Überlegungen zu einem neuen Bakensystem

Hallo Forum,

an dieser Stelle im Forum kam von Voker SM5ZBS und mir die Idee eines neuartigen Gleichwellen-Bakensystems auf. Dieses System existiert bisher noch nicht, es handelt sich hier zunächst nur um eine reine Ideensammlung!

Das neue System würde aber für uns erhebliche Vorteile bieten, wie man weiter unten nachlesen kann. Wir sollten daher zumindest einmal vorbehaltlos darüber nachdenken, ob eine Realisierung Sinn macht und wo es Probleme geben könnte. Alle weiteren Schritte werden sich dann vielleicht ergeben.

Um das Thema weiter zu entwickeln und über mögliche Vor- und Nachteile sowie die Realisationen zu diskutieren sind hier noch einmal alle bisherigen Überlegungen zusammen gefasst. Wenn es die nachfolgende Diskussion ergibt, so kann ich die Punkte gerne entsprechend erweitern oder abändern:

1. Eigenschaften des neuen Bakensystems

• Grundsatz des neuen Systems soll seine Kompatibiität, Transparenz und Einfachheit sein! Es soll daher ganz bewusst keine komplexe digitale Modulationsart eingesetzt werden.
• Das neue Bakensystem arbeitet im zeitversetzten Gleichwellenbetrieb in A1A und soll sowohl akustisch, als auch maschinell aufgenommen werden können.
• Die abgestrahlte Leistung ist auf 10 W ERP beschränkt.
• Die Sendefrequenz und die Gebegeschwindigkeit ist mit einem Zeitzeichensender synchronisiert: 1 Punkt = 100ms, 1 Strich = 300ms, Pause dazwischen 100ms, Pause zwischen zwei CW-Zeichen 300ms (ergibt im Mittel etwa 60BpM).
• Es wird lediglich ein aus maximal 8 CW-Zeichen bestehendes Baken-Rufzeichen gesendet.
• Jeder Bakenstation wird ein Zeitschlitz von 10s zugeordnet. Damit könnten auf einer Frequenz 6 Bakenstationen mit einer Wiederholdauer von 1 Minute reaisiert werden.
• In der 10. Sekunde darf keine Aussendung mehr erfolgen (Sicherheitspause).
• Bei Bedarf kann jeder Bakenstation zus;tzlich zum Zeitschlitz eine Sendeminute zugewiesen werden. Damit liessen sich auf der gleichen Frequenz bereits 360 Bakenstationen mit einer Wiederholdauer von 1 Stunde realisieren.
• Die Sendefrequenz solte unmittelbar am Bandanfang (+100Hz) liegen.

2. Vorteile des neuen Bakensystems

• Sehr effektive Frequenznutzung.
• Keine bzw. extrem geringe Störungen durch andere Aussendungen zu erwarten.
• Völlig transparentes System, ohne die Einführeung einer neuen digitalen Modulationsart. Der Mehrwert wird einzig durch Gleichwellenbetrieb und Zeitsynchronität erzeugt.
• Das Identifizieren einer Bake ist sowohl über deren CW-Kennung, als auch über ihren Zeitschlitz möglich.
• Sowohl akustische Auswertung wie im jetzigen Bakennetz, als auch automatische Auswertung mit zusätzlichen Auswertemöglichkeiten der Ausbreitungsbedingung und Speicherung in einem kleinen Zusatzgerät denkbar.
• Zum Empfang kann weiterhin jeder Überlagerungs-RX verwendet werden. Selbst eine simples Audion ist gleichwertig.
• Soundkarten könnten zur weiteren Empfindlichkeitssteigerung mit Korrelationstechniken und zur automatischen Feldstärkeprotokollierung eingesetzt werden.
• Problemose Umstellung oder auch Parallelbetrieb des bisherigen Bakennetzes möglich.
• Durch moderne Signalverarbeitung auf der Empfangsseite könnte man wegen des exklusiven Sendebetriebs auch Baken mit extrem kleiner Sendeleistung und/oder Sendeantennen mit schlechten Wirkungsgraden auswerten.
• Der Aufwand beim TX ist überschaubar gering. Er beschränkt sich auf eine PLL und etwas digitale Hardware zur Zeitschlitzsteuerung.
• Interessante Basis für SWLs, Newcomer und Schülerprojekte und zur Mitgliederwerbung, sowie Förderung der Betriebsart CW.
• Markierung des Bandanfangs. Ggf. könnte man ein zweites Bakennetz auch noch am oberen Bandende (-100Hz) errichten.

3. Nachteile und ungelöste Probleme des neuen Bakensystems

• Eine weltweite Koordinierung wäre wünschenswert. Dies ist sicher nicht leicht zu realisieren. Anfang könnte ein nationales, von der BNetzA genehmigtes Projekt machen.
• Die einmalige Zuweisung eines Zeitschlitzes zu einem Baken-Call und ggf. der Sendeminute müsste weltweit und verbindlich erfolgen. Wer könnte das durchführen und kontrollieren?
• Weltweit müssten alle Baken entweder mit dem gleichen Zeitzeichensender synchronisiert werden oder aber es dürften in der Sendeaufbereitung nur miteinander gekoppelte Zeitzeichensender mit bekannten Phasen- und/oder Zeitversatz verwendet werden.
• Im TX ist der Einsatz eines Prozessors nur stark eingeschränkt möglich, da deren Reaktionszeit mit einem grossen Jitter behaftet ist. Dies würde nämlich die Auswertung des empfangenen Signals mit einem Korrelator unmöglich machen und einen der Hauptvorteile des Systems verschenken. Die digitale Sendehardware müsste daher unbedingt aus einem PLD bestehen.

Das Projekt ist zwar noch überschaubar und könnte auch von einer einzelnen Person bewältigt werden. In einer (losen) Arbeitsgruppe wäre es aber deutlich angenehmer zu realisieren. Als Zeitrahmen würde ich für einen ersten Prototypentest mindestens 6-9 Monate ansetzen, denn zumindest ich würde mich an diesem Projekt nicht gerne unter Zeitdruck beteiligen. Es soll immer noch Spass machen und bitte ein Hobby bleiben!

Sofern Interesse vorhanden ist, sollte man sinnvollerweise folgende (noch änderbare) Arbeitsteilung vornehmen:

• Aufbau eines DCF77-RX mit 77,5kHz-Träger- und Zeitzeichen-Ausgang
• Aufbau einer PLL, die aus 77,5kHz die Bakensendefrequenz erzeugt
• Aufbau der Sendesteuerung in einem PLD (-> DC7GB)
• Aufbau einer Sendeendstufe für max. 10W
• Aufbau eines einfachen RX
• Aufbau einer Mikroprozessor-Auswertung für einen Stand-Alone-RX
• Programmierung einer Soundkarten-Lösung mit Feldstärkeprotokollierung
• Kontaktaufnahme mit dem Bakenreferat des DARCs
• Beantragung einer Test-Sendefrequenz bei der BNetzA
• Durchführung von Testsendungen
• Auswertung von Hörerberichten
• Aufbau und Pflege einer Internetseite zum Thema

Ich würde mich bei der Realisierung des im TX erforderlichen PLDs einbringen.

Nun bin ich wirklich mal gespannt, ob wir da zu einer gemeinsamen Arbeitsgruppe zusammen finden. Andernfalls ist es auch interessant wengistens mal darüber (hoffentlich konstruktiv) nachgedacht zu haben

Hallo Daniel,

danke für die reichhaltige Info. Ich habe es mir etwas näher angeschaut. Dabei fallen mir folgende Unterschiede im 5MHz-Bakenprojekt und im Next-Generation-Beacon-Project auf:

• Jede Bake sendet 4x/Stunde für 1 Minute. Damit können 15 Baken/QRG realisiert werden
• Die Austrahlung ist in ein komplexes Raster eingebunden:
• Am Anfang erfolgt eine CW-Kennung, dann 2x eine Leistungsabsenkung mit 6dB/s bis hinunter zu 160uW Sendeleistung und in den letzten 30s ein 500us Puls mit 40Hz Wiederholungsrate für Ionosphärenuntersuchungen.
• Man setzt auf GPS-basierte Zeitsynchronität. Verwendet aber aus Kostengründen bisher nur TCXOs, die einen DDS-Chip ansteuern. Daher gibt es keine phasenstarre Kopplung der Baken.
• Der Schwerpunkt des Next-Generation-Beacon-Projects liegt auf der automatischen Auswertung von Ionosphäreneffekten und Feldstärken.
• Auf 5MHz gibt es keine exklusive Baken-Frequenz, da dort ein Kanalraster vorgegeben ist.

Die GPS-Anbindung bietet sich für das Aussendezeitraster an. Es wird auch ein GPS-RX mit hochgenauem 10kHz-Ausgang angegeben. Aus Kostengründen wird er aber nicht verwendet, da das System bisher nicht für Korrelationsempfang konzipiert ist (aber darauf erweitert werden könnte). Diesen Vorteil müsste man in einem neuen Bakensystem aber unbedingt beibehalten oder implementieren, weil man dadurch mit geeigneten Empfängerkonzepten erhebliche Empfindlichkeitssteigerungen erzielen könnte, ohne auf spezielle Modulationsarten zurückgreifen zu müssen und an der Ausstrahlung selbst etwas ändern müsste.

Hallo Peter,

danke für die Info. Ich kann mich auch an ältere Veröffentlichungen zum Thema CCW erinnern, konnte das aber keinem Call mehr zuordnen. Man findet im Netz einige Infos. Ich habe aber noch nichts über den erwähnten Bausatz gefunden.

An sich ist das auch nur eine Option auf der Empfangsseite, die dann allerdings höhere Empfindlichkeiten bietet. Heutzutage wird man wohl eher auf eine Softwarelösung via Soundkarte setzen, als eine DSP-basierte Hardware aufzubauen. Damit man so etwas mal ausprobieren kann, muss man aber erst einmal mindestens zwei Baken auf einer QRG testweise laufen lassen. Dann wird sich auch zeigen, was man mit modernen Empfangskonzepten noch heraus holen kann. Bis zu diesem Punkt sollte eigentlich noch kein zu hoher Entwickungsaufwand anfallen und es bleibt noch weitgehend experimentell.

Daniel,

ich schrieb ja, dass ich die reichhaltigen Infos erst mal nur überschlagen hatte. Danke für die Anmerkungen und Korrekturen. Ich lese mich da noch ein, fahre allerdings nächste Woche erst mal in den Urlaub und werde hier eine Weile nicht mitlesen und antworten können.

Volker

Ob das den Reiz am Amateurfunk nimmt, ist sicher nur ganz individuell zu beantworten. CW-Cluster nehmen einem ja auch den Reiz des Suchens. Große Antennenanlagen und PAs ermöglichen QSOs, die sonst nicht möglich wären. PSK31 und ähnliche moderne Betriebsarten erlauben quasi auch immer eine sichere Verbindung. Es kommt wie immer darauf an, was man daraus macht. QRPler denken ja ohnehin etwas anders...

Hallo Daniel und Mitleser,

ich habe mir das 5MHz-Beacon-Project mal durchgelesen und meine erste Kurzanalyse dementsprechend abgeändert. In der Tat gibt es da einige sehr interessante Gemeinsamkeiten! Die wesentlichen Unterschiede zwischen dem 5MHz-Beacon-Project und unserem Vorschlag sind eigentlich nur folgende:

• 15 Baken/QRG gegenüber 6 bzw. 360 Baken/QRG im Endausbau
• Bakensendedauer 1 Minute gegenüber 9s
• Wiederholdauer pro Bake und QRG: 15 Minuten gegenüber 1 Minute bzw. 1 Stunde im Endausbau
• Keine phasenstarre Kopplung der einzelnen Baken / phasengekoppelte Baken-TXe sinnvoll
• spezieller Ionosphären-Messmodus / kein Spezialmodus vorgesehen ggf. für 1s möglich

Interessant ist die Anmerkung in einer Veröffentlichung zum 5MHz-Beacon-Project, dass es einen GPS-RX mit hochgenauem 10kHz-Ausgang gibt. (Leider gibt es da aber offenbar mittlerweile Beschaffungsprobleme.) Das würde einen grossen Teil des Projektes auf der TX-Seite vereinfachen. GPS ist weltweit verfügbar, so dass man dann auch von einer weltweiten phasenstarren Kopplung der Sende-QRG ausgehen kann. Das wäre mit Zeitzeichensendern schwieriger zu realisieren.

Interessant auch, dass man völlig unabhängig voneinander (ich hatte von 5MHz-Projekten zuvor noch nie etwas gehört!) auf ähnliche Lösungen kommen kann.

Hallo OMs,

danke für die vielen Beiträge. Die ursprüngliche Idee war es über ein kompatibles Bakensystem auf nur einer Frequenz pro Band (das hatte ich mit Gleichwellenbetrieb gemeint) nachzudenken, das durch einige heute leicht machbare Erweiterungen einen Mehrwert für alle liefern könnte. Ich glaube das könnte man mit wenig Aufwand realisieren und u.a. auch das Durcheinander der Bakenfrequenzen entwirren. Die anderen Vorteile hatte ich ganz am Anfang ja schon mal aufgeführt.

Das angedachte System setzt voraus, dass die QRG während jeder 9s-Bakenaussendung weltweit exklusiv von nur einem einzigen Baken-TX benutzt wird. Wenn man auch noch andere Störungen als Rauschen einbezieht, dann wird es in der Tat komplizierter und der Mehrwert des System wird schnell gering. Eine absolute Frequenzstabilität ist hier eigentlich gar nicht so sehr wichtig, würde das System aber noch besser machen. Über diesen Einfluss und die sich daraus ergebenen M;glichkeiten sollte man noch mal nachdenken.

Ich gehe mal auf die Beiträge ein:

DC4LO

Gerhard, hast du nähere Informationen zu dem von dir erwähnten Bakensystem? Es geht an sich nicht darum unbedingt das Rad neu zu erfinden. Der Ansatz zu der Überlegung kam zwar aus dem 500kHz-Thema, doch das Prinzip der Mehrfachausnutzung kann man ja auf alle Baken auf jeder QRG anwenden. Ich hatte das deshalb hier mal zur Diskussion gestellt, weil mir die Idee, die ja auf 5MHz schon fast genau so realisiert wurde, sehr interessant vorkommt.

DM2CDB und SM5ZBS

Man muss in der Praxis selbstverständlich Abstriche bei der Synchronisierung machen. Über die erreichbare Genauigkeit und den Einfluss der Restfehler so eines Bakensystems sollte man noch mal getrennt nachdenken. Ganz bestimmt gibt es da schon entsprechende Untersuchungen. Die Zeitsynchronisation innerhalb eines Telegramms einer Bake (also die Kurzzeitstabilität) bekommt man leicht hinreichend genau hin. Es bleibt dann ein konstanter Restphasenfehler übrig, der über das Telegramm jedes Bakensenders (also innerhalb der angedachten 9s) wohl weitgehend konstant bleiben dürfte und von der Entfernung zur Bake und vom Ausbreitungsweg abhängt. Bei Mehrwegeempfang kommt natürlich noch ein Jitter dazu, der eine köhärente Dekodierung erschwert. Es war aber gar nicht Ziel der Idee "Low-Power-Baken" zu ermöglichen, sondern auf einer QRG abwechselnd mehrere Baken laufen zu lassen. Daraus ergeben sich dann fast von selbst Erweiterungsmöglichkeiten (Optionen), die auch noch einen Mehrwert bieten.

Eine köhärente Dekodierung der Telegramme wäre z.B. so ein Mehrwert, der zu einer Empfindlichkeitssteigerung führen kann. Dies wird durch die festgesetzten Abtastzeitpunkte im 100ms-Raster möglich. Ein spezieller RX, der also alle Möglichkeiten ausschöpfen will, weiss im synchronisierten Zustand, wann sich ein Bit des CW-Codes der Bake ändern muss und kann den Anfangszeitpunkt jeder neuen Bit-Korrelation neu setzen. Wenn die Ausbreitungszeit der Bakenausstrahlung konstant 1ms beträgt (das wären 300km Entfernung zur Bake), so wirkt er sich bei 100ms Bitdauer auch nur zu 1% aus. Dieser konstante "Fehler" wäre kompensierbar. Man könnte aus der Laufzeit und deren Jitter auch etwas über die Ausbreitungsbedingungen ableiten und hätte einen weiteren Mehrwert gewonnen, den das aktuelle Bakensystem gar nicht liefern kann. Wichtig ist aber dabei, dass man auch wie jetzt mit einem ganz normalen RX - ja selbst mit einem Audion - die Baken empfangen kann. Den Mehrwert erhält man erst durch spezielle Dekoder hinter dem RX, die die besonderen Eigenschaften der Ausstrahlung berücksichtigen. Das fixe Raster vereinfacht im übrigen den CW-Dekoder in einem optionalen Zusatzgerät ganz erheblich.

@DK1LO

CCW war eigentlich als Synonym gedacht, damit man sich vorstellen kann, was mit so einem Bakensystem auch machbar wäre, nämlich das Aufnehmen sehr schwacher Signale. Ich dachte nicht unbedingt daran CCW als Betriebsart einzusetzen. Ich denke die Gebegeschwindigkeit sollte im Mittel bei 60BpM bleiben. Aber an sich ist CCW auch nichts anderes als eine Korrelationtechnik, da "der RX" hier auch weiss, wann sich ein Bit ändern kann und wie lange es maximal dauert. Ist das CCW-Signal aber stark genug, braucht man diese Zusatzinformation zur Dekodierung eigentlich nicht.

In sofern ist es hier durchaus auch "nur" eine Option auf der RX-Seite (vorausgesetzt der TX sendet grundsätzich immer im vorgegebenen fixen Zeitraster), denn man sollte die Bakensignale ja weiterhin ganz normal auch "mit dem Ohr" aufnehmen können. Es war auch eigentlich nicht so gedacht, dass man etwas völlig neuartiges aufbauen sollte. Das hätte meiner Meinung nach viel zu viel Widerstand zu überwinden. Ich meine es müsste sogar unbedingt weitgehend kompatibel bleiben und dürfte keine völlig anderen Betriebsarten verwenden. Das macht aber z.B. das 5MHz-Bakenprojekt - wie ich nachgelesen habe - nach der CW-Kennung, da hier die Einflüsse der Ionosphäre mit ermittelt werden sollten. Ob man so etwas mit einem 1s Burst vielleicht doch noch mit ins System aufnehmen sollte, darüber und über den Nutzen kann man auch noch nachdenken. Sofern sich daraus wirklich ein Nutzen ableiten liesse, könnte man so eine Erweiterung auch noch leicht nachträglich ins System einbringen.

Nabend OMs,

vielen Dank für die Hinweise. Das NCDXF-Bakenprojekt hat von der Struktur des Telegramms Ähnlichkeiten mit dem des 5MHz-Beacon-Projects. Sehr wahrscheinlich diente das schon ältere NCDXF-Projekt zumindest als Ideenquelle. Beide ermöglichen eine automatische Auswertung mit individuellen Messergebnissen zur Ausbreitung. Schade aber, dass es sich seit 1985 offenbar nicht viel weiter verbreitet hat. Der Aufwand ist mit etwa 2500$ + 1000$ pro Bake auch nicht gerade gering. Ausserdem werden offenbar nur die Bänder 20m-10m abgedeckt.

Da bleibt theoretisch noch genügend Motivation übrig für ein etwas einfacher und preiswerter aufgebautes System, wie es hier angedacht wurde. Allerdings bin ich nicht gerade auf der Suche nach einer neuen Beschäftigung! Es war sehr interessant mal über die Realisierungsmöglichkeiten nachzudenken und zu erfahren, dass es ähnliche Überlegungen schon gibt. - vln dk fr qsp