Ein allererster Feldtest

Linkstrecke bei unserem ersten Feldtest

Feldtest von DB0ULM über 4,19 km

Aussagen wie „es klötzelt irgendwie“, um die Signalqualität bei D-STAR-Verbindungen zu charakterisieren können den Relaisbetreiber nicht so recht zufrieden stellen. Da muss schon was Quantifizierbares her, auch um die Leistungsfähigkeit der Anlage periodisch überprüfen zu können. Überdies konnte ich bislang noch keine zufriedenstellende Auskunft über die optimale Einstellung der Signalamplitude am Eingang zum Software-Dekoder der G4KLX-Repeater-Lösung finden.

Um zumindest mal einen ersten Anhaltspunkt zu erhalten, haben Thomas, DG8SF, und ich heute den im Folgenden beschriebenen Feldtest unternommen, der sich mit Amateurmitteln sehr leicht nachvollziehen lässt.

Die Linkstrecke verlief über eine Entfernung von 4,19 km zwischen zwei Hügeln in Ulm (Hochsträss zum Eselsberg, dem Relaisstandort). Der Standort der Mobilstation war so gewählt, dass Sichtverbindung zum Relais bestand – zumindest theoretisch, denn es herrschte dichter Nebel.

Die Idee ist die folgende: auf unserem Relaisrechner läuft ein VNC-Server, sodass man von unterwegs mit einer UMTS-Verbindung vom Netbook aus die Bildschirmoberfläche am Relais beobachten kann. Die G4KLX-Software gibt bei lokal empfangenen Signalen eine Bitfehlerrate (bit error rate, BER) in % aus. Gleichzeitig wird in neueren Versionen auch das Signal am Demodulator-Eingang angezeigt (in der Bildschirm-Maske als „Noise“ bezeichnet).

Bildschirm-Maske der G4KLX Repeater Software

Bildschirm-Maske der G4KLX Repeater Software. Markiert sind die Anzeigen für "Noise" und die Bitfehlerrate

Als Testsignal verwendeten wir ein Icom IC-92 D Handfunkgerät, mit geringster Sendeleistung (100 mW laut Handbuch), die Antenne war eine Duo-Band-Magnethaftantenne auf dem Wagendach, mit einer Länge von etwa 0,7 Lambda auf 70cm.

Das Signal wurde weiter abgeschwächt mit einem zwischen FuG und Antenne geschalteten einstellbaren Abschwächer von Weinschel Engineering (in 1 dB Schritten). Thomas bediente den Abschwächer, ich stand draußen am Netbook und fror … im Auto hatte ich keine UMTS-Verbindung.

Ich notierte die Bitfehlerrate, während wir die Zusatzdämpfung schrittweise erhöhten. Diese Messung wurde für verschiedene Eingangspegel der Soundkarte durchgeführt, gemessen an dem „Noise“-Wert der G4KLX-Software, und zwar S=4, 8, 16 und 32. Das Ergebnis ist in nachfolgender Grafik aufgetragen.

Bitfehlerrate als Funktion der Zusatzdämpfung (am Abschwächer eingestellt)

Bitfehlerrate als Funktion der Zusatzdämpfung (am Abschwächer eingestellt)

Ein paar Beobachtungen:

  • Den „BER Floor“ bei 0,3..0,5, der hier zu sehen ist, beobachte ich eigentlich immer bei unserer Installation.
  • Die Bitfehlerrate ist nur eine schwache Funktion des eingestellten Pegels S, aber eine merkbare. Bei uns lag das Optimum bei S=16.
  • Bei Bitfehlerraten größer als 3..3,5% wird der Datenstrom nicht mehr dekodiert, es wird dann auch keine Bitfehlerrate angezeigt.

Anschließend haben wir die Bitfehlerrate auch bei ausgeschaltetem Sender des Relais getestet (einfach die PTT-Tastung software-mäßig abgeschaltet). Es ergab sich keinerlei Veränderung, also treten keine Zustopf-Effekte auf und die Isolation der Weiche ist hinreichend.

So weit, so gut …

Rechnet man aber überschlagsmäßig das Signal-/Rauschverhältnis bei Abriss der Dekodierung, kommt man zu einem etwas pessimistischen Ergebnis. Angenommen wurden:

  • Gewinn der Sende-Antenne: 3 dBi
  • Gewinn der Empfangsantenne: 5 dBi
  • Rauschzahl des Empfängers: 5 dB
  • Rauschbandbreite des Empfängers: 10 kHZ
  • Entfernung 4,19 km (lt. Google Earth)

Die Streckendämpfung beträgt 90 dB unter Annahme einer reinen Freiraum-Ausbreitung (sicher eine gewagte Annahme), bei einer Sendeleistung bei Abriss der Dekodierung (ca. 3% Bitfehlerrate) von 20 dBm – 33 dB = -13 dBm ergibt sich ein Signal-/Rauschverhältnis von immerhin 26 dB – das ist deutlich höher, als ich erwartet hätte.

Wie gesagt, dies ist ein sehr vorläufiger Test mit vielen Fehlerquellen. Immerhin bestätigt er, dass die Anlage funtionsfähig ist und wir insbesondere keine Probleme mit der Isolation der Weiche haben.

Der Test beantwortet nicht die Frage nach dem für eine fehlerfreie Dekodierung von D-STAR Signalen notwendigen Signal-Rausch-Verhältnis. Im Internet habe ich auch nichts gefunden – wer kann hier helfen?

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