Interessengemeinschaft der Funkamateure Siebengebirge e.V.


Die Technik auf dem Ölberg

Die Technik auf dem Ölberg

Stand: Oktober 2019

Der Ölberg ist hochfrequenztechnisch eine besondere Herausforderung: Insgesamt dreizehn Sender sind gleichzeitig auf engstem Raum in Betrieb. Die Anlage ist historisch gewachsen: Alles begann mit einem ausgemusterten 19-Zoll-Gestell, das zunächst zwei analoge und ein digitales Relais beherbergte. Bald schon reichte der Platz nicht mehr aus. Ein Steuerrechner für die Webcam und die Wetterstation kam hinzu, weitere Digitalrelais zogen ein. Nach zwei Umbauten in immer größere Systemschränke und wiederkehrendem Ärger mit durch Erschütterung verstimmten Topfkreisweichen konnte die Relaisstelle im Jahr 2017 in einen eigenen Betriebsraum einziehen.

Dieser Raum wurde zuvor durch die Autobahnpolizei und einen gewerblichen Bündelfunkdienstleister genutzt. In längeren Verhandlungen wurde erreicht, dass die in hervorragendem Zustand befindlichen elektrischen Versorgungsanlagen, sowie die vorhandenen Kabelkanäle und Führungsschienen vom Rückbau ausgenommen wurden. Der zur Altanlage gehörende, baufällige Funkmast wurde demontiert und die Wandhalterungen als Träger für einen neuen Kabelkanal genutzt.

Zahlreiche freiwillige Helfer haben viele Wochenenden investiert, um einen Betonsockel herauszuschlagen, eineinhalb Tonnen Bauschutt ins Tal zu transportieren, Malerarbeiten auszuführen und einen neuen Fußboden zu verlegen. Schließlich war es geschafft: Die Relaisstelle konnte umziehen. Die alten 19-Zoll-Gestelle wurden komplett ausgeräumt. Beim Wiedereinbau in die beiden neuen Schränke wurde auf besseres Kabelmanagement geachtet. Einige Tage später war die Anlage im Nachbarraum wieder rekonstruiert.

Den neuen Aufbau stellen wir im Folgenden vor:

Systemkonfiguration

Die Technik ist in zwei 19-Zoll-Systemschränken untergebracht. Der linke Schrank beherbergt sechs Relais, der rechte je ein Relais, den Funkrufsender, vier Kleincomputer und eine Menge Netzwerktechnik.

Die beiden offenen Systemschränke

linker Systemschrank

Ein 70cm-Duplexer teilt die Antennenleitung von der 70cm Monobandantenne in einen Sende- und einen Empfangsstrang. Weil die empfangenen Signale auf fünf Relais verteilt werden müssen, würde an jedem Relais höchstens ein Fünftel der Leistung anstehen. Dieses Problem wird durch einen Vorverstärker mit fünf Abgängen kompensiert, der für jedes Einzelrelais den individuell passenden Eingangspegel bereitstellt.

Liegt auf der Sendeseite eine Fehlanpassung vor, bedeutet dies, dass ein Teil der Sendeleistung reflektiert wird. Fehlanpassungen können bei einem Schaden an der Antennenleitung, an HF-Kupplungen und an der Antenne selbst auftreten. Auch ein Combiner reflektiert systembedingt einen Teil der Eingangsleistung, wenn keine perfekte Anpassung vorliegt. Ein Zirkulator in jedem Sendestrang verhindert, dass sich die Sender durch zurückfließende Hochfreqenzsignale selbst oder gegenseitig beschädigen. In einem Combiner werden die Signale vereinigt und über den Duplexer der 70cm-Antenne zugeführt. Für APCO-P25 und BM-DMR wurde ein weiterer Koppler vor dem Combiner installiert, da am Combiner selbst nur vier Anschlüsse zur Verfügung stehen.

Eine 2m-Monobandantenne ist über eine Duplex-Topfkreisweiche an das Yaesu Fusion C4FM-Relais angeschlossen. Auch hier arbeitet im Empfangszweig ein Vorverstärker, der Sender wird ebenfalls durch einen Zirkulator geschützt.

Mit einem Triplexer werden die drei Frequenzbereiche einer Dreibandantenne aufgeteilt. Der 2m-Zweig, welcher früher einmal das 2m-Relais versorgte, ist derzeit nicht im Gebrauch und deshalb mit 50 Ohm abgeschlossen. Über den 70cm-Zweig werden Funkrufsignale ausgesendet. Im 23cm-Zweig liegt eine Duplexweiche für das 23cm-FM-Relais.

Überblick über die HF-Technik

rechter Systemschrank

Der rechte Systemschrank beherbergt das 23cm-FM-Relais, das „Rechenzentrum“ und die Netzwerktechnik. Ein Windows-Rechner und ein Raspberry-Pi-4 bilden das Herz der Anlage. Mit dem Windows-Rechner werden die Relais konfiguriert und lokale Wartungsarbeiten ausgeführt. Ein Windows-System ist notwendig, da die proprietäre Software für das DMR- wie auch das APCO-25-Relais nur als Windows-Version vorliegt. Der Raspberry Pi bereitet die Webcam-Bilder auf und überträgt sie auf unseren Webserver. Weiterhin übernimmt der Raspberry Pi die Aufgabe eines Proxy-Servers und stellt so die Internetseite der IGFS unter db0vvs.ampr.org/igfs/ bereit. So weit möglich werden die über Netzwerk bereitgestellten Daten in einer Ramdisk vorgehalten, was den Flashspeicher des Raspberry Pis schont und gleichzeitig schnelle Antwortzeiten ermöglicht.

Die Anbindung an die D-Star-Reflektoren, an das ircDDB-Netzwerk sowie das Routing für APCO-P25 erledigt ein Rasperry-Pi-2. Im Bedarfsfall ist außerdem ein DMR-Gateway zuschaltbar, über welches benachbarte Relaisstellen ans Internet angebunden werden können.

Hamnet

Der Ölberg ist über 5.8-GHz-Datenrichtfunk mit den Standorten DB0KPG (Köln-Bonn Flughafen), DB0SB (Drachenfels) und DB0RPL (Hoer-Grenzhausen) verbunden. In Richtung Norden, Nordosten und Südwesten werden außerdem Benutzerzugänge auf 5.8 GHz angeboten.

Überblick über Hamnet- und Netzwerk

Sämtliche Geräte am Standort haben IP-Adressen aus dem AMPR-Net. Neben Zugang zum Hamnet stellt der Router außerdem ausgewählten Geräten über seine inegrierte Firewall die am Standort vorhandene Internetverbindung zur Verfügung. Im Übrigen sind Hamnet und Internet streng voneinander getrennt.

Der Ölberg nimmt im Hamnet eine besondere Rolle ein, die durch den Ausbaustand des Hamnets bedingt ist: In Mitteleuropa existieren derzeit zwei große Verbundnetze, eines im Norden (von der Nordsee bis ins Rheinland) und eines im Süden (von der Pfalz über den Alpenraum bis zur Adria). Diese zwei Netze waren ursprünglich nur über VPN-Tunnel, also über das Internet, miteinander verbunden. Mit der Richtfunkstrecke zwischen DB0VVS und DB0RPL wurden die beiden Netze erstmals auf Amateurfunk-Frequenzen miteinander verbunden.

Zur Schaffung von Redundanzen entstehen derzeit (Stand Ende 2019) jeweils in der Eifel und im Harz weitere Richtfunkstrecken zur Verbindung dieser Teilnetze.

Durch die Anbindung an das Hamnet wird die Abhängigkeit des Standortes (und des Amateurfunkdienstes allgemein) vom öffentlichen, gewerblichen Internet verringert. Alle Relais bauen ihre Datenverbindungen bevorzugt über das Hamnet auf. Viele Dienste der IGFS können Somit unabhängig vom DSL-Netz den Betrieb aufrechterhalten. Andererseits steht die DSL-Leitung aber als vorübergehnde Notfall-Lösung bei Ausfällen im Hamnet bereit.

Stromversorgung und Blitzschutz

Unterbrechungsfreie Stromversorgung

Um Stromausfälle abzufangen, ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage (USV) eingebaut. Bei einem Netzausfall werden der Windows-Rechner und die Raspberry Pis weiterhin mit Spannung versorgt. Ebenfalls bleiben das 70cm-Analogrelais DB0SG, BM-DMR und das Hamnet aktiv, bis die Batterien der USV aufgebraucht sind. Somit ist die Betriebsbereitschaft der Grundfunktionen für mehrere Stunden gesichert und Notfunkbetrieb möglich.

Bei einem längeren Netzausfall kann die gesamte Anlage darüber hinaus beispielsweise mithilfe eines benzingetriebenen Generators über eine 3x16A-CEE-Kupplung fremdgespeist werden.

Blitzschutz und Strom

Der sichere Betrieb exponierter Sendestandorte setzt einen ordnungsgemäßen Blitzschutz voraus. Um diesen für den Ölberg zu gewährleisten, hat die IGFS den Verschönerungsverein für das Siebengebirge als Eigentümer des Gebäudes, in dem sich unser Betriebsraum befindet und welches gleichzeitig als Antennenträger dient, finanziell bei der Modernisierung der Schutzeinrichungen unterstützt. Dies beinhaltete unter anderem den Ankauf einer Blitz­fang­stange, sowie deren Installation durch einen autorisierten Fachbetrieb.

Die Relaisstelle ist über einen eigenständigen Stromanschluss an das öffentliche Versorgungsnetz angebunden, eine allpolig wirkende Ableiteinrichtung für Überspannung ist vorhanden. Der Ölberg ist in etwa 20 km Umkreis der geographisch höchste Punkt, daher kommt es in der direkten Umgebung der Relaisstelle häufig zu Blitzschlägen. Die resultierenden Netzschwankungen sind ausreichend, um moderne Fehlerstrom-Schutzschalter auszulösen, was wiederholt zum Ausfall der Relaisstelle führte. Deshalb wurde ein Fehlerstrom-Schutzschalter installiert, der nach Auslösung vollautomatisch eine Isolationsmessung ausführt. Wird innerhalb von 90 Sekunden Messzeit kein Isolationsfehler festgestellt, wird die Netzspannung automatisch wieder zugeschaltet.

Systemüberwachung und -administration

Nagios: Automatische Systemüberwachung

Dem ehrenamtlich tätigen Technik-Team ist es (aus naheliegenden Gründen) nicht möglich, die ordnungsgemäße Funktion der Relaisstelle permanent selbst zu überwachen. Deshalb wird am Standort Nagios zur automatischen Überwachung der Dienste verwendet. Nagios prüft alle Netzwerkdienste und -geräte regelmäßig auf Funktion. Sollte ein Gerät oder ein Dienst zu lange gar nicht oder nur mit einem Fehlercode antworten, wird das Relais-Team automatisch über Funkruf benachrichtigt. Auf diese Weise ist es einfacher, Reparaturen vorzubereiten und sofort das richtige Werkzeug, gegebenenfalls auch das richtige Ersatzteil mitzunehmen.

Nagios und Ansible zur Systemverwaltung

Ansible: Konfigurationsverwaltung und Orchestrierung

Auch die Konfiguration und Wartung der IT-Technik hat mittlerweile eine enorme Komplexität erreicht. Um uns die Arbeit in Zukunft zu erleichtern, haben wir bei der Einrichtung des Raspberry-Pi-4 als Hamnet- und Webcam-Server damit begonnen, die Software-Verwaltung, -Konfiguration und -Orchestrierung nicht mehr manuell auszuführen. Stattdessen greifen wir auf das Konfigurationsverwaltungsprogramm Ansible zurück. Außerdem bewahren wir die Ansible-Konfiguration in einem Git-Repository auf. Damit ist es möglich, die Systemkonfiguration unabhängig von der jeweiligen Hardware zu speichern und von zentraler Stelle automatisiert zum jeweiligen System zu übertragen.

Bei Fehlern nach Konfigurationsänderungen können wir dank des Versionierungssystems schnell auf alte (erprobte) Konfigurationen zurückstellen. Die Systeme lassen sich somit jederzeit mit geringem Aufwand zügig in einen definierten, getesteten und dokumentierten Zustand versetzen. Wir werden schrittweise prüfen, ob und welche weiteren Systeme in Zukunft über Ansible verwaltet werden sollen. Die D-Star-Gateways, welche an verschiedenen Standorten mit (abgesehen vom Rufzeichen) nahezu identischer Konfiguration laufen, sind ein guter Kandidat dafür…

Schlusswort

Der Ölberg zählt im bundesweiten Vergleich hinsichtlich der Reichweite und des Portfolios der angebotenen Betriebsarten zu den herausragendsten Amateurfunk-Standorten. Dies gilt auch für die Nachbarstandorte auf dem Drachenfels (DB0SB) und in Rheinbach (DB0RHB); beide verfügen über Analog- und ATV-Relais mit großer Reichweite und sind wichtige Knotenpunkte für das Hamnet im Rheinland.

Amateurfunk ist ein Freizeitprojekt und kein Dienstleistungsbetrieb, dennoch sind wir regelmäßig (auch bei Wind und Wetter!) an den Standorten und per Fernwartung im Einsatz, um eventuelle Störungen schnellstmöglich zu beheben und die Technik (soweit möglich) den Wünschen der Nutzer anzupassen. Der Vorstand und das Technik-Team der IGFS möchten an dieser Stelle einen herzlichen Dank an alle aussprechen, die durch tatkräftiges Mitarbeiten, Mitgliedsbeiträge sowie Geld- und Sachspenden unser Projekt unterstützen. Ohne euch wäre das alles nicht möglich!

Die Relais in der Region

Für alle Funkamateure stehen im Siebengebirge und in der Region Relais und Funkrufsender für FM, D-STAR, DMR, APCO 25, C4FM und ATV im 2m-, 70cm-, 23cm- und im 3cm-Band zur Verfügung. Folgende Liste bietet einen schnellen Überblick:

RelaisAusgabeEingabe
APRSDB0RHB144,800144,800
C4FMDB0DBN145,575144,975
FMDB0SB145,700145,100
FMDB0SG439,050431,450
FMDB0RHB439,425431,825
D-STARDB0DBN439,53125431,93125
APCO P25DB0DBN439,550431,950
DMR 1)DB0DBN 438,3875430,7875
DMR 2)DB0DBN439,975430,575
POCSAGDB0VVS439,9875-
POCSAGDB0RHB439,9875-
FMDB0SG1.298,5001.270,500
FMDB0RHB1.298,6251.270,625
HAMNETDB0SB5.705,0 Süd
HAMNETDB0VVS5.675,0 Südwest
HAMNETDB0VVS5.775,0 Nordost
HAMNETDB0VVS5.805,0 Nord
ATVDB0RHB10.194,010.394,0
ATVDB0SB10.240,010.420,0

Alle Frequenzen werden in MHz angegeben. Durchgestrichene Relais sind derzeit außer Betrieb.
1) Brandmeister
2) DMR-MARC und DMR+