknotens auf Sendung.
Automatische Bitratenerkennung. Ein Netzknoten stellt sich automatisch auf die Bitrate des Anwenders ein.
Automatische Speicherbereichszuweisung bei Digipeatern. Nach Verbindungsaufbau wird der Speicher für Store & Forward Betrieb bereitgestellt.
Asynchrone Zusammenführung der Netzzugänge. Die Signale der Teilnehmer und Linkstrecken werden dem Netzknoten asynchron zugeführt.

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APRS

APRS ist die Abkürzung aus dem amerikanischen "Automated Packet Reporting System". Es arbeitet nach dem Prinzip von Packet Radio, nämlich kurze Datenpakete auf einer Frequenz auszusenden. Allerdings werden keine Zweiwegverbindungen aufgebaut, sondern die Datenpakete nur in eine Richtung (Simplex) nach einem interessanten Verteilerprinzip verbreitet. Jede teilnehmende Station kann gleichzeitig auch Digipeater sein. Auf diese Art und Weise können Daten, wie zum Beispiel Wetterdaten, Positionsmeldungen und andere Messwerte an eine große Gruppe von Empfängerstationen weiter vermittelt werden.

Hören Sie einmal hinein auf der Frequenz 144,800 MHz! Sicher werden auch in Ihrer Umgebung solche Datenpakete zu hören sein. Mehr zu APRS im Bereich Funktechnik hier auf der Homepage. Prüfungsfragen dazu gibt es bei Betriebstechnik.

Prüfungsfrage

BJ111  Was bedeutet die Abkürzung APRS?
Automatisches Positionsmeldesystem
Automatisches Packet Radio System.
Amerikanisches Packet Radio System
Amateurfunk Packet Radio System

 

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PSK31

PSK31 ist ein Textübertragungsverfahren in PSK, das 1999 von dem Funkamateur G3LPX vorgestellt wurde. Es arbeitet mit einer Bitrate von 31,25 Bit/s. Weiter oben unter PSK wurde bereits erklärt, dass die Bandbreite bei PSK ungefähr gleich der Bitrate pro Sekunde ist. Also benötigt PSK31 auch nur 31 Hz Bandbreite. Im Vergleich zu Telegrafie benötigt man nur ein Zehntel der Bandbreite.

Prüfungsfrage

TE323  Welches der folgenden digitalen Übertragungsverfahren hat die geringste Bandbreite?
PSK31
RTTY
Pactor
Amtor

 

Prüfungsfrage

TE325 Die theoretische Bandbreite bei PSK31 beträgt
31 Hz
 500 Hz
2,4 kHz
3,1 kHz

 

Stellt man die Filter bei Empfang auf diese geringe Bandbreite ein, erhält man einen Systemgewinn von 10 dB oder einem Leistungsfaktor 10. Dies bedeutet, dass man nur ein Zehntel der Leistung benötigt, um den gleichen Signal-Stör-Abstand wie bei CW zu bekommen. Tatsächlich zeigt es sich auch in der Praxis. Man kann mit Leistungen um 10 Watt weltweiten Funkverkehr in PSK31 machen.

Die Betriebsart PSK31 wird allein mit einem (kostenlosen) Computerprogramm durchgeführt. Die Soundkarte im Computer dient zur Erzeugung der Töne auf der Sendeseite und zur Dekodierung wird das Programm und die Soundkarte als schmalbandiges NF-Filter verwendet. Man benötigt also kein Modem. Mehr zu PSK31 unter www.psk31.de.

PSK31 kann in BPSK und in QPSK arbeiten (siehe oben unter PSK). Bei QPSK werden praktisch zwei Kanäle erzeugt und auf dem zweiten Kanal wird ein Fehlerkorrekturcode übertragen. Dies macht die Verbindung dann sicherer.

Bild 15-23: Typische Bildschirmdarstellung bei PSK31 mit Empfangsfenster, Sendefenster und dem Wasserfalldiagramm unten (Programm: Ham Radio Deluxe von HB9DRV)

 

PSK31 arbeitet mit einem Hilfsträger von 1000 Hertz. Die Frequenz muss sehr genau eingestellt werden können. Die Programme verwenden hier eine neuartige Anzeige, die man Wasserfalldiagramm nennt. Horizontal ist die Frequenz zwischen 14069,5 und 14070,3 kHz dargestellt. Die blauschwarzen Zeilen wandern nach unten. Dort, wo ein heller Streifen entsteht, befindet sich eine PSK31 Station. Zeigt man mit der Maus auf diese Stelle, wird die genaue Frequenz (hier 14069.587 kHz) angezeigt und bei modernen Transceivern mit CAT-Steuerung (siehe Lektion 18) diese Frequenz direkt eingestellt.

Prüfungsfrage

TE326 Wie nennt man eine Darstellung der Empfangssignale auf einem Computer, wobei als horizontale Achse die Frequenz, als vertikale Achse die Zeit und als Stärke des Signals die Breite einer Linie dargestellt wird?
Wasserfalldiagramm
Fourieranalyse
Schmetterlingsdarstellung
Lissajous-Figuren

 

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AMTOR

AMTOR kommt von Amateur Microprocessor Teleprinting Over Radio und bedeutet Amateurfunk-Fernschreiben mit Hilfe eines Mikroprozessors. Es ist ein Verfahren mit hoher Übertragungssicherheit, da bei einer AMTOR-Verbindung die empfangende Station nach der Aussendung von drei Zeichen zur Quittierung des fehlerfreien Empfangs aufgefordert wird (ARQ, automatic repeat request). Beide Sender sind also immer wechselweise in Betrieb.

Das Prinzip der Übertragung von Fernschreibzeichen nach dem ARQ-Verfahren existiert im kommerziellen Seefunk unter dem Namen SITOR, SPECTOR oder MICROTOR und wurde für den Amateurfunk entsprechend abgewandelt. 

Der AMTOR-Code hat sieben Bits, womit 27 = 128 Codewörter möglich wären. Allerdings werden davon nur 38 Kombinationen genutzt, nämlich nur solche mit 4 Einsen und 3 Nullen. Dadurch ist eine gute Fehlererkennungsmöglichkeit geschaffen. Denn ist die Übertragung gestört, ist es unwahrscheinlich, dass das gestörte Zeichen auch vier Einsen und drei Nullen enthält.

Der AMTOR-Code ist ein Synchroncode, das heißt die einzelnen Zeichen enthalten kein Start- oder Stoppbit. Die notwendige Synchronisation zwischen sendender Stelle (Master) und empfangender Stelle (Slave) geschieht am Anfang einer Verbindung mit Hilfe eines frequenzstabilen 1-kHz-Oszillators, der an die Interruptleitung des Mikroprozessors gelegt wird. Eine eventuelle Drift zwischen Master und Slave wird während der Sendung vom Slave ausgeglichen, indem dieser die Zeitpunkte seiner Impulsflanken mit den zu erwartenden vergleicht und wenn erforderlich, anpasst.

Die Übertragung der Signale geschieht wie bei RTTY durch Frequenzumtastung mit den gleichen Tönen und gleicher Shift. Allerdings werden die Dreierblöcke mit 100 Baud gesendet. Bei 100 Baud wird für ein Bit 1/100 Sekunde, also 10 Millisekunden benötigt. Ein 7-Bit-Zeichen benötigt 70 ms und für einen Dreierblock werden also 210 Millisekunden benötigt. Die Bandbreite beträgt damit

Die Dreierblocks werden in einem Abstand von 450 ms gesendet, so dass dem Slave eine Lücke von 240 ms verbleibt, sein Kontrollzeichen zu senden. Die Zeit für die Empfangs-Sende-Umschaltung muss also in dieser Betriebsart sehr kurz sein. AMTOR wird mehr und mehr durch das neuere und bessere Verfahren PACTOR verdrängt.

 

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PACTOR

PACTOR kommt von Packet Teleprinting Over Radio und bedeutet Fernschreiben mit Hilfe eines Mikroprozessors in Paketform - ähnlich Packet Radio. PACTOR ist ein von DF4KV und DL6MAA weiterentwickeltes Verfahren von Amtor. Amtor wurde für die reine Textübertragung entwickelt. Es gibt nur einen beschränkten Zeichenvorrat. Sollen Daten übertragen werden, müssen mindestens acht Bit übertragbar sein. Dann entfällt aber der typische Kontrollcode von Amtor.

Packet Radio ist in der Lage, 8-Bit-Werte zu übertragen. Die Fehlerüberprüfung erfolgt dann nach einem bestimmten Protokoll, indem noch zusätzliche Kontroll­codes übertragen werden. Dies funktioniert auf den störungsfreien UKW-Kanälen in Frequenzmodulation einwandfrei, aber nicht mehr in den schmalen SSB-Kanälen im Kurzwellenbereich, auch wenn man die Baudrate gegenüber UKW stark reduziert. Deshalb hat sich Packet Radio auf Kurzwelle nicht so recht durchsetzen können.

 
 PTC-Controller von SCS, Foto: Eckart Moltrecht

Hier bietet nun PACTOR Abhilfe. Es wird ein 8-Bit-Code übertragen. Die Fehler­sicherung erfolgt mittels CRC-Check ähnlich Packet Radio. Es werden sehr kurze Datenblöcke übertragen. Bei "PACTOR 1" arbeitet man mit zwei Tönen (AFSK) mit 100 bis 300 Bit/s. Es wird mit synchroner Datenübertragung gearbeitet, wie bei Amtor. Dadurch entfallen die Synchron­signale am Anfang jeden Blockes gegenüber Packet Radio. Außerdem wird Datenkompression verwendet.

Mittlerweile hat die Technologie der digitalen Signalprozessoren (DSP) ein Preisniveau erreicht, dass man Hochleistungsmodems auch für die Amateurfunkanwen­dung entwickelt hat. Diese neuen Controller sind so flexibel, das man weitere Übertragungsverfahren entwickeln und die Modems leicht den neuen Gegebenheiten anpassen kann.

Bei PACTOR 2 hat man beispielsweise eine verbesserte Datenkompression eingeführt, eine automatische Frequenzkorrektur ist möglich, die Paketlänge und die Übertra­gungsrate kann sich den Übertragungs­eigenschaften automatisch anpassen. Das Signal wird nicht mehr in AFSK übertragen sondern in PSK (phase shift keying). Dadurch lässt sich auch bei höherer Baudrate die niedrige Bandbreite von 500 Hz weiterhin einhalten. Bei PACTOR 2 wird eine sichere Datenübertragung noch ermöglicht, wenn beide Stationen praktisch schon im Rauschen verschwunden sind, wenn man gar keine Töne mehr wahrnehmen kann.

PACTOR 3 arbeitet je nach Übertra­gungsverhältnissen in sechs verschiedenen Geschwindigkeitsstufen (Level genannt). Bei PACTOR 3 - Level 1 wird mit nur zwei Tönen wie bei PACTOR 1 und 2 gearbeitet. Man erreicht in diesem Level auch nur 200 Baud. Im Level 2 wird mit sechs Tönen, in den Leveln 3 und 4 mit 14 Tönen, im Level 5 mit 16 Tönen und nur im Level 6 mit 18 Tönen gearbeitet. Entsprechend größer muss die Bandbreite sein. Die Bandbreite des Controllers wird automatisch angepasst.

Nachteil: Für Pactor wird ein spezieller Controller benötigt, der Gebrauchsmuster geschützt ist und von Funkamateuren nicht nachgebaut werden darf. Die Anschaffung ist ziemlich teuer. Das Pactor-1-Verfahren aber ist frei und wird gelegentlich für den Kurzwellen-Mailboxbetrieb verwendet.

Pactor wird inzwischen nur noch von segelnden Funkamateuren verwendet, die von hoher See aus auf diese Weise E-Mails verschicken und empfangen können.

Prüfungsfrage

TE318  Welches der genannten Übertragungsverfahren passt die Übertragungsgeschwindigkeit automatisch den Kanaleigenschaften an?
SSTV
Pactor
Packet-Radio
RTTY

 

Prüfungsfrage

TE321  Was ist ein wesentlicher Unterschied zwischen den Betriebsarten RTTY und PACTOR?
Pactor besitzt eine Fehlerkorrektur, RTTY nicht.
Pactor belegt eine größere Bandbreite als RTTY.
 Pactor wird auf UKW, RTTY auf Kurzwelle verwendet.
Pactor ist ein digitales Verfahren, RTTY analog.

 

Prüfungsfrage

TE324 Pactor ist ein digitales Übertragungsverfahren
das einen sehr einfachen Controller benötigt.
mit der geringsten Bandbreite aller digitalen Übertra­gungsverfahren.
für Kurzwelle mit Fehlerkorrektur.
das besonders im Ultrakurzwellenbereich für Meteorscatter verwendet wird.

 

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Amateurfunk Fernsehen analog (ATV)

Im Amateurfunk wird noch die analoge Übertragung des Fernsehsignals verwendet aber es laufen Versuche, auch das Digitalfernsehen einzuführen. Hier soll dieses analoge ATV ausführlich erläutert werden, damit Sie das Übertragungsprinzip für bewegte Bilder verstehen. Allerdings gibt es nur eine einzige Prüfungsfrage dazu. Für die reine Prüfungsvorbereitung können Sie also diesen Abschnitt auch auslassen. Ich empfehle aber, dass Sie diesen Abschnitt wenigstens einmal lesen, um das Rest­seitenbandverfahren zu verstehen.

Um bewegte Bilder zu übertragen, wendet man das gleiche Prinzip wie beim Kino an. Man überträgt die einzelnen Szenen in einem so kurzen Abstand, dass das Auge wegen seiner Trägheit dies als gleichmäßige Bewegung wahrnimmt. Dazu muss die Bildfolge größer als 16 Bilder pro Sekunde sein. Man verwendete früher 24 Bilder pro Sekunde. Jedoch hatte dies noch einen Flimmereffekt zur Folge. Beim Kino zeigte man jedes Bild dann zweimal, so dass man auf 48 Bilder pro Sekunde kommt, was praktisch flimmerfrei bedeutet.

Ähnlich macht man dies beim analogenFernsehen und mit gleicher Norm auch beim Amateurfunkfernsehen. Man zeigt in einer fünfzigstel Sekunde ein Halbbild (jede zweite Zeile) und in der folgenden fünfzigstel Sekunde das zweite Halbbild. Dank der Trägheit des menschlichen Auges nimmt man die beiden Halbbilder als ein einziges ganzes Bild wahr. Dies entspricht sozusagen einer Parallelübertragung der Signale durch die einzelnen Sehzellen zum Gehirn. Für die funktechnische Übertragung kommt aber nur die serielle Übertragung in Frage. Deshalb wird beim Fernsehen wie beim Bildfunk

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-24: Mit steigender Zeilenzahl nimmt die Auflösung zu

die Bildvorlage punktweise nacheinander abgetastet. Die Form der Abtastung ist genormt und erfolgt zeilenweise von oben links nach unten rechts wie beim Lesen einer Buchseite.

Wie aus Bild 15-24 zu erkennen ist, ergibt sich eine umso bessere Auflösung, je höher die Zeilenzahl ist. In der bei uns verwendeten Fernsehnorm für analoges Fernsehen hat man die Zeilenzahl auf 625 Zeilen festgelegt. Das Seitenverhältnis Breite zu Höhe ist mit 4:3 und neuerdings 16:9 festgelegt. Beim 4:3-Format ergeben sich 625 · 4/3 = 833 quadratische Bildpunkte je Zeile. Insgesamt ergeben sich 625 · 833 = 520 000 Bild­punkte. Diese 520 000 Bildpunkte werden in 1/25 Sekunde übertragen. In einer Sekunde werden also 25 · 625 = 15 625 Zeilen übertragen. Die Zeilenfrequenz beträgt 15,625 kHz.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-25: Aus der höchsten Auflösung ergibt sich die notwendige maximale Videofrequenz

In einer Sekunde werden 25 mal 520 000 Bildpunkte gleich 13 Millionen Bildpunkte übertragen. Sollten diese Bildpunkte abwechselnd schwarz und weiß sein, müsste die zur Übertragung notwendige Rechteck­spannung eine Frequenz haben von 13 Millionen geteilt durch 2, also 6,5 Millionen Hertz. Wollte man mit dieser Frequenz von 6,5 MHz einen Sender in Zweiseitenband-AM analog modulieren, wäre eine Bandbreite von zweimal 6,5 MHz gleich 13 MHz notwendig. Damit wäre beispielsweise der halbe Kurzwellenbereich zwischen 3 und 30 MHz mit einem einzigen Fernsehsender belegt. Deshalb kann man Breitband-Fernsehübertragung nur im UHF-Bereich durchführen.

Um Bandbreite zu sparen, werden in der Praxis zwei Einschränkungen gemacht. Erstens zeigt die Erfahrung, dass eine so hohe Auflösung nicht notwendig ist, da es kaum vorkommt, dass über einen längeren Zeitraum direkt hintereinander schwarze und weiße Bildpunkte wechseln. Man begnügt sich deshalb mit 5,5 MHz anstatt 6,5 MHz und verringert so die Bandbreite auf 11 MHz. Außerdem wendet man das Restseitenbandverfahren an. Dies bedeutet, dass nur Teile vom unteren Seitenband übertragen werden und zwar 1,25 MHz statt 5,5 MHz vom unteren Seitenband (Bild 15-26).

Dadurch sind anstatt der 11 MHz nur noch 6,75 MHz Bandbreite notwendig. Diese immer noch enorme Bandbreite würde mehr als die Hälfte des 70-cm-Bandes beanspruchen. Deshalb wird ATV (amateur television) vorwiegend in dem 60-MHz-breiten 23-cm-Band angewendet. Zur technik von ATV gibt es keine Prüfungsfrage.

 

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-26: Restseitenbandverfahren

 

 

Schmalbandfernsehen (SSTV)

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 15-27: SSTV-Spektrum

SSTV kommt zwar von slow scan TV, ist aber gar kein Fernsehen, sondern ein Bildübertragungsverfahren wie das analoge Faksimile (FAX). Auch hierbei werden Bilder zeilenweise abgetastet und in ein analoges Schwarzweiß- oder in drei Farbsignale umgewandelt und im Frequenzbereich zwischen 1500 und 2300 Hertz übertragen. Ausführlicher wird SSTV in der Lektion 16 im Buch zur Klasse E beschrieben.

Prüfungsfrage

TE327 Was ist ein Unterschied zwischen den Betriebsarten ATV und SSTV?
SSTV überträgt Standbilder, ATV bewegte Bilder.
SSTV wird auf Kurzwelle, ATV auf UKW verwendet.
SSTV belegt eine größere Bandbreite als ATV.
SSTV ist schwarzweiß, ATV in Farbe.

 

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Faksimile (FAX)

Eigentlich ist SSTV gar kein Fernsehen mehr sondern ein Bildübertragungsverfahren wie das analoge Faksimile (FAX). Auch hierbei werden Bilder zeilenweise abgetastet und in ein analoges Schwarzweiß- oder in drei Farbsignale umgewandelt und im Frequenzbereich zwischen 1500 und 2300 Hertz übertragen.

Bei FAX ist man allerdings von der Bildgröße unabhängig. Große Bilder zu übertragen dauert entsprechend länger. Diese analoge Bildübertragung liefert eine sehr hohe Bildqualität, die man mit digitalen Verfahren nur bei sehr hoher Anzahl von Bildpunkten und somit recht hoher Dateigröße erreichen kann.

  

Bild 15-28: Typisches FAX-Bild (Wetterkarte)

Für Schwarzweißbilder (Wetterkarten) verwendet man eine binäre Übertragung, indem nur die beiden Werte für Schwarz und für Weiß als zwei Töne in AFSK übertragen werden.

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Hellschreiben

  

Bild 15-29: Darstellung der Buchstaben beim Hell-Verfahren

Beim Siemens-Hell-Verfahren denkt man sich alle Buchstaben, Ziffern und Zeichen in ein Raster von 7 · 7 Feldern eingezeichnet. Der Text wird dann zweizeilig geschrieben und spaltenweise mit einer Maschine abgetastet, so dass schwarze und weiße Felder durch 0 oder 1 übertragen werden können.

Auf der Empfangsseite werden diese Punkte durch eine Maschine wiederum auf Papier aufgezeichnet. Jeder Buchstabe wird also durch 49 Bit (das Ganze mal zwei) übertragen. Dadurch ist eine hohe Störsicherheit gegeben. Der Text bleibt lesbar, auch wenn durch Störungen mehrere Bit falsch dargestellt werden. Dieses "Hellschreiben" wird auch im Amateurfunk von Spezialisten verwendet. Es wird heutzutage natürlich mit einem Computer nachempfunden.

Auch hier wird AFSK angewendet, indem die beiden Farben schwarz und weiß in zwei Töne umgewandelt werden und diese dann in SSB übertragen werden.

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Begleitbuch

 

Eckart K. W. Moltrecht, Amateurfunk-Lehrgang Technik für das Amateurfunkzeugnis Klasse A
Verlag für Technik und Handwerk, Postfach 2274, 76492 Baden-Baden, 5. Auflage 2010, 304 Seiten, mehr als 300 Abb.
Bestell-Nr. 411 0089, ISBN 978-88180-389-2
Buch online bestellen 17,80 €

Dieser Lehrgang basiert auf dem Prüfungsfragenkatalog 2007 der Bundesnetzagentur (BNetzA). Alle darin vorkommenden Themen wie Grundlagen der Elektrotechnik, Elektronik sowie Sender- und Empfängertechnik, Übertragungstechnik, Antennentechnik und Messtechnik aus dem Gebiet "Technische Kenntnisse" werden ausführlich erläutert. Die Erfahrung mit praktischen Lehrgängen wird genutzt, um den Prüfling in die Lage zu versetzen, jede Frage aus dem Fragenkatalog richtig zu beantworten. Dieses Buch ist auch sehr gut für das Selbststudium geeignet. Dieser Lehrgang baut auf dem Lehrgang für die Klasse E auf. Sie sollten also erst den Lehrgang für das Amateurfunkzeugnis Klasse E durchgearbeitet haben oder zumindest bei Verweisen dort nachlesen können.

   


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Letztes Update: 03.03.2013 (by DJ4UF)

Lektion 7 - altes Buch :-(