Digital Voice

DAB, DVB-S und DVB-T, Tetra – die Digitalisierung der Funktechnik ist weit fortgeschritten und macht auch vor dem Amateurfunk nicht halt. Hier informieren wir Sie über einige Grundlagen und Anwendungen von „Digital Voice“ in unserem Hobby.

Die Geschichte des Digitalfunks

'Die Übertragung digitaler Funkgespräche ist seit Anfang der 90er Jahre, vor allem auch medienwirksam im Bereich BOS-Funk, ein viel diskutiertes und umstrittenes Thema. Oftmals kritisiert wurden sowohl die hohen Investitionskosten für Infrastruktur und Geräte sowie die stark eingeschränkte Verwendungsmöglichkeit in Gebäuden. Mittlerweile arbeiten die „Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben“ digital. Auch im Betriebsfunk ist der Digitalfunk bereits vielerorts etabliert.

Im klassischen Rundfunk ist DAB (Digital Audio Broadcasting) seit einiger Zeit fest etabliert und wird weiter ausgebaut.

Für Funkamateure bietet die „Digital Voice“ etwa seit der Jahrtausendwende ein breites Betätigungsspektrum. Hier haben sich im Laufe der Zeit D-Star, DMR und C4FM als Standards durchgesetzt. Aber auch TETRA, der DMR-Abkömmling NXDN, P25 usw. sind interessant, wenn auch nicht flächendeckend weit verbreitet.

VorTeile & Nachteile
Digitalfunk

+     Hohe Sprachqualität, bessere Filterung von Hintergrundgeräuschen

+     Möglichkeit zur Datenübertragung (GPS, Texte, …) ohne Störung der Teilnehmer Flexiblerer Zusammenschluss von Teilnehmern

+     Flexiblerer Zusammenschluss von Teilnehmern

+     Anbindung an das Internet / Hamnet ermöglicht Überbrückung großer Distanzen

+     Abhörsicherheit

+     Konfigurierbarkeit der Geräte

-       Komplexe Technik mit hohem Wartungsbedarf

-       Abhängigkeit von Netz-Infrastruktur

-       Neueinstieg / Verwendung der Geräte mitunter schwierig

Wo wird Digital Voice im Amateurfunk eingesetzt?

Im Amateurfunk wird Digital Voice im Wesentlichen auf UKW also VHF/UHF eingesetzt. Hier eine Übersicht der drei am Markt gängigen Standards mit einer Gegenüberstellung der Unterschiede.

"DMR Digital Mobile Radio"

D-Star – Digital Smart Technology for Amateur Radio

C4FM/System Fusion
Continuous 4 Level FM

Anbieter

Verschiedene

Icom, Kenwood

Yaesu

Verfahren

TDMA (Time-Division Multiple Access)

FDMA (Frequency-Division Multiple Access)

FDMA (Frequency-Division Multiple Access)

Textnachrichten

✓

✓

✓

Bildübertragung

–

✓

✓

Standort

✓

✓

✓

"Registrierung / ID erforderlich"

✓

✓

✓

„Programmierung“ erforderlich

Codeplug

Repeaterlisten

–

Anzeige Rufzeichen

✓

✓

✓

Anzeige Name

✓

✓

–

Vorteile
  • Sehr weit verbreitet
  • Günstige Geräte verfügbar
  • Große Auswahl an Geräten
  • Viele Repeater verfügbar
  • Lange Akkulaufzeiten
  • Weltweite D-Star Repeaterlisten in Geräten vorprogrammiert
  • Weite Verbreitung
  • Relativ einfacher Einstieg
  • Weite Verbreitung
  • Einfacher Einstieg
  • Keine „Programmierung“ d. Funkgerätes erforderlich

Nachteile
  • Einstieg evtl. kompliziert
  • Keine Bildübertragung möglich
  • Codec nicht ganz State-of-the Art
  • Nur zwei Geräte-Anbieter
  • Bindung an einen Funkgeräte-Hersteller

Leider sind diese Standards nicht miteinander kompatibel, mit einem C4FM Gerät ist somit kein DMR-Betrieb möglich. Allerdings gibt es einen kleinen Lichtblick in Form von sogenannten „Bridges“: Dabei handelt es sich um die Vernetzung von Räumen aus unterschiedlichen „Netzen“.

Aktuell am weitesteten verbreitet ist der ursprünglich aus dem Betriebsfunk stammende DMR-Standard. Hier sind die Kosten für den Einstieg überschaubar. Im Handel ist eine Vielzahl an unterschiedlichen Geräten erhältlich. Zudem ist die weltweite Abdeckung mit DMR-fähigen Repeatern sehr gut. Aufgrund der hohen Teilnehmerzahl lässt sich nicht nur jederzeit ein QSO-Partner, sondern auch Hilfestellung bei Problemen finden.

Anfangs kamen hauptsächlich professionelle, ursprünglich für den Betriebsfunk konzipierte Funkgeräte zum Einsatz. Diese hatten neben dem hohen Anschaffungspreis allerdings auch den Nachteil, dass es sich fast ausschließlich um reine 70cm Monoband-Geräte handelte. Somit war man für den Betrieb auf 2m zusätzlich auf ein weiteres Gerät angewiesen. Viele Hersteller haben deshalb heute Dualband-Geräte für den Amateurfunk im Angebot, die sich analog und digital in beiden Bändern verwenden lassen. Auch die Bedienkonzepte orientieren sich zunehmend an den Bedürfnissen der Funkamateure, so kann beispielsweise im VFO-Modus gearbeitet werden.

D-Star und C4FM sind speziell für den Einsatz im Amateurfunk entwickelt worden, der Neueinstieg kann (muss aber nicht) unter Umständen reibungsloser gelingen.

Digitalfunk auf Kurzwelle

Auch auf Kurzwelle ist es möglich, digital per Sprache zu kommunizieren. Zusätzlich zum vorhandenen SSB-Transceiver wird Folgendes benötigt:

Spezielle Software, z. B. „freedv“. Kostenlos erhältliche Software und weitere Informationen (in Englischer Sprache) finden sich hier:

Zu FREEDV

PC mit 2 Soundkarten (RX + TX) oder alternativ ein Digital Voice Adapter.Da keine Netz- und Serverinfrastruktur benötigt wird, entfällt auch die Registrierung bzw. Beantragung einer Identifikationsnummer.

Wie funktioniert
Digital Voice?

Zentrales Merkmal aller Digital Voice Verfahren ist – wenig überraschend – die Digitalisierung der analogen Sprachdaten. Das ist noch ein einfacher Schritt, der seit langem beherrscht wird. Das echte Knowhow steckt in der nachfolgenden Komprimierung und Codierung der Daten. Hier haben Fortschritte in der Halbleitertechnik dazu geführt, dass immer aufwendigere Verfahren angewandt werden können, ohne dass der Baustein viel Strom (oder Platz) benötigt. Resultat ist die bessere Kompression, d.h. eine bessere Ausnutzung der begrenzten Bandbreite, und die bessere Verständlichkeit bei hoher Kompression. Der Chip, der diese Aufgaben übernimmt, nennt man Codec (Coder/Decoder). Die hier verwendeten Algorithmen sind herstellerspezifisch und oftmals auf eine spezielle Sprechergruppe (Geschlecht, Sprachmerkmale) zugeschnitten. Es gibt zwar auch offene Verfahren für Codecs, diese konnten sich aber nicht allgemein durchsetzen. Ein im Amateurfunk oft verwendetes System ist der AMBE-Codec (Advanced Multiband Excitation) des Herstellers Digital Voice Systems.

Eines der herausragenden Entwicklungsziele bei digitaler Sprachübertragung war neben der besseren Ausnutzung der knappen Frequenzressource durch Kompression, die gleiche Reichweite zu erzielen wie mit analogen Verfahren. Sprich, das empfangene Signal muss bei gleichem Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) noch genauso zuverlässig zu dekodieren sein, wie mit traditionellen, analogen Verfahren.

Analog & Digital -
gleiche Reichweite

Dies wird bei Digital Voice durch Redundanz des Signales erreicht. Dem eigentlichen Datenstrom der digitalisierten Sprache wird hier also noch eine Schicht überlagert, die die Sicherung der Übertragung herstellt. Auch hier gibt es verschiedene systemspezifische Verfahren, die sich nur leicht unterscheiden. Insgesamt kann man sagen das bei ähnlichen Pegelverhältnissen die Reichweite und Zuverlässigkeit bei DV in etwa dem der analogen Übertragung gleichkommt.

Digital Voice setzt zwar völlig neue Gerätetechnik voraus, bietet aber auch bestimmte Vorteile. So wird durch Kompression die Bandbreite stark begrenzt. Prinzipiell sind so Kanalabstände von 6.25 kHz möglich (Vergleiche FM mit 25 und NFM mit 12.5 kHz).

DMR nutzt diese neu zur Verfügung stehende Bandbreite um zwei Gespräche gleichzeitig auf einer Frequenz im 12.5 kHz Raster zu übertragen. Dies geschieht durch das sogenannte Zeitschlitzverfahren. Es werden hier abwechselnd für einen jeweils kurzen Zeitabschnitt (Zeitschlitz) der eine oder andere Gesprächskanal übertragen. Englisch nennt man das Verfahren TDMA, Time Division Multiple Access. Das DMR-System nutzt TDMA mit zwei Zeitschlitzen je HF-Frequenz.

Ein konkurrierendes Verfahren ist FDMA, Frequency Division Multiple Access. Hier werden unterschiedliche Kanäle auf verschiedenen Frequenzabschnitten zeitgleich übertragen. D-Star und C4FM nutzen ein daran angelehntes Verfahren. Hier werden auf einem Bereich Sprachdaten übertragen, auf einem anderen Bereich zusätzliche Daten wie die aktuelle GPS-Position oder andere Sensordaten. Diese Kombination eignet sich gut für taktische Situationen, bei der eine Zentrale neben dem Sprachkanal noch weitere vitale Daten gemeldet bekommt.

Wer darf mit digitalen Amateurfunkgeräten senden?

Zur aktiven Teilnahme (=Senden) ist eine Amateurfunklizenz erforderlich.

Für wen ist Digitalfunk besonders interessant?

Wer weltweiten Funkbetrieb machen möchte, jedoch keinerlei Möglichkeiten hat, große Antennenanlagen zu installieren oder den Aufwand und die Kosten scheut, kann mittels Digitalfunk trotzdem die ganze Welt erreichen. Das Funkwetter und die Ausbreitungsbedingungen spielen dabei eine eher untergeordnete Rolle.

Welches Gerät ist für mich am besten geeignet?

Das hängt von verschiedenen Faktoren ab, zu denen die Art des Einsatzes, die Beschaffenheit der Infrastruktur vor Ort und natürlich das Budget. Zunächst einmal gilt es zu prüfen, ob ein digitaler Repeater in der Nähe verfügbar ist und mit welchem Standard er arbeitet. Handelt es sich um einen D-Star Repeater, macht z. B. die Anschaffung eines C4FM Gerätes nur wenig Sinn.

Ist der Repeater nur wenige km entfernt, bietet sich die Anschaffung eines Handfunkgerätes an. Soll der Digitalbetrieb vorzugsweise aus einem Fahrzeug heraus betrieben werden, empfiehlt sich ein Mobilgerät mit Fahrzeugantenne. Ein Mobilgerät im Shack kann aber auch dann hilfreich sein, wenn der nächste Repeater weiter entfernt ist und sich eine Verbindung per Handfunkgerät nur schwer oder gar nicht herstellen lässt. Die höhere Sendeleistung in Verbindung mit einer Außenantenne sollte in den meisten Fällen für eine gute Verbindung sorgen.

Für welchen digitalen Standard soll ich mich entscheiden?

Um diese Frage zu beantworten, sollte man zunächst verschiedene Aspekte in Betracht ziehen:

·         Wie richte ich mein neues Gerät ein?

·         Das hängt vom Gerät und vom verwendeten Standard ab. Yaesu C4FM-Geräte können ohne vorherige Registrierung, Programmierung und Wartezeit auf eine Teilnehmernummer sofort in Betrieb genommen werden – einfach das eigene Rufzeichen beim ersten Start ins Gerät eingeben und schon ist man QRV.

·         DMR Geräte hingegen benötigen eine „Programmierung“ bzw. einen „Codeplug“, also eine Software-Datei, welche die gerätespezifischen Einstellungen sowie Repeaterlisten, Kontaktlisten etc. beinhaltet.

 

Wie richte ich mein neues Gerät ein?

Das hängt vom Gerät und vom verwendeten Standard ab. Yaesu C4FM-Geräte können ohne vorherige Registrierung, Programmierung und Wartezeit auf eine Teilnehmernummer sofort in Betrieb genommen werden – einfach das eigene Rufzeichen beim ersten Start ins Gerät eingeben und schon ist man QRV.

DMR Geräte hingegen benötigen eine „Programmierung“ bzw. einen „Codeplug“, also eine Software-Datei, welche die gerätespezifischen Einstellungen sowie Repeaterlisten, Kontaktlisten etc. beinhaltet.

Wie beantrage ich eine DMR- oder D-Star Teilnehmernummer?

Die Beantragung erfolgt online.

DMR: https://radioid.net/register

D-Star: https://regist.dstargateway.org/Dstar.do

Kann Digitalfunk den Kurzwellenfunk ersetzen?

Nein. Digitale Gespräche über Repeater verwenden in der Regel das Internet um die Teilnehmer über größere Entfernungen zu verbinden. Beim Kurzwellenfunk ist das nicht erforderlich. Die Kurzwelle bietet darüber hinaus auch wesentlich mehr Betätigungsfelder als die reine Verständigung über Sprache. Allerdings kann Sprache auch digital über Kurzwelle übertragen werden.

Wann benötige ich einen Hotspot?

Ein Hotspot macht nichts anderes als ein Repeater: Er verbindet das Funkgerät mit dem Internet. Ist also kein digitaler Repeater in Reichweite, kann ein Hotspot in das häusliche LAN oder WLAN eingebunden werden. Aber auch mittels Handy-WLAN und mobilen Daten lässt sich so an allen Orten mit Mobilfunknetz die Teilnahme am Digitalfunk realisieren, vorausgesetzt man hat einen entsprechenden Datentarif gebucht.

Welche digitalen Repeater gibt es in meiner Nähe?

Es gibt eine Vielzahl von Repeaterlisten- und Karten im Internet, aber auch brauchbare Smartphone Apps (repeaterbook, DMRepeaters, …).

Eine interaktive Karte mit digitalen Repeatern findet sich hier:

https://repeatermap.de/

Die meisten D-Star Geräte von Icom enthalten bereits vorprogrammierte Listen mit digitalen Repeatern. So ist es mittels GPS möglich, sich jederzeit die nächstgelegenen Repeater anzeigen zu lassen und sich direkt zu verbinden.

Was kostet der Einstieg in den Digitalfunk?

Neue und sehr gut ausgestatte DMR-Geräte sind schon für unter 200 EUR erhältlich. Auch das sehr kompakte FT-70DE für C4FM von Yaesu ermöglicht den Einstieg in den Digitalfunk zum kleinen Preis. Möchte man ein neues D-Star Gerät - beispielsweise von Icom - kaufen, muss man mit Preisen ab ca. 600 EUR rechnen.

Für einen ggfls. erforderlichen Hotspot sollte man ca. 160 EUR einplanen.