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Packet Radio

Packet Radio ist ein Verfahren zur Datenübertragung im Amateurfunk und CB-Funk. Die digitalen Informationen werden in Datenpakete mit üblicherweise maximal 128 Byte Länge aufgeteilt, ausgesendet und beim Empfänger nach einer Fehlerprüfung wieder zusammengesetzt. Im Mobilfunk wird im General Packet Radio Service ein ähnliches Verfahren genutzt.

Inhaltsverzeichnis

Entstehung und Geschichte

Der englischsprachige Begriff Packet Radio wurde Ende 1981 in Tucson (Arizona) geprägt und hat sich auch im deutschen Sprachgebrauch durchgesetzt. Eine Gruppe von Funkamateuren hatte sich zur TAPR (= Tucson Amateur Packet Radio) zusammengeschlossen und plante, ein lokales Datennetz auf Amateurfunk-Frequenzen aufzubauen.

Die Geschichte von Packet Radio reicht zurück in die 1960er Jahre, als die verschiedenen Rechner der Universität von Hawaii, die auf verschiedenen Inseln standen, per Funk miteinander verbunden wurden. Bei der AMSAT trafen sich verschiedene Gruppen von Funkamateuren, und legten ein Protokoll für Datenübertragung fest. Hauptzielrichtung war es, ein einheitliches Verfahren zur Datenübertragung von und zu den geplanten Amateurfunk-Satelliten OSCAR 10 zu entwickeln. Für die Datenübertragung innerhalb der postalischen Netze war das X.25-Protokoll bereits eingeführt, in Deutschland war es unter der Bezeichnung 'Datex-P' gebräuchlich. So lag es nahe, auch für den Amateurfunk ein ähnliches Verfahren zu verwenden. Das erweiterte X.25-Protokoll, das allen Anforderungen für den Amateurfunkbetrieb genügt, wurde festgelegt und AX.25 (A = Amateur) genannt. AX.25 definiert die Stufe 2 des ISO-OSI-Modells.

Die TAPR entwickelte 1983 eine Rechnerkarte 'TNC1', (TNC = Terminal Node Controller), welche die Daten in dem AX.25-Protokoll senden und empfangen konnte. Mit der Weiterentwicklung, dem TNC2 1985, begann auch in Deutschland die schnelle Entwicklung der Betriebsart Packet Radio.

Dadurch können Rechner drahtlos und automatisch miteinander kommunizieren. Packet Radio wurde so in der Mitte der 1980er Jahre im Amateurfunk beliebt und stetig weiterentwickelt.

So folgten verschiedene Weiterentwicklungen des TNC2, der nur die direkte Verbindung von einem Funkgerät mit einem Computer ermöglichte. 1993 wurde in Deutschland das TNC3S entwickelt, mit dem es nun bei hohen Übertragungsraten möglich war, zwei Funkgeräte von einem Rechner steuern zu lassen. Die Rechenleistung des TNC3S war sogar für den Aufbau eines Packet-Radio-Netzknotens (Digipeater) ausreichend, so dass der Computer als zentrale Einheit des Digipeaters abgelöst werden konnte. So wurden die Digipeater sehr wartungsfreundlich, weil jetzt keine Festplatten mehr die Lebensdauer beschränkten. Als nächster Schritt wurde 1997 in Deutschland der TNC4E entwickelt, der den Anschluss von drei Funkgeräten vorsah und zur Kommunikation mit Computer und anderen TNC4Es einen Ethernet-Anschluss integriert hatte. Diese Entwicklungen gaben dem Packet-Radio-Netz im Amateurfunkdienst nochmals Schwung. Inzwischen macht sich hier die Konkurrenz des Internet bemerkbar. Die Anzahl der Digipeater ist leicht rückläufig. Neue Impulse zeichnen sich durch umgebaute W-LAN-Accesspoints ab. Sowohl modifizierte Software, aber auch veränderte Sendefrequenzen werden zur Zeit ausprobiert.

Richtfunkverbindungen zwischen den Digipeatern ermöglichten den Aufbau eines internationalen Packet-Radio-Netzes. Dieses Netz ermöglichte den Funkamateuren kostenlosen Austausch von privaten und persönlichen Nachrichten, lange bevor dies über das Internet allgemein üblich wurde. Gegenwärtig besteht das Packet-Radio-Netzwerk in Deutschland aus über 521 Digipeatern. Da das Packet-Radio-Netz überwiegend über Richtfunkstrecken realisiert ist, arbeitet es autark vom Internet und kann somit auch für den Notfunkbetrieb verwendet werden, auch wenn Teile des Internets ausfallen oder überlastet sind.

Wie bei jeder Einführung einer neuen Betriebsart im Amateurfunkdienst, sorgte auch Packet Radio vor allem bei den älteren Funkamateuren für rege Debatten. Ähnlich wie bei der Einführung von Einseitenbandmodulation bei Sprechfunk vor langer Zeit, wurde auch durch die Einführung von Packet Radio das Ende des Amateurfunks befürchtet. Traditionell stehen viele Funkamateure der Digital- und Computertechnik skeptisch gegenüber. Die Vernetzung einiger Digipeater untereinander via Internet (VPN) löste den Höhepunkt dieser Debatten gegen Packet Radio aus. Inzwischen hat sich die Diskussion jedoch wieder etwas beruhigt.

Als Alternative zu TNCs mit eigenem Mikroprozessor kann man das Funkgerät über ein einfaches Modem oder eine Soundkarte an einen PC anschließen, der die digitalen Funktionen des TNCs durch ein spezielles Programm realisiert.

Seit Oktober 1994 ist auch in einigen Kanälen der Jedermannfunkanwendung CB-Funk die Übertragung digitaler Daten erlaubt und wird mit Hilfe von TNC oder Modems genutzt.

Die heutigen kommerziellen Datenfunkanwendungen wie GPRS und WLAN bauen trotz fortschrittlicherer Technik (z. B. Frequenzspreizung) auf den gleichen Verfahren wie die Packet-Radio-Controller der Funkamateure auf.

Veranstaltungen

Die wichtigste Fachveranstaltung zum Thema Packet Radio ist die Packet-Radio-Tagung, seit einigen Jahren IPRT - Fachtagung für digitale Datenübertragung im Amateurfunk genannt, die jedes Jahr Anfang April in Darmstadt stattfindet. Darüber hinaus war Packet Radio immer wieder Thema auf anderen Amateurfunkveranstaltungen, wie der Ham Radio oder der UKW-Tagung in Weinheim. Speziell zwischen den Betreibern automatischer Packet Radio Stationen, sog. Digipeater finden immer wieder sog. Sysop-Treffen statt.

Packet-Radio-Betrieb

Mit der Packet-Radio-Betriebsart können Funkamateure mit ihren üblichen UKW-Funkgeräten untereinander Daten austauschen. Um die Reichweite zu erhöhen wurde ein Netz aus Relaisstationen, sog. Digipeater in privater Initiative flächendeckend in ganz Deutschland aufgebaut. Die Datenpakete werden von Digipeater zu Digipeater weitervermittelt, sodass nach und nach ein europaweites Netzwerk entstand. Mobile Stationen können über APRS laufend ihren aktuellen Standort per Packet-Radio verbreiten.

Die Verbindung zu Packet-Radio-Stationen außerhalb Europas erfolgt durch Gateways, das sind Packet-Radio-Digipeater, die Nachrichten von Kurzwelle aufnehmen und in das deutsche Netz einspeisen. Auf diese Weise kommen Nachrichten aus der ganzen Welt in jede lokale Mailbox. Eine Reihe von Amateur-Packet-Radio-Gateways sind via Internet erreichbar; hier eine Übersicht.

Aktuelle Informationen über seltene Amateurfunk-Stationen auf Kurzwelle werden von sog. DX-Clustern über das Packet-Radio-Netz verbreitet.

Technik

Für den Betrieb einer Packet Radio-Station benötigt man

AFSK-Modus

Bis 1988 wurden die Daten mit 1200 Baud (etwa 150 Zeichen pro Sekunde) übertragen.

Dabei wurde ein Niederfrequenz-Hilfsträger zwischen 1200 Hz und 2200 Hz in der Frequenz umgetastet (siehe AFSK) und anschließend per Frequenzmodulation mit weniger als 25 kHz Frequenzhub auf den eigentlichen Hochfrequenz-Träger aufmoduliert.

Die Bandbreite des Niederfrequenz-Trägers betrug etwa 3000 Hz.

Da der Niederfrequenz-Träger beim Empfänger wie ein normales Sprachsignal demoduliert wurde, konnte diese Betriebsart ohne Eingriffe am Empfänger mit Hilfe eines PCs mit Soundkarte sowie entsprechender Software durchgeführt werden.

 Beispiel für eine 1200 Baud Übertragung. ?/i

Es gibt nur noch wenige Packet Radio-Digipeater, die mit 1200 Baud AFSK arbeiten, durch das Aufkommen der Betriebsart APRS wird dieses technisch einfache Übertragungsverfahren wieder belebt, vor allem im 2-Meter-Band.

FSK-Modus

1989 entwickelte der britische Funkamateur James Miller (G3RUH) ein Verfahren, um Daten mit 9600 Baud (etwa 1200 Byte pro Sekunde) übertragen zu können. Das in diesen Modems erzeugte Basisband-Signal ist durch einen Scrambler von Gleichanteilen befreit und besitzt eine Bandbreite von etwa 30 bis 5000 Hz.

Im Gegensatz zum 1k2-Modus wird nun die Hochfrequenz direkt in der Frequenz umgetastet (siehe FSK). Für das Funksignal genügt ein Kanal im 25-kHz-Kanalraster.

Im Empfänger muss das Signal direkt am Demodulator abgegriffen werden um Phasen- oder Amplitudenverzerrungen in nachfolgenden Filtern oder Verstärkern zu vermeiden. Viele moderne Empfänger haben für diese Zwecke eigens einen Datenausgang.

Abhängig von der zur Verfügung stehenden Bandbreite kann die Übertragungsgeschwindigkeit gesteigert werden. Auf diese Weise werden im Amateurfunk inzwischen Datenraten von mehreren Megabit pro Sekunde realisiert; für Experimente und für die Verbindungen zwischen den Netzknoten sind Geschwindigkeiten von bis zu 1,2 MBit/s üblich. Experimentell wird im Gigahertz-Bereich auch mit Geschwindigkeiten bis zu etwa 10 Mbit/s unter Verwendung einer mehrstufigen FSK gearbeitet.

Bei Benutzereinstiegen im UHF-Bereich (70 cm) werden teilweise Geschwindigkeiten von 76,8 kBaud und mehr verwendet, die natürlich einen entsprechend breiten Kanal voraussetzen. Im 70-cm-Band sind zwei Kanäle mit einer Bandbreite von je 200 kHz für Breitband-Datenfunk reserviert.

Weitere Übertragungstechniken

In einigen Regionen wurde experimentell mit umgebauten Telefonmodems gearbeitet. Die Erreichbare Geschwindigkeit lag hierbei bei etwa 20–30 kbit/s im Vollduplexbetrieb. Es kamen auch bereits experiementell mehrstufige Modulationsverfahren wie Quadraturamplitudenmodulation (QAM) oder Quadraturphasenumtastung (QPSK) zum Einsatz, die sich jedoch auf Grund der hohen technischen Anforderungen und der Kosten bislang noch nicht im Packet Radio-Bereich durchsetzen konnten.

Siehe auch

DIGICOM