Interessengemeinschaft der Funkamateure Siebengebirge e.V.

Digital Smart Technologies for Amateur Radio (D-STAR)

Mit APCO P25 und DMR haben Funkamateure behördliche und kommerzielle Digitalfunkanwendungen für ihre Zwecke verwendet und an ihre Anforderungen angepasst. Parallel dazu entwickelten japanische Funkamateure bereits seit den frühen 90er-Jahren einen eigenen Digitalfunkstandard: D-STAR. Dieser ist besonders auf die Belange des Amateurfunkdienstes zurechtgeschnitten. D-STAR-Relais umspannen ein weltweites Digitalfunknetz. Die wichtigste Fähigkeit des D-STAR-Netzes ist die sogenannte „Rufzeichen-Weiterleitung“: Verbindungen zwischen zwei oder mehreren Funkamateuren können über D-STAR-Relais automatisch aufgebaut werden, ohne dass diese wissen müssen, an welchen Relais die jeweils anderen Gesprächspartner sich gerade aufhalten.

• Registrierung und Datenschutz
• D-STAR-Relais der IGFS
• Grundlagen von D-STAR
• Codec 2 als Ersatz für AMBE
• Hinweise zur Betriebstechnik
• Selbstbau-Projekte

Registrierung und Datenschutz

D-STAR-Relais lassen sich weltweit miteinander verbinden. Durch automatische Rufzeichen-Weiterleitung oder durch gezielte Auswahl sogenannter Reflektoren bleibt ein Gespräch nicht immer auf das lokale Relais begrenzt. Bestimmte Dienste des D-STAR-Netzwerks lassen sich daher erst nutzen, wenn Sie Ihr Amateurfunk-Rufzeichen registrieren und freischalten lassen.

Registrierung ist optional

Für Gespräche, die nur lokal über ein einzelnes D-STAR-Relais erfolgen sollen, ist niemals eine Registrierung erforderlich. Lokaler Betrieb funktioniert fast genauso, wie der Betrieb über analoge FM-Relais. Alle D-STAR-Relais der IGFS bieten Rufzeichen-Weiterleitung über das ircDDB-Netz. Auch hierfür ist keine Registrierung erforderlich. Die Mehrzahl aller D-STAR-Relais in Deutschland und Europa sowie zahlreiche Relais in Nordamerika sind an das ircDDB-Netz angeschlossen.

Grundlegende Funktionen des D-STAR-Netzes stehen somit jedermann ohne Registrierung offen.

Neben dem ircDDB-Netzwerk kann Rufzeichen-Weiterleitung auch über das ältere US-TRUST-System erfolgen. Dieses ist vor allem in Nordamerika verbreitet und war bis zur Einführung von ircDDB die einzige Möglichkeit, Rufzeichen-Weiterleitung zu ermöglichen. Einzelne europäische Relais verwenden noch immer das US-TRUST-System. Dieses ist nur nach vorheriger Registrierung und Freischaltung nutzbar. Rufzeichen-Weiterleitung zwischen ircDDB-Relais und US-TRUST-Relais ist möglich und erfolgt für den Relaisnutzer transparent. Allerdings funktioniert die Weiterleitung ircDDB→US-TRUST nur, wenn das eigene Rufzeichen im US-TRUST freigeschaltet wurde. Auch vor einem Urlaub in einem Land, in welchem hauptsächlich das US-TRUST-System verwendet wird, sollten Sie an eine Registrierung Ihres Rufzeichens denken.

Für die Registrierung Ihres Rufzeichens für D-STAR und diverse weitere digitale Sendearten steht Ihnen eine zentrale Registrierungsseite zur Verfügung:

register.ham-digital.net

Datenschutz

Die IGFS nimmt selber keine Registrierungen vor und erhebt von den Relaisbenutzern keine weiteren Daten. Wenn Sie unsere D-STAR-Relais nutzen, wird Ihr Rufzeichen allerdings über das Internet übertragen. Dies ist notwendig, um dem ircDDB-Netz die Rufzeichen-Weiterleitung zu ermöglichen. Ferner erscheint Ihr Rufzeichen dann auf unserer Webseite in der Liste der aktiven Benutzer. Ebenso erscheint es auf der

ircDDB-Benutzerliste

Sie können ihr Rufzeichen verbergen lassen. Informationen dazu entnehmen Sie bitte der

ircDDB-Datenschutzerklärung

D-STAR-Relais in der Region

Die IGFS betreibt derzeit ein D-STAR-Relais auf dem Großen Ölberg im Siebengebirge. Dieses verfügt über je einen Benutzereinstieg im 2m- und im 70cm-Band:

• Großer Ölberg (DB0DBN)

Alle Relais der IGFS sind an das ircDDB-Netzwerk und das DCS-System angeschlossen. Ein Gateway ermöglicht damit sowohl Rufzeichen-Weiterleitung als auch die Zusammenschaltung anderer Relais zu einem größeren Verbund nach Benutzeranforderung.

Grundlagen von D-STAR

Das D-STAR-Netzwerk besteht aus einem weltweiten Verbund von Relaisstationen, welche auf vielfältige Art und Weise zusammengeschaltet werden können. Es erlaubt die Übertragung von digitalen Sprachsignalen (Abk.: DV für engl. „digital voice“) sowie von sonstigen digitalen Daten (Abk.: DD für engl. „digital data“). Zusätzlich zur Möglichkeit, Gespräche zu führen, erlaubt D-STAR also auch die Übermittlung von Positionsdaten oder von Dateien. Durch den Austausch von Informationen über an einem Relais aktive Amateurfunk-Stationen können Gespräche und Daten zwischen verschiedenen Relais vermittelt werden. Aus praktischen Gründen erfolgt dies meist über das Internet, mit zunehmendem Ausbau des HAMNETs setzen aber mehr und mehr Relaisbetreiber auf Datenvermittlung über das HAMNET.

Entgegen der oft vorgebrachten Behauptung, D-STAR sei eine kommerzielle Entwicklung des Funkgeräteherstellers icom, ist D-STAR in Wahrheit eine Eigenentwicklung japanischer Funkamateure. Nach jahrelangen Experimenten, die in die frühen90er-Jahre zurückreichen, wurde der D-STAR-Standard zwischen 1999 und 2001 durch den japanischen Amateurfunkverband, der „Japan Amateur Radio League“ (JARL), verabschiedet. Auf Anfragen der JARL hin hatte sich jedoch nur die Firma icom bereiterklärt, Amateurfunkgeräte nach D-STAR-Standard herzustellen. Es existieren aber zahlreiche Bausätze und Projekte, mit denen D-STAR-Geräte selbstgebaut werden oder vorhandene FM-Funkgeräte mit nachgerüstet werden können.

Technische Eigenschaften

Die technischen Parameter von D-STAR-Systemen lassen sich getrennt für die Modi DD und DV folgendermaßen zusammenfassen: Der digitale Datenstrom kann je nach Arbeitsfrequenz oder Modus wahlweise über Frequenzumtastung in GMSK oder 4-FSK oder über Phasenmodulation in QPSK auf den Träger moduliert werden. Dabei gelten für die Banbreite und Datenrate folgende Rahmenbedingungen:

Digital Voice

• maximal belegte Bandbreite: 6 kHz
• Halbduplex-Betrieb mit digitalisiertem und komprimiertem Sprachsignal, zusätzlich parallele Übermittlung von Kurznachrichten (z.B. Positionsdaten, Statusmeldungen)
• Datenrate insgesamt 4.800 Bit/s, davon
  • Audiodaten: 2.400 Bit/s
  • Fehlerkorrektur: 1.200 Bit/s (nur für Audiodaten)
  • Kurznachricht: 1.200 Bit/s (ohne Fehlerkorrektur)
• Sprachsignal wird komprimiert mit AMBE-2020-Codec

Digital Data

• maximal belegte Bandbreite: 150 kHz
• Datenrate 128 kBit/s
• Simplex-Betrieb
• Datenübermittlung erfolgt via Internet-Protocol, somit ist jedes IP-basierte Protokoll nutzbar

Aufgrund der Frequenzzuweisungen im Amateurfunkdienst ist der DD-Modus wegen seiner Bandbreite erst im 23cm-Band und darüber nutzbar. Seit Anfang 2015 sind jedoch D-STAR-Geräte erhältlich, die Daten mit 3.480 Bit/s übertragen und dabei nur die Bandbreite eines DV-Signals belegen. Dieser Misch-Modus wird als „DV Fast Data Mode“ bezeichnet. DV Fast-Data verfügt über keinen Audiokanal und ist inkompatibel zur Datenübertragung im Kurznachrichtensegment des DV-Modus.

Alternative Codecs statt AMBE

Der proprietäre und durch Patente geschützte AMBE-Codec wird auch im kommerziellen Umfeld (APCO P25, DMR, Satellitentelefone) eingesetzt. Für D-STAR wurde er gewählt, weil er in den 90er-Jahren der einzige brauchbare Codec war, der die geforderte sehr niedrige Datenrate erreichte sowie als integrierter Schaltkreis in ausreichender Stückzahl beschafft werden konnte. Der australische Funkamateur David Rowe (VK5DGR) befasste sich im Rahmen seiner Doktorarbeit mit Audiocodecs. Aus seiner Dissertation ist der quelloffene Codec 2 hervorgegangen. Dieser kann prinzipiell als Ersatz für AMBE verwendet werden, ist jedoch nicht zu AMBE kompatibel. Für die Zukunft sowie schon heute für Selbstbauprojekte eröffnet Codec 2 jedoch vielversprechende Möglichkeiten.

Betriebstechnik: Von Zonen, Modulen und Gateways

Ein D-STAR-Relais besteht aus mehreren Komponenten: Für jedes Paar aus Eingabe- und Ausgabefrequenz existiert ein Relais-Modul. An einem Standort können mehrere Module für verschiedene Amateurfunk-Bänder aufgebaut sein. Diese werden über einen sogenannten Relais-Controller zusammengeschaltet. Alle an einem Controller zusammengeschalteten Module sind dadurch zu einem sogenannten Bereich verbunden: Es kann mithilfe des Controllers zwischen allen Modulen des Bereiches vermittelt werden. Das Rufzeichen der automatisch arbeitenden D-STAR-Station kennzeichnet i.d.R. den Bereich. Alle Relaismodule einer Zone sind unter diesem Rufzeichen erreichbar. Um die Module unterscheiden zu können und damit der Controller zwischen diesen vermitteln kann, werden die einzelnen Module mit einem zusätzlichen Buchstaben gekennzeichnet.

Zwei oder mehrere Bereiche können über Richtfunkstrecken zu einer sogenannten Zone verbunden werden. So kann zwischen allen Teilnehmern derselben Zone vermittelt werden. Wo keine Richtfunkstrecke zwischen D-STAR-Relais existiert, sind Bereich und Zone deckungsgleich. Zwischen verschiedenen D-STAR-Zonen kann über Gateways vermittelt werden. Die Gateways können über das HAMNET oder über das Internet verbunden werden.

ircDDB und DCS: Rufzeichen-Weiterleitung und Relaisverbünde

Das Ölberg-Relais spannt mit dem 2m-Modul DB0DBN-C und dem 70cm-Modul DB0DBN-B einen Bereich und gleichzeitig eine D-STAR-Zone auf. Diese ist über ein Gateway an das ircDDB-Netzwerk angeschlossen. Über dieses Netzwerk werden Informationen über die an einem bestimmten Relais aktiven Rufzeichen ausgetauscht. Dadurch können per Rufzeichen-Weiterleitung Gespräche mit Teilnehmern an anderen Relaisstationen aufgebaut werden. Ein Funkamateur, welcher das Ölberg-Relais nutzt, muss nicht wissen, an welchem Relais sein gewünschter Gesprächspartner sich gerade befindet. Die Weiterleitung und der Verbindungsaufbau erfolgen automatisch, sofern das eigene Funkgerät korrekt konfiguriert wurde.

Neben der transparenten Rufzeichen-Weiterleitung kann ein Benutzer aber auch veranlassen, dass mehrere D-STAR-Relais ähnlich einer Telefonkonferenz zu einem größeren Verbund zusammengeschaltet werden. Dies ist über das DCS-System möglich. Falls es nicht gerade durch einen Benutzer geändert wurde, gilt für DB0DBN folgende Standardkonfiguration:

Selbstbau-Projekte

Auch wenn derzeit nur ein Hersteller Amateurfunkgeräte für D-STAR herstellt, ist Selbstbau bzw. die Umrüstung von vorhandenen Funkgeräten möglich. AMBE-Chips sind im Fachhandel erhältlich, so dass in Verbindung mit einem Mikrocontroller und geeigneter Signalverarbeitung Funkgeräte mit Diskriminatorausgang prinzipiell nachgerüstet werden können. In unregelmäßigen Abständen werden über Amateurfunkzeitschriften Modems vertrieben, mit denen jedes 9k6-Packet-Radio-fähige Funkgerät mit D-STAR (DV) nachgerüstet werden kann. Besonders sticht hier das DV-Modem von Jan Alte (DO1FJN) hervor. Jan befasst sich seit fast zwei Jahrzehnten mit dem Umbau von alten C-Netz-Telefonen für das 70cm-Amateurfunkband und ermöglicht nun sogar den Umbau eines analogen C-Netz-Telefons zum modernen FM- und D-STAR-Funkgerät.

Ferner erfreut sich die DVRPTR-Platine großer Beliebtheit, mit der jedermann Zugang zur Welt von D-STAR erhält. Eine noch universellere Platine zum allgemeinen Einstieg in den digitalen Amateurfunk bietet das UP4DAR-Projekt.

In den letzten Jahren erfreuen sich außerdem billige DVB-T-Empfangssticks für die USB-Schnittstelle großer Beliebtheit. Mit einem modifizierten Treiber und spezieller Software lassen sich diese mit wenigen Handgriffen in einen breitbandigen Empfänger vom VHF bis in den SHF-Bereich umfunktionieren. D-STAR-Empfang ist damit auch möglich, derzeit sind zwei Projekte hervorzuheben: D-STAR Headers zur Dekodierung protokollrelevanter D-STAR-Daten und D-STAR Voice zur Dekodierung der Sprachdaten.