Ein Packet-Radio-MODEM mit dem V4046

AG "Digitale Kommunikation im Amateurfunk"

Digitale Betriebsverfahren können sendeseitig durch die Umsetzung der zu übertragenen Informationen in genormte, dem jeweiligen Logikpegel und der Sendeart entsprechende Frequenzen, Amplituden oder Phasenlagen bzw. Kombinationen daraus realisiert werden. Beim Empfang muß diese Information, z.B. aus den Frequenzspektren, als Digitalsignal wieder zurückgewonnen werden.
Die folgende Baugruppe entstand im Ergebnis der Suche nach Lösungen für ein 1200-Bd-Packet-Radio-AFSK-MODEM mit modernen DDR-Bauelementen, wobei die Möglichkeit der Verarbeitung hoher Baudraten besondere Bedeutung hatte. Das MODEM ist zum Anschluß an ein von Mitgliedern der "Arbeitsgruppe Digitale Kommunikation" entwickelten TNC (s. FA 5/89) geeignet.

Prinzipielle Lösung

Für die Verarbeitung einer hohen Baudrate, die z.B. bei Packet-Radio im VHF und UHF-Bereich 1200 Baud beträgt, sind herkömmliche Lösungen, [4] bis [8], nicht verwendbar. Die Erzeugung eines AFSK-Signals muß ohne Einschwingvorgänge und Phasensprünge beim Wechsel der Frequenzen mit gleichen Amplituden möglich sein. Beim Empfang ist die vorliegende Frequenz innerhalb einer Periode sicher zu erkennen. Als Generator kommt in der vorliegenden Variante ein digital arbeitender Oszillator mit einem nachgeschalteten frequenzunabhängigen Sinusformer nach [8], [9] zum Einsatz. Das Empfangsteil enthält eine Phasenregelschleife und entsprechende Triggerschaltungen.

Stromlaufplan des MODEMs

Der Stromlaufplan des MODEMs ist in Bild 1 dargestellt. Neben einer Anzeige der Betriebsspannungen und verschiedener Betriebszustände realisiert es eine galvanische Trennung bestimmter Ein- und Ausgangssignale für den unmittelbaren Anschluß des MODEMs an einen Computer mit "Software-TNC". Außerdem enthält es ein PTT-Relais.
Als Oszillator arbeitet der VCO (spannnungsgesteuerter Oszillator) in D4 und zwar auf dem zehnfachen Wert der gewünschten Ausgangsfrequenz. Die Verwendung des Steuereingangs RX2 des V4046 erlaubt eine einfache Außenbeschaltung; die Schwingfrequenz hängt nur von C12 und dem schaltbaren Widerstandswert an RX2 ab. D5 und D6 bilden ein 5-Bit-Schieberegister, das von der Frequenz des VCO getaktet wird. Ein durch das Register geschobenes High- bzw. Low-Bit erzeugt an R51 eine sinussförmige Treppenspannung. Der nachgeschaltete aktive Tiefpaß mit VT8 reduziert den nach [10] schon sehr geringen Anteil an Oberwellen im Ausgangssignal. Der VCO in D4 arbeitet nur bei aktivem PTT-Signal des MODEMs. High-Pegel am Kollektor von VT5 stoppt den Oszillator und setzt die Schiebekette zurück. Für alle IS des Sendeteils des MODEMs genügt eine Betriebsspannung von 5V.
Der Operationsverstärker A1 bildet mit seiner Außenbeschaltung einen Trigger zur Umwandlung der Eingangssignale in Rechteckimpulse für den Phasenvergleich im V4046. C6, R9 und R10 bzw. R11 und R12 legen den Arbeitsbereich des VCO in D1 fest. Zur Erzielung eines ausreichenden Störabstandes des demodulierten Datensignals muß man den Arbeitsbereich des VCO durch die Verwendung des VCO-Offsets unbedingt an die zu verarbeitenden Frequenzen anpassen. Da die Regelspannung der PLL aufgrund der erforderlichen Grenzfrequenz des Schleifenfilters zur Verarbeitung hoher Baudraten mit Resten der Trägerfrequenz behaftet ist, kommt zur Filterung der Dateninformation ein Tiefpaß A2 zur Anwendung. Der Operationsverstärker A3 arbeitet als Trigger für das gefilterte Datensignal.
A4 realisiert einen Trigger mit einstellbarer Schwelle zur Erkennung empfangswürdiger NF-Signale und steuert einen nachtriggerbaren Monoflop D2 an. Das Ausgangssignal von D2 dient als Ersatz für das von kommerziellen MODEM-IS gebildete Signal "lock detect" (Einrasten der Regelschleife). D3 wertet das Daten- und Rastsignal aus und steuert über VT2, VT3 und VT4 LEDs als Anzeige der PLL-Zustände:
VD6 - 2200 Hz,
VD7 - 1200 Hz,
VD8 - kein NF-Signal.
Der Transistor VT1 bewirkt eine Sperrung der Datenleitung, wenn kein empfangswürdiges Signal vorhanden ist. Das Empfangsteil des MODEMs arbeitet mit einer Spannung von 12V, D2 und D3 benötigen 5V. Der negative Betriebsspannungsanschluß der OVs erhält Nullpotential. Für die beiden Eingangstrigger wird eine Referenzspannung durch Teilung der Betriebsspannung bereitgestellt, um eine zusätzliche negative Versorgungsspannung zu umgehen. Für die galvanische Trennung zum direkten Anschluß des MODEMs an einen Computer (z.B. Commodore-Typen mit "DIGICOM") laufen die benötigten Signale über Optokoppler. Entsprechende Drahtbrücken zum Treiberschaltkreis V40098 gestatten die wahlweise Negation der Ein- und Ausgangssignale. Die nicht verwendeten Gattereingänge sind unter Beachtung der getrennten Masseführung an den benachbarten Pins der IS zu erden. Beim Anschluß des MODEMs an den TNC ist die galvanische Trennung nicht erforderlich. Die hierfür vorgesehenen Bauelemente können weggelassen und die Verbindunngen mit Drahtbrücken hergestellt werden.

Aufbauhinweise

In Bild 2 stellt die Leitungsführung der verwendeten Platine und Bild 3 den Bestückungsplan dar.

  

Die Oberseite der Platine ist als durchgehende Massefläche ausgeführt. An Masse zu legende Anschlüsse, die schlecht zugänglich sind, müssen durch kurze Stücke Schaltdraht mit der Massefläche verbunden werden. Als Einstellregler kommen sowohl stehende, große Normalausführungen als auch Dickschichtregler in Frage. Für die Transistoren sind NF-Typen SC236D o.ä., für die Dioden Si-Schaltdioden ausreichend. Die farbliche Auswahl der LEDs bleibt dem Anwender überlassen. Stecker X1 ist ein zehnpoliger, zweireihiger Stecker, dessen Anschlußbelegung die Tabelle angibt. Die Verbindung zum Funkgerät erfolgt über X2, eine fünfpolige Diodenbuchse für Leiterplattenmontage.

Inbetriebnahme und Abgleich

Es empfiehlt sich, zuerst den Generatorteil des MODEMs aufzubauen, weil damit ein Testsignal für die Inbetriebnahme und den Abgleich des Empfangssteils zur Verfügung steht. Der /Enable-Eingang muß durch Aktivieren der PTT-Leitung auf Low-Potential gelegt werden. Die Oszillatorfrequenz des VCO in D4 wird bei Low-Potential an der Basis von VT7 mit R46 auf 12 kHz und bei High-Potential mit R45 auf 22 kHz abgeglichen. Die korrekte Funktion der Schiebekette läßt sich durch Oszillografieren der Treppenspannung an R51 kontrollieren. Beim Anlegen eines rechteckförmigen Signals an den Dateneingang des MODEMs muß sich das AFSK-Ausgangssignal zwischen 1200 Hz und 2200 Hz trägheitslos und ohne Phasensprung umschalten lassen.
Für die Inbetriebnahme des Empfängers ist die Frequenz des VCO in D1 bei maximalem Wert von R12 ohne Eingangssignal mit R10 auf etwa 1700 Hz (meßbar an Pin 3 oder 4) abzugleichen. Es muß überprüft werden, ob die PLL auf 1200 Hz und 2200 Hz einrastet, wenn die entsprechende Frequenz nach Einspeisung an den Eingang von A1 durch Umschalten am Sendeteil verändert wird. Zur Einstellung des Arbeitsbereiches des VCO tastet man das Sendeteil mit einer symmetrischen Rechteckspannung von etwa 100 Hz um. Die Amplitude des demodulierten Signals am Pin 7 von A2 wird durch wechselseitiges Verstellen von R10 und R12, unter Beachtung eines stabilen Rastverhaltens der PLL und des VCO-Aussteuerbereichs, auf ein Maximum gebracht. Bei einer Umtastfrequenz des Sendesignals von 600 Hz ist schließlich die Schwelle des Datentriggers A3 so einzustellen, daß sich ein symmetrisches Rechtecksignal an Pin 8 von A3 ergibt.

Zusammenfassung

Als Beispiel für die Anwendung der PLL-IS V4046 wurde ein AFSK-MODEM für Packet-Radio unter Beachtung der IARU-VHF-Empfehlungen vorgestellt. Das MODEM bewies zusammen mit dem in der Einführung [1] erwähnten TNC und einem Personalcomputer im Betriebsverfahren Packet-Radio zunächst mit Hilfe eines Kassettenrecorders, aber auch im praktischen Funkbetrieb im 144-MHz-Band seine Funktionsfähigkeit.
Die IS V4046 kann als ein sehr universeller Detektor für frequenzumgetastete Signale bis zu Baudraten in der Größenordnung der Trägerfrequenzen eingesetzt werden. Weitere Hinweise für die Dimensionierung von PLL-Schaltungen sind in der Literatur zu finden, [9] bis [12].

Literatur