Digitale Übertragungsverfahren

Binäres Zahlensystem

Dezimalsystem

Menschen sind es gewohnt, die zehn Ziffern von 0 bis 9 zu benutzen
Man spricht von einem Zehner- oder Dezimalsystem

Binärsystem

Für Computer ist es hingegen einfacher mit nur 2 Ziffern zu arbeiten: Der 0 und der 1
Dies entspricht zwei Zuständen: Beispielsweise ausgeschaltet und eingeschaltet oder auch 0 V und 5 V

EA201: Was ist der Vorteil des binären Zahlensystems gegenüber dem dezimalen Zahlensystem in elektronischen Schaltungen?

A: Der Zwischenbereich zwischen 0 und 1 kann von analogen Verstärkerschaltungen mit hoher Genauigkeit abgebildet werden.

B: Die Genauigkeit des binären Systems (mit zwei Ziffern) ist um den Faktor 5 höher als die des Dezimalsystems (mit 10 Ziffern).

C: Die binären Ziffern 0 und 1 können als zwei elektrische Zustände dargestellt und dadurch einfach mittels Schaltelementen (z. B. Transistoren) verarbeitet werden.

D: Je Ziffer kann mehr als ein Bit an Information übertragen werden (1 binäre Ziffer erlaubt die Übertragung von 8 Dezimalziffern).

Mit einem Bit sind zwei Werte möglich (0 und 1)
Mit zwei Bits schon vier (00, 01, 10 und 11) und mit jedem weiteren Bit jeweils doppelt so viele
Mathematisch ausgedrückt: Mit n Bits lassen sich 2ⁿ verschiedene Zahlen darstellen
Neben Binärzahl wird auch Dualzahl gesagt

EA202: Wie viele unterschiedliche Zustände können mit einer Dualzahl dargestellt werden, die aus einer Folge von 3 Bit besteht?

A: 16

B: 6

C: 8

D: 4

EA203: Wie viele unterschiedliche Zustände können mit einer Dualzahl dargestellt werden, die aus einer Folge von 4 Bit besteht?

A: 16

B: 6

C: 4

D: 8

EA204: Wie viele unterschiedliche Werte können mit einer fünfstelligen Dualzahl dargestellt werden?

A: 5

B: 64

C: 128

D: 32

Umwandlung

Binärzahlen in Dezimale Zahlen am Beispiel von 10001110


2⁷	2⁶	2⁵	2⁴	2³	2²	2¹	2⁰
128	64	32	16	8	4	2	1
1	0	0	0	1	1	1	0

128 + 8 + 4 + 2 = 142

EA205: Berechnen Sie den dezimalen Wert der Dualzahl 01001110. Die Dezimalzahl lautet:

A: 156

B: 248

C: 78

D: 142

EA206: Berechnen Sie den dezimalen Wert der Dualzahl 10001110. Die Dezimalzahl lautet:

A: 248

B: 78

C: 142

D: 156

EA207: Berechnen Sie den dezimalen Wert der Dualzahl 10011100. Die Dezimalzahl lautet:

A: 78

B: 248

C: 156

D: 142

EA208: Berechnen Sie den dezimalen Wert der Dualzahl 11111000. Die Dezimalzahl lautet:

A: 248

B: 142

C: 78

D: 156

Digimode per SSB

Bandbreite von Digimodes

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 mittels Kurzwelle in SSB moduliert
Die Bandbreite des ausgestrahlten Signals bleibt dabei gleich

EE403: Bei der Aussendung eines digitalen Signals mittels eines Funkgerätes in SSB-Einstellung beträgt die NF-Bandbreite des in das Funkgerät eingespeisten Signals 50 Hz. Wie groß ist die HF-Bandbreite?

A: $\sqrt{2} \cdot$ 50 Hz

B: 50 Hz

C: 25 Hz

D: 100 Hz

EE402: Welche Modulation wird am Transceiver eingestellt, um ein schmalbandiges digitales Signal (z. B. BPSK31 oder FT8), das per Audiosignal als NF eingespeist wird, unter Beibehaltung der Bandbreite in HF umzusetzen?

A: Amplitudenmodulation (AM)

B: Frequenzmodulation (FM)

C: Phasenmodulation (PM)

D: Einseitenbandmodulation (SSB)

Empfang von Digimodes

Beim Empfang von SSB können in der üblichen Bandbreite von 2,4 kHz mehrere schmalbandige Digimodes empfangen werden
FT8: 2400 Hz ÷ 50 Hz = max. 48 Signale
BPSK31: 2400 Hz ÷ 31,25 Hz = max. 76 Signale
Am Computer wird dann das gewünschte Digimode-Signal selektiert

Abbildung 128: Wasserfalldiagramm vom Empfang von mehreren Digimode-Signalen innerhalb der SSB-Bandbreite von 2,4 kHz. Jede Spalte ist die Übertragung eines anderen Signals

EE404: Wie viele digitale Signale unterschiedlicher Stationen können mit einem analogen Funkgerät (2,4 kHz SSB-Bandbreite) und einem über die Audio-Schnittstelle angeschlossenen Computer gleichzeitig empfangen und dekodiert werden?

A: Es können je nach Art der Signale ein oder mehrere Signale empfangen werden.

B: Es kann maximal ein Signal empfangen werden, außer das Funkgerät verfügt über doppelte Kanalbandbreite.

C: Es kann maximal ein Signal empfangen werden, da ein Seitenband genutzt wird.

D: Es können maximal zwei Signale empfangen werden (eines pro Seitenband).

SSTV

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

ATV

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

EE415: Welcher Unterschied zwischen ATV und SSTV ist richtig?

A: SSTV wird nur auf Kurzwelle, ATV auf UKW verwendet.

B: SSTV ist schwarzweiß, ATV in Farbe.

C: SSTV überträgt Standbilder, ATV bewegte Bilder.

D: SSTV belegt eine größere Bandbreite als ATV.

9600-Port

Zur Umgehung von Filtern bieten manche FM-Funkgeräte einen separaten Port für Digimodes
Dieser ist oft mit DATA oder 9600 beschriftet
9600 entsprechend der Datenrate in Baud, 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

Abbildung 130: FM-Sender mit Zuführung des 9600-Baud-Datensignals an Punkt 2

Abbildung 131: FM-Empfänger mit Abgreifen des 9600-Baud-Datensignals an Punkt 4

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

Abbildung 132: Module M17 ein TNC für das M17 Übertragungsverfahren

EF309: Welcher der eingezeichneten Punkte in einem FM-Sender ist für die Zuführung eines 9600-Baud-Datensignals am besten geeignet?

A: Punkt 3

B: Punkt 2

C: Punkt 1

D: Punkt 4

EF219: Manche FM-Transceiver verfügen über einen analogen Datenanschluss (z. B. mit DATA beschriftet oder als 9600-Port bezeichnet). Welcher Punkt im dargestellten Empfangszweig wird über diesen Anschluss üblicherweise herausgeführt?

A: Punkt 3

B: Punkt 2

C: Punkt 1

D: Punkt 4

Übersteuerung

Zu starkes Audiosignal am Eingang eines Senders → Oberschwingungen
Links ist in Gelb das erwünschte Signal
Rechts davon die unerwünschten Oberschwingungen

Abbildung 133: Ein übersteuertes FT8-Signal, ganz links das erwünschte, rechts davon die unerwünschten Oberschwingungen

Zu Verzerrungen durch Übersteuerung kann es auch im Sendeverstärker kommen
Um das zu verhindern, verfügen viele Funkgeräte über eine automatische Pegelregelung (englisch: Automatic Level Control, ALC) → regelt Verstärkung automatisch runter
Bei digitalen Übertragungsverfahren kann die ALC jedoch Problemen führen
Das Signal könnte je nach Lautstärke oder Frequenz die ALC zu verschiedenen Zeitpunkten unterschiedlich stark auslösen → Amplitude wird unerwünscht verändert

ALC-Probleme hängen von verschiedenen Faktoren ab
Übertragungsverfahren
Umsetzung der ALC im Transceiver (Reaktions- und Haltezeit)
Anzeige der ALC im Transceiver
→ greift die ALC nicht ein, erzeugt sie keine Probleme

EJ218: Wie sollte bei digitalen Übertragungsverfahren (z. B. FT8, JS8, PSK31) der NF-Pegel am Eingang eines Funkgerätes mit automatischer Pegelregelung (ALC) im SSB-Betrieb eingestellt sein, um Störungen zu vermeiden?

A: 18 dB höher als die Lautstärke, bei der die automatische Pegelregelung (ALC) eingreift.

B: So niedrig, dass die automatische Pegelregelung (ALC) nicht eingreift.

C: Alle Bedienelemente sind auf das Maximum einzustellen.

D: Die NF-Lautstärke muss $-\infty$ dB (also Null) betragen.

EJ217: Was kann auftreten, wenn bei digitalen Übertragungsverfahren (z. B. RTTY, FT8, Olivia) die automatische Pegelregelung (ALC) eines Funkgerätes im SSB-Betrieb eingreift?

A: Störungen von Übertragungen auf Nachbarfrequenzen

B: Störungen von Stationen auf anderen Frequenzbändern

C: Störungen von Computern oder anderen digitalen Geräten

D: Störungen von nachfolgenden Sendungen auf derselben Frequenz

EJ219: Was ist zu tun, wenn es bei digitalen Übertragungsverfahren zu Störungen kommt, weil die automatische Pegelregelung (ALC) eines Funkgerätes im SSB-Betrieb eingreift?

A: Das Oberwellenfilter sollte abgeschaltet werden.

B: Es sollte mit der RIT gegengesteuert werden.

C: Die Sendeleistung sollte erhöht werden.

D: Der NF-Pegel am Eingang des Funkgerätes sollte reduziert werden.

Automatische Empfangsberichte

Mittels Digimodes empfangene Rufzeichen können an Plattformen geschickt werden
Diese lassen sich auf einer Karte mit empfangenen Band darstellen
Zum Testen der eigenen Ausbreitungsbedingungen

WSPR

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

EE405: Wie können Sie automatische Empfangsberichte zu Aussendungen erhalten, z. B. um die Reichweite ihrer Sendeanlage zu testen?

A: Durch Aussendung Ihres Rufzeichens mittels Telegrafie (5 WPM) mit dem Zusatz „AUTO RSVP“ (vom französischen „répondez s'il vous pla\^it“) und Abhören der 10 kHz höher gelegenen Frequenz

B: Durch Aussendung einer Nachricht mittels geeignetem digitalen Verfahren (z. B. CW oder WSPR) unter Angabe Ihrer E-Mail-Adresse und der Anzahl der maximal gewünschten Empfangsberichte

C: Durch Aussendung einer Nachricht mittels geeignetem digitalen Verfahren (z. B. CW oder WSPR) und Suche nach Ihrem Rufzeichen auf passenden Internetplattformen

D: Durch Aussendung Ihres Rufzeichens mittels Telegrafie (12 WPM) mit dem Zusatz „R“ (für Report) und Abhören der 10 kHz tiefer gelegenen Frequenz

Paketvermittelte Netzwerke

Das HAMNET, das Netzwerk nur für Funkamateure, basiert auf dem Internet-Protokoll (IP).
Deswegen kann man das Hamnet mit der gleichen Software, die auch für das Internet verwendet wird, nutzen.
Im einfachsten Fall ist das ein Webbrowser.

Das Internet-Protokoll (IP) weist den beteiligten Computern IP-Adressen zu, damit sie sich gegenseitig erreichen können.
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).

IP-Adressen sind in einen Netz- und einen Hostanteil aufgeteilt.
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.

Beispiele:

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.

Abbildung 134: IPv4-Adresse und Netzmaske in Dezimal- und Dualschreibweise

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

Es zwei Möglichkeiten dieses niederzuschreiben, Beispiel für einen Netzanteil von 24:
255.255.255.0, was binär 11111111.11111111.11111111.00000000 ist.
Die Schreibweise mit dem Schrägstrich, zum Beispiel 192.168.111.90/24

Abbildung 137: Ausschnitt aus einer Netzwerk-Infrastruktur

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

Man erkennt sie daran, dass sich aus ihrer eigenen IP-Adresse und Subnetzmaske derselbe Netzanteil ergibt wie beim Partner.

In allen anderen Fällen schicken sie die Daten an einen Router. Das ist eine Zwischenstation, die zwei oder mehr Netzwerke miteinander verbindet, um die Datenpakete weiterzuleiten.

EE412: Wie können Informationen innerhalb eines paketvermittelten Netzes zwischen zwei Stationen ausgetauscht werden, die sich nicht direkt erreichen können?

A: Durch Weiterleitung über Zwischenstationen (Paketweiterleitung)

B: Durch Zusammenfassung von Übertragungen (Paketdefragmentierung)

C: Durch wiederholte Aussendung (Paketwiederholung)

D: Durch Entpacken vor der Sendung (Paketdekompression)

EE414: Kann das Internetprotokoll (IP) im Amateurfunk verwendet werden?

A: Ja, die Kodierung des Amateurfunkrufzeichens erfolgt in der Subnetzmaske.

B: Nein, die benötigte Bandbreite steht im Amateurfunk nicht zur Verfügung.

C: Ja, es ist nicht auf das Internet beschränkt.

D: Nein, Internetnutzern würde so Zugang zum Amateurfunkband ermöglicht.

EE413: Was ergibt sich aus der eingestellten IP-Adresse und Subnetzmaske einer Kommunikationsschnittstelle beim Internetprotokoll (IP)?

A: Die Gegenstelle und die durch das Teilnetz verwendete Bandbreite

B: Die Protokoll- und Portnummer des über die Schnittstelle verwendeten Protokolls

C: Das Standardgateway und die maximale Anzahl der Zwischenstationen (Hops)

D: Der direkt (d. h. ohne Router) über die Schnittstelle erreichbare Adressbereich

Amplituden- und Frequenzumtastung (ASK, FSK)

Genauso wie es verschiedene analoge Modulationsverfahren gibt, gibt es auch verschiedene digitale Modulationsverfahren.
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.

Bei der Amplitudenumtastung (Amplitude Shift Keying, ASK) wird im einfachsten Fall zwischen zwei Amplituden gewechselt.

Abbildung 138: Amplitudenumtastung (Amplitude-shift Keying)

Bei der Frequenzumstastung (Frequency Shift Keying, FSK) wechselt der Sender zwischen bestimmten Frequenzen.

Abbildung 139: Frequenzumtastung (Frequency-shift Keying)

Bei der Phasenumtastung (Phase Shift Keying, PSK) wechselt der Sender zwischen bestimmten Phasenlagen.

Abbildung 140: Phasenumtastung (Phase-shift Keying)

EE406: Welches der folgenden Diagramme zeigt einen erkennbar durch Amplitudenumtastung (ASK) modulierten Träger?

EE407: Welches der folgenden Diagramme zeigt einen erkennbar durch Frequenzumtastung (FSK) modulierten Träger?

AE401: Welches der folgenden Diagramme zeigt einen erkennbar durch Phasenumtastung (PSK) modulierten Träger?

EE101: Welches der folgenden Diagramme zeigt einen unmodulierten Träger?

AFSK

Eine Sonderform der digitalen Modulation stellt das Audio Frequency Shift Keying (AFSK) dar.
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 Hz bis 2700 Hz genutzt.
Für eine Aussendung per Funk muss eine weitere Modulation stattfinden, beispielsweise per FM, AM oder SSB.

EE408: Was ist Audio Frequency Shift Keying (AFSK)?

A: Ein unmodulierter Hochfrequenzträger, bei dem die Frequenzabweichung im hörbaren Bereich liegt

B: Eine Kombination aus digitaler Amplituden- und Frequenzmodulation, um zwei Informationen gleichzeitig zu übertragen

C: Ein durch Frequenzumtastung erzeugtes NF-Signal, mit dem ein Hochfrequenzträger (z. B. mittels FM) moduliert werden kann

D: Ein hochfrequentes PSK-Signal, das mittels automatischer Umtastung auf zwei NF-Träger übertragen wird, um Bandbreite zu sparen

Datenübertragungsrate

Die Bandbreite ist der genutzte Frequenzbereich in Hz
Die Datenübertragungsrate ist die je Zeiteinheit übertragene Datenmenge in Bit/s

In der Praxis erreichbare Datenübertragungsraten unterscheiden sich je nach Übertragungsverfahren und Funkbedingungen deutlich.
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.

EA106: Welche Einheit wird üblicherweise für die Datenübertragungsrate verwendet?

A: Baud (Bd)

B: Hertz (Hz)

C: Bit pro Sekunde (Bit/s)

D: Dezibel (dB)

EE401: Welcher Unterschied besteht zwischen der Bandbreite und der Datenübertragungsrate?

A: Als Bandbreite wird der genutzte Frequenzbereich (in Hz) und als Datenübertragungsrate die je Zeiteinheit übertragene Datenmenge (in Bit/s) bezeichnet.

B: Die Datenübertragungsrate (in Bit/s) entspricht der Symbolrate (in Baud). Die Bandbreite (in Hz) entspricht der maximal möglichen Datenübertragungsrate (in Bit/s).

C: Als Bandbreite wird die übertragene Datenmenge (in Hz) und als Datenübertragungsrate die je Zeiteinheit übertragenen Symbole (in Baud) bezeichnet.

D: Die Datenübertragungsrate (in Baud) entspricht der Symbolrate (in Bit/s). Die Bandbreite (in Hz) entspricht der minimal möglichen Datenübertragungsrate (in Baud).

Vielfachzugriff

TDMA

Time Division Multiple Access – Zeitmultiplexverfahren
Die digitalen Nutzdaten werden getrennt und nacheinander über die dieselbe Frequenz gesandt
Am Empfänger wird der Datenstrom wieder zusammengesetzt

Abbildung 141: Zeitmultiplexverfahren mit drei Signalen

EE409: Wie werden bei Zeitmultiplexverfahren (TDMA) mehrere Signale gleichzeitig übertragen?

A: Zeitgleich auf unterschiedlichen Wegen

B: Zeitgleich mit Spreizcodierung im selben Frequenzbereich

C: Im schnellen zeitlichen Wechsel auf derselben Frequenz

D: Zeitgleich auf unterschiedlichen Frequenzen

CDMA

Code Division Multiple Access – Codemultiplexverfahren
Die digitalen Nutzdaten werden mit einem digitalen Code codiert (gemischt)
Am Empfänger wird derselbe digitale Code zum decodieren verwendet

Abbildung 143: Codemultiplexverfahren mit drei Signalen

EE411: Wie werden bei Codemultiplexverfahren (CDMA) mehrere Signale gleichzeitig übertragen?

A: Zeitgleich mit Spreizcodierung im selben Frequenzbereich

B: Im schnellen zeitlichen Wechsel auf derselben Frequenz

C: Zeitgleich auf unterschiedlichen Frequenzen

D: Zeitgleich auf unterschiedlichen Wegen

FDMA

Frequency Division Multiple Access – Frequenzmultiplexverfahren
Das digitale Signal wird auf mehrere Frequenzen aufgeteilt
Dadurch kann mehr Bandbreite verwendet werden

Abbildung 143: Frequenzmultiplexverfahren mit drei Signalen

EE410: Wie werden bei Frequenzmultiplexverfahren (FDMA) mehrere Signale gleichzeitig übertragen?

A: Zeitgleich auf unterschiedlichen Frequenzen