Das Vorwort, das eigentlich ein Nachtrag ist.

Recht voreilig hatte ich das Wort „Wissenswertes“ gewählt. Dabei hatte ich, ohne böse Absicht, doch etwas zu sehr vorgegriffen und aus den Internetforen entnommen, das nicht jeder es für Wert hält, etwas über technisch, physikalische Abläufe wissen zu wollen. Ich ging bis dato immer davon aus, dass Radioamateure technisch begabte Leute sind, die schon immer mit ihrem neugierigen Schraubenzieher unterwegs waren, um allen radio-elektrischen Geräten das Fürchten zu lehren.

So wurde es mir näher gebracht, dass ich bastelnde Funkamateure nicht mit Radioamateure gleichsetzen sollte und, dass es auch Leute gibt, die ein Funkgeräte niemals öffnen würden oder jemals wissen wollten, wie das Ding funktioniert oder was da drin ist. Jene Leute fühlen sich mit der allgemeinen Betriebstechnik der Radios und das ganze Drumherum schon recht gut ausgelastet. OK, so etwas kann ich respektieren, denn nicht jeder der Fußball guckt will auch gleich Fußball spielen, er mag vielleicht lieber vom Stammtisch aus den Schiedsrichter spielen.

Daher, oder gerade darum, möchte ich jenen Leute versichern, dass es nicht notwendig ist die Kapitel größer 3. zu lesen, um etwas Neues über Radios in Erfahrung zu bringen. Denn die beiden Kapitel sind nur für Leute gedacht, die es für einen besondere Kick halten etwas in Erfahrung zubringen, - es also für Wissenswert halten. Denn diesen Leuten wird es immer ein Rätsel blieben, wie es Leute geben kann, die es ertragen können Pandoras Büchse niemals geöffnet zu haben (Pandora: die Göttin aller Neugierigen). Denn jene Leute sind es, und waren es schon immer, die später einmal dafür sorgen, das Sie über Radios verfügen, die Ihnen Freude bereiten, weil jene Leute wissen wollten, wie etwas funktioniert, damit man es einmal besser machen kann.

 

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1.Kapitel      Definition

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Hat Bonito das Radio neu erfunden ?
 ,... na logisch , ... und jetzt auch noch neu definiert.

Was ist ein SDR und was ist ein IQ- bzw. ein IF-Receiver ?

Bevor man RadioJet kannte, war auch für jeden Radioamateure mit geringer Affinität zur Technik klar, was ein SDR ist. Dann aber wurde das Alleinstellungsmerkmal IF-Receiver plötzlich zum Anlass einer heftigen, aber bemerkenswert sachlich, konstruktiven Diskussion über das recht diffuse Verständnis, wie sich denn nun ein SDR (Software Defined Radio) korrekt definiert.

Ein Radio war bis dato eine Hardware womit man Musik hört und es wurde auch nicht gleich zum SDR weil die ansonsten so kostspieligen Ziffernanzeigen, Skalen, Instrumente, Schalter und Knöpfe auf dem Bildschirm eines Computers dargestellt wurden (siehe Icom PCR). Wobei damit auch gleich das komplette Verhalten des Empfängers via Software gesteuert wurde und auch die Musik über die Soundkarte per Computer-Lautsprecher wiedergegeben wurde.

Dennoch verstand man die Hardware in der kleinen Büchse (Black Box) immer nur als Radio und niemand zählte den Computer da hinzu, obwohl es ohne Computer gar nicht funktioniert. Der Computer war nur ein Mittel zum Zweck, wie auch ein Stromkraftwerk nicht als Teil des Radios gesehen wird, auch wenn es ohne Stromversorgung gar nicht funktioniert. Konkret sprach man in solch einem Fall immer noch von einem analogen Empfänger, obwohl der bereits schon seit vielen Jahren mit recht viel Software definierter Hardware bestückt war.

Dann aber tauchte der Begriff SDR als Alleinstellungsmerkmal auf, weil irgendjemand das so für sein Marketing gebrauchen wollte. Es wurden beim SDR Dinge genutzt, die im Wesendlichen für die Mobilfunk-Kommunikation konzipiert wurden aber auch als WLan-Router enden konnten. Also in der drahtlosen Steuertechnik und Daten-Kommunikation wurde bereits lange vorher Software definierter Hardware genutzt, weil dann damit alles kostengünstiger und kleiner werden konnte.

Auch wenn ein analoges Radio komplett vom Computer gesteuert wird, so ist der wesendliche Unterschied zu einem SDR die komplette Filterung und Demudolation der ZF mittels des Computers und ganz speziell die grafische Wiedergabe eines breitbandigen ZF-Spektrums, das die Charakteristik jedes aktiven Sender sofort erkennen lässt. Wogegen beim alten analogen Radio maximal die demodulierte Audio-Frequenz (AF) als Spektrum gezeigt werden kann.

Allein schon der Unterschied zwischen AF- und ZF-Spektrum ist für die Handhabung eines Radios wesendlich. Denn beim SDR kann ich sehen, wo oder ob z.B. ein paar kHz links oder rechts neben dem Sender noch andere Sender gerade etwas abstrahlen. Allein das macht bei einem sendenden Amateurfunker im Contest den größeren Erfolg aus, während der Andere (noch analog arbeitende Funker) nicht einmal ahnt, das da noch andere Funker rufen. Wenn man dann noch Software nutzt, die das ebene 'Gesehene' auch noch nachträglich hörbar macht, dann veranlasst das zu ganz anderen Anrufstrategien. Daher wird der Anrufende sein Anruf nicht unbedingt auf den Anrufkanal starten, denn er weiß, manche Funker haben einen SDR auf ihren Sender gestellt und wissen, wie man die Möglichkeit nutzen kann, wenn das Band vollgestopft ist mit Anrufern, die dem Zahn der Zeit noch etwas hinterherhinken.

Nun, solche Hardware nutzt auch mal ein kleines Wunderwerk, das wir schlechthin als Computer bezeichnen. Doch technisch gesehen ist das keinesfalls ein PC, ein Personal Computer, wie er zu Hause auf dem Tisch steht. Und nun sind wir der Verwirrung auf der Spur, denn der tägliche Umgang mit den Dingen führt schnell zu einer Verallgemeinerung der Begriffe. Und so verschmilzt der Begriff Radio ganz weich mit dem Begriff Software und von daher mit dem Begriff Computer. Und daher müssen wir nun die Begriffe jetzt und hier neu definieren, weil keiner es bisher tat.

Ein Radio-Sender (Rundfunk-Sender) strahlt Funkwellen radial (daher Radio) ab. Ein Radio-Empfänger (Rundfunk-Empfänger) sollte diese Sendung hörbar machen. Der Sammelbegriff Radio steht eigentlich für eine Sende- und Empfangs- Anlage. Aber im Volksmund ist ein Radio ein kleines Gerät wo Musik rauskommt.  Radio Eriwan ist kein Empfänger und mein Radio in der Küche sendet keine Musik. Ohne groß darüber nachzudenken ordnet ein Radioamateur die Verallgemeinerung Radio in Sender und Empfänger. Und was auch immer sich SDR nennen will, es ist ausschließlich nur die Hardware, die da in Pandoras Büchse steckt und konkret vielleicht IF- bzw. IQ-Empfänger genannt werden sollte.

 

Was aber ist ein IF- und was ist ein IQ-Empfänger und was ist dann ein SDR?

Ein IF- bzw. IQ-Empfänger ist eine Software definierte Hardware,
die sich gerne SDR nennt, obwohl sie kein Software definiertes Radio ist.

 

Ein IF oder IQ-Empfänger wandelt Funkwellen in elektrische Werte, um das dann als analoges bzw. als digitales Signal für die weitere Verarbeitung mit dem Computer anzubieten. Die weitere Verarbeitung ist also ausschließlich für die Software eines Computers gedacht. Damit steht und fällt jedes SDR ausschließlich über den Begriff Software. Die Software bestimmt also, wie die Hardware arbeiten soll und als Anwendung (Applikation) bestimmt sie, was der Computer aus dem ursprünglichen Radiosignal macht bzw. Sie aus seiner Audio-Anlage hören könnten.

Also, alle Büchsen, die Sie bisher SDR nannten, sollten technisch nur IQ-Empfänger genannt werden. Denn erst die Software und Ihr Computer macht den Hauptbestandteil eines SDR's aus.

Liefert ein Empfänger ein Complex-Signal, also zwei unterschiedliche Signale, die wir mit I und Q bezeichnen, dann handelt es sich um einen IQ-Empfänger, wie es  z.B. auch Excalibur, Perseus, SDR-IQ/14, PMSDR,  Pappradio, FiFi-SDR oder ELAD FDM-S1 sind.

RadioJet hingegen liefert ein Real-Signal einer analogen 12 KHz ZF, das pro Sinus 4x mehr die Signalkurve abtastet, damit man messtechnisch bessere Signal-Analysen betreiben kann. So etwas ist dann ein ZF-Empfänger und wird auch in englisch IF-Receiver genannt.

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2.Kapitel      Allgemeines

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Den Empfänger RadioJet gibt es nur, weil der Welt die ‚guten’ Empfänger ausgingen. Denn es sind bereits sowenig Leute am Amateurfunk interessiert, dass die bekannten Hersteller ihre Produktion für kostengünstige Empfänger einstellten oder nur noch überteuert anbieten.

Da kein Empfänger den heutigen Stand der neuen Ansprüchen und Möglichkeiten entsprach, versuchte ich seit 2009 einen Empfänger nach meinen Vorstellungen zu entwickeln. Das dauerte daher "so lange", weil niemand wirklich daran Interessiert war etwas wirklich Neues zu versuchen. Es scheitert auch daran, dass man entweder ein guter Elektroniker oder einen guter Software-Programmierer ist und auf 30 Jahre Erfahrung zurückblicken kann. Beides findet man praktisch nicht, denn man wäre dann schon zu alt für Neues. Alles steht und fällt mit der Software und dem Angewandten Konzept. Die neusten Chips des Elektronikmarktes sind zwar innovativ bis fast genial, jedoch scheitern sie letztendlich alle an den Geheimnissen des Microsoft Betriebssystem.

So kamen über dieses Thema, auf der Hamradio 2010, aus einer Unterhaltung heraus, Rudolf Ille (NTi) und ich zu dem Schluss, dass wir sehr ähnliche Vorstellungen hatten. Und so entstand letztendlich der RadioJet aus einer Kooperation der beiden Firmen Bonito und NTi. Während ich (Peter Walter) für Bonito die Entwicklung einer speziellen auf das Gerät optimal angepassten Software übernahm, wurde die notwendige Hardware dafür von NTi (Rudolf Ille) verwirklicht. Infolgedessen wird das Gerät auch von beiden Firmen zu gleichen Konditionen vermarktet.

So bekam der Radiojet Eigenschaften, die Sie bei keinen anderen Empfänger vorfinden. Nun könnte man aber der Meinung sein, das könne man so nicht stehen lassen,- es gäbe ja PappRadio, WiNRADiO, Perseus, usw.. Aber nicht doch, für Firmen wie Bonito sind das nicht die geeigneten Empfänger, um damit Kundschaft zu bedienen, die noch viel weniger meinen Ausführungen über „Wissenswertes“ folgen würden. Das wären nämlich Militär und Marine. Und die interessieren sich ausschließlich nur für den Inhalt einer Sendung, wie z.B. Wetternachrichten und bringen recht wenig bis überhaupt kein technisches Verständnis für Radioempfang und Computer mit.

Wie soll man virtuelle Comports, virtuelle Soundkabel, virtuelle Soundkarten bzw. eingebaute Soundkarten und selbst geklaute Software einem Leutnant zur See erklären? Ich denke, "USB-Kabel in den Computer stecken und fertig", wie beim RadioJet, das akzeptiert sicherlich auch jeder Radio- bzw. Funkamateur.

Sicherlich findet man unter den wenigen Funkamateuren mehr Leute, als jemals Excalibur und Perseus gekauft wurden, die einen wirklich guten Empfänger suchen, der sowohl die neumodernen digitalen Möglichkeiten bietet, als auch die hohe Qualität der altbewährten analogen Technik. Denn die eben genannten Empfänger haben z.B. gewollte breitbandige Eigenschaften, die einen Vergleich mit dem ‚Schlüsselloch’ RadioJet hinken ließen, weil der wesendliche Unterschied die Zielsetzung ist,- also nichts vergleichbar wäre.

Der Eine will maximal schnell überblicken, welche Sender gerade verfügbar sind, der Andere will einfach nur maximal gut empfangen. Der Eine ist nur an dem Spiel mit dem Radio interessiert, der Andere nur an den Sendungsinhalten. Und sollten Sie jemand sein, der gezielt einen Sender anwählen möchte, um dann das maximale Beste auf mindestens 10 KHz Bandbreite zu bekommen, dann ist der RadioJet die richtige Wahl.

Besonders wegen der Ansprüche von Militär und Marine wurde der Empfänger einen speziellen Stresstest unterzogen. Er wurde daher in einer extremen Nähe (unter 1000 Meter) zum Sender des deutschen Wetter Dienst (in Pinnberg) getestet, um zu zeigen was Übersteuerungsfestigkeit ist. Dabei wurde auch gleich versucht, den Sender 'Deutschlandradio' mit -115 dB auf 177 KHz zu empfangen, wobei auf 147.3 kHz der DWD-Fernschreibsender mit einem maximal möglichen Pegel ergebnislos versuchte den Mischer zu überfordern. Und in diesem Zusammenhang wurde gleich auch ganz besonders darauf geachtet, das der Empfänger nicht so einfach von jeder zufälligen, aber brutalen, Leistungen ‚zerschossen’ werden kann.

Mehrmals und konkret hat sich nun schon in der Praxis der integrierte Überspannungsschutz bzw. der Blitzschutz bewährt, wogegen andere Empfänger an der gleichen Antenne und Stromkreis elektrotechnisch zerstört wurden.

Nur eines kann RadioJet nicht, wie es vielleicht auch andere Superempfänger suggerieren mögen. Er ist nicht in der Lage das Wunschdenken seiner Benutzer zu befriedigen, die annehmen mit solch einen Empfänger könne man den letzen Furz von Hawaii hören, während man den allgemeinen Rauschnebel bis zu -100dB empfängt, worin schon längst alle schwachen Sender abgesoffen sind.

3.Kapitel      Praktisches

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Der eklatante Unterschied zwischen dB und dBm wird vom normalen Radioamateur offensichtlich gar nicht wahrgenommen, oder zumindest kann einem, bei oberflächiger Betrachtung, schnell die eigentliche Wertigkeit oder Wertlosigkeit entgehen. Ich selbst vergesse schon mal das kleine ‚m’ hinterm ‚dB’, oder setze Eins dahinter, wo Keins hingehört. Und genauso wird hier und da in Prospekten eine Null zuviel gesetzt, oder sogar Eine zuwenig, obwohl die Empfindlichkeit weit aus besser ist. In der Regel bemerkt das niemand. Dennoch machen sich dann im Internet einige genau darüber her, weil es gerade nichts bessere zu erzählen gab, obwohl ich sogar ganz frech dahinter schrieb: „laut Quadratur der Kreises“. Ich dachte, dass jeder das Ironische daran versteht, jedoch belehrte man mich eines Besseren.

Darum erzähle ich Ihnen nun (völlig ohne Ironie), wie unbedeutend jegliche Superwerte sind, wenn man den Empfänger vom Messtisch nimmt und der gemeinen Realität aussetzt. Das soll auch andeuten, dass ich sehr wohl messtechnische Unterschiede feststellen konnte. Dennoch, der geistigen und technischen Hygiene wegen, gute IP3-Werte oder hochempfindliche Eingangswerte, bieten nur die höchste Wahrscheinlichkeit für guten Empfang, aber keineswegs garantieren sie automatisch den guten Empfang. Denn z.B. ein klein wenig unempfindlicher kann vielleicht etwas ungestörter ein Nutzsignal auswerten.

Man muss also nur darauf achten, was die Zielsetzung ist. Will man nur über den Empfänger im Internet reden, oder will man den Inhalt einer Sendung empfangen, oder beschränkt sich das Ganze nur darauf, ob ein Sender noch existiert, oder schon wieder ein neuer Sender entdeckt wurde. Das einzige, was ich bei Entscheidungs-Schwierigkeiten empfehlen kann, das ist die Lektüre von Nils Schiffauer. Der vergleicht jedenfalls nicht so schnell Äpfel mit Bannen und kann auch unterscheiden zwischen Geräte bezogenen Beurteilungen und Software bedingten Eigenschaften.

Also, ein Radiojet sollte man niemals mit einen Excalibur von WiNRADiO oder einem Perseus vergleichen, weil jedes Gerät für sich technisch die gleichen Werte haben muss, wie die reale Physik und Mathematik es gerade zulässt. Glauben Sie mir, alle drei Geräte lassen kein µ-Völtchen aus, das sie nicht irgendwo noch erwischen konnten. Es gibt also keine Reihenfolge an der irgendein Gerät den 1.Platz einnimmt. Nur wer es will, kann einen Sieger finden, wenn er genau die Bedingungen wählt, die für die anderen Geräte nicht besonders günstig wären. Wenn man nur den reinen Empfang nimmt, dann gibt es nur Unterschiede zwischen den aufgewendeten Mitteln mit dem die Ergebnisse erreicht wurden. Und diese schlägt sich auch im Preis nieder.

Es ist mir also mit dem RadioJet nicht gelungen praktisch besser zu sein, als Excalibur oder Perseus, weil ich an der Antenne niemals Bedingungen vorfand, die ernsthaft einen Vorteil irgendeines Gerätes zeigen konnte. Ich denke ich kann dieses gut beurteilen, weil meine eigene Software nur die elektrischen Rohwerte aller Geräte bekam und ich damit niemals nennenswerte schlechtere oder bessere Ergebnisse erreicht hatte. Nach einem Jahr denke ich nun, es wird auch wohl kaum möglich sein, weil der allgemeine Elektrosmog keine nennenswerten Rauschfreiheiten unter -125 dBm zulässt, auch nicht, wenn wir Helium gekühlt Elektronik nutzen würden, oder bonitistisch darüber nachdenken, oder ein Radiojet kaufen.

 

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 Wie einleitend erwähnt:
Die nachfolgenden beiden Kapitel muss man nicht lesen,- man darf es aber !

So bekommt nun mein ältester Spruch wieder seine Gültigkeit
(Betriebsanleitung C64 RadioCom 1.0 )

Unwissenheit verschwindet beim Lesen, Dummheit hingegen verbleibt.

So doppeldeutig dieses auch nun klingen mag:
der wirklich Dumme ist jetzt nur der, der glaubt er sei damit gemeint.

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Das Empfangssignal direkt abtasten, das ist heutzutage noch der Hammer im SDR-Himmel. Signale digital verarbeiten, Radio Digitale und Mondiale, sowie TV-Digitale und ganz abgesehen von all den WLAN-Geräten und Handys. Das kann doch gar nicht falsch sein!

Nein, natürlich ist das nicht falsch. Es kommt aber streng auf die informationstheoretischen Ziele an, die man letztendlich mit einem Empfänger erreichen möchte. Konkret kommt es darauf an, was für Informationen das Signal trägt und wie es jene trägt.

Sprechfunk z.B. in AM sind die reinsten Formen der analogen Technik. CW (Morsen) hingegen kann man schon als digital verstehen. Selbst um jetzt Beides zu vergleichen, muss ich digitale Ausdrücke nutzen. Für einen Vergleich werde ich nun ein Spektrumsfenster beschreiben. Die Frequenz ist die horizontale Auflösung und die Amplitude ist die Vertikale und skaliert in Dot’s.

Um AM mit CW zu vergleichen benötige ich bei AM mindestens zwei vertikale Dot’s um eine Änderung festzustellen. Bei CW hingegen benötige ich nur ein Dot, weil sich die Information nur mit AN / AUS kennzeichnet. Bei FM ist das auch so, denn mit nur einer horizontalen Positionsänderung kann sich eine Frequenzänderung kennzeichnen. Und bei PSK kommt es ebenfalls auch nur auf die horizontale X-Auflösung an. Ist sie zu grob werden die Phasensprünge nicht mehr differenzierbar.

Ps. Ein Empfindlichkeits-Vergleich wird gern in CW (mit 1 Dot) angeführt. Doch erscheint es mir auch bestens dazu geeignet zu sein, damit eine gute phonetische Verständlichkeit zu suggerieren, die selbst mit 50 Dot's mehr, noch immer phonetisch unzureichend bleibt.

Gewöhnlich wird es bei AM sicherlich nicht mit den zwei vertikalen Dot’s getan sein, weil phonetische Verständlichkeit erheblich mehr vertikale Dot’s braucht. Daher ist ganz besonders bei der Amplitude eine relativ hohe Anzahl an Dot’s nötigt, um verständlich auf unsere Ohren zu wirken. Und erst recht sind hierbei die feinsten horizontalen Phasen- bzw. Frequenz-Verschiebungen noch wichtiger, als man gewöhnlich vermuten möchte. Das gleiche trifft für USB und LSB Sprechfunk zu, weil beides auch nur das obere oder untere Seitenband des ursprünglichen AM-Signals ist.

Somit habe ich Ihnen mit CW, FM und PSK eine vertikale X-Achse beschrieben und mit LSB, USB und AM beschrieb ich eine Y-Achse. Die X-Achse trägt die Zeit als Frequenz oder Phase. Die Y-Achse trägt die Amplitude, also das, was wir auch Lautstärke nennen.

Würde man nun eine Strategie aufbauen damit man nicht mit den negativen Elementen einer geringen Auflösung kollidiert, dann würde man entsprechend der CW-Methode die Signale digitalisieren und die bitfressenden analogen Signale als Zahlenwerte von Amplitudenmessungen eines ADC’s (Analog Digital Converter) übertragen, die dann später einmal wieder über einen DAC (Digital Analog Converter) wiedergegeben werden.

So macht man es bei Handy und Konsorten und erstellt die Frequenzen auf digitale Weise, weil die analogen Signalproblematiken hierbei nicht mehr relevant sind.

Und so kommt es, dass das aktuelle Problem der SDR-Gemeinde immer noch die unsaubere Dekodierung von phonetischen Signalen ist. So möchte ich nun hinterfragen, wieso die Ergebnisse mit einem alten analogen Radio besser sind, obwohl auf den meisten SDR-Prospekten doch so fantastische Werte angegeben sind.

Nicht jedes Software Defined Radio kann das halten,
was sich Andere zuviel davon versprechen.

Zugegeben, ein SDR ist die reinste Freude für bastelnde Funkamateure. Auch kommerziell werden damit unzählige Probleme gelöst, wobei die mechanischen Größen und die Produktionskosten alles bestimmen. Im Speziellen wird damit gerade die Technikgläubigkeit der Funkamateure in bare Münze gewandelt.

Ich glaube kaum, dass man die SDR-Innereien vor einen gut ausgebildeten Techniker verbergen kann. Dennoch ist es üblich, dass bei kommerziellen SDRs die Schaltpläne fehlen, um wirklich beurteilen zu können, was da gut oder schlecht sein könnte. Sollte aber doch einmal Irgendjemand das „Super-Radio“ erfunden haben, dann liegt die Büchse schon morgen auf Pandoras Tisch.

 

Und daher noch einmal - unmissverständlich: Je digitaler und direkter, desto schlechter das Signal.

Und bitte, beachten Sie nun noch einmal besonders: schlecht ist nicht gleichbedeutend mit schwach oder unempfindlich. Eine ADC-dB-Skala wird immer vom Geldbeutel begrenzt. Eine Analog-Skalierung hingegen hat immer eine kostenlose, unendlich große dB-Skala, auch bei extrem kleinen Größen. Und es ist immer schlecht, wenn man das nicht macht, was notwendig wäre.

 

Daher, je direkter, je früher das Signal im Filterweg abgetastet wird, desto höher sind die nachträglichen Qualitäts- und dB-Verluste für digitale Softwarefilterung, usw.

Noch größere Verluste kann man von SDRs erwarten, die komplett digital das Signal gewinnen. Die es in I und Q zu zerlegen, damit es anschließend von der Soundkarte des Computers noch einmal zersägt und verfiltert werden muss, um es dann mittels der Complex-Methode in imaginäre Frequenzfetzen zu zerlegen.

Wenn es also um die Qualität von Empfängern gehen soll, dann sollte jeder wissen, dass es immer nur ein analoges, gut aufbereitetes Signal sein sollte, das möglichst spät digitalisiert wird, bevor es vom Computer weiter verarbeitet wird. Jegliche vorherig notwendige Filterung ist analog Myriadenfach besser, als eine nachträgliche Softwarefilterung. Denn ein analoges Signal hat immer eine unendlich große dB-Auflösung und kann die kleinsten Spannungen genauso gut filtern, wie die Großen. Beim Computer hingegen ist die Bitanzahl der Größen beschränkt und die enden schon beim normalen Computer praktisch bei 23-Bit (weil die Signal-Quadratur auch noch Bits braucht). Der Regefall ist aber, dass 16-Bit schon das übliche Maximum ist. Das heißt, das Signal hat maximal eine Auflösung von 96 dB, die auch noch mit der Complex-Methode auf 1/4 bis 1/8 der ursprünglichen Information massakriert und reduziert werden. Somit gehen bis zu 3 Bit Auflösung verloren. Bei 16-Bit sind am Ende nur noch 78 dB verfügbar und bei einem 14-Bit ADC nur noch 66. Wenn ein derart geschwächtes Signal durch die Softwarefilter läuft, dann wird dem Signal auch dort noch einiges an dB entzogen.

Ich verstehe gar nicht, wie die abenteuerlichen dBs zustande kommen, die die SDR-Gemeinde zu solchen Höhenflügen veranlasst. Ich will nun dies nicht weiter ausführen und dem zukünftigen Verbraucher von einem Software Defined Radio einige Punkte mitgeben, mit dem die zu erwartende Qualität des Endgeräts beurteilt werden kann. Doch dazu ist es notwendig sich einige scheinbar unwichtige Nebeninformationen anzutun.

Besonders kann ich es Jenen empfehlen,

die bereits schon wissen, wie es funktioniert. Denn,

 jenes Wissen war vor 2011 noch unvollständig.

 

Keinesfalls ist an der Schwingungslehre etwas falsch. Nein, nur die informationstheoretische Anwendung jener, wurde im Amateurfunk so pervertiert, dass der eigentliche Sinn verloren ging. Denn man versucht Strategien anzuwenden, die ausschließlich für digitale Überlegungen gut waren. Also damit niemals eine analoge Signal-Rekonstruktion im Auge hatte. Daher denke ich, es bedarf der Aufklärung, wie es eigentlich hätte sein sollen und wozu es einmal gedacht war.

Seit mehr als 30 Jahren zitiert man mich und arbeitet nun mit meinen Ideen. Ein gewisser Professor sagte 1976 zu mir: Peter, was du da machst, das ist die Quadratur des Kreises. Aber, worum ging es denn hier eigentlich? Damit der normale Funkamateur dieses auch versteht, erkläre ich es nun ohne mathematische Akrobatik, worum es bei der I/Q-Signal Aufbereitung und anschließender Verarbeitung eigentlich geht.

Es geht hier um die Vorhersage eines Minutenzeigers einer Uhr. Also, wann wird er wo sein. Und darum, warum das Elektrische dem Magnetischen immer mit 90° entgegen steht. Also konkret geht es hier um die elektromagnetische Welle – oft auch nur Funkwelle genannt.

Nun, die Quadratur des Kreises ist eigentlich der gröbste Unfug, den man machen kann. Und dieser Professor wollte mich einfach nicht verstehen. Er verstand nur „Bahnhof“, nur Einstein und der verdrehte damals gerade den Physikern die Uhren. Ich hingegen meinte, dass Hilbert, Dirac, Fourier usw. alle davon sprachen, das die gewissen 90° wohl eher aus einer 4.Dimension kommen müssten, als dass Sie jemals korrekt und vollständig in 3D verstanden werden könnten. Also, was eine elektromagnetische Welle ist! Ich hingegen aber meinte dieses zu verstehen.

(googeln Sie doch einmal nach - 1976, bonitistische Geometrie ).

 

Es ging also darum das ein Minutenzeiger einer Uhr bei 12 Uhr Start nach 15 Minuten auf 3 Uhr steht. Dieses ist genau ¼ Umdrehung oder auch 90° eines Kreises. So entstehen 4 Quadranten, weil ich für meine Betrachtungen vier rechte Winkel brauchte, damit ich mittels Pythagoras alle Strecken, Zeiten und Frequenz errechnen konnte. Wenn Sie das folgende Bild betrachten, dann erkennen Sie, es handelt sich um den Verlauf eines Sinusbogens, um die Vorhersage eines Minutenzeigers und sein wahrscheinlicher Verlauf auf dem Papier.

Ja, Ja, ich weiß, es erscheint recht kompliziert den Stand des Minutenzeigers vorherzusagen. Und wie jeder weiß, Manchem will das nie gelingen. Dennoch ist klar, dass sich nach 15 Minuten, oder auch 90° später, der Zeiger ¼ eines Kreises weiter bewegt hat.

Ich zeichne nun den zeitlichen Verlauf der 90°-Schritte als rote Kreisabschnitte, die als eine stetige Abfolge von Messergebissen einer genau bestimmten Zeit unsere späteren Samples sein sollen.

Also, jedes Viertel ist hier ein Quadrant und es geht darum alle 15 Minuten den realen Stand des Zeigers zu überprüfen (zu messen). Nun können Sie sehen der erste Quadrant ist 12 - 3 Uhr, der zweite 3 - 6 Uhr usw.

Nun kann man sich vielleicht das Messen ersparen, denn ein Sinusbogen wird niemals anders verlaufen. Also, man zerlegt den Sinus in genau 4 Teile mit einer statischen Geschwindigkeit und erhält dadurch die Phasenlage, wo der Zeiger wirklich steht. Woraus dann schlaue Leute errechnen können, wie viel Abweichung es pro Umdrehung ist, was sich dann einfach nur als eine Frequenzabweichung der Sinusfolgen äußert. So etwas berechnet man mit dem Pythagoras. Und jenes erklärt dann auch die gewünschten 90° Winkel. Daher hat jeder rote Kreisabschnitt zwei Katheten und ¼ Kreisumfang als Hypotenuse.

Ja, Pythagoras war schuld, warum ich alles quadrieren wollte, was von dem Professor als Kreis-Quadratur bezeichnet wurde. Trotzdem, die 90°-Kreisabschnitte brauche ich für die Demodulierung von LSB, USB, AM oder FM. Ich benötige also ein Quadratur-Signal, eine Messung, die um 90° different zu dem aktuellen Inphase-Signal ist. Beachten Sie aber besonders, jeder vorherige oder folgende rote Kreisabschnitt ist immer 90° different.

Ich werde die Messung mit einer komplexen Konjugation berechnen. Das hört sich mächtig und gewaltig mathematisch an, ist dafür auch umso simpeler zu verstehen.

Das I sind die rote Viertel und das Q sind die Blauen. Wenn man aber genauer hinsieht, dann ist blau immer nur 90° versetzt. Das heißt, alles ist doppelt vorhanden.

Löscht man alles Doppelte (Bild ), dann müsste nur die Hälfte zum Computer zu übertragen werden (Bild ).

Ganz genial ist dabei also die erwähnte Konjugation, was auch nur spiegelbildliches Verdrehen bedeutet. So wird der 1.Quadrant (12-3 Uhr) um 90° gedreht zum 2.Quadrat (3-6 Uhr) und beide Quadranten zusammen werden dann auf die Gegenseite gespiegelt.

Ganz besonders sei noch die Lösung erwähnt, die den Computer entlastet. Man dreht das I-Signal elektrisch um 90° und überträgt es dann als Q-Signal. So hat man immer 2 Messungen zur gleichen Zeit. Und wenn man nun auch noch komplett die nächste Umrundung der Messung ausfallen lässt, dann können Sie die Frequenz noch breiter Übertragen. Somit wird nur noch 1/8 der Ursprungsmenge zum Computer übertragen.

 

Wenn Sie es so machen, dann werden alle selbsternannten Experten Ihnen gratulieren und man wird Sie als genialen Techniker feiern. Und die Funker werden es Ihnen nachsehen, dass Ihr SDRadio aus unerklärlichen Gründen heute mal wieder nicht so gut war, wie es das Prospekt versprach. Zumindest hat man es ja schriftlich, weil doch SDR drauf steht, muss es ja auch gut sein.

Komplexe Konjugation ist besonders beim Amateurfunk informationstheoretisch nicht tragbar, weil es sich beim SDR um Signale handelt, die Information zum Computer bringen sollten. Und mit der beschriebenen Fallstudie wird die Information regelrecht massakriert. Kommerziell nennt man das ...idealisiert..., weil es doch sowieso nur auf möglichst breite Spektren ankommt, statt auf eine messtechnisch bzw. phonetisch korrekte Wiedergabe.

Ursprünglich diente diese Complex-Methode dazu, ein möglichst breites Spektrum zu übertragen. Im Hinblick auf die geringe Bandbreite der ZF-Dekodierung, und weil man genug Samples hatte, konnte man die Mengen nun auch wieder dezimieren. Jedoch konkret wusste nun Niemand mehr, welcher der ursprünglichen Bytes nun imaginäre Information enthielten und welche nicht.

Wie schon einmal erwähnt ...“erinnern Sie sich, dass ich 90° später sagte und niemals 90° weiter sagen will. Denn die X-Achse ist eine Zeitachse und sollte niemals mit einer Wegstrecke verwechselt werden“...

Nun sehen Sie im Bild links, da habe ich eine Spirale (1) gezeichnet. Diese zeigt sich also mit 45° Drehung zum Kreis (2) (unsere Uhr). Wogegen sie als Sinuswelle (3) mit 90° zum Kreis verdreht ist.

 

Nun sollte klar sein, dass dieses nur eine räumliche, geometrische Darstellung ist. Somit ist eine elektrische 90° Phasenverschiebung auch nur eine räumliche, geometrische Verschiebung und Diese trägt niemals den realen Messzustand, die eine 2. Messung 90° später haben wird. Der aktuell, reale Zustand der Phase wird somit niemals gemessen. Auch wenn solch ein Q-Signal unnötiger Weise zum Computer transportiert wird, wird daraus niemals eine reale Information.

Und die weiteren Messungen für den 3. und 4. Quadrant werden nun auch noch durch Spiegelung ersetzt. Womit sich nur noch ¼ der realen Information in den zu übertragenden Bytes befindet. Wenn ich nun daran denke, dass die 2. Runde der Messung nun noch ganz ausfällt, dann wäre das nur eine Messung pro 2 Umdrehungen.

Man, ganz schön heftig, 7 Teile weniger. Man hätte auch noch auf den elektrische Aufwand für die 90° Drehung und das Übertragen des Q-Signals verzichten können, weil ein Computer einfach nur das ankommende I-Signal mit -1 hätte multiplizieren müssen (also den Uhrzeiger von 12 auf 6 Uhr klappen), um ein Q-Signal zu erhalten.

Complex nennt man die Methode, die da mit komplexen Konjugationen rechnet, und dieses machte nur Sinn innerhalb nativer Systeme (wie z.B. im Handy), wo ein kleiner Chip alles elektrisch generiert und bearbeitet. Was die SDR-Gemeinde da gern als ‚software defined’ verstehen möchte, ist nur der zwanghafte Versuch, diese Dinge so zu nutzen, wie sie eigentlich unter völlig anderen informationstheoretischen Überlegungen gemacht wurden und dort wegen der geringen Wertigkeit gebilligt wurde, was auch die Ergebnisse billiger machte.

Fazit: 7 Teile weniger, als es hätten real sein können. 7x mehr reale Auflösung bring z.B. bei PSK erheblich mehr Ausbeute und bei Sprechfunk 7x mehr Verständlichkeit.

 

Ein Lösungsweg, - so war es einmal gedacht!

Die bonitistische Real-Methode, Autor Bonito 1976.

Es werden nur reelle Messungen genutzt. Die gewünschte ZF-Mittenfrequenz mit 4 multiplizieren, das ergibt die Menge der Samples oder auch die notwendigen Messungen pro Sekunde. Jede ankommende Messung ist das I-Signal. Und die alte vorherige Messung ist dann das Q-Signal.

 

 

Das war’s! Kein Hilbert, kein Fourier (FFT), kein nix, kein gar nix! So hatte ich es mir 1976 gedacht. Doch heute mache ich nichts mehr davon. Denn ich filtere und dekodiere nichts und mache auch nichts mehr mit I und Q, sondern verschiebe nur noch Bits, so wie Sie es auf ein sichtbares Spektrum auch tun würden. In einen späteren Beitrag werde ich das irgendwann genauer erklären.

 

Die Bits und ihre Konsequenzen in dB.

Grundsätzlich zählt die Anzahl der Bits des ADC's, der die Amplitude des Signals ausmisst. Und diese Bits bestimmten ursprünglich auch die Menge, die pro Sample Übertragen werden müssen. Jedoch haben schlaue SDR-Füchse einen Weg gefunden, wie die Büchse nicht mehr so schnell von Pandora geöffnet werden kann.

So kann man die Ausgabewerte in dBm vom SDR geliefert bekommen, wo jene Größen dann so angegeben sind, als seinen sie real gemessen worden. Die Werte sind aber intern so angepasst, dass sie jederzeit einem messtechnischen Vergleich in dBm standhalten würden.

Fast genial, aber leider ist es auch mit mathematischer Akrobatik nicht möglich das dB-Verhältnis des Ursprungssignals zu ändern. Sehen Sie sich den Sinusbogen hier im Bild rechts an. Die Kleinen sind nur ¼ vom großen Bogen. Sie sehen kaum Stufen bei den Kleinen. Jedoch stark ausgeprägt sind diese Stufen im großen Bogen zu sehen. Diese Stufen sind die kleinsten möglichen Spannungsgrößen, die der ADC erfassen kann, also seine Auflösung, seine Empfindlichkeit. Daher ist es egal wie groß oder klein das Bild gemacht wird, die Kleinen werden immer nur ¼ des großen Sinusbogens bleiben.

Und wenn der große Sinusbogen 84 dB hat, dann wird er 14-Bit oder 16384 Stufen haben. Und ¼ ist gleichbedeutend mit 2-Bit Unterschied, also 16Bit. Das heißt, der große Bogen repräsentiert einen 14-Bit ADC und jeder Kleine einen 16-Bit ADC mit 65536 Stufen.

Auch wenn man alles in große Zahlen, von 0-144 dBm, skaliert und mit 24-Bit zum Computer übergibt, auch dann ändert man nichts an den Verhältnissen, die sich in dB ausdrücken. Informationstheoretisch wurden 10 Bit zuviel übertragen, was doch nur den einen Zweck haben kann, nämlich kommerziell den Eindruck zu erwecken, hier würde mit 24-Bit gearbeitet.

Daher,           niemals die Bit-Länge der Ausgabe mit den ADC-Bits gleichstellen.

Ps. Das ist so, als würde man einen Gummi-Zollstock nutzen und beliebig zerren dürfen, weil die Skala ja geeicht ist. Ich verstehe nicht, wieso kompetente Techniker so etwas nicht bemerken, sobald die Skala in dB geeicht ist. Mein Gehör ist mein Messgerät - und das ist recht schlecht. Und somit ist ein Signal nur dann gut, wenn ich es phonetisch verständlich aus dem Radio höre.

24 Bit, bzw. ~16 Millionen Stufen, das wäre eine Auflösung, bei der man noch etwas lauter stellen kann, das 100-Tausendfach (-100 dB) zu klein empfangen wurde. Und so wären 160 Stufen immer noch phonetisch differenzierbarer, als nur eine Stufe, wie vom 14-Bit ADC (16384/100000=0, NIX)

 

Die AGC und schlechtes Großsignalverhalten.

Um nun bald zu einem brauchbaren Ende zu kommen, will ich hier noch schnell beschreiben, wie man im digitalen Sinne (informationstheoretisch) höher Auflöst, damit man aus den ADC-Bits das optimale herausholen kann.

Der ADC hat einen festen Spannungshub (min / max), wo er noch die kleinste Spannung erfassen kann und wo das obere Ende ist. Somit muss die Verstärkung des Signal-Maximums immer gerade so eingestellt sein, dass dieses gerade noch die größte Zahl im ADC produziert. Nun darf man aber auch nicht all zu dicht an die Grenzen gehen ohne dabei Gefahr zu laufen, die Einstellung zu übersteuern.

Auf diese Weise wird die optimale Verstärkung immer eine maximal aufgelöste Signalamplitude anbieten. Jedoch funktioniert dieses nur, wenn das Empfangs-Spektrum relativ schmal ist, damit kein Nachbarsignal, mit seiner größeren Amplitude, den Regelkreis der AGC zu einer geringen Verstärkung veranlasst. Denn sonst wird das gerade betrachtete Signal mit wesendlich geringeren Werten von dem ADC digitalisiert. Und besonders im Amateurfunk zeigt sich dann ein breites Spektrum sehr widerwillig gegen die versprochene Dynamik.

 

Fazit:	Analoge Signale werden jetzt unverständlich
	und ganz besonders, wenn X- und Y-Achse dezimiert wurde.

 

Betrachten wir nun noch einmal das anfängliche Massaker mit der X-Achse. Dieses wurde doch nur gemacht, weil die SDR-Gemeinde ein möglichst breites Spektrum haben will, bis es überhaupt nicht mehr gut ist, weil die ganzen Feinheiten sowieso auf den Bildschirm nicht mehr vernünftig auflösbar sind. Ja Leute, so gesehen kann man dann recht viel dezimieren. Wenn sowieso keiner mehr hören will, was ein anderer Funkamateur aus Hawaii zu bieten hat.

Konkret heißt das für einen Funkamateur, sowie auch nur irgendein starker Sender im Spektrum auftaucht ist die Unterhaltung mit Hawaii zu Ende.

So hilft nur noch das komplette abschalten der AGC und dann kommt nur noch die Grundverstärkung mit seinen realen dB’s (ADC-Bits) zum tragen. Ich weiß natürlich nicht welche Verstärkung jetzt zum Wirken kommt, aber dass das nicht für jeden Sender gut ist, das ist wohl Jedem klar. So wird auch einsichtig, dass viel zu wenige ADC-Bit’s die kleinste hörbare Größe bestimmen.

Würden wir nur Morsen, dann würden das Problem ja etwas weniger bemerkt. Denn es ist nur ein Dot nötig, um es zu verstehen. Sprache war sicherlich schon lang davor nicht mehr verständlich. Aber wenn nun das CW-Signal auch noch ein klein wenig geringer wird, dann ist es überhaupt nicht mehr da. Und was nicht da ist, das wird auch nicht vermisst oder schlecht beurteilt oder kann als Spiegelfrequenz sein Unwesen treiben.

 

Kleinste dB -Eitelkeiten und -Dummheiten.

Also, alles Folgende sind praktische Vereinfachungen mit denen ich gewöhnlich Pi mal Daumen rechne. Und ich betrachte alles in Amplituden-Spannungen, Signal-Stärken oder Feldgrößen 1/r.

1 Bit = 6.02 dB

Die Quadratur der internen Signalberechnungen wird von mir als Magnitude bezeichnet und berechnet. Hierbei kann maximal ein Faktor von Wurzel 2 = 1,4142 entstehen (näheres finden Sie im gleich folgenden Kapitel). Ein 32Bit-Rechner kann nur ~23 Bit verarbeiten, denn 24 Bit x 1,41 sind schon 33,84 Bits und damit ist ein 32Bit-Rechner schon überfahren. Natürlich könnte man alles auch intern mit 64 Bit berechnen, aber man wird niemals real mit solchen Werten konfrontiert.

Bei Nutzung eines 14-Bit ADC sind das dann 84.28 dB. Nun fragen Sie sich doch einmal, wie soll man denn nun z.B. 90 dB Spiegelfrequenzunterdrückung verstehen oder welcher Zauberlehrling hielt 100 dB Dynamikumfang für plausibel und schrieb dieses ins Datenblatt.

Recht beeindruckende Zahlenakrobatik kann schnell die Sicht vernebeln. Wenn nun die Empfindlichkeit in dBm angegeben wird z.B. -130 dBm, dann ist der Misstand komplette in µ-Volt vernebelt. Jetzt muss die AGC bis zum kleinsten Spannungswert getrieben werden damit der ADC jenes in 16384 Stufen zerlegt. So wird nun vollständig übersehen, das eigentlich nicht mehr als ~84db einschließlich Grundrauschen verwendbar sind. Und das die -130 dBm nur bei maximalen AGC-Verstärkungsfaktor zustande kommen.

Ist nun das Signal im allgemeinen Pegel atmosphärisch angehoben - stärker, dann fährt der Verstärkungsfaktor herunter. Die Bits ganz oben in der Skala behalten aber immer ihr Verhältnis zueinander. Und da oben gehen uns bald die Bits aus. Wogegen es dann besser wäre, wenn der allgemeine Störpegel so schwach wäre, dass die AGC ihren höchsten Verstärkungsfaktor nutzt.

Es gibt eine Methode, da kann man die X- und die Y-Achse einer Spektrumsanzeige solange beliebig vergrößern bis man die Treppenstufen sehen kann.

Ja, man kann damit wirklich dB-Bauklötze staunen, weil man sie jetzt wirklich auch sehen kann. So etwas wird natürlich von der kommerziellen SDR-Seite nicht gern gesehen, wenn da jemand so simpel zeigt, was bisher niemand verstehen konnte und wahrscheinlich auch jetzt noch nicht richtig. Aber ich bin mir sicher, es wird genug Funkamateure geben, die es verstanden haben und es den anderen vorleben werden.