Die psk-Digimodes mit dem Programm fldigi nutzen

Die am häufigsten verwendete Digitalfunk-Betriebart im Amateurfunk ist, neben dem Morsen (CW) und RTTY, vermutlich psk31. Ziel soll jetzt sein, im CB-Funkbereich mit dem Program fldigi ein psk31-Signal ausfindig zu machen und darauf zu reagieren und dann selber ein psk31-Signal mit dem Kontaktruf "CQ" auszusenden.

Natürlich muss auch der Typ des Interfaces, in diesem Falle "PTT" konfiguriert werden, das signaLINK ist ein PTT-Interface. Hier treffen die Voreinstellungen von fldigi zu, es sind in der Regel keine weiteren Angaben nötig. (Vielleicht nur noch der Hinweis auf den Reiter "HAMlib", mit dem aus einem Katalog an Konfigurationsmöglichkeiten für CAT-Interfaces marktgängiger Funkgeräte das passende ausgewählt werden könnte.)

Es wird ein PTT-Interface genutzt

Dann erscheint der Start-Bildschirm von fldigi. Der Aufbau der fldigi-Oberfläche werde ihch von unten beginnend nach oben gehend besprechen.

Die fldigi-Oberfläche

Sie sehen unten den blauen Wasserfall. Der Wasserfall erstreckt sich über eine Bandbreite bis 3000Hz. Das Blau mit den wenigen gelben Einsprengseln darin zeigt, dass zwar einige Störsignale zu hören sind, ansonsten aber die Frequenz frei ist. Unter dem Wasserfall sind zwei wichtige Reihen, mit denen Sie fldigi konfigurieren können.

Ganz links steht der aktuell eingestellte Betriebsmodus, in diesem Falle ist das "bpsk63". In der Mitte der Zeile steht "1500", das ist die aktuelle eingestellte Mittenfrequenz, auf der fldigi nach Signalen im Format bpsk63 lauscht. Die beiden roten Striche zeigen an, wie schmal das Signal ist, dass hier erwartet wird. Wenn ich jetzt senden würde, würden die Daten ebenfalls in diesem Bereich der Mittenfrequenz 1500Hz sowie beim Betriebsformat bpsk63 mit minus 31.5Hz und plus 31.5Hz ausgesendet werden. Mit den Pfeilen rechts und links von der Einstellung der Mittenfrequenz (hier "1500") lässt sich der rote Empfangsbalken (der auch eine Sendebalken ist) in 1 oder 10Hz-Schritten nach links und rechts verschieben.

Weiter nach rechts in der Reihe sehen Sie den Button "Lk" (lock). Der ist dafür vorgesehen, um den roten Balken beim Senden mit exakt der eingestellten Frequenz fest zu halten. Diese Frequenz genau auf 1500 Hz zu halten sollte eine selbstverständlich zu erwartende Eigenschaften des Programms sein. Beim Senden ist es auch so, beim Empfang hingegen nicht. Empfänger fangen an, weg zu laufen, insbesondere wenn sie noch nicht warm sind. Nach einiger Zeit sind sie dann meist stabil. Entscheidend ist beim Empfang der Button "AFC" (automatic frequency control), rechts unter Lk. Dieser sorgt dafür, dass fldigi versucht, das Weglaufen des eigenen Empfängers zu kompensieren, indem es sich automatisch auf den Empfang eines gerade empfangenen Datenstroms einstellt, der einige zig Herz neben der vorgesehenen Frequenz liegt. Fldigi verschiebt den Empfangsbalken entsprechend. Wenn man sich sicher ist, dass ein empfangenes Signal auf einer definierten Frequenz (typisch: 500Hz, 1000Hz, 1500Hz) ausgesandt wurde, kann man mit dem Clarifier am empfangenen Funkgerät versuchen, das Signal exakt unterhalb dieser voreingestellten Frequenzanzeige einzustellen, so dass der vom AFC gesteuerte Empfangsbalken nicht allzu weit aus dem Ruder laufen muss. Besser ist noch, wenn man einen Funkpartner hat und diesen bitten kann, einen definierten Ton auszusenden. Dafür ist ganz rechts oben der Button "Tune" gedacht, der angeklickt genau den Ton erzeugen lässt, auf dem der Sendebalken eingestellt ist, so dass der Empfänger mit seinem Clarifier seinen Empfänger entsprechend justieren kann.

Man kann den Bereich, in dem der AFC ein Signal einzufangen versucht, unter "Configure/Modems/AFC" definieren. Der Einfangbereich ist standardmäßig auf 50Hz festgelegt. Weitet man den Suchbereich kann es passieren, dass der AFC auch mal etwas nicht einfängt, weil er zu weit "woanders" ist oder springt, so dass ein Signal verloren geht. Wie immer so gilt es auch hier, ein Händchen für ausgewogene Einstellungen zu haben. Ich habe an Einstellungen wie diesen bislang nichts gedreht.

Rechts neben dem "AFC" Button ist der "SQL"-Button (squelch), die Rauschsperre des Programms. Wenn der Sqelch offen ist, ist die Empfindlichkeit des Programms maximal, nur hat das zur Folge, dass fldigi Zufallssignale, die innerhalb des Empfangsbalken empfangen werden, als Zeichen wandelt, was wiederum zur Folge hat, dass der Bildschirm mit bedeutungslosen Zeichen vollgeschrieben wird. Ganz rechts sehen Sie den Regler, mit dem Sie den Squelch-Level einstellen können. Erhöhen Sie ein wenig, sie büßen kaum an Empfindlichkeit ein, und der Bildschirm wird nicht beliebig vollgeschrieben.

Rechts vom Wasserfall ist der Scope. Der Anzeiger im Scope bekommt eine Richtung und verhält sich stabil, sobald eine ganze Reihe an dekodierbaren Signalen auftritt. Bei bpsk-Signalen hat er eine Achse, bei pskr-Signalen weist er zwei Achsen auf. Das Scope springt unmittelbar an, sobald eine Sendung losgeht, und bevor man diese Sendung dann auch im Wasserfall sieht. Bei Zufallssignalen im Rauschen springt der Zeiger.

Oberhalb des Scopes und der Frequenzbereichslinie des Kanals befindet sich die Reihe mit den Textmakros. Die Bedeutung des Buttons ganz links "CQ" ist klar: Wenn Sie diesen Button anklicken, sendet fldigi zwei Mal den allgemeinen Anruf "CQ CQ CQ de IHR_RUFZEICHEN IHR_RUFZEICHEN pse k" (pse k = please Kontakt) aus.

Ein CQ-Anruf in fldigi in bpsk31, Mittenfrequenz 500Hz. Im Wasserfall sieht man die typische Signalpunkteverteilung eines ROS-Signals.

Wenn Sie einen dieser Buttons mit der rechten Maustaste anklicken, öffnet sich ein Editor, mit dem Sie den Makrotext editieren können.

Das blaue Fenster ist derjenigen Bereich, in den Sie beliebigen Text hineinschreiben können. Übertragen wird der Text, sobald Sie auf die Buttons "T/R" oder "Tx" drücken. Allerdings wird dabei so lange gesendet, bis Sie den Button "Rx" anklicken, mit dem Sie das Funkgerät wieder in den Empfangsmodus setzen.

Im gelben Fenster können Sie mitlesen, welche Daten von Ihnen gerade an das Funkgerät übergeben wurden bzw. es werden die dekodierten Signale als Zeichen angezeigt, die das Funkgerät angeliefert hat.

Der oberste graue Bereich, der drei Zeilen umfasst, ist für unseren Bedarf im CB-Funkbereich technisch nicht von Bedeutung. Gedacht ist er für die Steuerung von Funkgeräten, die per CAT-Interface angeschlossen sind. Man kann hier ahnen, wie komfortabel sich heutzutage Amateurfunkgeräte nutzen lassen. Außerdem lassen sich darüber wohl die Funklogbücher nutzen, aus denen hervorgeht, mit wem man schon mal ein QSO geführt hat.

Nun noch ein paar Worte zum Betriebsmodus psk. bpsk31 ist natürlich ein sehr schmaler Bereich zur Datenübertragung, mit dem sich vielleicht so um die 4 Zeichen pro Sekunde übertragen lassen. Die 31 steht für 31 Baud, wobei Baud wiederum für "Symbol pro Sekunde" steht. Ist ein Symbol mit 8-Bit kodiert, kommt man also auf fast 4 Zeichen pro Sekunde (Anmerkung: Es gibt auch 6-Bit-Zeichenübertragungssysteme, die logischerweise effizienter sind und mit 31 Baud 6 Zeichen zu übertragen gestatteten, dabei aber auf eine Übertragung von Kleinbuchstaben und Umlaute verzichten). 4-Zeichen pro Sekunde entspricht in etwa einer langsamen Eintippgeschwindigkeit von Zeichen am PC-Bildschirm. Und genau dafür ist dieser Betriebsmodus denn auch besonders gut geeignet, nämlich für Chats über Funk. Der Vorteil von bpsk31 ist jedoch, dass die Reichweite eines solchen Signals relativ hoch, besser auf jeden Fall als Morsezeichen. Weil eine Übertragung hier relativ lange dauert und ein solches Signal relativ zu anderen psk-Signalen gut lesbar ist, ist bpsk31 als Bake gut geeignet. Die Empfänger haben relativ viel Zeit, ihre Empfangsgeräte darauf einzustellen.

Ich verwende hier abwechselnd immer mal "psk31" und "bpsk31". Das ist korrekt, weil beide bezeichnen das gleiche, genauer: die Technik des "psk" entspricht dem "binary-phase-shift-keying". psk31 kann ebenso mit dem Verfahren "quadratur-hase-shift-keying" (qpsk) mit vier Phasenlagen betrieben werden, was in Kombination mit dem Viterbi-Algorithmus zur Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) genutzt wird. Letzteres ist wichtig, wenn Feherlfreiheit der Daten sicherzustellen ist. fldigi bietet an diesem Punkt viel Komfort, sozusagen das volle Programm. Unter dem Reiter "Op Mode" kann man diese Betriebsmodi wählen:

• psk > bpsk-31 ... BSPK-1000 ... MultiCarrier
• Qpsk > Qpsk-31 ... Qpsk500
• pskR > pskR-125R ... pskR-1000R ... MultiCarrier

Wenn im Amateurfunk E-Mails übertragen werden, wie es mit PSKMail der Fall ist, dann warten das Dutzend über die Welt verteilten PSKMail_Server entweder im Betriebsmodus "psk250R" (USA) oder "psk500R" (Europa und Rest der Welt) auf einen Anruf. Man hatte dort um 2008 mit kleinen Baudraten begonnen, aber offensichtlich festgestellt, dass auch 500er-Einstellungen gut funktionieren. In den USA ist der 500er-Modus nicht erlaubt. Das "R" steht dabei für "robust" und meint eine forward-error-correction (fec). Während die fec dafür sorgt, dass immer gleich ein paar Daten mehr mitgesendet werden, die sofort eine Fehlerkorrektur beim Empfänger erlauben, sorgt der Mechanismus automatic-repeat-request (arq) dafür, dass bereits empfangene Daten, die anhand von übermittelten Prüfsummen als Fehler erkannt wurden, beim Sender noch einmal angefordert werden. Beim Datenfunk im robusten psk-Modus kommt allein "fec" zum Einsatz, während das im nachfolgenen Artikel begesprochene Programm PSKMail zusätzlich auch arq-Mechanismen benutzt, um für garantierte Fehlerfreiheit der Datenpakete zu sorgen. Im Zweifelsfall wird ein Datenpaket so lange wieder und wieder angefordert, bis die Prüfsummen übereinstimmen. Das kann eine effektive Datenübertragung sehr sehr langsam machen und irgendwann auch zu einem Abbruch führen. PSKMail ist an diesem Punkt inzwischen aber so flexibel geworden, dass es bei Übertragungsproblemen automatisch in immer schmalere Übertragungsmodi runter wechselt, die die Wahrscheinlichkeit für eine korrekte Übermittlung erhöhen. Wenn das dann eine zeitlang stabil läuft, werden automatisch auch wieder höhere Übertragungsmodi angetestet. Diese Fähigkeit zum Aushandeln des Übertragungsoptimums ist es, die solche Programm wie fldigi und PSKMail_Server so komplex und wertvoll macht. Das fec von fldigi allein sorgt insofern nur für einen gewissen Grad an Robustheit, kann allein aber noch keine Fehlerfreiheit garantieren. Warum ist Fehlerfreiheit bedeutsam?

Für reine Amateurfunkbelange, bei denen Menschen ein paar technische Nachrichten austauschen, ist Fehlerfreiheit nicht wichtig. Das ist sozusagen eine anloge Sicht auf die Dinge, Fehler kommen eben vor. Bei der Übertragung von E-Mails sind Fehler definitiv unerwünscht, vielleicht nicht so sehr für den Inhalt des E-Mail-Textes, wohl aber für deren Adressbestandteile. Bei einer fehlerhaften Übertragung eines Mailkopfes kämen Mail nicht an. Mails können natürlich auch Anhänge enthalten, typisch Bilder oder Programme, vor allem können Mails verschlüsselt sein. Dann muss die Übertragung fehlerfrei sein, weil ein einziger Fehler zur vollkommenen Unleserlichkeit führt. Das Thema Verschlüsselung wird im nächsten Artikel noch einmal aufgegriffen.

Zuletzt möchte ich noch einen Hinweis für die Fehlersuche geben: Es ist ganz hilfreich, bei Fehlern drei Schichten zu unterscheiden und diese jeweils zu analysieren. Dabei gilt: Es muss die untere Schicht funktionieren, damit die Schicht darüber fehlerfrei funktionieren kann:

• Schicht 1, die Hardware-Ebene: Diese umfasst Funkgerät, Antenne, PC, Soundkarte, Interface zwischen PC und Funkgerät.
• Schicht 2, die Protokoll-Ebene: Diese umfasst das Programm "fldigi", das als Software-Modem zwischen Funkgerät und PC dafür sorgt, dass PC und Funkgerät zwischen Senden und Empfangen wechseln und wechselseitig die Daten annehmen können.
• Schicht 3, die Anwendungsebene: Diese umfasst die Steuerung von PC und Server durch ein Anwendungsprogramm, so dass Mails, Dateien, Text-Webseiten verschickt und verarbeitet werden können. (Im Falle von ROS (voriger Artikel) sind Schicht 2 und Schicht 3 ineinander integriert. Im Falle von PSKMail, in der Version 1.5.xx (nächster Artikel), sind diese Schichten 2 und 3 dagegen sauber getrennt. PSKMail steuert das Verhalten von fldigi.