Digitale Übertragungsverfahren

Analog vs. Digital

Bei der Informationsübertragung unterscheidet man grundsätzlich zwischen analogen und digitalen Verfahren.

• Digital: in Stufen, nur bestimmte Werte, keine Werte dazwischen
• Analog: kontinuierlich, beliebige Zwischenwerte

Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem hat eine horizontale Achse mit der Beschriftung „Zeit“ und eine vertikale Achse mit der Beschriftung „Wert“. Über das Koordinatensystem verteilt ist ein Gitternetz aus kleinen Quadraten eingezeichnet. An den Schnittpunkten einiger Quadrate gibt es kleine Kreise, die eine sinusförmige Kurve oberhalb und unterhalb der Nulllinie bilden.">

Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem hat eine horizontale Achse mit der Beschriftung „Zeit“ und eine vertikale Achse mit der Beschriftung „Wert“. Eine sinusförmige Kurve läuft über die gesamte Bildbreite entlang der Nulllinie. Weitere Beschriftungen oder Maße sind nicht vorhanden.">

Binäres Zahlensystem

Dezimalsystem

• Menschen sind es gewohnt, die zehn Ziffern von $\num{0}$ bis $\num{9}$ zu benutzen
• Man spricht von einem Zehner- oder Dezimalsystem

• Mit zwei Bits schon vier ($\num{00}$, $\num{01}$, $\num{10}$ und $\num{11}$) und mit jedem weiteren Bit jeweils doppelt so viele
• Mathematisch ausgedrückt: Mit $n$ Bits lassen sich $2^n$ verschiedene Zahlen darstellen
• Neben Binärzahl wird auch Dualzahl gesagt

Binärzahlen in Dezimale Zahlen am Beispiel von $\num{10001110}$

Morsetelegrafie

• Einführung eines Morsealphabets 1838 durch Samuel Morse, optimiert durch Friedrich Clemens Gerke
• Morseprüfung lange Zeit Vorschrift für Funkamateure auf Kurzwelle
• Seit Mitte der 1990er legen Länder fest, ob Morseprüfung notwendig ist
• Erst seit 2003 ist die Morseprüfung in Deutschland freiwillig

Computersteuerung

• Hinter dem Mikrofonanschluss im Funkgerät können Verstärker- und Filterstufen für Sprachübertragung liegen $\rightarrow$ ungeeignet für Datenübertragung
• Eigener Datenanschluss am Transceiver
• Lässt Signale vom Computer unverfälscht passieren

Funkfernschreiben

• Auf die richtige Geschwindigkeit achten
• Schnell gegebene Morsezeichen brauchen viel Übung zum Verstehen
• Gegenstelle nicht mit der Geschwindigkeit überfordern
• Faustregel: Nicht schneller geben, als man selbst aufnehmen kann

Digimode per SSB

• Im Gegensatz zur Sprache benötigen viele Digimodes weniger Bandbreite
• Z.B. BPSK31 mit $31,25 Hz$ oder FT8 mit $50 Hz$
• Die erzeugten Töne werden in SSB moduliert
• Die Bandbreite des ausgestrahlten Signals bleibt dabei gleich

Empfang von Digimodes

* *Slow-Scan Television* ist die Übertragung von Standbildern mittels Digimodes * Zeilenweise Übertragung von Bildern * Verschiedene Verfahren mit verschiedenen Auflösungen und Übertragungsgeschwindigkeiten * Bandbreite unter $3 kHz$ und in Kurzwellenbändern nutzbar

Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung zeigt ein per SSTV übertragenes und teilweise verrauschtes Bild von ON1GA (Kopfzeile „ON1GA Flemalle-Haute JO20RO“) an F1BIB. In Regenbogenfarben steht in vier Zeilen Amateurtext: „F1BIB“ „575 ON1GA“ „TNX For QSO“ „73 GL“. Unten links gibt es ein Foto in einem Rahmen, dessen Inhalt durch das Rauschen nicht identifizierbar ist. Im Hintergrund erstreckt sich über das gesamte Bild ein Schwarzweiß-Foto des Orion-Raumschiffes.">

• Amateur Television ist die Übertragung von Bewegtbildern
• Benötigt mehrere MHz Bandbreite ($6 MHz$ und mehr)
• Deshalb nur ab $70 cm$-Band aufwärts nutzbar

9600-Port

• Dieser ist oft mit DATA oder 9600 beschriftet
• 9600 entsprechend der Datenrate in Baud ($Bd$), die damit übertragen werden kann
• Daran wird direkt das TNC (Terminal Node Controller) vom Computer angeschlossen
• Heute oft direkt als USB-Anschluss ausgeführt

• Sowohl Senden als auch Empfang findet ohne NF-Filter und NF-Endstufe statt
• Es wird direkt der FM-Modulator oder FM-Demodulator angesprochen
• Signale werden nicht verzerrt

Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus mehreren, mit einer horizontalen Linie verbundenen Baugruppen. Ganz links befindet sich ein unbeschrifteter Kreis mit einem vertikalen Strich an der linken Seite. Rechts davon folgt ein Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck, beschriftet mit „NF“ (NF-Verstärker). Es schließt sich ein mit „NF“ beschrifteter Block mit drei Wellenlinien an, von denen die obere und die untere durchgestrichen sind (NF-Filter). Daneben gibt es einen Block mit einer Wellenlinie und „FM“ beschriftet, der mit „Modulator“ überschrieben ist. Es folgt ein Block, in dem ein Kreis mit einem diagonalen Kreuz dargestellt ist (Mischer). Von unten gibt es eine vertikale Verbindung von einem mit „VFO“ beschrifteten Block mit der Aufschrift „G“, drei wellenförmigen Linien und einem kleinen Rechteck mit je einer Linie darüber und darunter (Oszillator). Rechts vom Mischer steht ein Block mit der Beschriftung „HF“ und drei wellenförmigen Linien, von denen die obere und die untere Wellenlinie durchgestrichen sind (HF-Filter). Darauf folgt ein weiterer Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck (HF-Verstärker). Rechts davon befindet sich ein weiterer Block mit der Beschriftung „HF“ und drei wellenförmigen Linien, von denen die obere und die untere Wellenlinie durchgestrichen sind (HF-Filter). Aus dessen Ausgang führt der Leiter nach rechts oben zu einem Antennensymbol (V-förmiges Symbol). Hinter dem NF-Verstärker gibt es eine vertikale gestrichelte Linie, die mit „1“ beschriftet ist. Hinter dem NF-Filter gibt es eine zweite Linie mit „2“, hinter dem FM-Modulator eine dritte Linie mit „3“ und hinter dem Mischer eine vierte Linie mit „4“.">

Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus mehreren, mit einer horizontalen Linie verbundenen Baugruppen. Ganz links oben befindet sich ein Antennensymbol (V-förmiges Symbol). Darauf folgt ein mit „HF“ beschrifteter Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck (HF-Verstärker). Es folgt ein Block, in dem ein Kreis mit einem diagonalen Kreuz dargestellt ist (Mischer). Von unten gibt es eine vertikale Verbindung von einem mit „VFO“ beschrifteten Block mit der Aufschrift „G“, drei wellenförmigen Linien und einem kleinen Rechteck mit je einer Linie darüber und darunter (Oszillator). Es schließt sich ein mit „ZF“ beschrifteter Block mit drei Wellenlinien an, von denen die obere und die untere durchgestrichen sind (ZF-Filter). Daneben gibt es einen Block mit einer Wellenlinie und „FM“ beschriftet, der mit „Demodulator“ überschrieben ist (FM-Demodulator). Rechts davon steht ein Block mit der Beschriftung „NF“ und drei wellenförmigen Linien, von denen die obere und die untere Wellenlinie durchgestrichen sind (NF-Filter). Es folgt ein Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck, beschriftet mit „NF“ (NF-Verstärker). Ganz rechts ist das Schaltzeichen für einen Lautsprecher eingezeichnet. Hinter dem HF-Verstärker gibt es eine vertikale gestrichelte Linie, die mit „1“ beschriftet ist. Hinter dem Mischer gibt es eine zweite Linie mit „2“, hinter dem ZF-Filter eine dritte Linie mit „3“ und hinter dem FM-Demodulator eine vierte Linie mit „4“.">

• Wurde früher für Packet Radio verwendet
• Heute für moderne und freie Modi wie M17

Übersteuerung

• Zu starkes Audiosignal am Eingang eines Senders $\rightarrow$ Oberschwingungen
• Links ist in Gelb das erwünschte Signal
• Rechts davon die unerwünschten Oberschwingungen

Das heißt, unser eigentliches Nutzsignal wird zusätzlich amplitudenmoduliert. Dadurch entstehen weitere Frequenzanteile, die als Nebenaussendungen ausgestrahlt werden.

• Übertragungsverfahren
• Umsetzung der ALC im Transceiver (Reaktions- und Haltezeit)
• Anzeige der ALC im Transceiver
• $\rightarrow$ greift die ALC nicht ein, erzeugt sie keine Probleme

Automatische Empfangsberichte

• Diese lassen sich auf einer Karte mit empfangenen Band darstellen
• Zum Testen der eigenen Ausbreitungsbedingungen

• Weak Signal Progagation Reporter Network
• QRP-Digimode, der rein zum Testen der eigenen Ausbreitungsbedingungen entwickelt wurde
• Es ist kein 2-Wege-QSO möglich
• Sehr langsame Übertragung mit hoher Fehlerkorrektur
• 1 Minute Senden, mehrere Minuten empfangen
• Ergebnisse werden an Server geschickt und lassen sich auf WSPRnet darstellen

Digital Voice (DV)

• z. B. mit den Übertragungsverfahren DMR, D-Star, C4FM und M17
• Sprachsignale werden vor der Übertragung in einen Datenstrom umgewandelt

Time Division Multiple Access -- Zeitmultiplexverfahren

Ausführliche Beschreibung: Im linken Teil der Darstellung stehen untereinander drei farbige Blöcke mit den Kennzeichnungen „A“ (blau), „B“ (gelb) und „C“ (grün). Von allen drei Blöcken geht jeweils ein Pfeil nach rechts zu einer horizontalen Reihe aus drei Blöcken mit den Kennzeichnungen „A“ (blau), „B“ (gelb) und „C“ (grün). Rechts davon steht in der Mitte eine Reihe von drei Punkten, gefolgt von einer zweiten Reihe aus drei Blöcken mit identischer Darstellung. Von dieser Reihe gehen wieder drei Pfeile nach rechts zu drei farbigen Blöcken „A“, „B“ und „C“, die am rechten Bildrand untereinander stehen.">

Es sind für digitale Sprache oft mehr Einstellungen zu berücksichtigen als zum Beispiel bei einer FM-Verbindung. Zum Beispiel:

• Sprechgruppe (Talkgroup)
• Raum oder Reflektor zum Zusammenschalten von Relaisfunkstellen
• TDMA-Zeitschlitz
• Color-Code

Paketvermittelte Netzwerke

• Deswegen kann man das Hamnet mit der gleichen Software, die auch für das Internet verwendet wird, nutzen.
• Im einfachsten Fall ist das ein Webbrowser.

• IP-Adressen werden als vier Dezimalzahlen mit einem Punkt dazwischen geschrieben. Beispiel: 141.17.5.18
• Jede Dezimalzahl hat eine Länge von 8 Bit, deswegen ist die größtmögliche Zahl 255 (binär: 11111111).

• Bei allen Computern, die sich im selben Netzwerk befinden, ist der Anfang der IP-Adressen gleich, diesen Anfang nennt man Netzanteil.
• Der Netzanteil ist unterschiedlich groß, je nachdem wie viele Computer (Hosts) im Netzwerk verwaltet werden sollen.

 *10*.100.234.22 (kleiner Netzanteil, großer Hostanteil)
 
 *192.168.1*.252 (großer Netzanteil, kleiner Hostanteil)

Dieses Prinzip kennt man vom Telefonnetz. Die großen Städte haben kürzere Vorwahlen als kleine Städte.

• Eine Subnetzmaske gibt die Aufteilung einer IP-Adresse in Netz- und Hostanteil an, indem sie alle Bits des Netzanteils als 1 darstellt.

• 255.255.255.0, was binär 11111111.11111111.11111111.00000000 ist.
• Die Schreibweise mit dem Schrägstrich, zum Beispiel 192.168.111.90/24

• Netzwerkgeräte können nur innerhalb ihres eigenen lokalen Netzwerks direkt miteinander kommunizieren.

• Die grundlegenden Möglichkeiten ein Signal zu modulieren, also auf einen Hochfrequenzträger aufzuprägen, sind dieselben: Veränderung der Amplitude, der Frequenz oder der Phase des Trägers.
• Beim unmodulierten Träger hingegen bleiben Amplitude, Frequenz und Phasenlage konstant.

• Im Gegensatz zu ASK steht hier das „A“ nicht für Amplitude, sondern für Audio, also für hörbare Frequenzen (Niederfrequenz).
• Es wird eine Frequenzumtastung (FSK) im Bereich deutlich unter $20 kHz$ durchgeführt. Oftmals wird der Bereich von ca. $300-2700 Hz$ genutzt.
• Für eine Aussendung per Funk muss eine weitere Modulation stattfinden, beispielsweise per FM, AM oder SSB.

Datenübertragungsrate

• Die Datenübertragungsrate ist die je Zeiteinheit übertragene Datenmenge in $\bit/s$

• WLAN und 5G unterstützen bei optimalen Bedingungen Datenübertragungsraten bis in den Bereich von Gigabit pro Sekunde.
• FT8 hingegen kann selbst unter widrigen Bedingungen eingesetzt werden, überträgt aber nur wenige Bit pro Sekunde.

Vielfachzugriff