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Idee

Als aktiver Segler, der gerne grössere Schläge unternimmt - mit Vorliebe für Skagerak, Kattegat, Ostsee und das ganze Mittelmeer - kenne ich die Empfangsverhältnisse in diesen Gewässern sehr gut. Gerade bei grösseren Schlägen und erschwerten Empfangsbedingungen, ist man als verantwortungsbewusster Skipper auf einen Wetterempfänger mit guter Leistung angewiesen.
Mit diesem Gerät wollen wir Segler ansprechen, die grössere Schläge unternehmen, sich in Gewässern mit grosser Entfernung zum Sender oder vermehrten athmosphärischen Störungen befinden. Der Empfang und die Interpretation von Wetterkarten ist für diese Gruppe oft die einzige Möglichkeit, an gute, mehrtägige Wettervorhersagen zu kommen. Die Entwicklung des Empfängers wurde so ausgelegt, dass die speziellen Anforderungen der GMDSS-Dienste auf Lang- Mittel- und Kurzwelle gewährleistet sind. Gleichzeitig soll er die Spezifikationen eines guten Kurzwellen-Stationsempfängers ausweisen, um auch unter ungünstigen Verhältnissen mit Störsignalen fertig zu werden. Das Gerät soll sowohl als eigenständiger Dekoder arbeiten als auch über den PC bedienbar sein. Es soll möglichst kompakt sein und preislich vertretbar. Auch hier gilt:
Was nützt mir ein günstiges Produkt, wenn die Leistung nicht meinen Bedürfnissen entspricht?
Wie kann der Normalsegler beurteilen, ob ein Wetterempfänger seinen Ansprüche genügt? 

WE-FAX501 Empfängerkonzept

Um das ehrgeizige Ziel zu erreichen, wurde ein dreifacher Superheterodyn Empfänger mit Quarz-, Keramik- und FIR-Filter gewählt. FIR = Finite Impuls Response. Im WE-FAX 501 ist ein FIR-Filter mit variabler Bandbreite und sehr steilen Flanken realisiert. Solche Filter sind nur mit einem Digital Signal Prozessor (DSP) möglich. Nach dem Hochfrequenzteil folgt ein Analog zum Digitalwandler. Die nachfolgende Signalverarbeitung ist rein Digital und wird von einem DSP, einem programmierbaren Logik-Baustein und einem Mikroprozessor in Symbiose ausgeführt. Dieses Konzept ist unter dem Namen «Software Defined Radio» (SDR) bekannt. SDR ist aber kein Gütezeichen, sondern eine Konzeptbezeichnung mit einer Spanne von "Low- bis High-End" Empfänger.
Wir möchten unseren Kunden einen «High-End» Decoder anbieten. Aber wie soll der «Normalsegler» ein so komplexes Produkt beurteilen können, ohne Nachrichtentechnik studiert zu haben?
- Unsere kompetenten Händler haben Erfahrung mit dem WE-FAX501 und können entsprechende Beratung geben.
- Wir bemühen uns, möglichst viele gut verständliche Informationen auf unserer Homepage anzubieten.
- Durch "Mund zu Mund" Information.
- Mailen oder telefonieren Sie uns. Der Entwicklungsingenieur gibt gerne Auskunft.  


Technik

Vorfilter (Preselector)
Die Antenne empfängt Signale in einem relativ breiten Frequenzbereich. Die erste Stufe nach dem Antenneneingang, ist ein Dämpfungsglied (Attenuator), den man einschalten kann, wenn das Nutzsignal oder benachbarte Signale zu gross sind. Danach folgen mehrere Vorfilter, die bestimmte Frequenzen oder Frequenzbereiche durchlassen. Attenuator und Preselector dämpfen unerwünschte Mischprodukte, die in der nachfolgenden Stufe mit dem Nutzsignal entstehen können.
Durch die Nichtlinearität des Eingangsverstärkers entstehen Mischprodukte mit benachbarten Sendern. Diese Mischprodukte stören oder verunmöglichen den Empfang. Viele Geräte, die eine Eingangsstufe mit einem Stromverbrauch von wesentlich kleiner als 100mA besitzen, haben eine geringe Fähigkeit benachbarte Störsignale zu unterdrücken. Dadurch hat der Empfänger eine begrenzte Reichweite und geringere Empfangszuverlässigkeit.
„«3.Orden Intercept Punkt»“ ist ein Mass für die Fähigkeit eines Empfängers, durch benachbarte Sender nicht gestört zu werden.
Der WE-FAX501 hat, bei einer Eingangsstufe von 100 mA Stromverbrauch, einen «3.Orden Intercept Punkt» von ca. 25 dBm. Dies entspricht dem Wert eines guten Stationsempfängers. Auch unter ungünstigen Bedingungen empfängt der WE-FAX501 zuverlässig.
Einen dreifachen Superhet- Empfänger mit Quarz-,Keramik- und Digital Signalprozessor (DSP) Filter, wie im WE-FAX501 vorhanden, finden sie nur in den teuren Stationsempfängern.
Mit dem DSP wird ein Bandpassfilter realisiert, was mit konventionellen Bauteilen nicht möglich ist. Nehmen wir an, die Bandbreite ist ein Viertel des Konkurrenzproduktes, dann sind die Störsignale im WE-FAX501 nur halb so gross, wenn alles andere gleich ist. Dies hat eine wesentlich grössere Reichweite und einen sichereren Empfang zur Folge. Dazu kommt, dass die Bandbreite gemäss den Betriebsarten (Fax, Telex, NAVTEX und Morse) nach dem Nyquist Theorem optimiert wird.

Nyquist Theorem
Das Nyquist Theorem besagt, dass die Bandbreite mindestens das Doppelte der Bitrate sein muss. Bei 50 Baud (Bit pro Sekunde) Telex muss die Bandbreite grösser als 100 Hz sein. Das Signal wird pro Bit (Informationseinheit) einmal abgetastet.
Wenn ein Hersteller angibt, das Signal werde mehrfach abgetastet, heisst das lediglich, die Bandbreite ist zu gross, und durch mehrfache Abtastung wird versucht, aus einem verrauschten Signal etwas Brauchbares herauszuholen.

Modulation / Demodulation
Die zu übertragende Information wird einer Trägerfrequenz (= die im Sendeplan aufgeführte Frequenz) aufmoduliert. Bei Morse geschieht dies meistens beim Unterbrechen der Träger, im Takt mit den Morsezeichen ( Modulationsart A1A). Dies ist die älteste und einfachste Art Information zu übertragen. Man erreicht trotzdem erstaunliche Resultate, weil die Übertragungsgeschwindigkeit langsam ist und die Dekodierung durch eine geübte Person vorgenommen wird.
Rundfunksender auf Lang- Mittel- und Kurzwelle benutzen Amplitudenmodulation (A3E). Die Amplitude (Signalhöhe) variiert im Takt mit der Sprache oder der Musik.
Im Seefunk wird auf Kurzwelle nur ein Teil (das eine Seitenband ohne Träger oder mit reduziertem Träger) übertragen (J3E oder R3E). Dies, um Bandbreite (Platz) zu sparen.
Bei VHF (UKW auf Deutsch) Hör- und Seefunk, wird mit Frequenzmodulation (F3E) gesendet. Hier variiert die Frequenz, und nicht die Amplitude, im Takt mit der Musik oder der Sprache. Der Qualitätsunterschied zwischen Hörfunk auf Mittelwelle und auf UKW beruht darauf, dass ein frequenzmoduliertes Signal viel störunempfindlicher ist, als ein amplitudenmoduliertes, und dass Störungen von Natur aus amplitudenmoduliert sind. (Probieren Sie mal im Auto auf Mittelwelle Musik zu empfangen!)
Deshalb wird Frequenzmodulation für Fax, Telex und NAVTEX eingesetzt (Modulationsart F1C bzw. F1B). Um die gleiche Empfangsqualität mit amplitudenmoduliertem Signal zu erreichen, müsste der Sender schätzungsweise mit der 100 bis 1000 fachen Leistung senden.
Speziell bei den Softwarelösungen, aber vereinzelt auch bei spezifischen Geräten, verwendet man einen handelsüblichen Empfänger. Hier wird das Signal dem Kopfhörer- oder Lautsprecherausgang entnommen. Der Demodulator, der nur für amplitudenmodulierte Signale ausgelegt ist, muss ein frequenzmoduliertes Signal behandeln.
Dabei wird der Empfänger auf die Betriebsart USB (oberes Seitenband) eingestellt. Will man z.B. den Deutschen Wetterdienst Fax-Sender auf 7880 kHz empfangen, muss die Frequenz auf 7880 kHz - 1,6 kHz = 7878,4 kHz eingestellt werden. Der Fax-Sender wird jetzt auf der abfallenden Filterkurve empfangen und nicht im Optimum bei 7880 kHz. Die Amplitude variiert, wenn die Frequenz sich zwischen schwarz (- 400 Hz ) und weiss ( +400 Hz ) verändert.
Der Signalhub ist relativ klein - es ist ja nur ein Trick um überhaupt ein frequenzmoduliertes Signal hörbar zu machen. Das Signal wird durch benachbarte Sender, Störungen von elektrischen Ausrüstungen in der Umgebung und atmosphärischen Störungen stark beeinflusst, weil diese Signale alle amplitudenmoduliert sind.
Ein guter Kurzwellenempfänger, evt. mit einem optionalen Schmalbandfilter, verbessert die Situation wesentlich. Das Nyquist Theorem wird aber dadurch, speziell bei Fax-Empfang, verletzt. Die Qualität der Wetterkarte wird entsprechend verringert.
Durch Unkenntnis und der Verbreitung dieser Methode, Wetterinformationen zu empfangen, entsteht leicht die Meinung, dass es problematisch sei, Wetterinformationen über Funk zu erhalten. Speziell im Mittelmeerraum, wo die Empfangsbedingungen durch elektrostatische Entladungen (Gewitterneigung) in den Sommermonaten schwierig sind, ist ein Empfang nach dieser Methode stark gestört.
Wie demoduliert der WE-FAX501?
Der DSP (Digital Signal Prozessor), ein programmierbarer Logik-Baustein mit ca.20’000 logischen Grundelementen und ein Mikroprozessor in Symbiose, sind für die Demodulation und Dekodierung zuständig. Dies ist eine rein digitale Frequenzdemodulation, weitgehend von Amplitudenschwankungen (Fading, Störungen u.a.), Komponententoleranzen und Temperaturschwankungen unabhängig.
Der Aufwand kann auch viel einfacher gehalten werden. Wäre kein Unterschied zwischen einem Kurzwellenempfänger für Euro 200.- oder 2000.- fände man für den teuren ja keinen Käufer. Bei guten Empfangsverhältnissen genügt jener für Euro 200.- wahrscheinlich. Bin ich aber darauf angewiesen, einen bestimmten Sender jeden Tag, auch bei einer Distanz von 3000 km, und / oder starken Störungen, wie im Mittelmeer in den Sommermonaten, zu empfangen, muss ich überlegen, ob nicht doch ein leistungsstärkerer Empfänger die bessere Wahl wäre.