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 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:
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.
Modul | Betriebsfrequenz |
A | 23cm-Band |
B | 70cm-Band |
C | 2m-Band |
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:
Relais |
Reflektor |
Region (Einzugsbereich) |
DB0DBN B |
DCS001 E |
Nordrhein-Westfalen |
DB0DBN C |
DCS001 S |
Deutschland (West) |
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.