CAT - Steuerung

CAT – Steuerung bei Funkverbindungen über Satellit.
Grundsätzliche Überlegungen.
Bei Funkverbindungen über erdnahe Satelliten, sogenannte LEOs, wirkt sich die Frequenzverschiebung durch
den Dopplereffekt erheblich auf die Empfangsfrequenz aus. Auf einer Downlinkstrecke (Funkstrecke vom
Satelliten zur Empfangsstation auf der Erde) im 70 cm Band macht das eine Frequenzverschiebung von ca. 18
kHz aus, das bei einer Hörbarkeitszeit von ca. 15 – 20 Minuten. Der gleiche Effekt tritt auch auf der
Uplinkstrecke (Funkstrecke von der Empfangsstation zum Satelliten) auf. Für eine Funkverbindung, deren
Qualität mit der einer terristischen Funkverbindung vergleichbar sein soll, ist eine Korrektur der Empfangs- und
Sendefrequenz erforderlich.
Diese Anforderung setzt voraus, dass die tatsächliche Frequenzverschiebung zu jedem Zeitpunkt bekannt ist und
Empfangs- und Sendefrequenz kontinuierlich korrigiert werden. Da die Verlaufskurve der Frequenzänderung
abhängig ist von dem Bahnverlauf des Satelliten, ist hier eine zeitgenaue Berechnung der aktuellen Frequenz
erforderlich.
Die Abbildungen zeigen die Frequenzveränderung auf der Downlinkstrecke bei einem Überflug, links bei einer
maximalen Elevation von 82°, rechts bei einer maximalen Elevation von 8 °.
Diese Berechnung ist mit den heute üblichen PCs und entsprechenden Algorithmen möglich. Da es moderne
höherwertige Funkgeräte gestatten, dass die Betriebsart und Frequenz über eine serielle Schnittstelle geschrieben
und gelesen werden können, ist es auch möglich, diese Geräte vom PC aus auf die aktuellen Werte einzustellen.
Diese Fernsteuerung wird als CAT – Steuerung bezeichnet (CAT = Computer added transceiver oder
computergestützte Transceiversteuerung).
Realisierung mit HalloSat und Icom – Geräten.
Ziel war es, eine CAT – Steuerung zu Programmieren, die es dem Benutzer gestattet, nur den Abstimmknopf
seines Transceivers zu benutzen. Nur mit diesem einen Knopf soll er innerhalb des SSB – Transponderbereichs
die gewünschte Empfangsfrequenz einstellen. Wenn der Benutzer sendet, muss die Sendefrequenz so genau sein,
dass er sich selbst korrekt zurückhört. Während des Empfangs und der Sendung muss die Steuerung beide
Frequenzen kontinuierlich um den Dopplereffekt korrigieren. Hierbei wird die Sendefrequenz so eingestellt, dass
sich am Satelliten eine konstante Empfangsfrequenz ergibt.
Es gibt Transceiver, die nur für ein Frequenzband gebaut sind (reine Monobandgeräte). Dann gibt es Geräte, die
den Betrieb auf mehreren Afu – Bänder gestatten, aber jeweils nur die Aktivierung eines Bandes ermöglichen
(im Prinzip also auch Monobandgeräte). Weiter gibt es Transceiver, die mehrere Bänder gleichzeitig Empfangen
können, jedoch nur auf einem ausgewählten Band Sendebetrieb gestatten (Multibandgeräte, z.B. IC821 und IC910). Da diese beiden Gerätegruppen sehr unterschiedlich zu programmieren sind, habe ich für beide Gruppen
getrennte Software entwickelt, einen Monobandtreiber und einen Multibandtreiber. Der Benutzer muss den für
ihn richtigen Treiber auswählen (s. folgendes Bild).
Neben der Auswahl des richtigen Treibers müssen noch weitere Parameter vorgegeben werden. Dies sind:
- Die Nummer der seriellen Schnittstelle, an die der oder die Transceiver angeschlossen sind.
- Die Adresse des Transceivers (nennt Icom im Handbuch des Transceivers).
- Die Geschwindigkeit der Datenübertragung (mögliche Werte nennt Icom im Handbuch des
Transceivers).
Sind mehrere Geräte parallel an einer Schnittstelle angeschlossen, dann können für die einzelnen Geräte auch
unterschiedliche Datenübertragungsraten gewählt werden.
Die linke Abbildung zeigt die Auswahl der DLL – Datei. Zurzeit verfügbar sind Dateien für FT-847 und alle
fernsteuerbaren Icom Geräte. (Die Abbildung zeigt noch einige Versuchsdateien).
Die rechte Abbildung zeigt die Einstellung bei Verwendung eines IC-736 für KW und eines IC-910H für 2 m
und 70 cm.
Zur Vollständigkeit sei hier noch erwähnt, dass zwischen der seriellen Schnittstelle des Rechners und dem
Funkgerät ein sogenanntes CI-V – Interface geschaltet werden muss. Dieses kann man im Handel erwerben oder
auch für ein paar Euro selbst bauen. Ein Bauvorschlag ist in der Hilfe von HalloSat unter „Hardware“ zu finden.
Betriebsdatenbeschreibung im Parameterblatt.
Das Programm HalloSat bietet für jeden Satelliten die Möglichkeit, beliebig viele Parameterblätter einzurichten.
Damit ist es möglich, für alle möglichen Modi eines Satelliten die Grundparameter festzulegen. Für den Betrieb
wird nur das gewünschte Parameterblatt angewählt und die CAT – Steuerung aktiviert. HalloSat stellt nun die
Betriesbart für Sender und Empfänger ein.
Das Bild zeigt den für die CAT – Steuerung wichtigen Ausschnitt aus dem Parameterblatt für den
SSB – Transponder des FO-29.
Durch einen Mausklick auf die Taste „Neu“ wird ein neues leeres Parameterblatt für den aktuell gewählten
Satelliten erzeugt. Als erstes wird ein Titel eingetragen, der eine gedankliche Verbindung zu der Beschreibung
herstellt. Dieser Titel erscheint in der Tabulatorliste und auch im Fenster der Frequenzsteuerung (im folgenden
Bild zu sehen).
Dieses Bild zeigt die aktivierte Frequenzsteuerung. In der Kopfleiste des Fensters steht der Titel des
Parameterblattes.
Im nächsten Schritt werden die Transpondereckfrequenzen für den Sender und Empfänger eingetragen. Bei FM
Satelliten wird nur die jeweils obere Frequenz mit der Arbeitsfrequenz des Satelliten ausgefüllt. Im
Empfangsbereich gibt es eine Option „Convert to“. Hierzu ein Beispiel:
Der Satellit sendet im Frequenzbereich 2401,200 bis 2401,450 MHz. Es kommt ein Konverter zu Einsatz, der
diesen Bereich in den Kurzwellenbereich beginnend bei 28,200 MHz umsetzt. In diesem Falle wird unter
„Convert to“ die Kurzwellenfrequenz 28,200 MHz eingetragen. HalloSat wird jetzt den Dopplerversatz für die
Frequenz von 2401,200 MHz berechnen, aber die Frequenzsteuerung im Kurzwellenbereich vornehmen.
Gleiches gilt natürlich auch für jede andere Konvertierungsfrequenz.
Unter „Modulation“ wird die Betriebsart angeklickt (hier bei FO-29 LSB im Uplink und USB im Downlink). Hat
der verwendete Transceiver einen Kompressor, so kann dieser durch Klick auf „Compressor“ aktiviert werden.
Im Empfangsteil gibt es noch die Optionen PreAmp = Antennenvorverstärker, DSP = Digitales Signalprozessing
(setzt die Einheit UT-106 voraus) und ATT = Attenuator (Antennenabschwächer).
Bei der Betriebsart FM erscheint zusätzlich unter „Compressor“ noch
„Subtone“. Bei den zurzeit aktiven Satelliten ist ein Unterton während der
Aussendung erforderlich. Hier kann jetzt die Frequenz des Untertones
ausgewählt werden. Diese Funktion wird nur von wenigen Geräten unterstützt.
Für Geräte, die diese Funktion nicht haben, gibt es eine Software, die den
Unterton unter Verwendung der Soundkarte erzeugt. Die Toneinspeisung kann
über eine Anschaltung ans Mikrofon oder einen geeigneten anderen Anschluss
erfolgen. Die Software kann kostenlos unter http://www.HalloSat.de aus dem
Internet geladen werden.
Alle hier möglichen Funktionen werden nur dann ausgeführt, wenn diese Funktionen auch von dem oder den
angeschlossenen Transceiver(n) unterstützt werden. Nicht unterstützte Funktionen werden ignoriert.
Ein nicht mehr benötigtes Parameterblatt kann durch Mausklick auf die Taste „Löschen“ gelöscht werden.
Ergänzend sei angemerkt, dass auch nur der Sende- oder Empfangsteil des Parameterblattes ausgefüllt werden
kann. Es wird dann nur dieser vorgegebene teil gesteuert. Das ist z.B. bei Wettersatelliten von Bedeutung, denn
hier benötigt man den Sender nicht.
Bei Satelliten mit Up- und Downlink im selben Frequenzbereich (z.B. ISS PR im 2m Bereich) werden die
Frequenzen genau so ins Parameterblatt eingetragen wie vorab erklärt. Bei der Steuerung wird bei den
Transceiver VFO A und VFO B genutzt. Bei Multibandgeräten wird auf Monobandbetrieb umgeschaltet, so dass
der zweite Frequenzbereich nicht mehr sichtbar ist.
Wichtige Einstellungen bei Icom Geräten.
Als erstes sollte die Datenübertragungsrate bei dem angeschlossenen Transceiver eingestellt werden, falls dies
möglich ist. In jedem Falle muss die Datenübertragungsrate am Transceiver mit der in HalloSat eingetragenen
übereinstimmen. Bei Geräten mit „Autodetekt“ für die Übertragungsrate empfehle ich, trotzdem eine feste
Übertragungsrate vorzugeben, denn Autodetekt funktioniert nicht unter allen Bedingungen fehlerfrei. Bei
Verwendung mehrerer Geräte mit unterschiedlichen Übertragungsraten ist eine feste Vorgabe zwingend
erforderlich! Wie die Einstellung vorgenommen wird, ist dem Handbuch des Transceivers zu entnehmen (für den
IC-910: Handbuch Seite 59, Punkt „CI-V-Baudrate“).
Eine weitere Einstellung ist die CI-V-Transceiversteuerung. Diese Steuerung ist bei Icom immer auf „ON“
gestellt. Das bedeutet, dass der Transceiver bei (fast) jeder Bedienung durch den Operator die geänderte
Einstellung als Datenpaket aussendet. Da HalloSat die eingestellte Frequenz routinemäßig abfragt, stört solche
„Sendung ohne Aufforderung“ den Ablauf. Aus diesem Grunde sollte diese Einstellung „Off“ geschaltet werden.
Bei der Steuerung der Multibandgeräte IC-910 und IC-821 ist das zwingend erforderlich, bei Monobandgeräten
ist es ratsam, weil die Steuerung dann schneller abläuft. Leider ist hier zur Umstellung bei älteren Geräten ein
Eingriff ins Gerät erforderlich. Bei dem IC-910 kann die Funktion per Menü deaktiviert werden (Handbuch Seite
59, Punkt „CI-V-Transceiversteuerung“).
Der Funkbetrieb.
Nachdem nun die Verbindung mit dem oder den Transceiver(n) über das Interface hergestellt wurde, bei
HalloSat die Parameterblätter ausgefüllt wurden (sofern sie nicht schon vorhanden waren), die
Schnittstellendaten in das Benutzerdatenfeld eingetragen wurden und der oder die Transceiver entsprechend
eingestellt sind, kann es mit dem Betrieb losgehen. Zugegeben, eine Menge Vorarbeit, aber die wichtigsten
Parameterblätter waren ja schon vorhanden.
Bei FM oder PR Satelliten gibt es nichts zu beachten. Die korrekte Einstellung der Frequenzen erfolgt einfach
durch einen Mausklick auf „CAT on/off“ im Fenster der Frequenzsteuerung von HalloSat. Der Hintergrund der
beiden Teilfenster wird grün eingefärbt, der oder die Transceiver werden auf die aktuellen Frequenzen eingestellt
– das war es auch, der Betrieb kann beginnen. Korrekturen sind nicht erforderlich! Die möglichen Fehler bei der
Frequenzeinstellung sind so gering, dass sie den Betrieb nicht beeinflussen können.
Bei Betrieb über einen SSB Transponder ist es ein wenig schwieriger. Hier wird die Stimmlage schon durch ein
paar Hertz Fehler spürbar beeinflusst. Deswegen hier eine ausführliche Beschreibung der Vorgehensweise am
Beispiel des FO-29:
Zuerst den Satelliten auswählen, dann das gewünschte Parameterblatt „Parameter CAT“ (sofern es nicht noch
vom letzten Betrieb ausgewählt ist).
Jetzt das Parameterblatt schließen. Im Fenster der Frequenzsteuerung wird folgendes sichtbar:
Hier jetzt auf die Taste „CAT on/off“ klicken. Der oder die Transceiver werden auf die vorgegebenen
Frequenzen und Betriebsarten eingestellt. Wenn alles OK ist, dann wird der Hintergrund des Fensters der
Frequenzsteuerung grün, Sollte es Probleme geben, kommt eine Fehlermeldung.
oder z.B.
Im ersten Fall könnte z.B. ein Transceiver ausgeschaltet sein, im zweiten Fall z.B. der Stecker zum Interface
nicht im Rechner stecken. HalloSat gibt hier sehr detaillierte Fehlermeldungen. Es gibt noch wesentlich mehr
Meldungen, auf die ich hier nicht weiter eingehen will, denn es würde den Rahmen sprengen.
Stattdessen hier ein wenig mehr über die Bedeutung der Hintergrundfarben:
Links eine Frequenzeinstellung, die außerhalb des gewählten Transponderbereichs liegt. Diese Einstellung kann
gewollt erfolgen, aber auch mal zufällig erscheinen. Die Rückstellung ist am einfachsten über einen Mausklick
auf „RESET“ möglich.
Im rechten Bild zeigt HalloSat eine Vorgabe, die von dem oder den angeschlossenen Transceiver(n) nicht
eingestellt werden kann (hier nur zum Test so in ein Parameterblatt eingetragen). Bei Icom Geräten ist es
möglich, die Eckfrequenzen der Arbeitsbereiche zu lesen. HalloSat liest diese Eckfrequenzen aus. Sollten die
einzustellenden Frequenzen nicht in dem Arbeitsbereich des Transceivers liegen, dann wird das zugehörige Feld
der Frequenzsteuerung rot eingefärbt.
Beide Farbwiedergaben sind auch nur in einem der beiden Teilfenster möglich (also nur oben oder unten). Die
Fehlermeldung gilt dann auch nur für das entsprechende Teilfenster.
Im Normalfall zeigt sich folgendes Bild:
Die Anzeigen haben folgende Bedeutung:
Die numerischen Anzeigen direkt unter „Sender“ bzw. „Empfänger“ zeigen den Frequenzbereich des
Transponders an, also ohne die Verschiebung durch den Dopplereffekt. Sie dienen nur zur Information und
ändern sich während des Überflugs nicht.
Der analoge Anzeigebereich (Pfeil auf blauem Hintergrund) zeigt die aktuelle Sende- und Empfangsfrequenz an.
Der blaue Bereich verschiebt sich langsam von rechts nach links innerhalb des gesamten Bereichs. Dies
entspricht der Verschiebung des Transponderbereichs bedingt durch den Dopplereffekt während des Überflugs.
Der Pfeil zeigt die Empfangs- bzw. Sendefrequenz an, die zurzeit am Transceiver eingestellt ist. Befindet sich
der Zeiger im blauen Bereich, dann liegt die Frequenz im Transponderbereich. Wird der Abstimmknopf am
Empfangsgerät bedient, verschiebt sich der Zeiger entsprechend. Der Zeiger für die Sendefrequenz kann evtl.
zeitlich verzögert nacheilen. Bei Betätigung der Sendetaste wird die Sendefrequenz sofort korrigiert.
Bei der Grundeinstellung ist wie folgt vorzugehen:
Die Frequenz am Empfänger verstellen, bis eine freie Frequenz erreicht wird. Dann die PTT betätigen und einige
Worte sprechen. Diese Worte sollten schon zu hören sein, die Stimmlage wird aber nicht gleich korrekt sein.
Während die PTT gedrückt bleibt und weiter Worte gesprochen werden, jetzt am Abstimmknopf drehen
(Abstimmknopf: Bei Monobandgeräten an der Frequenzeinstellung des Senders, bei Multibandgeräten am selben
Abstimmknopf wie beim Empfang). Jetzt so einstellen, dass die Stimmlage korrekt ist. Die PTT loslassen. Nun
nach einer Station suchen, die CQ ruft. Einfach die PTT drücken und antworten – die Frequenz ist jetzt korrekt!
Die angerufene Station wird jetzt nicht auf derselben Frequenz zurückkommen, denn sie wird wahrscheinlich
keine so funktionsfähige Software verwenden und mit dem Dopplereffekt wandern. Das macht aber nichts, denn
jetzt braucht man nur ein wenig nachzustimmen und man hört wieder alles gut. Bei der Antwort auf die Antwort
ist keine weitere Korrektur mehr nötig, das eigene Signal ist jetzt wieder genau auf der Frequenz, auf der man
selbst die andere Station gehört hat.
Verwendet die andere Station auch ein Programm zur Kompensation des Dopplerversatzes, dann ist keine
Korrektur der Empfangsfrequenz erforderlich. Leider gibt es nur wenige Programme die das korrekt machen, mir
ist nur HalloSat und SatPC32 bekannt – vom Hörensagen ist mir noch ein sehr teures Programm aus den USA
bekannt, testen konnte ich es bisher nicht.
Testet man ab und an mal seine eigene Stimmlage, dann wird man feststellen, dass die Anzeige neben dem
Schieber „Kalibrierung“ einen Wert ungleich Null anzeigt. Diese Abweichung zwischen der Empfangs- und
Sendefrequenz ergibt sich aus diversen Fehlern. Ursache können hier z.B. auch Quarzungenauigkeiten im
eigenen Gerät oder im Satellitentransponder sein.
Ein Mausklick auf die Taste „Kalibrierung“ öffnet ein Untermenü, das einen Punkt enthält, der die dauerhafte
Übernahme dieses Wertes gestattet. Danach wird die Kalibrierung als „0“ angezeigt. Die Uplinkfrequenz ist jetzt
um den Kalibrierungswert verändert.
Betriebserfahrungen.
Grundsätzlich ist eine sekundengenau eingestellte Uhr im PC zwingend erforderlich! Eine Abweichung um 3
Sekunden ist in der Mitte des Durchgangs bereits unangenehm spürbar.
Bei FM Satelliten reicht es aus, die CAT – Steuerung zu aktivieren. Die Frequenzen werden für Sendung und
Empfang ausreichend genau nachgestellt – also einfach nur QSO fahren.
Bei SSB – Betrieb kann es sein, dass eine leichte Korrektur der Kalibrierung während eines Durchgangs
erforderlich wird. Im Maximum beträgt die von mir gemessene Abweichung 80 Hz.
Weitere Informationen.
Weitere Informationen und das Programm HalloSat sind im Internet unter http://www.HalloSat.de verfügbar.
Autor dieses Textes und des Programms HalloSat:
Gerhard Riesner
Harpener Weg 25
44629 Herne
Tel 02323 24076
Email: [email protected]