Die Evolution von RTTY: Von lauten Maschinen zu leiser, moderner Datenübertragung
RTTY oder Radio Teletype ist eine der ältesten Daten-Betriebsarten in der Funktechnik überhaupt, nicht nur im Amateurfunk. Ursprünglich wurde dieser Betrieb in RTTY mit mechanischen Fernschreibern abgewickelt, also elektromechanischen Systemen, die sehr einer Schreibmaschine ähneln. Nur mit dem Unterschied, dass es neben der Tastatur auch noch die Möglichkeit gibt, Daten über eine serielle Leitung zu senden und zu empfangen sowie die Daten ausdrucken zu können. Solche elektromechanischen Fernschreiber waren ein wahres Wunderwerk der Feinmechanik.
Die Schreibgeschwindigkeit ging an die Grenze dessen, was damals (Anfang bis Mitte des 20 Jahrhunderts) mit vertretbarem Aufwand möglich war: zunächst so um die 6 Zeichen/Sekunde, später 13 Zeichen/Sek. Verwendet wurden diese mechanischen Fernschreiber in der Geschäftskommunikation als sogenanntes “Telex” System. Nach dem zweiten Weltkrieg gab es sehr viele gebrauchte Fernschreiber auf dem Surplus-Markt. Wenig überraschend, dass die Funkamateure sich schnell überlegt haben, diese Geräte auch für die Datenübertragung per Funk zu verwenden.
Die Herausforderung der Dualen Zeichen-Ebenen in RTTY-Datenübertragung
Wie bei den drahtgebundenen Telex-Systemen verwendet das Fernschreiben im Amateurfunk einen sehr einfachen, seriellen Datencode. Es werden je Zeichen 5 Bit verwendet. Das ergibt maximal 32 mögliche Codes (25 = 32). Damit wird gerade einmal das Alphabet und ein paar Sonderzeichen dargestellt, für die Zahlen ist schon kein Platz mehr! Man hat sich damit beholfen, zwei „Ebenen“ von Zeichen zu definieren, also bestimmte Codes doppelt zu verwenden. Zwei Codes wurden für die Umschaltung der Ebenen verwendet, bestimmte weitere Codes hatten auf beiden Ebenen die gleiche Bedeutung (Zeilenvorschub, Wagenrücklauf, Leerzeichen usw.).
Um die einfache Zeichenfolge „VY 73“ zu übertragen, wurde also Folgendes gesendet:
Und wehe, es ging bei der Übertragung einmal ein Wechsel der Ebenen verloren. Dann wurden die Zeichen in der zuletzt gewählten Ebene gedruckt und der Text konnte nur mit etwas Erfahrung in einen lesbaren Inhalt umgewandelt werden.
Übrigens: Bei diesem Verfahren wird nicht zwischen Groß- und Kleinschreibung unterschieden, sondern es gibt nur GROSSBUCHSTABEN.
Die Herausforderungen der Fehlerkorrektur im RTTY-Baudot-Code und seine historische Bedeutung
Der bei RTTY verwendete serielle Datencode (er wird Baudot-Code genannt) verwendet keinerlei Sicherung oder Fehlerkorrektur. Diese Entscheidung wurde getroffen, um den Code für jedes Zeichen möglichst kurzzuhalten, also um die Geschwindigkeit zu steigern. Denn jede Sicherung der Datenübertragung erfordert redundante, zusätzliche Datenbits, die die Übertragungsgeschwindigkeit reduzieren.
Ohne Fehlerkorrektur zu arbeiten, war für drahtgebundene Übertragung noch tragbar, die leitungsgebundene Vermittlung erfolgte ähnlich wie beim Telefon und war recht zuverlässig. Ganz anders bei der Übertragung per Funk, vor allem auf Kurzwelle! Hier reicht ein kurzes Knacken aus, um ein Bit zu verfälschen. So wird dann aus einem „A“ ein „S“ oder „Z“. Damit wird die zuverlässige Datenübertragung erschwert, und der Einfluss des Operators macht einen großen Unterschied zwischen einem gelungenen QSO und einem NIL (Not In Log).
Natürlich gibt es heute bessere, sicherere und schnellere Codierungsverfahren. Aber man muss berücksichtigen, wann RTTY entstanden ist. Zu der Zeit, so um 1930 herum, gab es keine andere praktikable und wirtschaftliche Methode. Die Codierung auf der Übertragungsstrecke ist daher auch so einfach wie möglich: ein hoher Ton für eine logische Eins, ein tiefer Ton für eine logische Null (bzw. Strom/kein Strom auf einer Drahtleitung). Diese sehr einfache, binäre Codierung lässt sich unkompliziert mit Amateurmitteln erzeugen, sowohl beim Senden als auch beim Empfangen.
Funkgeräte mit integriertem RTTY-Decoder
Die Technik des Frequency Shift Keying (FSK) in RTTY und seine Parameter
Diese sehr einfache Übertragungsart wird FSK genannt - Frequency Shift Keying. Man hört diese Art der Datenübertragung auch heute noch auf Kurzwelle recht häufig, sie wird vor allem von kommerziellen und militärischen Diensten verwendet. Genauer müsste man die Modulation 2FSK nennen, dies bezeichnet eine Umtastung des Sendesignals zwischen zwei Frequenzen. Das passt bestens für digitale Daten - es wird ja 0 oder 1 übertragen. Aus historischen Gründen werden diese Signallagen bei RTTY auch ‘Mark’ und ‘Space’ genannt. In einem Überlagerungsempfänger (also in Stellung ‘SSB’) erzeugen diese zwei Signale Töne, die sich durch die Tonhöhe unterscheiden.
Die technischen Eckdaten einer 2FSK Übertragung werden durch zwei Parameter bestimmt - den Abstand der beiden Töne und die Tastgeschwindigkeit. Der Abstand (englisch ‘Shift’) ist im Amateurfunk auf 170 Hz festgelegt, die Tastgeschwindigkeit auf 45 Baud (exakt 45.45 Bd). Auch diese beiden Werte haben einen historischen Hintergrund. Im kommerziellen Funkdienst gab und gibt es viele andere ‘Shifts’ und Tastgeschwindigkeiten. So verwendet der Deutsche Wetterdienst für seine Kurzwellen-Aussendungen 450 Hz Shift und 50 Baud.
Die Technik des Frequency Shift Keying (FSK) in RTTY und seine Parameter
Lange vor Beginn der Computerisierung verwendete man sogenannte „Konverter“. Das war eine elektronische Schaltung mit zwei NF-Filtern. Diese Filter waren genau auf die zwei Töne des Signals festgelegt. Man musste also den SSB-Empfänger genau so einstellen, dass das empfangene Signal genau die Tonhöhen ergab, auf die die Filter des Konverters abgeglichen waren. Das war unproblematisch, aber auch recht unflexibel. Um sich auf eine einheitliche Frequenzangabe zu einigen, wurden die Tonhöhen standardisiert. Es gibt zwei Lagen, die sog. „Low Tones“ und die „High Tones“.
Die Lage wurde so gewählt, dass die Low Tones bequem im Sprachband und damit im ZF-Filter des SSB-Empfängers liegen. So können die gleichen Geräte wie für Sprachübertragung mit den bestehenden Filtern weiterverwendet werden. Allerdings hatten manche Konverter Probleme mit den ersten harmonischen Obertönen der Low Tones, die ebenfalls noch in der Durchlasskurve des Filters liegen. Deshalb wurde ein zweiter Standard geschaffen, die High Tones. Sie liegen am oberen Rand des NF-Bereichs von Sprache, eventuelle Obertöne werden vom ZF-Filter abgeschnitten.
Heute spielen diese Tonlagen eigentlich keine Rolle mehr, denn wir können den Decoder des Computers auf jeden beliebigen Ton einstellen. Man trifft diese Töne allerdings noch in den Einstellungen selbst sehr moderner Transceiver, denn auch die bieten DSP-gesteuerte NF-Filter, die auf diese festen Tonhöhen optimiert sind.
Zur Decodierung ist dann noch eine Umschlüsselung der 5-Bit Baudot-Daten in die 8-Bit ASCII (bzw. UTF-8) Daten nötig, die moderne Computer verwenden. Auch das hat früher ein Konverter gemacht, die Daten wurden dann über eine klassische RS-232 serielle Schnittstelle ausgegeben. Die Ausgabe wurde von einem Computer übernommen.
RTTY-Sendeverfahren: FSK vs. AFSK und ihre Auswirkungen auf die Datenübertragung
Um die oben beschriebene 2FSK sendeseitig zu erzeugen, gibt es zwei Methoden. Entweder wird der Sender direkt getastet, das Funkgerät hat dann dazu einen speziellen Tasteingang, oder es wird eine eigene Betriebsart für RTTY am Transceiver eingestellt. In der Regel wird dieses Verfahren mit FSK bezeichnet.
Oder man moduliert ein Audiosignal in der Stellung LSB/USB auf. Hier werden von einem Interface bzw. der Soundkarte des Computers zwei Töne erzeugt, die dann eine entsprechende Modulation mit zwei Tönen erzeugt. Man nennt dieses Verfahren AFSK (Audio Frequency Shift Keying).
Für die empfangende Seite ist es egal, wie das Sendesignal erzeugt wird. Wenn alles korrekt eingestellt ist, ist beim Empfänger nicht erkennbar, ob das Signal durch direkte Tastung des Sende-Oszillators (FSK) oder durch Modulation des SSB-Signales erfolgt (AFSK). Allerdings hat jedes Verfahren gewisse Vor- und Nachteile:
| Vorteile | Nachteile | |
|---|---|---|
| AFSK |
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| FSK |
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RTTY-Betrieb und Ausrüstung:
Eine detaillierte Anleitung für das Senden und Empfangen von RTTY-Daten
Viele moderne SDR-Transceiver haben einen RTTY Decoder eingebaut, und über Speicher kann man kurze, vorbestimmte Texte senden. Hier ist also überhaupt keine zusätzliche Ausrüstung mehr nötig. Sehr flexibel ist das aber nicht, mit etwas Aufwand geht es deutlich komfortabler.
Man braucht für den RTTY-Betrieb ein Modem, also ein Interface. Das Modem übernimmt die Modulation oder FSK Tastung des Transceivers ebenso wie die PTT-Steuerung. Das Empfangssignal (die NF) wird digitalisiert und dem Computer über eine vom Modem gebildete, virtuelle Soundkarte angeboten. Optional bieten viele Interfaces auch gleich noch eine CAT-Schnittstelle.
Passende Kabel vom Interface zum Transceiver. Das Kabel verbindet:
- TX-Audio (oder FSK-Tastung)
- RX-Audio
- PTT-Tastung
- CAT Steuerung (optional, nicht zwingend nötig)
- Einen PC mit geeigneter Software
- Einen Kurzwellen-Transceiver (im Prinzip geht jedes Modell)
Das Interface wird mit den Kabeln entweder an die Mikrofonbuchse und einen NF-Ausgang (Lautsprecher-Buchse) angeschlossen, oder (besser) an einen vorhandenen Anschluss für Zubehör. Dieser Anschluss wird oft mit ‘ACC’, Accessory bezeichnet. Die ACC-Anschlüsse haben den Vorteil, dass sie konstante NF-Pegel liefern und erwarten. Außerdem weisen sie geringere Verzerrungen auf, weil das Empfangssignal vor dem Audioverstärker des Funkgerätes abgegriffen wird, das Sendesignal unabhängig vom Mikrofonverstärker eingespeist wird.
Die Software wird so eingerichtet, dass sie das Interface (das verhält sich wie eine Soundkarte) ansteuert. Alternativ wird ein ungenutzter Pin einer (virtuellen) seriellen Schnittstelle als FSK-Tastsignal gewählt. Die PTT Tastung erfolgt entweder über einen weiteren ungenutzten Pin einer (virtuellen) seriellen Schnittstelle oder (sofern angeschlossen) über einen CAT Befehl an das Funkgerät.
Nun noch auf „RTTY 45 Baud“ einstellen, und mal schauen, ob etwas empfangen wird. Die meisten RTTY-Signale hört man auf 20 m so um 14085 kHz herum. Und falls mal gerade kein Funkamateur aktiv ist, so kann man in Europa einige kommerzielle Signale zum Test verwenden. Der Deutsche Wetterdienst (DWD) sendet auf mehreren Frequenzen auf Kurzwelle ständig eine CQ-Schleife oder Wetterberichte aus. Vorsicht, der Decoder muss dann auf 50 Baud und eine andere Shift (85 oder 450 Hz) eingestellt werden.
Die Frequenzen des DWD sind:
- 147,3 kHz, Rufzeichen DDH47 (50 Bd, 85 Hz Shift)
- 4583,0 kHz, Rufzeichen DDK2 (50 Bd, 450 Hz Shift)
- 7646,0 kHz, Rufzeichen DDH7 (50 Bd, 450 Hz Shift)
- 10100,8 kHz, Rufzeichen DDK9 (50 Bd, 450 Hz Shift)
- 11039,0 kHz, Rufzeichen DDH9 (50 Bd, 450 Hz Shift)
- 14467,3 kHz, Rufzeichen DDH8 (50 Bd, 450 Hz Shift)
Die IARU hat die Lage der RTTY Töne auf dem Funkkanal in Anlehnung an ITU Empfehlungen festgelegt: Danach soll der Mark-Ton immer der HF-mäßig höhere Ton sein. In der HF-Lage sieht das dann bei Betrieb mit Low Tones im unteren Seitenband so aus:
Der 'Mark' Tone ist also 1275 vom (unterdrückten) Träger entfernt, 'Space' liegt 1445 Hz (1275 + 170 Hz) unterhalb des Trägers.
Wieder ist 'Mark' der HF-mäßig höhere Ton, wie in der IARU Empfehlung vorgegeben.
Daraus ergibt sich, dass die Lage der zwei Töne immer gleich ist. Hier zeigt sich eines der Probleme dieser betagten Betriebsart: Das Signal wird leicht „verkehrt herum“ empfangen, der Bildschirm zeigt dann nur „Gammel“ an. Dies kommt durch die sehr einfache Codierung des Signals: hoher Ton = 1, tiefer Ton = 0. Stellt man nun anstatt USB aus Versehen auf LSB, so werden hoher und tiefer Ton vertauscht, aus 0 wird 1 und umgekehrt - und dann kann kein Programm mehr was decodieren. Praktischerweise bieten die meisten Programme Funktionen, um diese Umkehrung in der Software vorzunehmen (Normale/Reverse Umschaltung).
Wenn der Empfang klappt, kann vorsichtig die Sendeseite getestet werden. Am besten am Dummy Load, mit geringster Sendeleistung. Falls AFSK verwendet wird, also die Modulation des SSB-Signals mit Audiotönen, so muss unbedingt der Pegel des Audiosignales sehr fein eingestellt werden. Denn zu hohe Pegel führen schnell zu einem übersteuerten Signal, das HF-Signal wird unnötig breit und decodieren kann auch niemand was.
Neben Phonie und Telegrafie ist RTTY die meistgenutzte Betriebsart bei großen Wettbewerben auf Kurzwelle. Bekannte Conteste mit Tausenden von Teilnehmern sind der WPX RTTY, CQWW RTTY, der WAEDC RTTY und viele andere.
Bekannte Contest-Programme (Logger) wie N1MM unterstützen auch RTTY, meist mithilfe eines Plug-ins wie MMTTY.
RTTY Wettbewerbe
RTTY-QSOs: Wie man Kontakte ausßerhalb von Contesten aufbaut und die Bandbereiche für RTTY-Betrieb
Außerhalb von Contesten findet man heute meistens nur am Wochenende oder bei guten Bedingungen schnell einen QSO-Partner. Trotzdem sollte man es mal probieren, nur wenn man auch mal CQ ruft, steigt die Aktivität auf unseren Bändern.
RTTY wird auf allen Kurzwellen-Bändern verwendet, die jeweiligen Bereiche in der Region 1 sind (jeweils +- ein paar kHz, angelehnt an den IARU Bandplan):
- 80 m: 3580 - 3590 kHz
- 40 m: 7040 - 7047 kHz
- 30 m: 10130 - 10150 kHz
- 20 m: 14080 - 14089 kHz
- 17 m: 18095 - 18105 kHz
- 15 m: 21080 - 21090 kHz
- 12 m: 24915 - 24925 kHz
- 10 m: 28080 - 28120 kHz und 28150 - 28190 kHz
Der Ablauf ist wie bei jeder Funkverbindung: Man stellt sich vor, gibt einen Signal-Rapport, beschreibt seine Station. Meistens war es das dann auch. Immer wiederkehrende Texte kann man komfortabel auf Funktionstasten legen, sog. „Makros“. Idealerweise bemüht man sich auch, mal „in die Tasten zu hauen“, das macht das QSO sehr viel persönlicher. Und die geringe Geschwindigkeit der Übertragung kaschiert netterweise, dass man kein Profi auf der Tastatur ist.
RTTY vs. Moderne Digimodes: Warum die Herausforderung bei RTTY geschätzt wird
Oft hört man die Frage, warum so eine veraltete Datenübertragung ohne jede Fehlerkorrektur überhaupt noch verwendet wird. Es gibt doch genug andere „Digimodes“, die eine perfekte, fehlerfreie Übertragung bieten, und die dazu noch sehr viel geringere Sendeleistungen benötigen.
Richtig, das stimmt. PSK31 (zum Beispiel) ist fehlerfrei, funktioniert mit dem gleichen Equipment und der gleichen Software. Auch andere Digimodes sind äußerst robust und benötigen oft nur wenige Watt an Sendeleistung. Der technische Fortschritt und der Erfindungsreichtum der Funkamateure haben hier in den letzten Jahren enormes produziert.
Der Unterschied ist, dass RTTY gerade aufgrund seiner Schwächen den Operator herausfordert. Durch geschickte Bedienung der Geräte kann ein erfahrener RTTY-OP ein QSO retten. Man erkennt typische Fehlschriften, weiß, wie sich Contest-Teilnehmer verhalten und kann so mehr Punkte machen. RTTY stellt hier eine ganz eigene Herausforderung dar, die sich nur mit Erfahrung und etwas Einsatz meistern lässt. Das steht im starken Kontrast zu sehr modernen Betriebsarten, die zwar sehr zuverlässig arbeiten, aber auch ein Stück weit langweiliger geworden sind. Vielleicht kann man es mit dem Motorrad- und Autofahren vergleichen. Warum im Regen bei Wind auf zwei Rädern frieren, wenn man bequem im warmen Auto sitzen kann? Weil es geht und weil Menschen Herausforderungen lieben. Deshalb RTTY.
FAQ
Um Brummschleifen zu vermeiden. Brummschleifen entstehen, weil Computer und PC jeweils eigene Netzteile verwenden und so geringe Potenzialunterschiede auf der Masse entstehen können. Wenige Millivolt reichen schon aus, um einen deutlichen Brumm auf die Modulation zu zaubern. Eine vollständige galvanische Trennung zwischen PC und Funkgerät verhindert solche Brummschleifen, und genau das macht so ein Interface. Ein Interface verwendet Optokoppler und Übertrager, um eine galvanische Trennung zu erreichen. So werden die unerwünschten Masse-Verbindungen aufgetrennt, die Brummschleifen vermieden.
Da gibt es sehr viele Programme. Eines der bekanntesten ist „FLDIGI“ von W1HKJ. Es kann sowohl für normale QSOs als auch für den Contest verwendet werden. Ein typisches Contest-Programm ist „N1MM Logger“. Andere bekannte Programme sind MixW, MMTTY, MultiPSK uvm.
FSK ist vorzuziehen, sofern es der Transceiver unterstützt. FSK ist unproblematischer, erlaubt keine Übermodulation und die Frequenzanzeige stimmt. Mehr Details dazu stehen oben im Text.
