Hardware-Seite

Klaus Hennemann, dl3khb@adacom.org, Sauerbruchstraße 8, 50181 Bedburg
Holger Thomsen, db6kh@adacom.org, Schillerstraße 3, 53225 Bonn

Seit geraumer Zeit beschäftigt das Thema Funkruf die Gemüter. Bisherige Anwendungen beschränkten sich lediglich auf Insellösungen, d.h. ein eingeschränktes Gebiet.

Nun liegt aber der Vorteil des regulären Funkrufes in der fast uneingeschränkten Flächenversorgung. Dazu bedarf es einer geeigneten Infrastruktur und Koordinierung der verschiedenen Sender.

Zum Codieren und Decodieren eines Funkrufes gibt es diverse Softwarelösungen, wie POC32 [1], zur Bildung eines Netzes sind diese in keinem Fall geeignet.

Nicht zuletzt daher gab es für die Koordinierung eines Netzes bislang kein umsetzbares Konzept. Mit der Genehmigungszuteilung für die ersten beiden Amateurfunkrufsender in DL, DB0XO (Bergheim) und DB0BON (Bonn), wurde der Grundstein für die Entwicklung eines Amateur-Funkrufnetzes gelegt. Anfangs noch mit einer einfachen Rechnerschaltung mit 80C31 bestückt übernahm ein kleines Linux-Script im Server bei DB0XO die verschiedenen Funktionen wie Bereitstellung der Benutzeroberfläche, Umsetzung der DX-Clustermeldungen, Kodierung ins POCSAG-Format sowie die Steuerung der beiden Sender.

Eine zeitliche Synchronisierung fand zunächst einmal nicht statt, erwies sich durch die sehr geringe Überlappung der Sendegebiete aber auch als (noch) nicht notwendig.

Seit der Inbetriebnahme der beiden Funkrufsender sind innerhalb kurzer Zeit über 30 kommerzielle Pager der verschiedensten Dienste und Fabrikate für den Amateurfunkruf umgebaut und werden von deren Besitzern begeistert genutzt.

Um nun ein näherungsweise flächendeckendes Netz auch im Amateurfunk aufzubauen müssen einige Schwächen des Simpel-Netzes behoben werden. Als die beiden wichtigsten Punkte seien zu nennen die zeitliche Synchronisierung sowie die Verlagerung von mehr Intelligenz in die Controller der einzelnen Sender. Letztendlich soll die Funktion des Netzes nicht allein auf die Server gestützt werden, gleichwohl sie auch weiterhin ein wichtiger Bestandteil bleiben werden. Sie dienen dem Austausch von Nachrichten über größere Entfernungen sowie der Speicherung aller relevanten Daten des Netzes. Zudem kann beim Booten eines Knotenrechners auf die Datenbasis eines Servers zurückgegriffen um im Netz eine Selbstkonfiguration zu realisieren. Dazu ist es lediglich erforderlich den Standort jedes Senders durch den örtlichen QTH-Locator zu identifizieren. Die Software des RPC (Radio Paging Controller) berechnet bei der Initialisierung die Entfernung zu den Nachbarsendern und verhandelt mit ihnen die Vergabe der Sendezeiten.
 
 

Das Konzept

Es sollte eine Controller-Karte entstehen, die möglichst an jedes PR-System anschließbar ist. Das Packet-Netz dient hier lediglich als Transportmedium zwischen dem Server und den Knotenrechnern.

Für den Anschluß an einen RMNC-Knoten wurde eine Pfostenleiste für den Modem-Disconnect (RMNC II) sowie ein High-Speed-Connector (RMNC II) vorgesehen. Für alle auf PC-Basis laufenden Knoten wie TheNetNode, X-Net oder auch PC-Flex wurde eine RS-232 Schnittstelle implementiert die natürlich auch für einen RMNC genutzt werden kann.

Die Karte passt sowohl in einen 19" Baugruppenträger (RMNC), wobei lediglich die 5 Volt Versorgungsspannung und der Reset angeschlossen sind, als auch in ein Alu-Gehäuse wie es für TNCs Verwendung findet.

Im Sendezweig der Karte ist ein Besselfilter 6. Ordnung eingesetzt der den digitalen Datenstrom für den Sender aufbereitet. Die PTT-Schaltung weist einen Watchdog auf um bei eventuellen Fehlfunktionen den Sender zu schützen.

Optional ist auch ein Empfangszweig vorgesehen. Die Karte lässt sich ohne direkte Anbindung über einen PR-Linkknoten als "Papagei" betreiben. Die Aussendung eines anderen Funkrufsenders wird mitgelesen, das fremde Rufzeichen aus dem Bakentext durch das eigene ersetzt und danach ausgestrahlt.

Der Bakentext ist in der Karte gespeichert , die Aussendung wird von der Karte selber kontrolliert. Vier individuelle Texte lassen sich im EEPROM speichern und über eine von vier Portleitungen auslösen, weitere Texte sind für Ereignisgesteuerte Aussendungen vorgesehen.

Im EPROM ist das Boot-Programm gespeichert, das laufende Steuerprogramm wird in eine Hälfte des Flash-EPROM geschrieben. Die zweite Hälfte des Flash ist für Updates vorgesehen. Über das Paket Netz lässt sich eine neue Firmware auf die Karte laden. Nach Durchlaufen einer Funktionsprüfung wird die neue Firmware aktiviert.
Die Befehle sind lesend für jeden User zugänglich, für den Schreibzugriff muss sich der Sysop mit einem Passwort authentisieren. 
 

Schaltungsbeschreibung

Kern der Schaltung ist die CPU 80C552. Dieser Baustein verfügt über einige nützliche Funktionen wie I/O Ports mit AD-Wandler, Capture/Compare-Register oder einen internen Watchdog.

- Die I/O-Ports, sowohl die 4 Eingänge an JP6 als auch die vier Ports zu den LEDs an JP7, ließen sich ebenso als Analogeingänge zur Überwachung verschiedener Betriebsgrößen verwenden. Eine entsprechende Implementierung in der Firmware ist angedacht.

- Die Capture/Compare-Register eignen sich besonders für die optionale Verwendung einer DCF-77 Schnittstelle (JP9).

- Wird der Watchdog aktiv, so schaltet er den Reset-Pin gegen die positive Versorgungsspannung.

Mit Hilfe des 74HC573 und des GAL16V8 lassen sich vier Speichersegmente zu je 64 Kilobyte adressieren. Die Beschreibung des Speicherkonzeptes folgt im nächsten Abschnitt.

Als Reset-Quelle stehen 3 Möglichkeiten zur Auswahl, die interne Resetschaltung (D1, R2, C8), die Resetleitung des RMNC über die Backplane oder die des High-Speed-Connectors. Durch ein Gatter des 74HC14 invertiert findet eine Anpassung der externen Quellen an den Prozessor statt. Der Widerstand R1 dient zum Schutz des Inverters gegen den Watchdog.

Aufteilung des Speichers

Das Schaltungskonzept erlaubt die Adressierung von 4 Segmenten zu jeweils 64 Kilobyte. Die Adressierung der Segmente erfolgt mit Hilfe des GAL16V8. Während das RAM-Segment aus zwei Bausteinen zu je 32 Kilobyte besteht, müssen die 128 Kilobyte des Flash-RAMs in 2 Segmente unterteilt werden. Die eine Hälfte beinhaltet die laufende Firmware, die andere bietet Platz für den Download einer neuen Firmwareversion. Sollte die neue Version nicht funktionsfähig sein wird durch den internen Watchdog des 80C552 ein Reset ausgelöst, die Ports des Prozessors befinden sich dann alle im Hi-Zustand. Die Karte startet nach einem Reset immer mit dem Bootprogramm aus dem EPROM.

Das EEPROM 24C16 kommuniziert mit dem Prozessor über einen I2C Bus. Dort werden vorbereitete Texte abgelegt, die unter Anderem über die vier Portleitungen ausgelöst werden können.

Bei Anbindung der Funkrufkarte an einen Digipeater ist es sinnvoll alle Speicherbausteine zu bestücken. Soll die Karte jedoch als "Papagei" eingesetzt werden, lassen sich sowohl das Flash-RAM 29F010 als auch ein 62256 einsparen.
 
 
 

Variation der Bestückung

Es gibt prinzipiell drei unterschiedliche Bestückungsvarianten.

- Bei Anbindung an einen Digipeater über RS-232 Schnittstelle wird die Karte vollständig nach der Liste bestückt. Lediglich die doppelreihigen Pfostenleisten RMNC und HS sowie die 64polige Messerleiste können entfallen.

- durch direkten Anschluss an einen RMNC über Modem-Disconnect (RMNC-II) oder High-Speed-Connector (RMNC-III) lassen sich neben dem MAX-232 und der 9-poligen Sub-D Buchse auch noch die Elektrolytkondensatoren C4, C5, C6 und C8 einsparen.

- bei einem "Papagei" kann sowohl auf die RS232-Schnittstelle als auch auf die Pfosten- und Messerleisten verzichtet werden. Zudem wird ein RAM-Baustein 62256 und das Flash-RAM 29F010 nicht benötigt.

Um ein Schwingen der beiden Operationsverstärker zu vermeiden sollten sie, auch wenn kein Empfangszweig benötigt wird, vollständig bestückt werden. Alternativ könnten aber auch C16 durch eine Drahtbrücke ersetzt und R19 bis R21 sowie C15 bis C17 weggelassen werden.

Download neuer Firmware

Zur Optimierung der Funktion sollten neue Erkenntnisse in die Firmware einfließen. Um nicht bei jedem Update der Firmware das EPROM zu tauschen, ist ein Fernladen über das Packet Radio-Netz vorgesehen. Damit sind netzweite Änderungen innerhalb kurzer Zeit durchführbar. Umfangreiche Prüfroutinen stellen sicher, dass nur autorisierte Firmware geladen und nur lauffähige Versionen aktiviert werden.

Nach jedem erfolgten Download findet eine ausgedehnte Funktionsprüfung statt. Erst wenn diese Prüfprozedur erfolgreich durchlaufen wurde gilt die Version als lauffähig, gekennzeichnet durch Setzen eines Gültigkeits-Bits.

Nach jedem Reset wird anhand der Versionsnummer und des Gültigkeitsbits die aktuelle und lauffähige Firmware bestimmt und aktiviert. Ein erneuter Download überschreibt natürlich nur alte oder ungültige Firmware.

Da ein "Papagei" praktisch nur die Aussendung eines anderen Funkrufsenders wiederholt ist keine Änderung der Software erforderlich. Ein Download neuer Firmware wird daher nicht unterstützt und das Flash-RAM kann entfallen.

Aussichten

Die Funkrufkarte ist für den Ausbau des Amateur-Funkrufnetzes gut vorbereitet. Mit der neuen Firmware wird an jedem Knoten, nicht bei einem "Papagei", eine Benutzeroberfläche bereitgestellt, wie sie bisher nur am Server DB0XO-12 bestand. Damit ist die Verbreitung der persönlichen Nachrichten von jedem Knoten aus möglich.

Ferner wird auch eine Schnittstelle für "Fremdsysteme" angeboten. Bisher sorgte alleine der Server für die Verbreitung z.B. der DX-Clustermeldungen. Über die Schnittstelle können fortan auch Mailboxen Benachrichtigungen über eingegangene Meldungen über das Funkrufnetz verbreiten. Dazu muß nur der nächste Funkrufknoten einmalig eine entsprechende Meldung erhalten, die weitere Verbreitung übernimmt dann das Funkrufsystem. Den Ideen für weitere Anwendungen sind somit keine Grenzen mehr gesetzt.

An Knoten, bei denen Mailbox, DX-Cluster und Funkruf gleichzeitig vorhanden sind, wird weiterhin der Server die Schnittstelle der Systeme bilden.
 

Die Schaltbilder des Rechnerteils und des Analogteils können als PDF-File heruntergeladen werden