QO-100 Übertragungsversuche mit Bakensignalen und Mini-Antennen
In Bearbeitung
Status: 16. Juni 2025
  automatic translation by GOOGLE
https://www-kh--gps-de.translate.goog/FT8_Tests.html?_x_tr_sch=http&_x_tr_sl=de&_x_tr_tl=en&_x_tr_hl=de&_x_tr_pto=wapp
Für den Amateurfunkbetrieb über den geostationären Satelliten QO-100 werden verzugsweise ursprünglich zur Nutzung mit TV-Satelliten gedachte Parabolantennen mit einem Durchmesser ab etwa 60cm verwendet. Was die benutzten Betriebsarten betrifft, so sind neben CW und SSB in der letzten Zeit auch verstärkte Aktivitäten in verschiedenen digitalen Betriebsarten und hierbei speziell FT4 und FT8 feststellbar. Über den Sinn solcher über einen Satelliten hergestellten Routineverbindungen kann man sicherlich unterschiedlicher Meinung sein. Was mich aber interessierte, war das Ausloten der minimalen Sendeenergien, die hierbei für sichere Datenübertragungen auf der Uplinkseite erforderlich sein würden. Bevorzugt experimentierte ich dazu mit der Betriebsart FT8. Zur Signalauswertung benutzte ich einen der bekannten Web-SDR [1],[2] in Verbindung mit dem bekannten PC-Tool "WSJT-X". Zur Beurteilung der Übertragungsqualität galt mein Augenmerk speziell den dabei angezeigten SNR-Werten. In der Praxis konnten diese im  Bereich eines Maximalwertes von etwa +20db und eines Minimalwertes von -20db liegen. Während die Maximalwerte nur bei direktem Nahkontakt zwischen Sende- und Empfangsstelle erreicht werden, sollten sie für sichere Auswertergebnisse bei Fernübertragungen möglichst nicht unter -15db liegen. Erste Tests ergaben, dass es zum Erreichen von SNR-Werten in genannten unteren Bereich ausreichend war, wenn man bei QO-100-Übertragungen mit Uplink-EIRP's (*) in einer Größenordnung ab etwa +35dBm arbeitete. Bei Verwendung üblicher Parabolantennen mit ihren Gewinnwerten ab ca. 20dbi bedeutet das aber nichts anderes, als dass Uplink-Sendeleistungen im Milliwattbereich bereits genügen würden, um  sichere FT8-Verbindungen über den QO-100 durchführen zu können.

* EIRP ist die sog. "äquivalent Isotrope radiated power" und somit die sich durch die Addition von erzeugter Sendeleistung und Antennengewinn ( unter Abzug evtl. Kabelverluste ) ergebende tatsächlich wirksame Strahlungsleistung,    
AUFBAU EINER SENDEBAKE

Abb.1  Blockschaltbild der aufgebauten FT8-Sendebake

Für meine Tests wurde eine kleine, aus einem Prozessor ESP32, einem Chip Si5351 und einem GPS-Baustein bestehende Arduino-Bake für den VHF-Bereich aufgebaut ( Abb.1 u. 2 ). Gesteuert von der GPS-Zeit liefert sie FT8-Ausgangssignale, deren Pegel um ca. +10dbm allerdings noch etwas zu gering war, um damit den vorgesehenen  Uplink-Mixerbaustein bereits direkt ansteuern zu können. Somit waren an dieser Stelle noch etwa 5db an zusätzlicher Verstärkung erforderlich. Aus Gründen der Einfachheit wurde das durch einen breitbandigen 20dB-Kleinverstärker und vorgeschaltetem Dämpfungsglied (!) realisiert. Mithilfe eines Upconverters des Typs LOCALINO [3] wurden die so erzeugten Signale anschliessend in den 2400MHz-Ausgangsbereich gemischt und dort ( je nach Versorgungsspannung ) auf Leistungen von bis zu max. etwa 6W verstärkt. Ein zwischen Senderausgang und Antenne eingefügter Isolator diente dabei zusätzlich dem Schutz der Endstufe gegen eventuelle Fehlanpassungen.
Als sich zeigte, dass die zur Decodierbarkeit übertragener FT8-Signale erforderliche Frequenzstabilität nur durch Steuerung des Upconverters mithilfe eines externen TCXO erreichbar war, wurde ebenfalls noch eine entsprechende 10 MHz-Einheit vorgesehen.


Abb.2  Innenansicht der realisierten FT8-Sendebake
 
ERSTE TESTS
Nachdem die oben genannten Übertragungsparameter bekannt waren, musste es möglich sein, erfolgreiche Übertragungsversuche auch bereits mit kleineren, als den üblicherweise benutzten parabolen Antennenformen durchführen zu können. So testete ich die Uplinkstrecke mit einer 2400 MHz-Sendeleistung von etwa 30dBm ( 1W ) und Verwendung einer fertig erhältlichen [4] 10dBi-RHCP-Patchantenne ( Abb.3 ).


Abb.3  2400 MHz-RHCP-Sendeantenne ( mit Grobausrichtung zum QO-100 )

Etwas abhängig von den jeweiligen Wetterbedingungen und der damit ggf. verbundenen Zusatzdämpfung, wurden dabei auf Anhieb SNR-Werte von -5db und besser erreicht. Der für die verwendete Antenne propagierte horizontale und vertikale -3dB-Öffnungswinkel war mit 70° angegeben, sodass es genügte, sie für diese Versuche nur grob in Richtung des Satelliten auszurichten.
Zur Auswertung der über den Satelliten übertragenen FT8-Protokolle genügt im einfachsten Fall der Internetaufruf eines der verfügbaren QO-100-WEBSDR [1],[2]. Wenn hierbei der USB-Mode gewählt und die passende Empfangsfrequenz ( ca. 1-2 KHz unterhalb der  Bakenfrequenz ) eingestellt wurde, sollten empfangene Signale hörbar und im Wasserfalldiagramm auch sichtbar sein. Zur FT8-Decodierung ist weiterhin das Programm "WSJT-X"  zu starten und sicherzustellen, dass die vom WEB-SDR zur Verfügung gestellten Tonsignale auch auf den unter "WSJT-X" benutzten Soundkarteneingang gelangen.


Abb.4  Empfangstest via Web-SDR von Uplinksignal mit EIRP 42dBm und SNR-Werten um 0 dB
( für Grossdarstellung anklicken )

ERWEITERTE VERSUCHE
Bei weiteren Versuchen zeigte sich dann sogar, dass erfolgreiche Übertragungen selbst dann noch gelangen, wenn die Antenne steil gegen den Himmel zeigte und sich damit eine Rundstrahlcharakteristik ergab ( Abb.5 ).


Abb.5  90°-Ausrichtung der Patchantenne

Fast zwangsläufig entstand daraufhin die Idee, das Ganze auch einmal im beweglichen Einsatz vom Auto aus zu testen, was derzeit allerdings noch aussteht ( und wobei auch Probleme durch Doppler-Frequenzverschiebung zu erwarten sind ). Auf jeden Fall wurde die zu verwendende FT8-Bake schon einmal dahingehend erweitert, dass sich auch weitere vom angeschlossenen GPS-Modul bereitgestellte Daten würden verarbeiten lassen. Damit sollte es möglich werden, sich mithilfe der FT8-Daten nicht nur über die Calls der Absender zu identifizieren, sondern es sollten sich zur späteren Reproduzierbarkeit gefahrener Strecken auch noch die jeweils aktuellen Standortdaten übertragen lassen. Hierbei ergab sich allerdings die Schwierigkeit, dass einzelne FT8-Protokolle jeweils nur maximal 13 Zeichen zulassen.


Abb.6  Empfangsergebnisse bei Aussendung mit EIRP 42dBm und 90°-Ausrichtung der Sendeantenne

Nach Abzug der für das Absendercall benötigten Charaktäre verblieb für den gewünschten Zweck nur noch eine unzureichende Anzahl möglicher Reststellen. Als Alternativlösung wird daher jetzt mit zwei unterschiedlichen, im Abstand von jeweils 30 Sekunden gesendeten FT8-Protkollen gearbeitet. Im stationären Betrieb überträgt das erste Prokollformat dabei das Absender-Call gefolgt von einem Hinweis auf die QO-100-Nutzung.  Nach Bewegungserkennung wird letztgenannte  Anzeige dann jeweils durch Ausgabe aktueller Km/h-Werte ersetzt. Das zweite Format dient der Aussendung von Maidenhead-Locatordaten im 10-stelligen Format. Darin werden geographische Rechtecke mit Kantenlängen von etwa 20x25m ( gilt für Mitteleuropa ) beschrieben. Für die meisten Anwendungen sollte das ausreichend detailliert sein. Im Internet gibt es dazu auch mehrere Seiten, mit deren Hilfe sich die in den Locatordaten verborgenen Positionen auf einfache Weise z.B. auch wieder auf Karten darstellen lassen. Das von mir dabei bevorzugte Programm ist hier [5] zu finden ( Abb.7 ).    

 
Abb.7   Beispiel für Kartendarstellung eines ermittelten Rechteckbereiches nach Eingabe 10-stelliger Locatorwerte
WAS NOCH GEPLANT IST
Nachdem die Auswertung der zum QO-100 übertragenen Daten bei mir bisher fast ausschliesslich über das Internet unter Verwendung verfügbarer Web-SDR erfolgte, soll in Zukunft auch der Signalempfang unter Verwendung kleiner kompakter 10 GHz-Antennen getestet werden. Erste Empfangsversuche von FT8-Signalen mit beispielsweise einfachen Hornantennen waren dabei sofort sehr erfolgreich. Interessant fand ich auch ein im Internet gefundenes Projekt, bei dem es um die Decodierung empfangener FT8-Daten mithilfe eines kleinen Raspberry-PICO-Boards geht. Über dessen serielle Ausgangsschnittstelle sollte es möglich sein, die z.B. von meiner FT8-Bake empfangenen Maidenhead-Daten in APRS-kompatible Protokolle zu wandeln und nach Bluetoothübertragung in Richtung von Smartphones zu schicken. Die darin enthaltenen Positionsdaten sollten sich daraufhin mit z.B. der APP "APRSDROID" wieder auf Karten anzeigen lassen.

Der weitere Fortgang der Versuche soll demnächst in einem 2. Teil behandelt werden. 

Wer sich ansonsten für den Themenbereich "QO-100-Datenübertragung ausgehend von beweglichen Objekten" interessiert,  dem sei dieser Beitrag von Andy Talbot, G4JNT empfohlen [6].
LINKS
[1]  https://eshail.batc.org.uk/nb/
[2]  http://websdr.is0grb.it:8901/
[3] https://localino.net/shop/public/QO-100-Upconverter-H/H10003
[4] https://store.flytron.com/products/2-4ghz-11db-rhcp-patch-antenna
[5] https://k7fry.com/grid/
[6] http://g4jnt.com/mobiledatathroughqo100.pdf
E-Mail via