Mit diesem Artikel möchten wir eine Betriebsart beschreiben, von der wir glauben, dass diese, vorausgesetzt man verfügt über einen Kurzwellentransceiver und einen Rechner mit Soundkarte, in einer halben Stunde in Betrieb genommen werden kann. Wir möchte darüber hinaus auch Ihre Begeisterung für diese Betriebsart (Bakensystem) wecken und Sie ermutigen, neues zu wagen. Wer schon in der Betriebsart PSK 31 oder ähnlichen Betriebsarten QRV ist, benötigt nur noch die entsprechende Software und schon kann es losgehen. Mit einem optionalen Internetanschluss kann man dann eine zentrale Datenbank speisen. Durch die Summe der Einträge der teilnehmenden Stationen sind dann Rückschlüsse auf die aktuellen Ausbreitungsbedingungen möglich. Diese „Betriebsart“ stellt eine ideale Kombination zwischen Funk, Computer und Internet dar.

Grundlagen

WSPR (gesprochen whisper) steht für Weak Signal Propagation Reporter. WSPR ist ein Protokoll, mit dem die Ausbreitungsbedingungen auf Kurzwelle unter Verwendung von sehr geringen Sendeleistungen, ermittelt werden können. Während der Übertragung werden das Call der sendenden Station, der QTH Locator und die Sendeleistung in dBm übermittelt.  Die Software WSPR, die aktuell in der Version 2 vorliegt, kann bezogen auf  2,5 kHz Bandbreite noch Signale bis zu einem Signal/Rauschabstand von -28 dB dekodieren (d.h. die Rauschleistung innerhalb des Übertragungskanals ist 28dB höher als die Signalleistung im gleichen Kanal). Durch diese hohe „Empfindlichkeit“  haben auch Stationen mit einfachem Equipment und eingeschränkten Antennenmöglichkeiten die Gelegenheit andere WSPR-Baken in entfernten Regionen zu erreichen. Wenn man überhaupt etwas hören kann,  dann bemerkt man diese Signale als 2 minütigen Träger.

Wenn die Empfangsstation über eine Verbindung mit dem Internet verfügt, können die Empfangsdaten an eine zentrale Datenbank (wsprnet.org) übermittelt werden. Jeden Tag erfolgen mittlerweile mehr als 120.000 Eintragungen in diese Datenbank. Auf einer Karte werden dann die Stationen die sich gehört haben durch eine Linie des Ausbreitungsweges miteinander verbunden. So können schnell Rückschlüsse auf die derzeitigen Ausbreitungsmöglichkeiten gezogen werden. Die Daten können über eine einfache Schnittstelle gefiltert und selektiert werden. Auch eine tabellarische Auflistung mit verschiedenen Sortierkriterien ist möglich.

Bei der Software handelt es sich um ein Open Source Programm. Standardmäßig werden ein SSB Transceiver und ein PC mit Soundkarte benötigt. Eine Verbindung ins Internet ist vorteilhaft, weil dann die Daten wie oben beschrieben an eine zentrale Datenbank übertragen werden. Die Software wurde von dem Physiker und Nobelpreisträger K1JT, Joseph Tayler, entwickelt. Anfang 2008 wurde die erste Version den Funkamateuren zum Testen vorgestellt. Zunächst wurde das Programm noch über eine Kommandozeile gesteuert und die Empfangsberichte über E-Mail ausgetauscht. Kurz darauf wurde dann eine Datenbank eingerichtet auf welche die Daten hochgeladen werden konnten. Das nachfolgende Bild zeigt das Hauptfenster der Software in der Version 2.0.

wspr_screenshotFür erste Versuche sollte die Software im Empfangsmodus betrieben werden. Für jedes Band ist eine eigene Frequenz festgelegt. Sie sollten sich nicht wundern, wenn das Programm nicht sofort mit den Empfang startet. Der erste Empfangszyklus beginnt erst mit der nächsten geraden Minute. Die Stationen senden jeweils für eine Zeitdauer von 110,6 Sekunden, also etwa für 2 Minuten. Während dieser Zeit empfängt das Programm WSPR 2.0 die Daten, um nach den 2 Minuten das Empfangene in grafischer Form in einer Art Wasserfalldiagramm darzustellen. Anschließend werden die Daten dekodiert und die gehörten Stationen in Listenform neben dem Wasserfalldiagramm dargestellt. In einem Textfenster werden darüber hinaus noch weitere Daten in Form einer Tabelle dargestellt.

Nachdem die ersten Erfahrungen gesammelt wurden, kann man sich an Sendeversuche heranwagen. Die Aussendungen starten immer zu Beginn einer geraden Minute und dauern ca. 110 Sekunden an. Der Betrieb erfolgt im Wechsel zwischen Senden und Empfangen und wird zufällig gesteuert. Der Sendeanteil kann über einen Schieberegler prozentual eingestellt werden. Dabei bedeuten zum Beispiel  20%, dass während einer Stunde 20% der Zeit gesendet wird. Das sind dann 12 Minuten oder, da ein Sendeintervall 2 Minuten andauert, 6 Sendezyklen pro Stunde.

Inbetriebnahme und erste Versuche

Ich unterstelle, dass die hardwaremäßigen Voraussetzungen geschaffen sind. Dann wird lediglich noch die entsprechende Software benötigt, die aktuell in der Version WSPR 2.0 verfügbar ist und von der der Internetseite http://www.physics.princeton.edu/pulsar/K1JT/wspr.html heruntergeladen werden kann.

Nach der Installation sind noch einige Einstellungen erforderlich und schon kann es los gehen. Die notwendigen Einstellungen zeigt folgendes Bild:

wspr_screenshot_2

Für erste Empfangsversuche ist ein Band auszuwählen. Verwendet man einen Transceiver mit Cat-Steuerung, wird die Frequenz des entsprechenden Bandes automatisch eingestellt. Unter dem Fenster mit dem „Wasserfall“ wird auf der linken Seite die Frequenz angezeigt, die am Transceiver eingestellt werden muss, bzw. automatisch durch die Cat-Steuerung eingestellt wird. Im Feld darunter wird dann die eigene Sendefrequenz eingestellt. Die Einstellung kann auch durch einen Doppelkick an eine entsprechende Stelle im „Wasserfalldiagramm erfolgen.
Der Pegel, der vom Transceiver an die Soundkarte geliefert wird, sollte so eingestellt werden, dass unten links im Feld bei RX-Noise 0dB angezeigt werden. Zumindest sollte der Pegel nicht so hoch sein, dass dieses Feld rot hinterlegt ist.

Da bei diesem Bakensystem der Wechsel zwischen Senden und Empfangen im 2-Minuten Rhythmus erfolgt, sollte die Uhr des eigenen Rechners möglichst exakt der Atomzeit entsprechen, damit das gesamte System im Gleichklang arbeiten kann. Am einfachsten ist es, wenn über einen Zeitserver die PC-Uhr automatisch eingestellt wird.

Mit dem Schieberegler lässt sich das Verhältnis zwischen dem eigenen Sende- und Empfangsanteil einstellen.  Als gutes Verhältnis empfinde ich persönlich 10%. Es wird dann in einem 20 Minutenintervall einmal eine Aussendung von 2 Minuten Dauer erfolgen. In den übrigen 18 Minuten werden Signale anderer Stationen empfangen. Die waagerechten Striche im „Wasserfalldiagramm“ zeigen die Signale der empfangenen Stationen. Welche Stationen mit welcher Frequenz im Empfangskanal gehört wurden, werden nach dem dekodieren im Fenster rechts neben dem, Wasserfall angezeigt. Je breiter und heller die Striche desto stär-er wurde eine Station empfangen.

Im großen Textfenster werden dann weitere Details über die empfangenen Stationen angezeigt. Beginnend mit der Uhrzeit wird dann der Signal/Rauschabstand des Empfangssignals angezeigt. Anschließend wird die Zeitdifferenz des eigenen Computers zum Senderrechner angezeigt. Die letzte Spalte enthält die von der Sendestation übermittelten Daten, also das Rufzeichen, den Locator und die Sendeleistung in dBm.

Die zentrale Datenbank

Wird ein Häkchen in das Feld Upload Spots gesetzt, werden die von der eigenen Station empfangenen Daten an die zentrale Datenbank von www.wsprnet.org übertragen und können dort von anderen Funkamateuren jederzeit abgerufen werden. Das kann zum einen in Form einer Liste erfolgen, wie dies  das nachfolgende Bild zeigt.2010_03_10_Database

Aber auch eine grafische Darstellung auf einer google-basierten Satellitenkarte ist möglich. Dies zeigt das folgende Bild.

20m

Bevor eine Karte angezeigt wird, sind jeweils unterschiedliche Filtermöglichkeiten bezüglich des Bandes und der Station möglich.

2010_03_10_querry

Das nachfolgende Bild zeigt dann beispielsweise alle Kontakte von DL8DBN im gewählten Bang uns für das angegebene Zeitintervall.

2010_02_16_20_00_20m_alle

Technische Details

Es wird eine 4-Ton Frequenzumtastung verwendet, bei der die Frequenzen Ton 0: 1497,803 Hz; Ton 1: 1499,268 Hz; Ton 2: 1500,732 Hz;  Ton 3: 1502,197 Hz verwendet werden. Die Töne liegen somit nur 1,46 Hz auseinander. Die Tonlänge beträgt 0,68s.

Bei einer Bandbreite von 6Hz ergibt sich eine Übertragungsrate von ca. 1,5 Baud.  Die gesendeten Daten sind von WSPR so aufbereitet, dass eine starke Vorwärtsfehlerkorrektur beim Dekodieren auf der Empfangsseite möglich ist. Die Kanalbandbreite dieser Betriebsart beträgt gerade mal 200 Hz.frequenzen Aber aufgrund der geringen Bandbreite der einzelnen Signale können viele Stationen gleichzeitig untergebracht werden. Auf allen Bändern wird die Modulationsart USB am Transceiver eingestellt. Bezogen auf  2,5 kHz Bandbreite können noch Signale bis zu einem Signal/Rauschabstand von -28 dB dekodiert werden (d.h. 28dB unter dem Rauschen). Für die einzelnen Bänder sind für das Bakensystem WSPR die nachfolgenden Frequenzen vorgesehen.

Im Sendemodus dauert ein Durchgang 110,6 Sekunden, in der 50 Bit also 14 Zeichen übertragen werden. Der Inhalt der Aussendung besteht lediglich aus dem Rufzeichen der Sendestation, deren Locator und der Sendeleistung in dBm. Zu erwähnen wäre noch, dass die Abweichung der eigenen PC-Uhr von den anderen Stationen weniger als eine Sekunde betragen sollte.

Experimenteller Charakter von WSPR

Durch die Software ist ein schneller Überblick über die zu empfangenden Stationen und Regionen möglich. Eine detailliertere Analyse ist möglich, wenn die zentrale Datenbank unter www.wsprnet.org herangezogen wird.  Es können Erfahrungen mit geringen und geringsten Sendeleistungen gemacht werden. Sie werden erstaunt sein welche Stationen Sie mit 10W oder weniger erreichen können. Es werden auch immer wieder Wochenenden von wsprnet.org organisiert, während derer nur mit 500mW gesendet werden sollte.

Auch für SWL ist diese Betriebsart gut geeignet, da auch ein reiner Empfangsmodus möglich ist. Auch SWL-Stationen können die empfangenen Daten ins Internet übertragen. Durch den Einsatz verschiedener Sendeleistungen oder unterschiedlicher Antennen ist schnell zu ermitteln, wie sich dies auf die Zahl der erreichbaren Stationen auswirkt. Auch die Frequenzstabilität des eigenen Signals kann durch dieses Bakensystem untersucht werden.

Also lassen Sie sich begeistern und wagen Sie eine neue Betriebsart.

WSPR

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