Dokumentation zur Hardware

Wichtiger Hinweis:

Ideen, Texte, Zeichnungen und Schaltungen in diesem Handbuch sind urheberrechtlich geschützt. Eine auch nur auszugsweise Verbreitung und Veröffentlichung sowie der Nachbau -außer für rein privaten Gebrauch- ist grundsätzlich nur mit vorheriger Zustimmung der Autoren gestattet.

Die Urheberrechte für die Modemschaltung und die GAL-Gleichungen liegen bei Henning Rech, DF9IC, Gunter Jost, DK7WJ und Johannes Kneip, DG3RBU. Die Rechte für die Ausführung und das Layout liegen bei Johannes Kneip, DG3RBU

Haftungsausschluß: Die Autoren übernehmen keine, über die gesetzlich vorgeschriebene Produkthaftung hinausgehende Haftung für die Richtigkeit der veröffentlichten Schaltungen und sonstigen Anordnungen sowie der technischen Beschreibung. Für den ordnungsgemäßen Einsatz und die Einhaltung der gesetzlichen Bestimmungen für den Betrieb ist der Betreiber selbst zuständig.

Das FSK+ - Modem mit Echoduplex

Das vorliegende FSKT+ - Modem ist das Ergebnis einer langen Kette von Erfahrungen verschiedener Autoren mit der kompakten und technisch hochwertigen FSK-Modems nach G3RUH-Standard. Urvater dieses Modems ist das 1991 von Df9IC entwickelte, GAL-gestützte moderne FSK-Modem (ADACOM Heft 2/1991). Gunter Jost entwickelte 1993 eine Spielart mit verbesserter Realisierung der DCD und eingebauter Echoduplexfähigkeit. Aus den Erfahrungen mit diesen Modems und unter Einbringung des verbesserten NF-Teils der DF9IC-PIC-Modems wurde nun dieser Modemklassiker neu aufgelegt - mit Echoduplex, digitaler DCD und den neuesten Rail-to-Rail-Operationsverstärkern im Nf-Teil. Damit steht der Packet-Gemeinde ein insbesondere auf den Einsatz im Node und auf Vollduplexstrecken zielendes Hochleistungsmodem zur Verfügung, das für alle Geschwindigkeiten zwischen 4800 und 38400Bd nutzbar ist.

Zur Schaltung

Bild 1 zeigt ein Blockschaltbild des Modems mit angeschlossenem Funkgerät. Das Modem liefert den Sendetakt (TxC) an den Host (TNC oder USCC oder RMNC), dieser muß synchron Sendedaten (TxD), d.h. Pakete oder Füllzeichen, erzeugen. Sie werden zunächst aus dem NRZ- in den NRZI-Code übersetzt (differentiell codiert) und dann einem Scrambler zugeführt, welcher als linear rückgekoppeltes Schieberegister (17 bit lang, Anzapfung bei bit 12) ausgeführt ist. So soll ein Ungleichgewicht in der Häufigkeit von Nullen und Einsen sowie eine Korrelation über längere Zeiträume vermieden werden - dies gelingt nur mit einer gewissen statistischen Restunsicherheit.

Fig. 1. DF9IC-Modem: Blockschaltbild

Anschließend wird das Basisbandmodulationssignal entsprechend der Datenrate und der Kanalbandbreite gefiltert. Den Hauptteil der Filterung übernimmt ein in einem EPROM codiertes FIR-Filter; es wird ergänzt durch einen einfachen analogen Tiefpaß, der insbesondere hochfrequente Störsignale, die in einem Abtastfilter entstehen, beseitigt. Die so aufbereitete Modulation (TxNF) wird unmittelbar dem Modulator des Funkgerätes zugeführt.

Umgekehrt wird die demodulierte NF des Funkempfängers (RxNF) wieder tiefpaßgefiltert, diesmal, um außerhalb des übertragungskanals liegende Rauschanteile zu beseitigen, und einem binären Entscheider zugeführt, der das Signal mit einem Schwellenwert vergleicht. Als Schwelle dient dabei der mittlere Wert des Signals (Nullen und Einsen sollten ja gleich häufig sein); die zur Bestimmung notwendige große Mittelungszeit bedingt aber eine sehr niedrige untere Modulationsgrenzfrequenz von Sender und Empfänger, was häufig bei einfachen PLL-Synthesizer-Transceivern grundsätzlich nicht gegeben ist.

Das gewonnene Rohdatensignal muß nun zu den richtigen Zeitpunkten abgetastet werden; dazu wird zunächst der Sendetakt rückgewonnen. Hier findet eine 32-stufige digitale Phasenregelschleife (DPLL) Verwendung; das Originalmodem von G3RUH benutzt statt dessen eine aufwendige gemischt analog/digitale PLL, die 256 Stufen aufweist und mit dem (vom TNC gelieferten) 16-fachen Takt auskommt. Die Taktrückgewinnungsschaltung liefert neben dem Empfangstakt (RXC) auch das Kanalbelegungssignal (DCD), welches zur Senderichtungssteuerung bei Halbduplexbetrieb notwendig ist. Die abgetasteten Empfangsdaten werden wieder descrambelt und schließlich nach NRZ zurückcodiert.

Die benötigten Taktfrequenzen generiert eine Takterzeugungsbaugruppe auf dem Modem; dadurch wird Unabhängigkeit vom verwendeten Rechner garantiert, und das Modem ist autark voll funktionsfähig und testbar.

Realisierung

Schaltplan Teil 1 als GIF,
Schaltplan Teil 1 für Postscript-Viewer

Schaltplan Teil 2 als GIF,
Schaltplan Teil 2 für Postscript-Viewer

Der Detailschaltplan ist in zwei Teilen dargestellt, um eine bessere übersicht zu gewährleisten; Bild 2 zeigt den Digitalteil und die Takterzeugung, während Bild 3 den Analogteil und alle Hilfsschaltungen enthält. Insgesamt finden drei GAL-Bausteine (Generic Array Logic) Verwendung, die programmierbare Logikfunktionen zwischen wählbaren Ein- und Ausgangsanschlüssen ermöglichen.

Takterzeugung

Die Takterzeugung geht aus von der Grundfrequenz 2.45 MHz, bereitgestellt vom Oszillator IC1 aus. IC2A stellt verschiedene Basisfrequenzen zur Verfügung; damit können Datenraten zwischen 4,8 kBit/s und 76,8 kBit/s eingestellt werden (J1). IC2B generiert daraus die für das Modem notwendigen Takte mit 32facher und doppelter Frequenz.

Sender

Der Sender beginnt mit IC9; es enthält einen Taktteiler durch 2 und bildet zusammen mit IC10 den Scrambler. Mit Jumper J5 kann der Sender auf Echoduplex umgestellt werden. Die letzten 8 Datenbit (TD1-TD8) werden dem FIR-Filter zugeführt; das EPROM IC11 hat über J4 wählbar 16 verschiedene Kurvenformen abgelegt, die 4 Abtastpunkte je Datenbit am Ausgang zur Verfügung stellen.

Auf das EPROM folgt unmittelbar der D/A-Wandler IC12. Dessen Ausgangsspannung wird dann mit einem 4-poligen gleichspannungsgekoppelten Tiefpaßfilter (IC3C+D, Schaltplan Teil 2) von hochfrequenten Spektralanteilen befreit. Am Ausgang steht eine Gleichspannung von ca. 3 Volt mit in der Amplitude regelbarer (R22) überlagerter Wechselspannung an.

Empfänger

Im Empfänger übernimmt IC3B die Tiefpaßfilterung mit einem 3-poligen Butterworth-Tiefpaß und IC3A die Entscheidung. IC7, der zweite GAL-Baustein, gewinnt mit Hilfe einer 32-stufigen DPLL den Empfangstakt zurück. Die DCD-Schaltung entspricht der vom RMNC3, sie ist mit einem 8-stufigen Zähler realisiert (IC5 und IC8), der je nach Zustand eines von IC7 gelieferten Rohsignals aufwärts oder abwärts zählt und in den Endstellungen festgehalten wird. Die Auswertung des Zählerstands unter Berücksichtigung einer Hysterese wird in IC4 vorgenommen. Die Zeitkonstante für das Ansprechen der DCD beträgt bei 9600Bd ca. 5ms und ist über die Taktrate skaliert. IC7 dient dazu, die DCD sofort

Fig. 2. FSK-Modem: Digitalteil

Fig. 3. FSK-Modem, Analogteil.

zurückzusetzen, wenn eine längere Folge von Einsen im Eingangssignal erscheint, da diese im gescrambelten Nutzsignal nicht vorkommen kann. IC 4 nimmt neben dem Descrambeln des Empfangssignals auch noch die nötige Verknüpfung von DCD und RTS zu CTS vor. CTS steuert dabei die PTT an. über J4 kann dabei noch eingestellt werden, ob die interne oder eine externe DCD zum Ansprechen der Echoduplex-PTT verwendet werden soll.

Zum Aufbau

Der Aufbau des Modems erfolgt auf einer doppelseitigen, durchkontaktierten Platine von halber Eurokartengrößer. Beim Aufbau ist wie gewohnt vorzugehen, d.h. es sind anhand der Stückliste zunächst alle niedrigen passiven Bauteile zu bestücken und zu verlöten, dann folgen die höheren Bauteile und alle aktiven Komponenten. Die ICs werden erst nach Abschluß aller anderen Arbeiten eingesetzt. Der Nf-Ausgang desModems wird wahlweise mit St2 (5-pol DIN-Buchse, TNC2-Belegung) oder einem 5*2 Pfostenstecker (DF9IC-Belegung) bestückt. Für R22 kann entweder ein stehendes Poti (Zugang von vorne) oder ein liegendes Poti (Zugang von oben) eingesetzt werden. Zu beachten ist beim Einlöten die Polarität der Dioden, Elkos und des Widerstandsnetzwerks R20. Die Jumper J3, J4 und J5 befinden sich als Lötpads auf der Platine.

Fig. 4. Bestückungsplan des FSK-Modems

C12 sollte bei höheren Baudraten komplett weggelassen werden und das Modem gleichspannungsgekoppelt an den Transceiver angeschlossen werden, hierfür ist ggf. ein Frequenzneuabgleich erforderlich.

Inbetriebnahme

Ist das Modem fertig aufgebaut, so müssen nur noch die Jumper gesetzt werden und der Hub abgeglichen werden.

J1: Baudrate

J1 befindet sich neben ST1 auf der Platine. Es ist ein Jumper entsprechend der gewählten Baudrate zu setzen (Reihenfolge, ausgehen von IC2: 4800/9600/19200/38400/76800Bd, siehe Bestückungsplan). Bitte beachten Sie, daß eine änderung der übertragungsgeschwindigkeit auch eine änderung der Filterkondensatoren gemäß Tabelle auf der vorhergehenden Seite erforderlich macht.

J2: Filtercharakteristiken.

Der Jumper J2 neben dem EPROM ermöglicht die Wahl von 16 verschiedenen Filtercharakteristiken. Diese sind den übertragungscharakteristiken verschiedener Funkgeräte angeglichen und müssen durch Ausprobieren ermittelt werden. Kurve 0 (alle Jumper geschlossen) ist die lineare Kurve, bei der mit den Tests begonnen werden sollte. Es wird diejenige Kurve gewählt, bei der die Gegenstation am besten das eigene Signal mitlesen kann.

J3: Loopback

Der Loopback-Jumper befindet sich auf der Oberseite der Platine neben der PTT-LED. Er wird nur für Testzwecke und die erste Inbetriebnahme gesteckt.

J4: Wahl der DCD-Quelle für Echoduplex

Der Jumper J4 befindet sich als Lötpad unterhalb IC4 (siehe auch Bestückungsplan). Mit ihm wird diejenige DCD-Quelle ausgewählt, die bei Echoduplex-Betrieb die PTT bei Empfangssignal auslöst. Stellung: 1-2 gebrückt: Externe DCD (auf ST2), 2-3: interne DCD (default). Die externe DCD muß low-aktiv sein (open-collector Ausgang genügt, interner Pullup!). Vorteil interne DCD: Spricht nur auf echte 9k6-Signale an, Nachteil: langsamer, flattert bei Rauschen etwas. Externe DCD-Realisierungen sprechen bei guter Realisierung schneller an, sind aber empfindlich gegenüber Störsignalen. Lage der Pads siehe Skizze.

Sicht auf Platinenlötseite.

J5, J6:

Die beiden Jumper befinden sich als Lötpads unterhalb IC4 und IC9. Werden sie durch eine Lötbrücke geschlossen, fungiert das Modem als Echoduplexmodem. Decodierte Signale werden dabei sofort mit regeneriertem Takt auf dem Sender wiederausgesandt. Dieser Modus ist nur für den Node-Betrieb mit getrennten Sender und Empfangsfrequenzen und einem vollduplexfähigen Funkgerät zu verwenden.

Test des Modems ohne Funkgerät

Das Modem kann mithilfe des Loopback-Tests zunächst auch ohne Funkgerät getestet werden. Dazu ist der Baudratenjumper J1 zu setzen, J2 alle Jumper geschlossen, J3 geschlossen, J4: interne DCD, J5 und J6 offen. Nach Anlegen der Betriebsspannung ist das CTS-Signal durch Anlegen einer Prüfspitze auf Dauer-Low zu tasten. Die PTT-LED sollte aufleuchten, ebenfalls die DCD-LED. Bei Anlegen von Dauer-0 und Dauer-1 auf TXD sollte der jeweils gleiche Pegel auf RXD beobachtbar sein. Alternativ schließe man das Modem an eine BayCom USCC-Karte an, soweit vorhanden, und konfiguriere den entsprechenden Kanal wie folgt (in SCC.INI, hier für Kanal 0):

MODE 0 9600trd

(bzw. entsprechende Kanalnummer).

Durch Aussenden einiger Unprotopakete auf dem entsprechenden Kanal kann nun die Funktionsfähigkeit des Modems überprüft werden. Man gehe dazu auf den F10-Schirm, wechsle mit :K 0 auf Kanal 0 und drücke einige Male Return.

Man kann nun folgende Bildschirmausgabe beobachten:

T0:16 20:02 DG3RBU>TEST>UI,P,F0:

R0:216 20:02 DG3RBU>TEST>UI,P,F0

(bzw. andere Ziffern oder Rufzeichen).

Die zweite Zeile stellt dabei das über den Loopback-Jumper zurückempfangene Signal dar. Fehlt die zweite Zeile oder bleibt der Rechner auf SEND hängen, so haben Sie entweder das Modem auf einem anderen USCC>4-Steckplatz als in der Software angegeben oder es liegt ein Hardwaredefekt vor. J3 wird nach Abschluß des Tests wieder entfernt.

Anschluß ans Funkgerät

Der Anschluß des Funkgeräts geschieht über ST2, die Belegung ist je nach Bestückung dabei wie auf der folgenden Seite aufgezeigt.

Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, daß das FSK-Modem speziell dafür geeignete Funkgeräte benötigt oder einen Umbau bestehender Geräte erfordert. Das Modem enthält einen Auskoppel-Elko, d.h. es liegt kein Gleichspannungsanteil des Signals am Ausgang mit an (Unterschied zum normalen DF9IC-Modem bzw. zur alten USCC!)

Die korrekten Einstellungen für das FSK-Modem lauten in der BayCom-Terminalsoftware:

mode 9600tr

dwait 20

txdelay 20 (funkgeräteabhängig!)

maxfram 7

Andere Software muß entsprechend konfiguriert werden (NRZI-Signale, einfacher Sende- und Empfangstakt werden vom Modem bereitgestellt).

Viel Spaß bei Aufbau und Betrieb des BayCom-FSK-Modems!

GAL-Gleichungen

Die GALs FSKT und FSKC entsprechen denen im FSK-Modem des RMNC III. FSKR wurde um die externe DCD erweitert.

Gleichungen der GALS:

Belegung der Stecker St1 und St2

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9110 DF9IC-FSK-Modem, Komplettbausatz

9210 DF9IC-FSK-Modem, Fertiggerät

9001 DF9IC-FSK-Modem, Leerplatine mit Baubeschreibung

9010 Satz GALs / EPROMs für DF9IC-FSK-Modem

(im Bausatz bereits enthalten)

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