CW, Morse Telegrafie erfüllt im Amateurfunk immer noch seinen Zweck in hervor ragender Weise. Die Liste der Vorzüge ist lang. Es können einfache Geräte verwendet werden, die dem Selbstbau durch Amateure und Hobbyisten gut zugänglich sind. Diese Geräte, einschliesslich der Energieversorgung, können leicht und robust gestaltet werden, so dass ein portabel Betrieb bequem möglich ist. Es sind weder Bildschirm noch Tastatur notwendig, Ohrhörer und Morsetaste genügen als Human Interface. Es können mit wenig Leistung grosse Strecken überbrückt werden und es ist dazu keine Infrastruktur wie Relais, Kabelnetz oder Satelliten notwendig. Die Störfestigkeit ist gut. Es sind ausgedehnte Unterhaltungen ebenso möglich, wie die aus technischen Gründen oft benötigten ganz kurzen Bestätigungen der Übertragungsmöglichkeit mit Rückmeldung der Signalstärke.
Natürlich wird jede Nutzerin und jeder Nutzer von Amateurfunk individuell andere Prioritäten setzen. Die eine Station ist auf höchstem wissenschaftlich fundiertem Stand der Technik optimiert und braucht für den Betrieb einen leistungsfähigen Computer und ein Regal voll Technik, das bis zur Decke reicht. Die andere Station ist eher einfach strukturiert, findet in einer Hemdtasche Platz und kann während des Wanderns im Gehen bedient werden. Beides finde ich grossartig. Aber das Optimum wird erreicht, wenn die beiden Varianten und auch noch andere denkbare Varianten mit ein ander kompatibel sind.
Wenn man den Amateurfunk als technisches Hobby betreibt und sich als Amateur, also als Liebhaber in die Materie vertieft, dann findet man immer wieder Verbesserungs Potential. Eine Verbesserung tritt allerdings nur dann wirklich ein, wenn die Kosten und die Folgen der betreffenden Massnahme keine Verschlechterung in anderen Aspekten nach sich ziehen.
Viele Verbesserungen sind entwickelt worden. Manche werden von den Stationen oft genutzt. CW Filter wurden beispielsweise in vielen Varianten entwickelt. Heute arbeiten sie teilweise mit DSP. Andere Verbesserungen sind eher exotische Spezialitäten, können aber von beträchtlichem wissenschaftlichen Wert sein, ohne allgemein als praktikabel eingeschätzt worden zu sein. ccw und qrss gehören dazu.
Auf der beschriebenen Basis möchte ich nun meinen Vorschlag zur Verbesserung von CW ausführen. Es geht um das optionale Anwenden von bereits bekannten Prinzipien unter Nutzung von DSP auf die Betriebsart CW, ohne die bisherigen Vorteile oder die Kompatibilität zum konventionellem CW zu verlieren. Unter dem Stichwort ccw, kohärente Morse Telegrafie, wurde bereits viel realisiert. Aber ich finde dass es da Aspekte gibt, die noch nicht berücksichtigt wurden, und die eine weite Verbreitung verhindert haben. Mit dem heutigen Stand der Technik, kann man in ergonomischer und in technischer Sicht wesentliche Schritte weiter gehen.
RX und TX sollen relativ zu ein ander automatisch synchronisiert werden. Die Synchronisierung soll auf der HF Ebene und auch auf der Ebene der Zeichen Elemente erfolgen. Automatisch soll nicht nur bedeuten, dass nach erfolgter Synchronisierung nach geregelt wird, sondern dass der Aufbau der Synchronisation automatisch erfolgen kann. Auf der Grundlage dieser Synchronisation wird die Anwendung von Korrelationsfiltern möglich und auch die die Anwendung von bedingten Wahrscheinlichkeiten bei der Rekonstruktion von Punkten und Strichen aus dem mit Störungen überlagerten Eingangs Signal. Eine Dekodierung und Umwandlung direkt in Text wäre möglich, ist aber nicht mein Ziel. Die akustische Ausgabe ist wichtig, um das System portabel und mobil sinnvoll einsetzen zu können.
Möglicherweise haben auch schon andere die von mir beschriebenen Möglichkeiten gesehen und verwirklicht. Vielleicht greift jemand die von mir formulierten Zusammenhänge auf und macht etwas daraus. Das ist mir recht, aber ich verlange, in diesem Fall korrekt zitiert zu werden.
Was ich hier beschreibe, ist ein Werk in der Entstehung, work in progress. Teile davon sind bereits fertig, nachdem ich schon Monate daran arbeite. Aber nicht alles wird genau so bleiben, manches wird noch verändert werden. Zur Zeit arbeite ich am PC. Als endgültige Nutzung strebe ich persönlich aber eine Anwendung im portabel Betrieb ohne Bildschirm und Tastatur an.
Bild 1: So oder so ähnlich könnte dieStruktur eine portablen Station nach meinem Vorschlag aussehen.
Gegenwärtig habe ich die Eingabe der Morsezeichen von der Taste in den PC realisiert. Die Verarbeitung erfolgt in einem kompilierten Programm und die Ausgabe zurück in einen präzisen relativen Zeitraster funktioniert. Das geschieht Zeit nah, wie man sagt on the fly, und ohne Zwischenspeicherung in einem File. Eine Anbindung an absolut präzise Zeitgeber ist nicht vor gesehen um die Hürde des technischen Aufwands möglichst niedrig zu halten. Ein absoluter Zeitraster würde ohnehin von schwankenden Ausbreitungs Bedingungen wieder verdorben werden. Es ist auch nicht notwendig beim Bedienen der Taste auf den Zeitraster zu achten. Das macht die Aufbereitung der Eingabe im Programm.
Bild 2: Das Testergebnis zeigt wie die asynchrone Eingabe vom Programm im Zeitraster ausgegeben wird.
Der Algorithmus zur Synchronisation des Empfängers wurde von mir entworfen und zeigte sich sinnvoll in der Überprüfung mit einem Interpreter. Die Portierung in eine kompilierbare Sprache ist einer der nächsten Schritte. Zur Synchronisation ist keine besondere Präambel wie zum Beispiel eine Serie von Punkten notwendig. Das ist ein wesentlicher Unterschied zu den bekannten Vorschlägen der "kohärenten Telegrafie", ccw. Was ich hier vorschlage ist eine selbst synchronisiernde Telegrafie. Synchronisation kann durch Mithören eines qsos oder während des cq Rufes einer potentiellen Gegenstation erreicht werden.
Der Vorgang des Synchronisierens kann wie folgt statt finden. Ohne Synchronisation sind die Zeichen zunächst nicht fehlerfrei zu empfangen, sie können sogar stark mit Fehlern behaftet eintreffen. Das ist aber unerheblich, so lange Unterschiede in den Signalen während verschiedener Zeitabschnitte erkennbar sind. Angenommen 60 BpM sind vereinbart, dann kann alle 100 ms der Zustand zwischen Ton und kein Ton wechseln, also zwischen 1 und 0. Alle 100 ms wird dann für 25 ms das Signal ausgewertet und über viele Perioden gemittelt. Vier solche in ein ander verschachtelte Abtastreihen werden parallel erstellt. Es werden zwei auf einander folgenden Reihen (von den vier) als erstbeste Näherung für die Abtastung gewählt. Und zwar die, deren Mittelwerte zeigen, dass dort am häufigsten ein Tonsignal eingetroffen ist. Anschliessend wird überprüft, ob die Werte für die nachfolgenden Abtastzeiten oder die für dir vorangehenden Abschitte besser damit korrelieren. Entsprechend wird wird der abtast Takt verschoben. Das verbessert die Synchronisation iterativ. Somit gibt das Korrelationsfilter immer bessere Zeichen mit weniger Fehlern aus und die Synchronisation der Zeichenelemente wird erreicht. Durch Nachregeln werden die verbleibenden Fehler paktisch vollständig beseitigt.
Gleichzeitig kann auf das eintreffende Ton Signal fein abgestimmt werden. Zunächst ist die Bandbreite des Filters gross eingestellt und der Transceiver kann manuell auf die Gegenstation eingestellt werden. So bald die Abweichung klein genug ist, kann die Phasen Regelung das Beseitigen des restlichen Frequenz Fehlers übernehmen. Eventuell kann auch der verbleibende Phasenfehler ausgeregelt werden.
Alle Details dieser Vorgänge sind noch nicht aus gearbeitet, aber eine erste einfache Variante hat gut funktioniert. Sie wird im Folgenden Bild gezeigt.
Bild 3: Dieses Testergebnis zeigt wie der Algorithmus die Abtastung auf das Morse Signal synchronisiert.
Die Digitale Filterung mit einem selbst geschriebenen DSP Programm habe ich bereits getestet und ich war von den Ergebnissen beeindruckt. Da habe ich mit Korrelation gearbeitet, allerdings noch ohne Synchronisierung und mit Audiodaten von Files. Eingerastet auf den Zeichen Takt wird die Korrelation nochmal bessere Werte erzielen. Auch dieses Programm muss noch von der Interpreter Sprache in eine kompilierbare Sprache portiert werden, damit nicht nur Sound Files, sondern auch Streams on the Fly verarbeitet werden können.
Bild 4: Die Kurven zeigen die Filterung durch Korrelation, hier noch bezüglich der Zeichen asynchron.
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Hörproben: Verrauschtes Eingangssignal ==>> gefiltertes und rekonstruiertes Ergebnis
An der beschriebenen Verarbeitungs Kette arbeite ich in der nächsten Zukunft, um sie zu vervollständigen. Dann wird perfektioniert und danach können Tests on the air erfolgen. Leider ist mein Arbeitstempo im Hobby Bereich stark von meinem Gesundheitszustand beeinträchtigt.
An einem Gedanken Austausch über die beschriebenen oder ähnliche Ideen und am Austausch über Erfahrungen mit der Realisierung davon bin ich sehr interessiert. Darum lade ich zur Diskussion ein. Einen bequemen Link mit email Adresse schreibe ich hier, an dieser Stelle nicht hin. Wer sich aktiv mit dem Thema befasst, wird mir ohnehin begegnen, Beziehungs Weise Möglichkeiten finden.