Digital-RX

Gerätevorstellung

Auf Basis des RMF22B-Systems entstand unser Digitalempfänger RDR54. Dabei handelt es sich um einen Mess- und Kommunikationsempfänger für den Frequenzbereich 1 kHz - 30 MHz plus 50 - 54 MHz. Im Gegensatz zu üblichen “Digitalempfängern” auf SDR-Basis (Software Defined Radio) ist der RDR54 ein eigenständiges, PC-unabhängiges Gerät mit vollständig integrierter digitaler Signalverarbeitung ohne eingebauten oder externen PC. Der RDR54 ist kein SDR wie z. B. der “Perseus” oder gar mehr oder weniger einfache Vorsatzgeräte für die PC-Soundkarte.

Die Umsetzung des Empfangssignals in digitale Daten erfolgt “direkt an der Antenne”. Die gesamte weitere Signalverarbeitung ist digital, wobei konsequent modernste Verfahren eingesetzt werden. Dazu wird zunächst ein beliebig wählbares Frequenzband (163,84 kHz breit) von der Zeit- in die Frequenzebene transformiert, in der alle weiteren Algorithmen wie Filterung und Demodulation vorgenommen werden. Diese Vorgehensweise ermöglicht neue Eigenschaften der Signalverarbeitung gegenüber der bloßen Nachahmung früherer analoger Verfahren auf digitaler Ebene.

Der Aufbau aus Komponenten des RMF22 Systems garantiert eine robuste Mechanik mit guten EMV-Eigenschaften. Damit ist der RDR54 sowohl für den Empfang von Funksignalen vielfältiger Art, als auch für Messzwecke einsetzbar. Das Gerät ist zudem mit Abmessungen von 290 x 125 x 245 mm³ (Breite x Höhe x Tiefe, Standfüße eingeklappt) und ca. 4,5 kg Gewicht noch recht handlich und leicht transportabel.

Für die verschiedenen Einsatzzwecke stehen unterschiedliche Baugruppen zur Realisierung des Gesamtgerätes “RDR54” zur Verfügung. Diese können auf der Vorder- und auf der Rückseite des Systemgehäuses eingesetzt werden und sind einfach austauschbar (ähnlich dem 19”-System). Die obige Ansicht zeigt zunächst die Vorderseite mit folgenden Baugruppen für die erste Serienvariante RDR54B:

FDA20 (Digital Audio Generator, Version C1) mit 2 Kanälen 16 Bit Stereo Ausgabe für Kopfhörer und 1 Kanal 3 Watt C-Verstärker (PWM mit 1,5 ns Auflösung).

FGC1 (Grafik Controller, Version B1) mit 3,7 Zoll VGA TFT-Display und 256 Farben.

FKC16 (Keyboard Controller B1) mit 16 Tasten und 25 oder 50 (Version B2) Impuls-Drehgeber.

Die einzelnen Baugruppen sind beliebig vertauschbar, beispielsweise kann die Tastatur für Linkshänder auch links angeordnet werden. Für Messzwecke steht eine Displayeinheit mit WVGA-Auflösung (800 x 480 Pixel) und 5 Zoll Bilddiagonale zur Verfügung. Dann kann allerdings nur eine kleinere Lautsprechereinheit eingesetzt werden (Version RDR54C). Auch der Betrieb zweier Displays ohne Lautsprecher (reines Messgerät mit Trennung Bediendisplay / Messwertdisplay ist möglich (Spezialanfertigung).

Auf der Rückseite sind die Signalverarbeitungskarten eingesetzt:

RAD17 (Version C1), dies ist der Analog-Digital-Umsetzer für die Mess- / Empfangssignale. Es handelt sich um einen 2-Kanal 16 Bit ADC mit 83,86608 MHz Taktfrequenz. Der Umsetzer kann Signale im Bereich von 100 Hz bis 300 MHz (-3 dB Grenzen) verarbeiten. Für die Anwendung als Funkempfänger ist eine zusätzliche Analogsignalverarbeitung vorhanden, die Verstärker, Filter und Dämpfungsglieder enthält. An 2 getrennten Eingängen (50 Ohm Impedanz, Ant1 schaltbar auf ca. 0 Ohm = Stromeingang) können Antennen für den Empfang im Bereich von 1 kHz bis 30 MHz (Ant1) und für den Bereich 50 MHz bis 54 MHz (Ant2) angeschlossen werden. Die Anschlüsse sind als SMB-Koaxialbuchsen ausgeführt.

Für Messzwecke wurde hier noch die Baugruppe RDG10 (Version B1) eingesetzt. Sie enthält einen DDS-Doppeltongenerator und gehört nicht standardmäßig zum Gerät RDR54B.

RDR25 (Version C1) ist die Signalverarbeitungskarte zur Umsetzung der Digitalsignale in die Frequenzebene und deren Weiterverarbeitung zur Erzeugung von Anzeigedaten und Daten für die Audiowiedergabe. Sie trägt auch den Prozessor zur Steuerung des Gesamtgerätes (Master-Task des RMF-Systems). Die USB-Buchse (High-Speed USB 2.0) erlaubt den Anschluss eines PC zur Übernahme von Messdaten, Rohdaten der Signalverarbeitung (Weiterverarbeitung und Speicherung) und zur externen Steuerungsmöglichkeit des RDR54.

RPS25 (Version C1) ist ein Netzteil für 230 V~ mit Netztransformator. Es garantiert gegenüber einem Schaltnetzteil (speziell externes Steckernetzteil) wesentlich geringere EMV-Störungen. Maximalleistung 25 VA, ausreichend für den RDR54 ohne Zuschalten des Lüfters bei Umgebungstemperaturen unter 30°C.

Anstelle der großen Blind-Frontplatte können zusätzliche Baugruppen eingesetzt werden. Damit sind beispielsweise Erweiterungen mit zusätzlichen Messaufnehmern (Netzwerkanalyzer) oder zum kompletten Transceiver möglich. Es sind auch weitere RDR25 Baugruppen einsetzbar (Mehrkanalempfänger), die jeweils einen eigenen Empfangsbereich verarbeiten und die Daten beispielsweise an einen PC senden.

Der modulare Aufbau gestattet weiterhin den Austausch jeder Baugruppe durch neue Versionen. Zum Beispiel ist bei den Analog-Digital-Umsetzern eine starke Weiterentwicklung zu beobachten, die zukünftig für noch bessere Empfangseigenschaften sorgen wird.

Jede Baugruppe mit Version C oder weiter ist außerdem über die USB-Schnittstelle der Signalverarbeitungskarte RDR25 (und das Embedded-Betriebssystem RMF22) mit neuer Software und teilweise auch kompletter Hardwarekonfiguration (bei Einsatz frei programmierbarer Bausteine wie PLD und FPGA) update-fähig.

Einsatzmöglichkeiten und Bedienung

Der Digitalempfänger RDR54 wurde vorwiegend für den Einsatz als Funkempfänger im Bereich bis 30 MHz und im 6 m-Band von 50 - 54 MHz konzipiert. Er kann ohne Einschränkung der technischen Daten bis herab zu ca. 30 kHz eingesetzt werden, bis hinunter zu 1 kHz verringert sich die Empfindlichkeit um rund 10 dB. Haupteinsatzfall sind der Empfang von kommerziellen und Amateurfunk-Aussendungen. Weiterhin erlaubt der Empfänger die Verwendung als Messgerät zur Frequenz- und Amplitudenmessung (Spektralanalyse) bei mittleren Genauigkeits- und hohen Auflösungsanforderungen.

Entsprechend dem vorgesehenen Verwendungszweck orientieren sich Einstellmöglichkeiten und Bedienung an üblichen Geräten der Funk- und Messtechnik aus dem analogen Gerätebereich. Teilweise wurden jedoch auch neue Verfahren integriert, die bisher nur bei sehr aufwändigen Systemen oder mit dem zusätzlichen Einsatz von Personalcomputern realisierbar waren. Es sind auch einführungsweise absolut neue Prinzipien vorhanden, die aus der grundlegend neuen Arbeitsweise des Gerätes (Signalverarbeitung in der Frequenzebene der Empfangssignale) herrühren.

Die gesamte Bedienführung erfolgt durch Anzeige aller Geräteparameter und der Messwerte auf einem Grafikdisplay. Dabei folgt die Bedienung dem WYSIWYG-Prinzip: What You See Is What You Get (Sie erhalten das, was sie sehen). Es bedeutet, dass Einstellungen und Anzeigen vorwiegend grafisch erfolgen, anstelle der Eingabe von Ziffern oder Buchstaben. Natürlich ist auch die Anzeige und Eingabe von Ziffern möglich und sinnvoll, beispielsweise bei Frequenzeinstellungen.

Die folgenden Displayausdrucke (für Dokumentationszwecke über den USB-Anschluss jederzeit möglich, Software wird mitgeliefert) sollen einen Überblick über die grundlegenden Funktionen geben. Was diese Bilder leider nicht wiedergeben können, ist die enorme Dynamik der Anzeige. Bis herab zu Auflösungen von 20 Hz / Pixel erfolgt die Darstellung der Messkurven mit voller Bildwechselfrequenz des Displays. Der Eindruck entspricht der Betrachtung ähnlich einer herkömmlichen Bildröhre beispielsweise von Spektrumanalyzern oder Oszillografen. Selbst bei der Maximalauflösung von 2,5 Hz / Pixel werden noch 10 Kurven pro Sekunde geschrieben (Begrenzung durch die Rechenzeit und Speicherkapazität der Signalverarbeitung). Weiterhin wurde bei der Entwicklung der Grafikkarte(n) höchster Wert auf Entkopplung der Displayfrequenzen von den Zeichenvorgängen gelegt. Damit ist unter fast allen Umständen eine flimmer- und artefaktfreie Darstellung der Messkurven gewährleistet.

Zentrales Anzeigeobjekt ist die Darstellung des Spektrums der Empfangssignale in einem wählbaren Frequenzbereich von 1,28 kHz bis 163,84 kHz Breite, hier beispielhaft mit größter Darstellbreite (ein Ausschnitt des 41 m Rundfunkbandes). Die Auswahl des Hauptempfangsbereichs, der ständig komplett vom Empfänger verarbeitet wird, geschieht durch Einstellung der Startfrequenz (oben links hell hinterlegt dargestellt, rechts daneben wird immer die zugehörige Endfrequenz angezeigt).

Die Einstellung der Breite des sichtbaren Bereichs der Spektrumdarstellung innerhalb des gewählten Empfangsbereichs geschieht durch Anwahl dieses Einstellwertes mittels Drehen des Drehknopfes der Tastatur im gedrückten Zustand:

Der Drehknopf der Tastatur ist das zentrale Bediengerät. Wird er gedrückt und gedreht, kann die aktive Eingabestelle entsprechend des Drehsinns über das Display bewegt werden. Die aktive Eingabestelle ist immer durch Inversdarstellung (heller Hintergrund mit dunklem Text, in Dialogen umgekehrt) gekennzeichnet, im obigen Bild also links oben die Startfrequenz.

Hz / Pixel Hz / Teil

Anzeige der Spektralauflösung

Die Breite der Spektrumdarstellung ändert sich immer mit Verdopplung bzw. Halbierung, sobald man den Drehknopf in ungedrücktem Zustand (Änderung des angewählten Wertes) dreht. Es sind gleichzeitig immer 3 Darstellungen vorhanden:

Audio1 (Farbe türkis) für die Konfiguration des 1. Audiokanals.

Audio2 (Farbe orange) für die Konfiguration des 2. Audiokanals.

Video1 (Farbe magenta) für Messzwecke.

Die Umschaltung zwischen den Darstellungen erfolgt durch wiederholtes Betätigen des Funktionsknopfes F4 der Tastatur, der als “Softkey” für diese Funktion programmiert ist und dessen Anzeige (im Bild rechts fast unten) immer Farbe und Name der augenblicklich angezeigten Spektrumdarstellung wiedergibt:

Die Tastatur dient vornehmlich zur schnellen Eingabe von Zahlenwerten. Dazu muss lediglich eine von Null verschiedene Taste betätigt werden und diese erste Ziffer erscheint im aktiven Eingabewert. Weitere, inklusive Null oder Komma, können eingegeben oder gelöscht werden. Die Übernahme oder das Verwerfen des Eingabewertes erfolgen mit “OK” oder “Esc” (gekennzeichnete F-Tasten). Taste “0” setzt einen Frequenzeingabewert immer auf das nächst gelegene Vielfache der zugehörigen Schrittweite, wenn sie außerhalb einer aktiven Dezimaleingabe gedrückt wird.

Wo innerhalb der augenblicklichen Gesamtverarbeitungsbreite zwischen Start- und Endfrequenz die Darstellung der 3 Kanäle liegt, wird schematisch hier angezeigt:

Die kleinen Fenster mit der Farbe des entsprechenden Kanals stellen die Lage und Breite ihrer augenblicklichen Einstellung relativ zum aktuellen Empfangsband grafisch dar. Die Frequenzangaben (alle Frequenzangaben sind immer in Hz) innerhalb oder rechts oder links der Fenster geben die Mittenfrequenz des Kanals an. Die weiteren Bezeichnungen zeigen weitere (einstellbare) Betriebsmodi an:

AUS, L, R, S, LR, LS, RS und LRS bei den Audiokanälen entsprechend ihrer Aufschaltung auf den linken und / oder rechten Kopfhörerkanal und / oder den Lautsprecherkanal; lin, log, ilog oder clog für den Videokanal entsprechend der möglichen Einteilung der Frequenzachse linear, logarithmisch, invers logarithmisch oder zentral logarithmisch (nur für Videokanal möglich).

Die Frequenzanzeigen am linken und rechten Rand oberhalb der aktuellen Spektrumanzeige

geben die Frequenzen für die erste Spalte (senkrecht ein Pixel breit) und die letzte Spalte der Darstellung an. Sie sind nicht einstellbar. Eine Änderung der Lage der Darstellung ist nur durch Anwahl der Mittenfrequenzen möglich.

Dabei sind verschiedene Modi einschaltbar. Beispielsweise können eine oder mehrere Mittenfrequenzen verriegelt werden (F5, sobald aktive Eingabemarke auf einer Mittenfrequenz steht). Dann kann keine andere Einstellung (beispielsweise Änderung des Hauptempfangsbereiches oder Korrekturen bei Überschreiten des Einstellbereiches) diesen Wert ändern. Andererseits ist eine verriegelte Einstellung in der Lage, alle anderen Einstellungen (sofern nicht selbst verriegelt) wenn nötig anzupassen, um eine geforderte Änderung ihrer selbst zu ermöglichen (beispielsweise automatische Verschiebung des Hauptempfangsfensters oder Umschalten von Filtern).

Neben der Einstellung und Anzeige von Frequenzen ist diese auch für die Empfangspegel notwendig. Innerhalb der Spektrumanzeige entspricht der oberste gelb dargestellte Wert einer Frequenzspalte immer dem Pegel des empfangenen Signals entsprechend der rechts neben dem Spektrum angezeigten Skalierung:

Dabei sind sowohl der obere Wert zur Einstellung der absoluten Lage, als auch der zweite zur Einstellung der Pegelauflösung anwählbar (der Anzeigewert für die untere Grenze wird automatisch berechnet). Allerdings nur im Videokanal, für die Audiokanäle gilt immer die gezeigte Einstellung. Der Videokanal erlaubt damit ein “Hineinzoomen” in vertikaler Richtung zur Erhöhung der Auflösung, um Pegelwerte exakt messen zu können (bis hinab zu 2 dB / Teil was einer Auflösung von 0,05 dB / Pixel entspricht). Diese Linearität (nicht die absolute Genauigkeit) ist problemlos von der Signalverarbeitung realisierbar.

Für Amplitudenmessungen stehen in jeder Darstellung zwei Marker zur Verfügung:

Die Marker erscheinen im Spektrum als vertikale Linien, ihr Schnittpunkt mit der gelben Messkurve wird als Wertepaar Frequenz (oben) und Pegel (unten) im linken und rechten Fenster dargestellt, die entsprechenden Differenzwerte im Fenster dazwischen. Bei komplizierten Messkurven sind die Markerlinien ev. nicht sichtbar. Ihre Position muss dann anhand der zwei kleinen Pfeile unterhalb der Spektralanzeige bzw. den Frequenzwerten der Markeranzeigen ermittelt werden.

Die Einstellung der Marker erfolgt durch Anwahl und Veränderung des Frequenzwertes. Er ist prinzipiell nur im Raster entsprechend der Lage und Auflösung der Spektrumanzeige möglich. Bei Eingabe der Markerposition über die Zifferntastatur wird zur Vereinfachung die Position des Markers in der jeweiligen Spalte der Anzeige verwendet. Beispielsweise ergibt die Eingabe 256 beim VGA-Display (512 Pixel breite Spektrumdarstellung) die Positionierung genau rechts neben der Mitte.

Weitergehende Einstellmöglichkeiten sollen hier noch kurz angedeutet werden:

Der Frequenzeinstellbereich erstreckt sich über einige Größenordnungen. Änderungen von Frequenzen per Drehknopf können deshalb langes Drehen erfordern. Die Schrittweite der Frequenzverstellung pro Rastschritt des Drehknopfes lässt sich daher in weiten Grenzen ändern. Wenn die Eingabemarke auf einer Frequenzeinstellung liegt (im Beispiel die Startfrequenz des Empfangsbereichs), kann durch Drücken von F1 die Schrittweite dieser Einstellung geändert werden. Der angezeigte Wert wird dann bei jedem Rastschritt addiert bzw. subtrahiert. Die Änderung des Schrittweite-Wertes selbst ist ebenfalls in weiten Grenzen möglich. Mit Hilfe der bei gedrückt gedrehtem Knopf erfolgenden Verschiebung der beiden Balken über bzw. unter einer Stelle des Schrittweite-Wertes kann eingestellt werden, mit welcher Auflösung der Schrittweite-Wert geändert wird. Drücken der Taste “0” setzt alle rechts liegenden Stellen auf Null.

Die Analogsignalverarbeitung des AD-Umsetzers erlaubt die Einschaltung verschiedener Vorfilter. Manuelle oder automatische (Mitlauf-) Einstellmöglichkeiten sind vorhanden. Der zum ADC durchgelassene Frequenzbereich wird hier angezeigt und muss beachtet werden, wenn er nicht mit dem Hauptempfangsbereich übereinstimmt (bei manueller Festlegung der Filter im Set Up).

Durch die hohe Zeichengeschwindigkeit des Displays mit bis zu mehreren Hundert Kurven pro Sekunde werden Signalwerte mit erhöhtem Rauschanteil, nicht ausreichend lange, oder ev. gar nicht sichtbar dargestellt. Dann kann ein Videofilter (auch bei Darstellung der Audiokanäle) mit Mittelung der Anzeigewerte über mehrere Kurven oder Aufsummierung auf Maximalwerte mit Annulierung nach einer bestimmten Messzeit eingeschaltet werden. Die Messzeit ist auch auf unendlich einstellbar, womit jeder höhere erfasste Signalwert auch von noch so kurzer Dauer für immer sichtbar im Display erscheint (Überwachungsfunktion).

Die Bedienung eines vielfältig und in weiten Grenzen einstellbaren Gerätes führt gelegentlich zu unerwünschten oder versehentlichen Einstellungen. Eine Rückgängig-Funktion erlaubt jederzeit die Wiederherstellung der letzten 63 Geräteeinstellungen. Dabei wird als “Geräteeinstellung” nicht jede Bewegung des Drehknopfes gewertet und die Rückgängig-Zählung weitergeschaltet (zu wenig unterschiedliche Einstellungen und damit “Erinnerungsvermögen” bei schnellem Durchdrehen des Knopfes). Nur Tastendrucke und das Drücken des Einstellknopfes führen zur Weiterschaltung (mit Überlauf von 63 auf 0). Innerhalb einer gesicherten Geräteeinstellung wird aber jede numerische Einstellung (also bei jedem Rastklick des Drehknopfes) gespeichert. Ein beliebiger der 63 möglichen Rückgängig-Speicher kann jederzeit zur kompletten Wiederherstellung des Einstellzustandes aufgerufen werden. Beim Einschalten wird automatisch der letzte Zustand wieder hergestellt.

Es sind zusätzlich 63 manuell frei belegbare Speicher vorhanden.

Audiofunktionalität

Entsprechend des Hauptanwendungsfalls liegt die wesentliche Aufgabe des RDR54 im Empfang und der Hörbarmachung von Funksignalen. Dazu müssen solche Signale nach ihrer Erfassung und gegebenenfalls Messung und Darstellung in vom Menschen hörbare Frequenzen umgesetzt (demoduliert) werden. Funksender benutzen verschiedene Modulationsverfahren, um Nachrichten zu übermitteln. Der RDR54 ist ab Version B zur Demodulation von Morsesignalen (CW) und Sprechfunk (AM mit verschiedenen Unterverfahren wie SSB oder DSB (Rundfunk) in der Lage. Die Demodulation von Datenfunksignalen und speziellen Modulationsverfahren (beispielsweise digitaler Rundfunk DRM) ist in Vorbereitung und mit zukünftigen Versionen möglich.

Prinzipiell erfolgt die Demodulation innerhalb der Frequenzebene der Signalverarbeitung, also innerhalb der Darstellungsparameter der oben beschriebenen Spektrumanzeigen. Dies erfordert einerseits vollkommen neue Algorithmen zur Hörbarmachung der Signale, andererseits erlaubt diese Vorgehensweise auch neue Qualitäten und Einstellmöglichkeiten der Demodulation. Weiterhin die WYSIWIG-Einstellung der Demodulationsparameter innerhalb der Spektrumanzeige mit hoher Genauigkeit.

Das obige Bild zeigt die Darstellung eines schwachen Signals (AM eines Rundfunksenders bei 7,36 MHz) innerhalb von Audiokanal 1. Dieser Kanal ist auf den linken Stereokanal des Kopfhörers geschaltet (Funktionstaste F5 ganz rechts unten bzw. Anzeige im Fenster der Mittenfrequenz für Audio 1) und darin hörbar. Die Art und Weise der Audiosignalgenerierung ist wesentlich von den Einstellungen im Spektrumdisplay abhängig, lediglich die Grundlautstärke ist unabhängig am Audiogenerator FDA20 einstellbar.

Folgende Parameter beeinflussen die Audiosignalgenerierung.

Darstellungsbreite der Spektrumanzeige

Der dargestellte Frequenzbereich entspricht exakt dem hörbaren Frequenzbereich um die Mittenfrequenz herum (unabhängige Bezugsfrequenzen sind ebenfalls, auch automatisch, wählbar). Deshalb sind bei Darstellung eines Audiokanals die Frequenzwerte der Marker immer in Bezug auf die Mittenfrequenz angegeben, nie als Absolutwert wie im Videokanal. Da es physikalisch keine negativen Frequenzen gibt (nur mathematisch), entsprechen sowohl die angezeigten positiven, als auch die negativen Frequenzen einem erzeugten Audioton entsprechender absoluter Frequenz.

Die Audiosignalerzeugung setzt im Prinzip jeden Spektralwert innerhalb der Anzeige in eine Audiofrequenz um, deren Höhe dem Abstand des Spektralwertes von der Mittenfrequenz (oder bei Automatik von der Frequenz des höchsten Pegelwertes innerhalb der Anzeige) entspricht. Die Folge ist eine frequenztransformierte und damit demodulierte Wiedergabe des Signalgemischs um die Mitten- (Träger-) Frequenz herum. Die Auflösung der Frequenzwerte und die maximal erzeugbare Audiofrequenz stimmen exakt mit der Auflösung und (halben) Breite der Spektrumanzeige überein.

Vereinfachend beschrieben arbeitet die Audiosignalerzeugung tatsächlich so, als ob immer genau so viele unabhängig in Amplitude und Phase einstellbare Sinusgeneratoren parallel je eine Frequenz erzeugen würden, die genau der Spalte in der Anzeige entspricht und deren Ausgangsspannung genau dem Messwert in der zugehörigen Spalte entspricht, wie Spalten in der Anzeige vorhanden sind (hier 512). Die Summation der Ausgangssignale der virtuellen Generatoren ergibt dann das Audiosignal.

Pegelwerte

Ein grundlegendes Problem des Empfangs und Hörbarmachens von Funksignalen ist neben der Frequenztransformation (Demodulation) der große Bereich der möglichen Signalspannungen von der Antenne. Er reicht von wenigen nV bis zu Signalstärken von ca. 1 V , je nach Empfangsantenne, Ausbreitungsbedingungen, Standort usw. Die Signale müssen also verstärkt werden, insbesondere auch mit stark unterschiedlichen Verstärkungswerten.

Diese Aufgabe wird im RDR54 ebenfalls durch grafische Einstellungen in der Spektrumanzeige vorgenommen. Entsprechend der festen vertikalen (Pegel-) Auflösung sind sie prinzipiell mit 0,5 dB Schrittweite in einem Bereich von 140 dB möglich. Die Lage der angezeigten Signalwerte innerhalb der Spektrumanzeige ist dabei im Gegensatz zur Anzeige des Videokanals nicht veränderbar.

Der Pegel (und damit die relative Lautstärke der erzeugten Audiosignale) wird durch 2 Einstellwerte definiert:

Die Signalschwelle definiert den Beginn der Audioerzeugung. Sie wird durch einen horizontalen Marker angezeigt. Signale unterhalb der Schwelle werden prinzipiell nicht erzeugt. Der entsprechende Signalgenerator für die Frequenzspalte des Displays, deren Messwert unter der Schwelle liegt, ist ausgeschaltet. Die Signalschwelle ist nur manuell einstellbar.

Ein weiterer horizontalen Marker zeigt den oberen, maximal verarbeitbaren Signalwert an. Ein Wert direkt am Marker erzeugt ein Audiosignal mit einer Amplitude, die der zugehörige Signalgenerator grade noch verzerrungsfrei erzeugen kann. Der aktuelle obere Grenzwert wird in S-Stufen angezeigt (oberhalb S9 als S9 +xx,x dB). Dieser Wert kann manuell oder durch eine Regelautomatik verändert werden.

Die Haltezeit und Regelgeschwindigkeit (Verstärkungserhöhung in dB / s) sind in weiten Grenzen einstellbar. Die Abregelung bei größeren Signalen erfolgt instantan ohne Übersteuerung der Signalerzeugung. Mit der Regelgrenze kann eingestellt werden, bis zu welcher Verstärkung ohne Signal maximal aufgeregelt wird. Dieser Wert dient bei Handregelung zur direkten Einstellung der Verstärkung.

Üblicherweise zeichnen sich die realen Empfangsbedingungen grade im möglichen Frequenzbereich durch Eigenschaften aus, die weitere Maßnahmen zur Verbesserung des Empfangs erfordern. Dies sind besonders Maßnahmen zur Unterdrückung diskreter Störfrequenzen und von breitbandigem Rauschen. Für beide Fälle bietet die frequenzbasierte Signalverarbeitung des RDR54 beste Voraussetzungen. Folgende erste Möglichkeiten sind realisiert.

Die immer sichtbaren vertikalen Frequenzmarker erfüllen bei Darstellung eines Audiokanals eine besondere Funktion. Sämtliche rechts vom rechten Marker und links vom linken Marker (einschließlich ihm selbst) liegenden Frequenzen werden bei der Audiosignalerzeugung nicht berücksichtigt. Der entsprechende Bereich der Messkurve wird im Spektrum rot angezeigt. Die Signalunterdrückung ist theoretisch unendlich, da die zu den ausgeblendeten Frequenzen gehörenden Signalgeneratoren ausgeschaltet bleiben. Selbst Signalpegel in diesen Bereichen, die die Regelgrenze überschreiten und damit eine Desensibilisierung des Empfängers (durch Vermindern der Verstärkung bei Regelautomatik) verursachen könnten, werden vollständig unterdrückt.

Eine ähnliche Funktion wie die Frequenzmarker erfüllt das Kerbfilter. Nur kann mit diesem ein beliebiger Bereich innerhalb der gesamten Spektrumanzeige ausgeblendet werden. Die Position der Mitte des Kerbfilterbereichs wird in Spalten relativ zur linken Seite der Anzeige (Spalte Null) eingestellt, die Breite symmetrisch zur Einstellung der Position (deshalb nur in 2er Schritten und immer ungradzahlig). Wiederum ist die Unterdrückung der Signalanteile im rot dargestellten Kerbfilterbereich absolut.

Anmerkung: Die Auflösung der Umsetzung vom Zeit- in den Frequenzbereich ist nicht unendlich. Sie beträgt etwa 6 dB innerhalb der benachbarten Spalte, 70 dB innerhalb der nächsten Spalte und erreicht > 130 dB (Auflösungsgrenze) 3 Spalten von der Referenzfrequenz entfernt. Die Breite des Kerbfilters muss also auf mindestens 7 gestellt werden, um unter allen Umständen eine Unterdrückung > 130 dB zu gewährleisten. Dieser Wert entspricht bei einer üblichen Auflösung der Audioanzeige von 10 Hz / Pixel (Spalte) also einer Bandbreite von 70 Hz, an deren Grenzen die Unterdrückung von 120 dB erreicht wird. Gleiches gilt für die Filterwirkung zur Bandbreitenbegrenzung mittels der Frequenzmarker.

DNR bezeichnet das Rauschunterdrückungssystem des RDR54 (Dynamic Noise Reduction). Eine Einstellung über den Wert Null hinaus setzt verschiedene Algorithmen mit verschiedenen Wirkungsgraden in Betrieb. Da auch diese in der Frequenzebene der Signalverarbeitung ablaufen, haben sie grundsätzlich andere Auswirkungen auf die Beschaffenheit des Audiosignals, als bekannte Verfahren. Dabei sind gute Werte für die Rauschunterdrückung erreichbar, bevor hörbare Artefakte (Verzerrungen) auftreten.

Prinzipiell nutzen auch diese Verfahren wieder die Unterdrückungsmöglichkeit einzelner, scharf begrenzter Signalkomponenten innerhalb des gesamten Spektrums. Dazu wird im Gegensatz zu den statischen Möglichkeiten (Marker und Kerbfilter) eine sehr schnelle und dynamisch veränderliche Variation der unterdrückten Spektralanteile vorgenommen. Außerdem werden nicht nur diskrete Frequenzen oder zusammenhängende Bänder, sondern jede der maximal 512 Komponenten einzeln bewertet.

Zusätzlich erfolgt bei Zweiseitenbandempfang eine getrennte Auswertung von oberem und unterem Band mit Generierung nur der Spektralanteile, die in beiden Bändern übereinstimmend vorhanden sind. Das Ergebnis ist eine gute Unterdrückung von Störungen beispielsweise durch benachbarte Sender oder “Pfeifstellen” in einem Seitenband, ohne dieses ganz abschneiden zu müssen.

Grundlegend ist die Wirkung der DNR-Einstellung so programmiert, dass jede Dekade (10er Stelle der Einstellung) einen anderen Algorithmus bzw. eine Kombination aus mehreren aufruft, dessen Wirkung dann von 0 - 100% einstellbar ist. Die Art und Zahl (max. 10) der programmierten Algorithmen unterliegt ständigen Änderungen und sind ein wesentlicher Teil der weiteren Softwareentwicklung. Derzeit (Versionen RDR54VB102 und C102) sind folgende Algorithmen implementiert:

Stufe 1 - 9: Rauschminderung durch Phasen- und Amplitudenvergleich (IQ-Verfahren).

Stufe 10 - 19 (SSB) bzw. 20 - 29 (DSB): Rauschminderung durch Amplitudenbewertung und vollständige Unterdrückung von Phasenrauschen (MAG-Verfahren).

Bei Zweiseitenbandempfang (DSB) ist für Stufe 10 - 19 das IQ-Verfahren mit zusätzlicher Seitenbanderkennung vorgesehen, ebenso in Stufe 30 - 39 das MAG-Verfahren mit Seitenbanderkennung.

Die Stufen sind so programmiert, dass bis ca. Stufe 3 keine oder kaum hörbare Artefakte auftreten, bis Stufe 6 meistens akzeptable Verzerrungen entstehen und darüber hinaus nur noch Signale mit wenigen Spektrallinien dargestellt werden (Morse- bzw. Datenfunk). Das MAG-Verfahren erlaubt sehr hohe Werte für die Rauschunterdrückung (bis 40 dB, IQ bis 20 dB), allerdings ist der Klang prinzipiell “roboterhaft” aufgrund des kompletten Wegfalls der Phaseninformation.

Hier finden sie eine Präsentation weiterer Einstellmöglichkeiten und einige Messbeispiele zur Vorstellung der Leistungsfähigkeit des RDR54.

Aktuelle Weiterentwicklungen:

- Vereinfachte Bedienoberfläche in Anlehnung an herkömmliche Analog-Receiver.

- Receiver / Transceiver RDR50 mit Touchscreen Display.