High Speed Modem für den QO100 NB Transponder

Allgemeines

Links zu diesem Thema:

Modulator/Demodulator
Datensicherung, Paketierung, Interface zum Anwenderprogramm
Dokumentation der Schnittstelle für das Anwenderprogramm
Anwenderprogramm "oscardata", Dokumentation folgt in Kürze ...

Zur Übertragung von Bildern, Text oder anderen Daten stehen Programme zur Verfügung die primär für Kurzwelle entwickelt wurden. Das bekannteste ist vermutlich fldigi, wegen seiner Vielfalt der Platzhirsch unter allen Programmen. Weiters gibt es verschiedene analoge SSTV Programme (MMSTV, QSSTV usw), oder das digitale Bildübertragungsprogramm KGSTV. Schmalbandprogramme wie FT8 haben auf QO100 keine Bedeutung da sie außer dem Rapportaustausch keine echte Kommunikation erlauben. Für Telemetriedaten wird auch die bei vielen Oscar-Satelliten gebräuchliche BPSK400 Modulation benutzt.

Allen diesen Programmen und Modulationsarten gemeinsam ist die relativ langsame Bitrate welche nur einfachen Klartext oder Bilder in  Größe von Briefmarken ermöglicht. Vor allem junge Funkamateuren haben hohe Ansprüche an moderne Inhalte und können mit ASCII Text in einem Terminal nicht mehr zufriedengestellt werden. Stattdessen sollen sauber formatierte Dateien mit Text und hochauflösenden Bildern gesendet werden um die eigene Station bestmöglichst zu präsentieren. Das zu ermöglichen war die Motivation zur Entwicklung eines High-Speed Modems.

Der Satellit QO-100 bietet dazu ideale Voraussetzungen. Da es weder Fading noch Mehrwegeausbreitung gibt kann man viel enger an die physikalischen Grenzen gehen als das bei Kurzwellenmodems der Fall wäre. Tatsächlich liegen die Grenzen in der Linearität und den Filterparametern handlesüblicher Transceiver. Das Modem wurde so entworfen, dass ausreichend Abstand zu den Filterflanken für ein sauberes Signal sorgen.

In Anlehnung an das OSI Schichtenmodell wurde dieses Projekt in drei Teilen ausgeführt: Modulator/Demodulator, Datensicherung mit Paketierung und Anwendungsprogramm.

Technische Daten:

* QPSK Modulation mit 3000  bit/s bis 4800 bit/s konfigurierbar
* 8PSK Modulation mit 5500 bit/s  bis 7200 bit/s konfigurierbar
* Full-Duplex (gleichzeitig TX und RX)
* Paketlänge 258 Byte bestehend aus 7 Bytes Management, 32 Bytes FEC und 219 Bytes Nutzdaten
* sämtliche Schnittstellen über UDP Ports erreichbar für einfach Integration in externe Software
* Übertragung von Bildern, Texten, HTML-Seiten oder ganzen Webpräsenzen sowie beliebigen Binärdateien
* automatische Jpeg Skalierung von Bildern entsprechend der gewünschen Übertragungszeit
* durch ZIP Komprimierung sind Texte oder HTML Dateien mit bis zu 16 kbit/s oder mehr übertragbar

Standardeinstellungen für QO-100:

* QSO-Betrieb mit kleiner Leistung: QPSK-4400

* Bakenbetrieb: 8PSK-6000

Anforderungen an die Sendeleistung:

Test mit DH5RAE (Sepp): 

der Sender mit 5 Watt erzeugt im SSB Betrieb ein Signal entsprechend dem Bakenpegel (mittlere BPSK-400 Bake).
Dieser Sender benötigt für eine digitale Übertragung mit diesem Modem folgende Leistungen, der Baken-SNR war bei dieser Messung: 25dB.

Test mit DL3MX (Alfred): 

bei Empfang mit 35cm Camping-Schüssel wurde ein PSK-Baken SNR von 20dB gemessen. 8PSK Empfang bei Bakenpegel fehlerfrei, QPSK Empfang bis 5dB unter Bakenpegel fehlerfrei.

Das Mindest-SNR scheint bei QPSK bei ca. 11dB und bei 8PSK bei ca. 17dB zu liegen.

Test mit DL1EV (Ernst):

6m Band mit 2x IC7300 ... ab einer Feldstärke von S9 war mit 8PSK fehlerfreie Übertragung möglich, Grundstörpegel war S5.

Beispiele für Übertragungszeiten (8PSK-6000):

Bild im SSTV bzw KGSTV Format (ca. 350x250 Pixel): 8 Sekunden
Hochaufgelöstes Bild mit 640x480 Pixel: 33 Sekunden
HTML Web-Dokument mit 14 kByte: 7 Sekunden

um diese Übertragungszeiten zu erreichen wird auch Datenkomprimierung benutzt. So beträgt die Netto Übertragungsgeschwindigkeit für das HTML Dokument: 16200 bit/s, bei einer Brutto Geschwindigkeit von 6000 bit/s. Durch die Komprimierung wurde also Faktor 2,7 gewonnen.

Bilder werden vor dem Senden entsprechend einer einstellbaren Übertragungszeit Jpeg-komprimiert. Ab einer Zeit von >60 Sekunden sind die Bild in höchster Auflösung.

Bei QPSK-4400 sind obige Zeiten um ca. 36% länger, also statt 7 Sekunden braucht die HTML Datei mit QPSK-4400 dann 9,5 Sekunden. Dafür kann mit geringerer Leistung gesendet werden.

Aufbau, Konfiguration: