HAMNET auf 70 cm - Rechercheergebnisse

Meine grundsätzliche Einstellung ist, dass wir auf den Schultern vieler Leute stehen und dass es höchstens eine Illusion ist, alles selber erfinden zu können oder zu müssen. Also recherchiere ich regelmäßig weiter. von Zeit zu Zeit dokumentiere ich hier meine Erkenntnisse.

22. November 2015

Auch zu Mesh Networks im Amateurfunk gibt es schon Aktivitäten: Amateur Radio Eemergency Data Network

Die OMs in den USA bauen an einer Linux-Distribution, die auf diversen Accesspoints läuft. Die Aktivitäten dort laufen auf 2,3 GHz und 900 MHz. Letzteres Band bietet ihnen 5 MHz Bandbreite, steht uns aber nicht zur Verfügung. Mit unserer Begrenzung auf 200 kHz stehen wir also weiter alleine.

30. November 2015

Eine rein passive Betriebsart wäre nett

Die Internet-Protokolle arbeiten in aller Regel bidirektional. Das bedeutet beispielsweise, dass jedes WLAN-Gerät senden können muss. Andererseits müssen UDP-Pakete nicht bestätigt werden.
Die 200 kHz Bandbreite, von denen wir hier reden, sind zu breit für einen normalen AFU-Empfänger. Aber mit einem der üblichen SDR-Empfänger wäre die Bandbreite kein Problem. Man könnte also Nachrichten an alle ähnlich wie UDP-Verkehr aussenden und mit minimalem Aufwand empfangen.
Ein entscheidender Vorteil einer solchen Betriebsart: Einen Empfänger kann man problemlos durchlaufen lassen. Beispielsweise für die verschiedensten Alarmierungszwecke gäbe es so ein Push-Medium.

05. Januar 2016

IEEE 802.11ah entdeckt

In [7] wird ein aktueller Normungsvorgang beschrieben: Durch Reduzieren der Taktrate auf 1/10 soll IEEE 802.11ac auch unter 1 GHz nutzbar werden. Allerdings ist die kleinste vorgesehene Kanalbreite 1 MHz. Vielleicht kriegen wir die entsprechenden Chips auch noch mal um 80% langsamer, damit die Signale in 200 kHz reinpassen.

14./27. März 2016

Auf der Amateurfunktagung am letzten Wochenende konnte ich einige recht interessante Gespräche führen. Das führte wieder zu einigen neuen Gedanken.

50 MHz

Der VHF-I-Bereich ist in DL nicht mehr für Rundfunk (Fernsehen) zugeteilt. Mit einigen wenigen Ausnahmen gibt es zwischen 10m und 4m praktisch nur noch eine Zuteilung: für das Militär. Es gab auch noch Zuweisungen an den nöbL (nicht öffentlichen beweglichen Landfunk), vulgo Betriebsfunk. Die meisten Speditionen oder Omnibusunternehmen, die wegen der größeren Reichweite hier arbeiteten, sind schon längst auf Mobiltelefone umgestiegen. Der größte Widerstand gegen eine größere 6m-Zuweisung an den Amateurfunk kommt wohl von der Bundeswehr und weniger von der NATO. Also können wir hoffen, dass sich da irgendwann etwas bewegt. Mit 2 MHz oder gar 4 MHz könnte man eine ganze Menge anfangen - beispielsweise 200 kHz breite Zuweisungen für Digitalfunk in den Bandplan einbauen.

DRM (Digital Radio Mondial)

Mit einem anderen OM sprach ich über DRM und das Scheitern dieses digitalen Übertragungssystems. Er meinte, das entscheidende Problem sei das Versprechen gewesen, man könne mit DRM auf Kurzwelle UKW-Qualität übertragen. Seine Argumentation, die meine Erfahrungen der letzten Monate stützen: Die schnellste DRM-Modulation ist nur für den Bodenwellenbetrieb auf Mittelwelle geeignet. Das Fading der Raumwelle führt dazu, dass auch sehr starke DRM-Signale über nur 1 oder 2 Hops mit diesem Modulationsschema häufig Ausfälle produzieren. Wer hat denn Lust eine Rundfunksendung zu hören, wenn sie alle 1-2 min für mehrere Sekunden unterbrochen wird?
 
Warum die ganze Litanei hier? Wenn wir hier von 6m träumen, dann sollten wir auch an Raumwelle und folglich Mehrweg-Empfang denken. Wir könnten beispielsweise den DRM-Standard auf 200 kB Kanalbreite und ggf. um noch schnellere Modulationsmodi erweitern. Vonwegen der Rechte müssten wir uns halt mit dem Fraunhoferinstitut in Erlangen auseinandersetzen.

"Digital" ist bei der Politik in

Vielleicht findet sich ein Forschunsinstitut, das für "1 Mbit/s auf 50 MHz" Forschungsgelder locker machen kann. Die Politik könnte so etwas sexy finden. und wir nutzen es dann beispielsweise für Notfunkzwecke oder um Store-and-forward-Betrieb in unserem Intranet (HAMNET & Co) zu machen.

HF-Hardware wohl vollständig verfügbar

im aktuellen "Funkamateur" [8] werden zwei 70-cm-Endstufen beschrieben (8 W und 40 W), die ausdrücklich für Digitalfunk gedacht sind. Der Autor denkt da zwar primär an digitale Sprachsignale, aber auch an Linearbetrieb und schnelle S/E-Umschaltung. Die 8-W-Endstufe hat rund 40 dB Verstärkung, kann also wohl von Baugruppen wie dem HackRF direkt angesteuert werden. Die 40-W-Version hat nur etwa 16 dB Verstärkung, braucht also in der Größenordnung 1 W Ansteuerleistung. Zumindest beim HackRF braucht man empfangsseitig noch einen Vorverstärker. Ich sehe aber gute Chancen, einen RTL-SDR als Empfänger einzusetzen. Der sollte genug Empfindlichkeit mitbringen.

23. April 2016

Die cqDL 5/16 erwies sich als überraschend ergibig, vor allem bei Hardware-Ideen.

Red Pitaya (S. 26ff)

Das Red Pitaya ist als Messsystem gedacht. Es enthält u.a. ein FPGA und ein SoC, das unter Linux läuft. Als Datenschnittstelle besitzt es einen Netzwerkanschluss. DL1YDR zeigt, dass man damit einen zweikanaligen TRX auf SDR-Basis bauen kann. Allerdings funktioniert die Platine für 235 EUR nur bis 50 MHz. Man könnte also auf 10m arbeiten und einen Transverter auf 70cm benutzen. Entsprechende Geräte sind verfügbar, weil beispielsweise VHF/UHF-Conteststationen gerne den Komfort von Kurzwellentransceivern nutzen. Der HackRF kostet zwar über 100 EUR mehr, dafür kann er aber direkt auf 70 cm arbeiten. Dafür braucht man dann nur noch Vorverstärker und PA samt Umschaltung.

Hotspots für Digital Voice (S. 44-47)

In letzter Zeit erscheinen Zusätze für PCs bzw. Minirechner wie Arduino oder Raspberry Pi, mit deren Hilfe man ein kleines Digital-Voice-Relais bauen kann – gedacht für Digital-Handfunke und QTH. Stickworte: DV4mini, MMDVM, DVMEGA. Mir ist bewusst, dass es hier um schmalbandige Anwendungen geht, die wohl häufig mit FSK arbeiten. Aber bei 200 kHz Bandbreite käme man mit FSK durchaus in die Größenordnung von 200 kbit/s.

29. April 2016

Es wird immer deutlicher, dass wir für HAMNET auf 70 cm wohl keine Hardware neu entwickeln müssen.

LimeSDR

Das ist ein Crowdfunding-Projekt um einen Transceiver-Chipsatz der Fa. Lime Microsystems herum. Bei 0,9 GHz sollen die Empfänger eine Rauschzahl von 2 dB haben. Da lohnt es sich schon kaum noch, einen Vorverstärker einzubauen. Nur die Sendeleistung mit 1 mW ist natürlich zu gering für unsere Zwecke. Aber auch das Problem ist gelöst, siehe den Eintrag oben.

30. Mai 2016

Hier eine Zusammenfassung dessen, was bislang auf der Mailingliste HAMNET_70cm auf den DARC-Server diskutiert wurde – grob in chronologischer Reihenfolge:

• 70 cm als einzige Chance, das HAMNET per Funk zu erreichen: Wenn ein Zugangspunkt in Reichweite ist, ist ggf. der Wechsel der Lizenzklasse der zügigere und billigere Weg. Ein gewichtiges Argument ist aber der folgende Punkt:
• Schnelle Digital-Betriebsart für Notfunk: In Notsituationen ist es vor allem wichtig, schnell und sicher überhaupt kommunizieren zu können. Deshalb wird hier bis heute viel mit traditioneller Packet-Radio-Technik gearbeitet: 9600 bit/s oder gar nur 1200 bit/s. Damit kann man aber wenig mehr machen, als ASCII-Mails zu verschicken. Siehe http://www.dl8ma.de/notfunk/winlink/rms-packet.php oder http://www.dl8ma.de/notfunk/winlink/ukw.php. Hier wäre ein schnelleres Medium hoch willkommen. Die Anbindung an das HAMNET ist in diesem Fall sicher hilfreich, aber nicht unbedingt nötig. [DL4NO: Wenn wir eine Ad-Hoc-Betriebsart, möglichst mit automatischer Vermaschung (mesh network) hin bekämen, wäre das hier sicher hilfreich.]
• Datenkompression: Das kleinste denkbare TCP/IP-Datenpaket hat 45 Byte. Schätzungsweise ein Drittel aller Datenpakete sind kaum größer, weil sie nur den Empfang von Datenpaketen bestätigen oder höhere Protokollebenen mit ganz kurzen Paketen Ping-Pong spielen. Es sollte möglich sein, viele dieser Datenpakete auf der Luftschnittstelle mit 3-4 Byte zu übertragen. Mit Maßnahmen auf höheren Protokollebenen sollte so mancher Quittungsbetrieb (Ping-Pong) komplett entfallen können. Da könnte man beispielsweise Anleihen bei der FIDOnet-Technik nehmen. Die musste mit langsamen Modems und nach heutigen Maßstäben extrem teueren Telefonkosten klar kommen.
• Client-Server-Architektur: Wir sollten über 2-3 unterschiedliche Gerätschaften nachdenken:
  • Server: Das sind die leistungsfähigsten Stationen. Wenn sie als Accesspoints arbeiten, müssen alle anderen Knoten mit ihnen direkt kommunizieren können. Der Accesspoint sollte alle Sendeaktivitäten im Netz steuern, sowohl vom Zeitschlitz als auch von der Sendeleistung her.
  • Client: Das sind die am meisten verwendeten Stationen und hier sollten wir besonders auf den Selbstbau und leichte Konfigurierbarkeit achten. Der Server sollte darauf achten, dass den Clients möglichst viel Zeit für die Sende-Empfangs.Umschaltung bleibt. Umschaltzeiten im µs-Bereich sind im Eigenbau nur schwer zu beherrschen.
  • Passiver Empfänger: Es könnte interessant sein, Informationen an alle zu versenden. Die könnte man dann mit den beliebten USB-Sticks zum Fernsehen empfangen.
• NB LTE-M: Der aktuellste Mobilfunk-Standard LTE soll für das Internet of Things eine "narrow-band"-Variante bekommen, siehe dieses White Paper von Nokia.
• Mitarbeit für Programmierer ohne Amateurfunklizenz: Innerhalb des 70cm-Amateurfunkbands liegt der ISM-Bereich 433,05 - 434,79 MHz. Dort sind Sendeleistungen von 10 mW erlaubt. OK: Das geht mit vielleicht durch einen Zimmerwand durch. Aber zum Entwickeln sollte das reichen.
• Physikalische Grenzen: Unter optimalen Randbedingungen ist folgende Kombination denkbar: 200 kHz, 1 Mbps, 50 km, 435 MHz, 15 W EIRP (Begrenzung für automatische Stationen über 30 MHz). Auf 70cm wird die 1. Fresnelzone schon ziemlich dick. Aber als Entwurfsziel schränken wir uns damit nicht unnötig ein.
• GSM, EDGE: In der Liste kam die Idee auf, den ältesten Handy-Standard zu nutzen. Es gäbe sogar Open-Source-Software für bestimmte GSM-Handys und ggf. alte GSM-Feststationen. [DL4NO: Wer schon mal ohne UMTS im Internet unterwegs war, weiß um die Langsamkeit dieser Technik. Hier müsste man zumindest mit den oben erwähnten Kompressionstechniken nachhelfen. Auch lief GSM in Europa wohl nirgendwo im 70-cm-Bereich.]

07. Juni 2016

• Mehr zufällig stieß ich auf ARDOP [9], ein schmalbandiges Übertragungsformat aus dem WINLINK-Umfeld. Dort sind zwar nur Bandbreiten bis 2 kHz definiert, aber so manche Idee könnte man da sicher abkupfern. Den Autor der Spezifikation, KN6KB, habe ich angeschrieben, aber keine Reaktion erhalten.

03. Oktober 2016

Das letzte viertel Jahr beanspruchten mich Familienangelegenheiten recht stark. Sorry wegen der Pause.

• Linux oder Windows sind keine Echtzeit-Betriebssysteme. Wir werden also getrennt irgendwelche Echtzeit-Verarbeitung brauchen, die auf einem Arduino oder sonstigem Kleinstsystem läuft. Dafür eignet sich z.B. das Open-Source-Betriebssystem RIOT. Dieses Betriebssystem ist ausdrücklich auf das Internet of Things ausgerichtet. Es gibt einige Infrastruktur. Wesentliche Aktivitäten dazu passieren in Deutschland.
• Ein Ergebnis der letzten Zeit: Wir sollten und auf SDR-Systeme konzentrieren, die mit 12-bit-ADUs und -DAUs arbeiten. Mit 8-bit-Systemen wie dem HackRF lässt sich die nötige Signalqualität (Nebenwellen 70 dB gedämpft) nicht erreichen. Das Problem kennt jeder, der schon mal mit einem RTL-SDR gespielt hat: Der Geräuschpegel liegt nur rund 50 dB unter der Vollaussteuerung. Für einen einfachen Empfänger reicht das, aber nicht für einen sauberen Sender.

18. November 2016

Die diesjährige HAMNET-Tagung in Aachen ist mir zu weit weg. Aus meinen Hochschul- und Firmenkontakten ergab sich bislang nichts konkretes. Aber das Projekt beschäftigt mich weiter...

• Mir lief das Zephyr-Projekt über den Weg. Zephyr ist ein Open-Source-Betriebssystem für das Internet of Things. Es gibt Entwicklungsumgebungen, lauffähige Systeme für mehrere CPU-Architekturen und Rechnersysteme wie Arduino. Es gibt Treiber für Bluetooth, USB, ICP/IP (V4 und V6) und vieles andere. Der Multitasking-Kernel ist echtzeit-tauglich, was allein schon ein Argument ist.

13. November 2019

In der letzten Zeit gab es erschreckend wenig Konkretes, was zu ergänzen gewesen wäre. In Österreich waren ein paar Leute mit vergleichsweise einfachen FSK-Chips zgange, ohne dass wirklich Substanzielles an die Öffentlichkeit drang. Erst im letzten Sommer kam mit New Packet Radio etwas auf den Markt, das man kaufen und mit dem man leidlich flott TCP/IP-Verkehr auf 70 cm machen kann.

Allein: Das ist ein Schritt in die richtige Richtung und sicher eine Basis, auf der man konkrete Entwicklungen aufbauen kann. Wer also mal mit den Nachbarn experimentieren will, kann damit ein Gefühl für leidlich flotte Datenübertragung auf 70 cm bekommen. Aber für Benutzerzugänge auf 70 cm ist das System aus mehreren Gründen ungeeignet:

• Die Basis ist fertige FSK-Hardware für den 433-MHz-ISM-Bereich. Für unter 100 EUR pro Station hat man damit eine Basis zum Experimentieren, aber die mögliche Datenrate ist recht übersichtlich: Kleiner als 500 Kbit/s bei einer Bandbreite von 500 kHz. Damit kann man auf 434 MHz Experimente machen, aber keine automatischen Stationen aufbauen.
• Für automatische Stationen zur Datenübertragung gibt es zwei 200 kHz breite Kanäle bei 435 und 440 MHz. In diese 200 kHz muss so viel Datenübertragungskapazität rein wie technisch möglich, denn sonst fühlt sich das Ganze schlimmer an als ein Smartphone, wenn die Fatenflatrate aufgebraucht ist. Im Handynetz bekommt dann aber jeder seinen 64-kb/s-Kanal, beim Benutzerzugang müssten sich diverse OMs vielleicht 150 kb/s teilen. Leider bedeutet das bedeutend teuerere Hardware.
• Ein weiteres Problem der Luftschnittstelle ist die hohe Symbolrate: Bei 2 bit/Symbol und 500 kBd bleiben maximal etwa 500 kb/s Nettokapazität übrig. Das bedeutet, dass ein Symbol auf der Luftstecke 600 m lang ist. Wenn eine Reflexion etwa gleich stark wie das direkte Signal ankommt und 600 m Umweg zurücklegt, kommen zwei Symbole gleichzeitig an. Der Wegunterschied zwischen den verschiedenen Signalwegen sollte also kleiner als 60 m oder so bleiben – völlig unabhängig von den Verzerrungen, die durch die Interferenzen der Funksignale selber entstehen. Hier hilft nur, die Symbolrate um den Faktor 10...50 zu senken und entsprechend viele Träger parallel zu benutzen. Damit handelt man sich aber große Anforderungen an die Linearität des Senders ein. Da wird man wohl nur mit einer FPGA-Lösung und Forward Destortion (Vorberzerrung des Sendesignals am Anfang des Analogweges) ans Ziel kommen. Mit Hardware unter 100 EUR ist das nicht zu machen, selbst bei Sendeleistungen im 100-mW-Bereich.

New Packet Radio unternimmt anscheiend keine Versuche, die Geschwätzigkeit von TCP/IP einzuschränken. Wie ich schon beschrieben habe, sollte man mit verschiedenen Kompressionsmethoden eine deutliche Beschleunigung des Datenverkehrs erreichen können.