Packet Radio

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Packet Radio ist ein Verfahren zur digitalen Datenübertragung im Amateur- und CB-Funk. Die Informationen werden in kurzen Datenpaketen (meist maximal 255 Byte) ausgesendet und beim Empfänger wieder zusammengesetzt. Rechner kommunizieren dadurch drahtlos mit automatischer Fehlerkorrektur.

Zwischen Sender und Empfänger können Relaisstationen (Digipeater) die Pakete empfangen und wieder aussenden um Entfernungen über mehrere 100 km zu erreichen, vor allem wenn die Digipeater einen erhöhten Standort haben. Intelligente Knoten sind zudem in der Lage Datenpakete optimal über verschiedene Teilstrecken zum Empfänger zu leiten (Routing).

Entstehung und Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Geschichte reicht zurück in die 1960er Jahre. Damals waren Rechner per Funk im Alohanet der Universität von Hawaii verbunden, die auf verschiedenen Inseln standen.

Funkamateure aus Tucson (Arizona) gründeten 1981 die TAPR (Tucson Amateur Packet Radio Inc.) um ein lokales Datennetz auf Amateurfunk-Frequenzen aufzubauen. Sie prägten den Begriff Packet Radio, der auch im Deutschen gebräuchlich ist.

Funkamateure der AMSAT legten das Protokoll für die Datenübertragung zum Amateurfunk-Satelliten OSCAR 10 fest. Für die Datenübertragung gab es bereits das X.25-Protokoll, in Deutschland als Datex-P. Für den Amateurfunk wurde das ähnliche Verfahren AX.25 (A = Amateur) festgelegt. Es entspricht der zweiten Schicht Datensicherung im ISO-OSI-Modell.

Die TAPR entwickelte 1983 dafür den Controller TNC1 (TNC = Terminal Node Controller). Die Betriebsart Packet Radio verbreitete sich in Deutschland um 1985 mit dem TNC2 auf Basis des Z80-Prozessors und 1993 folgte in Deutschland der TNC3S auf Basis des 16/32-bit-Microcontrollers MC68302 mit dem Mikroprozessor 68000/08. Damit konnten zwei Funkgeräte von einem Rechner gesteuert werden. Die Rechenleistung des TNC3S reichte für den Betrieb eines wartungsfreundlichen Digipeater, weil keine Festplatten mehr die Lebensdauer beschränkten. 1997 folgte in Deutschland der TNC4E, der den Anschluss von drei Funkgeräten ermöglichte und eine Netzwerk-Schnittstelle zur Kommunikation mit Computer und anderen TNC4E hatte.

Richtfunkverbindungen zwischen den Digipeatern ermöglichten den Aufbau eines internationalen Packet-Radio-Netzes zum Austausch von privaten und persönlichen Nachrichten, lange bevor dies über das Internet allgemein üblich wurde.

Ein TNC kann durch einen PC mit entsprechendem Programm realisiert werden. Das Funkgerät wird über ein Modem oder die Soundkarte angeschlossen.

Seit Oktober 1994 ist die Übertragung digitaler Daten auch auf einigen Kanälen des CB-Funks (Jedermannfunk) erlaubt.

2017 meldete die BNetzA, dass das Packet-Radio-Netz nicht mehr flächendeckend nutzbar sei und gab in der Mitteilung 695[1] die Frequenzbereiche 2320–2450 MHz und 5650–5850 MHz frei zur Nutzung durch Inhaber einer Zulassung zur Teilnahme am Amateurfunkdienst der Klasse E. Umgebaute WLAN-Accesspoints werden mit modifizierter Software auf Amateurfunkfrequenzen im Rahmen des Projekts HAMNET genutzt.

Veranstaltungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die größte Fachveranstaltung zu Packet Radio in Deutschland war zwischen 1984 und 2013 die IPRT – Fachtagung für digitale Datenübertragung im Amateurfunk in Darmstadt, jeweils Anfang April. 2015 wurde zum ersten Mal die HAMNET-Tagung ausgerichtet, die sich mit ähnlichen Themen wie die IPRT beschäftigt. Daneben war das Packet Radio auch Thema auf anderen Veranstaltungen wie der Ham Radio oder der UKW-Tagung in Weinheim. Zwischen den Betreibern automatischer Packet-Radio-Stationen, sog. Digipeatern finden sog. Sysop-Treffen statt.

Packet-Radio-Betrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mit der Packet-Radio-Betriebsart können Funkamateure mit ihren üblichen UKW-Funkgeräten untereinander Daten austauschen. Um die Reichweite zu erhöhen, wurde ein Netz aus Digipeatern flächendeckend in zahlreichen Ländern aufgebaut. Die Datenpakete werden von Digipeater zu Digipeater weitervermittelt. Mobile Stationen können über APRS laufend ihren aktuellen Standort per Packet-Radio verbreiten.

Die interkontinentale Verbindung zu Packet-Radio-Stationen erfolgt durch Gateways, das sind Packet-Radio-Digipeater, die Nachrichten zwischen Kurzwellenverbindungen und dem lokalen UKW-Netz vermitteln. Auf diese Weise kommen Nachrichten aus der ganzen Welt in jede lokale Mailbox. Eine Reihe von Gateways sind via Internet erreichbar.

Aktuelle Informationen über seltene Amateurfunk-Stationen auf Kurzwelle werden von DX-Clustern über das Packet-Radio-Netz verbreitet.

Zur Kommunikation zwischen Amateurfunksatelliten und den Bodenstationen wird vorwiegend das Packet-Radio-Protokoll mit FSK-Modulation (G3RUH) und 9600 bzw. 38400 bit/s verwendet.

Durch die Integration von Packet Radio im globalen WinLink 2000-Netzwerk wird es ermöglicht, E-Mails zu übertragen und Informationen aus dem Internet abzurufen. Dabei muss lediglich das Zielgateway über eine Internetanbindung verfügen.

Technik[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

TNC2400 Packet-Radio-Modem

Für den Betrieb einer Packet Radio-Station benötigt man

  • einen einfachen Computer
  • ein handelsübliches Amateurfunk- oder CB-Funk-Gerät
  • ein Modem bzw. einen Packet-Radio-Controller (im Speziellen oft einen Terminal Node Controller (TNC)).

AFSK-Modus[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bis 1988 war die Übertragung mit 1200 Baud (etwa 150 Zeichen pro Sekunde) der Standard. Dabei wurde ein Niederfrequenz-Hilfsträger zwischen 1200 Hz und 2200 Hz in der Frequenz umgetastet (siehe AFSK) und anschließend per Frequenzmodulation mit weniger als 25 kHz Frequenzhub auf den eigentlichen Hochfrequenz-Träger aufmoduliert.

Die Bandbreite des Niederfrequenz-Trägers betrug etwa 3000 Hz.

Da der Niederfrequenz-Träger beim Empfänger wie ein normales Sprachsignal demoduliert wurde, konnte diese Betriebsart ohne Eingriffe am Empfänger mit Hilfe eines PCs mit Soundkarte sowie entsprechender Software durchgeführt werden.

Beispiel für eine 1200-Baud-Übertragung

Es gibt nur noch wenige Packet Radio-Digipeater, die mit 1200 Baud AFSK arbeiten, durch das Aufkommen der Betriebsart APRS wird dieses technisch einfache Übertragungsverfahren wieder belebt, vor allem im 2-Meter-Band.

FSK-Modus[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

1989 entwickelte der britische Funkamateur James Miller (G3RUH) ein Modem, um Daten mit 9600 Baud (etwa 1200 Byte pro Sekunde) übertragen zu können. Das in diesen Modems erzeugte Basisband-Signal ist durch einen Scrambler von Gleichanteilen befreit. Ursprünglich war das Verfahren für die Kommunikation mit Amateurfunk-Satelliten gedacht, wurde mittlerweile jedoch allgemeiner Standard für Packet-Radio im Amateurfunk.

Im Gegensatz zum 1k2-Modus wird nun die Hochfrequenz direkt in der Frequenz umgetastet (siehe FSK). Für das Funksignal genügt ein Kanal im 25-kHz-Kanalraster.

Im Empfänger muss das Signal direkt am Demodulator abgegriffen werden um Phasen- oder Amplitudenverzerrungen in nachfolgenden Filtern oder Verstärkern zu vermeiden. Viele moderne Empfänger haben für diese Zwecke eigens einen Datenausgang.

Abhängig von der zur Verfügung stehenden Bandbreite kann die Übertragungsgeschwindigkeit gesteigert werden. Auf diese Weise werden im Amateurfunk inzwischen Datenraten von mehreren Megabit pro Sekunde realisiert; für Experimente und für die Verbindungen zwischen den Netzknoten sind Geschwindigkeiten von bis zu 1,2 MBit/s üblich. Experimentell wird im Gigahertz-Bereich auch mit Geschwindigkeiten bis zu etwa 10 Mbit/s unter Verwendung einer mehrstufigen FSK gearbeitet.

Bei Benutzereinstiegen im UHF-Bereich (70 cm) werden teilweise Geschwindigkeiten von 76,8 kBaud und mehr verwendet, die natürlich einen entsprechend breiten Kanal voraussetzen. Im 70-cm-Band sind zwei Kanäle mit einer Bandbreite von je 200 kHz für Breitband-Datenfunk reserviert.

Weitere Übertragungstechniken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In einigen Regionen wurde experimentell mit umgebauten Telefonmodems gearbeitet. Die erreichbare Geschwindigkeit lag hierbei bei etwa 20–30 kbit/s im Vollduplexbetrieb. Es kamen auch bereits experimentell mehrstufige Modulationsverfahren wie Quadraturamplitudenmodulation (QAM) oder Quadraturphasenumtastung (QPSK) zum Einsatz, die sich jedoch auf Grund der hohen technischen Anforderungen und der Kosten bislang noch nicht im Packet Radio-Bereich durchsetzen konnten.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Phil Karn, Harry Price, Robert Diersing: Packet Radio in the Amateur Service. In: IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 1985, Seiten 431–439.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Packet radio – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Amateurfunkdienst; Nutzung der Frequenzbereiche 2320 – 2450 MHz und 5650 – 5850 MHz durch Inhaber einer Zulassung zur Teilnahme am Amateurfunkdienst der Klasse E, pdf 19kB