DG5MK - APRS Einstiegsrezept

APRS Einstiegsrezept

APRS-Einstiegsrezept – Attraktiv und Preiswert
 
Automatic Packet/Position Reporting System (APRS) ist eine hochinteressante Variante des Amateurfunks. Über eine Funkverbindung kann jeder Funkamateur Positions- und Wetterdaten übermitteln, welche dann weltweit per Internet zur Verfügung stehen. Viele OMs scheuen wegen finanzieller oder technischer Aspekte einen Einstieg. Der vorliegende Beitrag gibt ein preisattraktives Rezept für einen Start mit APRS ohne unnötig tief in komplexe technische Details einzutauchen.
 

 
Unser heutiges Leben wird massiv durch Technologie beeinflußt. Das amerikanische Globale System zur Positionsbestimmung GPS (oder dessen Ableger anderer Nationen) hat Abläufe im Alltag vollkommen verändert.
 
Wer heutzutage mit dem Auto ein Fahrtziel finden möchte benutzt ein eingebautes oder mobiles Navigationssystem mit graphischer Darstellung des Straßennetzes. Vorbei die Zeiten als der Beifahrer mit der DIN A0 Karte in der Hand die Sicht auf die Straße versperrte.
 
Auch gehen unsere Kinder nicht mehr wandern oder auf Schnitzeljagd, sondern betreiben „Geo-Caching“. Mit einem mobilen GPS-Handgerät wird ein Schatz an einer unbekannten Stelle anhand seiner Koordinaten aufgespürt, oftmals verbunden mit weiteren Rätseln zur Erreichung des Ziels.
 
Ein relativ neuer Ableger sind die Lokationsbezogenen-Services im Mobilfunknetz. Nahezu jedes mobile Telefon (Smartphone) enthält heutzutage ein GPS-Modul. Beim Gang durch eine fremde Stadt erhält man aufgrund der Positionsbestimmung schnell Vorschläge für ein Restaurant o. ä. auf einer Karte angezeigt, je nach vorheriger Suchaktivität im Internet auch in der entsprechenden nationalen Ausrichtung.
 
Auch der Amateurfunk hat das Potential und die Vorteile eines weltweiten Systems zur Positionsbestimmung schnell erkannt und diese in die vorhandene Idee und Infrastruktur des Amateurfunks integriert.
 
Man nehme ein vorhandenes Funknetzwerk zur (Daten-) Paketvermittlung (AX.25), dazu entsprechende Datenlieferanten in Form von GPS-Modulen, Wetterstationen etc., verfeinere dies mit einigen Änderungen am Übertragungsprotokoll, einer Priese Software und der gute Geschmack begeistert viele Funkamateure zur Teilnahme. Fertig ist das APRS-Netzwerk.
 
Ganz so trivial ist es natürlich nicht. Stand heute ist das APRS-Netzwerk viel umfangreicher, schließt das Internet mit ein, hat zahlreiche Varianten zur Art der Teilnahme und erfordert zum Teil tiefe Kenntnisse von Protokollen, Software- und Hardware-Lösungen.
 
Der vorliegende Beitrag möchte aufzeigen, daß es dennoch einfach ist einzusteigen.
 
Dabei wird nicht der Anspruch erhoben alle Varianten des APRS-Netzwerkes zu beleuchten. Ganz im Gegenteil. Ziel ist es hier lediglich mit einem GPS-Modul Positionsdaten über ein Funkgerät zu übertragen und die Position im Internet auf einer Karte sichtbar zu machen.
 
Technische Details sollen nur soweit behandelt werden, wie es für einen erfolgreichen Aufbau unbedingt notwendig ist. Der Anspruch jedes technische Detail einer solch hochkomplexen Gesamtlösung zu verstehen ist schlicht zu hoch. Vielmehr kommt es darauf an die Eigenschaften der verwendeten Bausteine, z. B. GPS-Modul, und ein paar Details der Schnittstellen zu verstehen.
 
Damit der Spaß am Selbstbau nicht zu kurz kommt, wird zum Teil auf Bausätze zurückgegriffen. Ansatz ist es, eine Gesamtlösung unterhalb von € 150,-- inkl. Funkgerät vorzustellen. Die einzelnen Module gibt es auch fix und fertig zu kaufen, dann wird es ein paar Euro teurer.
 
Bild 1 zeigt die verwendeten Komponenten und deren Preisindikatoren.
 
 
Bild 1 Eingesetzte Komponenten
 
Also, Schürze um und los geht es!
 
Überblick APRS-Netzwerk
 
APRS steht für Automatic Packet (oder Position) Reporting System und ist um 1980 von WB4APR aufbauend auf dem Amateurfunk-Netzwerk Packet-Radio (AX.25-Protokoll) entwickelt worden. AX.25 wiederum ist die für den Amateurfunk angepaßte Variante des X.25- Protokolls, welches in Deutschland durch die Telekom als Datex-P eingesetzt wurde.
 
Datex-P, X.25 und AX.25 sind zunächst einmal Netzwerke, welche kurze Datenpakete von einem definierten Sender zu einem definierten Empfänger transportieren. Analog zur guten alten Post kann der Empfänger das Datenpaket quittierten oder auch die Annahme verweigern. Gegebenenfalls wird es vom Sender noch einmal gesendet. Verbunden mit entsprechender Fehlerprüfung der Daten ist somit sichergestellt, daß eine Nachricht / ein Datenpaket den Empfänger sicher ohne Fehler erreicht. Mehr noch, der Sender kann sogar den Weg des Paketes bestimmen indem die zu passierenden Paketvermittlungsstellen angegeben werden.
 
Ob die Übermittlung dabei per moduliertem Signal auf einer Telefonleitung, per Funk oder aber durch eine andere Übermittlungsmethode stattfindet spielt keine Rolle. Ganz banal gesehen ist die traditionelle Paketversendung mit Sendungsverfolgung per Post / DHL auch solch ein System. Selbst Form, Inhalt und Lage der Adressen auf einem Paket sind standardisiert, um eine teilweise automatisierte Verarbeitung zu ermöglichen.
 
Diese Standardisierung ist nichts anderes als das verwendete Protokoll eines Datennetzwerkes. Jeder hat sich hier strikt an die festgelegten Regeln zu halten, um in hoher Geschwindigkeit eine Verarbeitung ohne manuelle Eingriffe zu ermöglichen.
 
Das AX.25-Protokoll legt als Sende-, Empfangs- und Vermittlungsstellen nunmehr Rufzeichen fest und beinhaltet die Übertragungsweise per Funk (und viele andere Anpassungen), bleibt aber im Kern ein ‚Eins zu Eins‘-Vermittlungsverfahren (Ein Sender an ein Empfänger).
 
APRS beinhaltet dieses ‚Eins zu Eins‘-Vermittlungsverfahren zwar noch, im Grunde wird APRS aber ausschließlich als ‚Eins zu Viele‘-Netz genutzt. Der Ansatz ist es, von einem Sender Wetterdaten, GPS-Positionsdaten, kurze Nachrichten etc. an sein lokales Umfeld zu verteilen.
 
Der Sender kann dabei mobil oder fest sein, ein Auto, ein Schiff, ein Ballon, eine Wetterstation. Um eine weitere Ausbreitung zu ermöglichen, gibt es analog der FM-Relais für den Sprechfunk Digital-Repeater (Digipeater), welche die Datenpakete empfangen und, leicht verändert, wieder aussenden. Ebenfalls vorhanden sind Internet-Gateways, welche den Funk-APRS-Datenstrom in das Internet widerspiegeln. Das dazugehörige Internet-System wird als APRS IS bezeichnet und erlaubt einen weltweiten Zugriff auf lokale APRS-Daten.
 
Bild 2: APRS-Netzwerktopologie und Paketadressierung
 
Bild 2 zeigt eine typische APRS-Netzwerktopologie. Das Auto 1 (DG5MK) sendet APRS-Positions-, Geschwindigkeits- und andere Daten per Funk. Aufgrund der begrenzten Reichweite kann es lediglich den lokalen Digipeater DB0HAT erreichen. Dieser empfängt das Datenpaket und sendet es weiter. Im Empfangsbereich dieses lokalen Digipeaters liegt ein weiterer Digipeater mit einer größeren Reichweite (z. B. lokalisiert auf einem Berg), DB0END. Im Empfangsbereich von DB0END liegen weitere Digipeater und auch ein Internet-Gateway DF8DL, welches letztlich die APRS-Daten in das APRS-Internet-System widerspiegelt. Diese APRS-Daten sind weltweit z. B. über [4] in Echtzeit zu verfolgen.
 
Aus Bild 1 ist ein alternatives Szenario ersichtlich (Auto 2), in dem DG5MK direkt das Internet-Gateway DF8DL erreicht. Es ist leicht nachzuvollziehen, daß es viele andere Kommunikationswege geben kann, da APRS grundsätzlich das oben genannte ‚Eins zu Viele‘-Verfahren einsetzt. Das dazugehörige Adressierungsverfahren wird im nächsten Abschnitt vorgestellt.
 
Im Gegensatz zum Sprechfunk findet jedoch die gesamte Funk-Kommunikation simplex auf einer Frequenz im 2m Band statt, 144,80 MHz (Europa). Technisch gesehen werden die digitalen Daten (Nullen und Einsen) mit 1200 Zeichen pro Sekunde (1200 Baud) mit einem Audio Frequency Shift Keying (AFSK) Modulationsverfahren übertragen. Je nachdem ob es sich um eine Null, oder um eine Eins handelt wird der FM-Träger mit 1200 Hz oder 2400 Hz moduliert. Da 1200 Hz und 2400 Hz im normalen Sprachfrequenzbereich liegen, läßt sich grundsätzlich jedes FM-Sprechfunkgerät zur Funkübertragung von APRS-Daten nutzen.
 
Gerade die ‚Eins zu Viele‘-Adressierung verbunden mit der Simplex-Frequenz kann nun aber zu erheblichen Überlastungen des Netzwerkes führen. Das eigene Datenpaket wird vielfach in alle Richtungen weitergereicht und überschwemmt in kürzester Zeit das gesamte APRS-Netz. Selbst wenn sich alle Stationen daran halten erst zu senden wenn die Frequenz frei ist, geht möglicherweise bald nichts mehr.
 
Genau diese Situation ist vor einigen Jahren in den USA und auch in Europa eingetreten. Daher galt es Regeln zu implementieren welche eine Duplizierung von Datenpaketen (technische Lösung im Digipeater) und eine unnötig weitreichende Verteilung (Pfadregel des Senders) verhindern. Diese wesentlichen Änderungen und deren Implementierung ist unter dem Namen ‚Neues n-M-Paradigma‘ bekannt und im folgenden Abschnitt erläutert.
 
APRS-Pfadregeln
 
Ein APRS-Datenpaket beinhaltet eine Sende-, eine Zieladresse und eine Nutzlast (z. B. GPS Daten). Innerhalb der Zieladresse wird ebenfalls der Pfad angegeben, den das Datenpaket durch das Netzwerk nehmen soll.
 
Während die Sendeadresse das Rufzeichen des Senders ist, stellt sich die Frage was denn bei APRS eine Zieladresse des ‚Eins zu Viele‘-Vermittlungsverfahren sein soll und wie denn ein unbekannter Pfad durch das Netzwerk beschrieben werden soll? Ein mobiler Sender kennt nicht die Infrastruktur des aktuellen lokalen Netzes und das Datenpaket soll an alle Empfänger gehen.
 
Die Lösung besteht aus der Verwendung von Zieladressen- und Pfad-Aliase. Ein Alias ist dabei ein Platzhalter der eine bestimmte Gruppe der Netzwerkinfrastruktur anspricht und nicht nur einen einzelnen Rufnamen. Ein Pfad-Alias gibt dabei an wie ein Paket im Netz verteilt werden soll und ein Zieladressen-Alias gibt an, wer es empfangen soll.
 
Zunächst zur Zieladresse. Da alle APRS-Empfänger angesprochen werden sollen, könnte man einfach ‚APRS‘ als Zieladresse verwenden. Tatsächlich wird aber eine Zieladresse verwendet die vielfältige zusätzliche Informationen enthält.
 
Ein Beispiel ist die Zieladresse vom Typ APxxxx. Dabei ist xxxx eine Zahlen und Buchstabenkombination, welche das verwendete Gerät und die SW-Version des verwendeten APRS-Programms aufzeigt. APIxxx steht für Icom Geräte, APKxxx für Kennwood und APExxx für PIC-Mikrokontroller etc., das xxx jeweils für die verwendete SW-Version.
 
Weitere Nutzungsmöglichkeiten der Zieladresse bis hin zu eingebetteten Nutzdaten in der Zieladresse sind der ‚APRS Protokoll Reference‘ unter [5] zu entnehmen.
 
Zusammengefaßt ist die Zieladresse eines APRS-Datenpaketes für die in diesem Beitrag dargestellte Einführung irrelevant.
 
Für das Verständnis der Pfadregeln und der zugehörigen Pfad-Aliase gilt es zunächst zwei grundsätzliche Typen von Digipeatern zu unterscheiden.
 
Neben kleineren, lokalen Digipeatern die über den Alias RELAY (früher) oder WIDE1-1 (heute) im Pfad angesprochen werden, bestehen im Netzwerk auch weiterreichende Digipeater (WIDE) die über den Alias WIDEn-M im Pfad angesprochen werden. 'n‘ und ‚M‘ sind dabei ganze Zahlen. Was n-M bedeutet wird gleich erläutert.
 
Der Grundgedanke war und ist über verschiedene Stufen von Digipeatern eine möglichst flächendeckende Abdeckung eines Areals zu erreichen. Ist ein auf einem Berg stehender WIDE-Digipeater durch eine Abschattung nicht erreichbar, so kann ein kleinerer, lokaler Digipeater (Fill In) die Daten dem WIDE-Digipeater zuführen.
 
Wenn also in Bild 2 der lokale Digipeater DB0HAT ein Datenpaket mit dem Pfad WIDE1-1 empfängt, so wird dieses Paket etwas später wieder ausgesendet. Steht im Pfad ein anderer Alias oder gar ein Rufzeichen, so wird das Paket nicht weitergesendet. Der größere Digipeater DB0END dagegen sendet alle WIDEn-M Datenpakete weiter, auch solche mit WIDE1-1 Alias im Pfad.
 
Gut, die Zieladresse spielt eigentlich keine Rolle, der Weg durch das Netzwerk kann über die Aliase im Pfad grob nach Gruppen gesteuert werden. Aber dennoch würde sich ein Datenpaket schnell verbreiten und das Netz überschwemmen, solange genügend (WIDE) Digipeater gegenseitig in Reichweite stehen.
 
Die Lösung des Dilemmas besteht in einer geschickten Wahl des Pfad-Alias, der Veränderung dieser Aliase / des Pfads durch jeden Digipeater der das Datenpaket weitergereicht hat, und letztendlich damit auch aus einer Begrenzung der Anzahl der Sprünge (Hops), die ein Datenpaket von Digipeater zu Digipeater nehmen kann.
 
Zunächst zurück zu dem AX.25-Protokoll (Packet Radio). Der Pfad wurde direkt durch die zu passierenden Rufzeichen der Digipeater definiert. Dabei markiert jeder Digipeater ‚seine‘ Weiterleitung durch einen Stern hinter dem Rufzeichen. Der Pfad wird nach und nach von links nach rechts verbraucht. Ein zu sendendes Datenpaket von DG5MK an DF8DL via der Repeater DB0HAT und DB0END hätte die folgende Kombination von Adressen und Pfade gehabt:
 
DG5MK > DF8DL, DB0HAT, DB0END (direkt nach Aussendung durch DG5MK)
DG5MK > DF8DL, DB0HAT*, DB0END (nach Empfang und Aussendung durch DB0HAT)
DG5MK > DF8DL, DB0HAT*, DB0END* (nach Empfang und Aussendung durch DB0END)
 
Danach hat DF8DL hoffentlich das Paket empfangen und quittiert dies.
 
APRS benutzt nunmehr Aliase statt Rufzeichen aufgrund des ‚Eins zu Viele‘-Ansatzes. Die Zieladresse ist eine Pseudoadresse. Nehmen wir an DG5MK hat in seinen Geräten einen Pfad mit WIDE1-1 angegeben.
 
DG5MK > APxxxx, WIDE1-1 (direkt nach Aussendung durch DG5MK)
DG5MK > APxxxx, WIDE1* (nach Empfang und Aussendung durch einen Digipeater)
 
Jeder lokale und WIDE-Digipeater würde dieses Datenpaket weiterleiten, da Beide bei WIDE1-1 in Aktion treten. Nach der ersten Weiterleitung wäre aber auch Schluß da der Pfad dann aufgebraucht ist. Wenn die Verteilung nicht weit genug ist… Pech gehabt. Eine Quittierung findet unter APRS grundsätzlich nicht statt.
 
Nun wird durch DG5MK der Pfad WIDE1-1, WIDE1-1 definiert:
 
DG5MK > APxxxx, WIDE1-1, WIDE1-1 (direkt nach Aussendung durch DG5MK)
DG5MK > APxxxx, WIDE1*, WIDE1-1 (nach Empfang und Aussendung durch den ersten Digipeater)
DG5MK > APxxxx, WIDE1*, WIDE1* (nach Empfang und Aussendung durch den zweiten Digipeater)
 
Der Pfad ist wiederum aufgebraucht. Jetzt könnte man sehr viele WIDE1-1-Aliase in den Pfad aufnehmen, was aber nicht sehr praktikabel ist. Statt dessen wurde für die zumeist ‚intelligenten‘ WIDE-Digipeater eine andere Nomenklatur eingeführt, WIDEn-M. Dabei gibt das n die Anzahl der gewünschten Sprünge und das M die Anzahl der verbleibenden Sprünge an. Bei jedem Sprung subtrahiert der Digipeater vom M-Wert 1 um schließlich den Pfad aufzubrauchen. Ein Beispiel mit WIDE2-2 (2 Sprünge):
 
DG5MK > APxxxx, WIDE2-2 (direkt nach Aussendung durch DG5MK)
DG5MK > APxxxx, WIDE2-1 (nach Empfang und Aussendung durch den ersten Digipeater)
DG5MK > APxxxx, WIDE2* (nach Empfang und Aussendung durch den zweiten Digipeater)
 
Nach Aufbrauchen des Pfades (WIDE2-0) wird stattdessen WIDE2* vermerkt. Mit diesem Verfahren ist es möglich nicht nur die Anzahl der Sprünge sinnvoll zu begrenzen, sondern auch bei einem eintreffenden Datenpaket seine Sprunganzahl nachzuvollziehen.
 
Einziger Knackpunkt ist, daß lokale Digipeater ohne ‚Intelligenz‘ dieses Subtraktionsverfahren nicht beherrschen und nur auf WIDE1-1 (früher RELAY) reagieren. Eigentlich sehen sie den Pfad nur als WIDE1, bzw. WIDE2 etc. Befindet sich DG5MK nur im Abdeckungsbereich eines lokalen Digipeaters, wird das Datenpaket mit dem Pfad WIDE2-2 gar nicht bearbeitet.
 
Die optimale Pfadwahl um lokale und WIDE-Digipeater gleichermaßen anzusprechen ist die Wahl des Pfades: WIDE1-1, WIDE2-2 (insgesamt 3 Sprünge) oder WIDE1-1, WIDE2-1 (insgesamt 2 Sprünge).
 
Dadurch wird immer ein lokaler Digipeater oder ein WIDE-Digipeater angesprochen, die Anzahl der Sprünge ist mit 2, bzw. 3 Sprüngen bei der vorhanden Abdeckung in Europa vollkommen ausreichend, um einerseits per WIDE-Digipeater das lokale Umfeld zu versorgen und gleichzeitig auch ein Internet-Gateway zu erreichen. APRS IS ermöglicht dann einen weltweiten Abruf der Daten. Ein Überschwemmen des Funknetzwerkes mit Datenpaketen wird vermieden.
 
Die Wahl dieser Pfadkombination mit der Beschränkung auf 2, bzw. 3 Sprünge wird weltweit als ‚Neues n-M-Paradigma‘ bezeichnet. Jeder Amateurfunker mit Ham-Spirit hat sich daran zu halten!
 
Bild 2 zeigt ebenfalls den Status des Pfades für die aufgeführten Szenarien A (blauer Pfeil) und B (schwarzer Pfeil).
 
Ergänzend sei noch auf die Punkte Internet-Gateway (I-Gate) und Rufzeichenersetzung in Bild 2 hingewiesen.
 
Spiegelt ein Internet-Gateway (hier DF8GL) das Datenpaket in das APRS-Internetsystem (APRS-IS) wider, so wird dem Pfad eine Q-Gruppe (hier q-AR) samt dem Rufzeichen des Gateways angehangen. Näheres dazu unter [6].
 
In der Regel fügt derjenige Digipeater, der ein Pfadelement aufbraucht sein Rufzeichen mit dem Stern als Kennzeichen für „Verbraucht“ ein. Dadurch kann der Weg des Datenpaketes zum Teil nachvollzogen werden. Verloren geht allerdings die ursprüngliche Pfaddefinition.
 
Wer möchte kann sich mittels [4] APRS IS live anschauen. Ebenso kann auf die Paket-Rohdaten zugegriffen werden. Dazu später mehr.
 
Ein tieferer Einstieg in APRS ist mittels [1] und [5] möglich.
 
GPS und das GPS-Modul
 
Nach diesem doch recht umfangreichen Einstieg in APRS geht es nun um das Global Positioning System (GPS) und um Auswahl und Test eines preiswerten, aber hocheffizienten Empfangsmoduls zur Erzeugung der benötigten GPS-Positionsdaten für das vorliegende APRS-Projekt.
 
 
Bild 3: Das verwendete GPS-Modul
 
GPS wurde 1995 vom US Verteidigungsministerium eingeführt um eine weltweite Positionsbestimmung zu ermöglichen. Es besteht aus mindestens 24 die Erde umkreisenden Satelliten die unter anderem auf 1,57542 GHz ein Signal aussenden, welches Position und Uhrzeit enthält. Sind mehrere Satelliten in Sicht eines auf der Erde befindlichen Beobachters, so kann durch Auswertung der Signallaufzeiten die eigene Position in Form von Längen- und Breitengrad bestimmt werde.
 
Dieses nicht-militärische, sogenannte L1 Signal ermöglicht eine Positionsbestimmung bis auf etwa 10 Meter Fehlerradius genau.
 
Unter anderem Europa unterhält zusätzliche zurzeit 34 Referenz-Bodenstationen, welche das für deren Position empfangene GPS Signal mit der bekannten, tatsächlichen Position der Stationen vergleichen. Ein daraus berechnetes Korrektursignal wird zu einem weiteren Satelliten gesendet und über Europa als EGNOS Signal auf gleicher Frequenz ausgestrahlt. Dadurch kann eine Genauigkeit der Position von 1 – 3 Meter erreicht werden. Andere Kontinente benutzen ähnliche Verfahren mit anderen Namen. [7] bietet weitere Details zu GPS und EGNOS.
 
Seit vielen Jahren sind preiswerte Module (GPS-Maus) zur Positionsbestimmung erhältlich, die angefangen von der Antenne, über die komplette Signalauswertung bis zur Bereitstellung der Daten über eine genormte Schnittstelle alles beinhalten. Für den Anwender sind die Details transparent, er muß sich lediglich um Eigenschaften des Moduls und dessen Schnittstelle kümmern.
 
Die wesentlichen Eigenschaften eines GPS-Moduls sind die bedienten Positionierungssysteme (GPS, GLONASS, GALILEO etc.), die bediente Fehlerkorrektur (z.B. EGNOS), der verwendete Chipsatz, die Anzahl Positionen pro Sekunde und die verwendete Ausgabeschnittstelle.
 
In Deutschland sind Module von [8] sehr weit verbreitet, als Platinenversion oder auch mit Gehäuse als kompletter Empfänger. Unter [8] im Unterpunkt Module kann über die oben genannten Eigenschaften ein Produkt ausgewählt werden.
 
Für dieses Projekt kann jedes Modul verwendet werden, welches das US GPS-System bedient und als Ausgang über eine serielle RS232-Schnittstelle verfügt. Bei Wahl der RS232-Schnittstelle werden 2 Aspekte gleichzeitig berücksichtigt. Einerseits versteht jeder APRS-Tracker neben einem TTL Pegel auch die RS232-Signalpegel, andererseits erlaubt eine RS232-Schnittstelle aber auch einen direkten Anschluß des Moduls an einen PC zwecks Test- und Programmierung. USB- oder TTL-Schnittstelle würden jeweils nur einen einzelnen der genannten Aspekte bedienen.
 
Gewählt wurde das Modul NL-650ERS. Dieses ist zum Straßenpreis von ca. € 25,-- - € 35,-- bei zahlreichen Anbietern erhältlich. Bitte unbedingt das passende Anschlußkabel mitbeschaffen! Die technischen Daten unter [8] zeigen, das es neben GPS auch das zukünftige Europäische Positionierungssystem Galileo bedient. Der Empfänger ist hochempfindlich und das Modul liefert nach Einschalten innerhalb einer Sekunde eine aktuelle Position (Neuerfassung). Es wird mit 5V betrieben und hat die besagte RS232-Schnittstelle mit einer maximalen Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 38400 Zeichen pro Sekunde (Baudrate). Unter [8] findet sich neben einer umfangreichen Dokumentation auch das Konfigurationsprogramm u-Center, mit dessen Hilfe der Chipsatz programmiert werden kann.
 
Zunächst ein paar Worte zur RS232-Schnittstelle. Es handelt sich um eine simple, asynchrone, serielle Spannungs-Schnittstelle (Full-Duplex), am PC auch als COM Port bekannt. Der logische Pegel Eins ist dabei als – 3 V bis – 15 V definiert, der logische Pegel Null als + 3 V bis + 15 V. Die Synchronisation zwischen Sender und Empfänger wird entweder über spezielle Steuerleitungen oder aber durch die Datenwahl selbst (Software) durchgeführt.
 
Heutzutage gebräuchlich ist der Anschluß über 9-polige Sub-D-Stecker. Es wird fast immer SW-Synchronisation genutzt, so daß von den 9 Kabeln lediglich 3 benötigt werden: TX, RX, GND. Also Sendesignal, Empfangssignal und Masse. Mehr zu RS232 inklusive Pinbelegung der Stecker unter [9].
 
Damit sich GPS-Modul und PC, bzw. APRS-Tracker verstehen muß neben der gleichen Geschwindigkeit (Baudrate) auch das gleiche Datenformat gewählt werden. Hier wird ausschließlich das übliche Datenformat 8-N-1 verwendet (8 Datenbits, kein Paritätsbit, 1 Stoppbit). Weiterhin muß das TX-Signal des Moduls auf den RX-Eingang des PC / APRS-Tracker gelegt werden. Beim PC entsprechend dessen TX-Signal auf den RX-Eingang des Moduls für eine mögliche Programmierung.
 
Letztendlich ist das Ziel das Modul am APRS-Tracker zu betreiben. Dazu verfügt der Tracker über einen 9-poligen Sub-D-Stecker, über den auch die 5 V Betriebsspannung für das Modul bereitgestellt wird. Es bietet sich an für einen späteren Anschluß an den Tracker die Kabel des GPS-Moduls auf eine 9-polige Sub-D-Buchse zu legen. Das Titelbild zeigt die angeschlossene Buchse samt Gehäuse. Die Dokumentation des Moduls mit der Dokumentation des Trackers (später mehr) ergibt die Anschlußbelegung nach Bild 4, untere Zeile.
 
 
Bild 4: Anschlußbelegungen GPS-Modul zu Tracker und PC
 
 
Die obere Zeile von Bild 4 zeigt den Anschluß des GPS-Moduls an einen COM-Port eines PCs. Um später auch den Tracker per PC zu programmieren ist ein Umweg über ein Null-Modem-Kabel (gekreuzte RX und TX Leitungen) zu wählen. Daher wird zusätzlich ein kleiner Adapter, bestehend aus zwei Sub-D-Steckern, benötigt. GND, TX und RX (gekreuzt) sind über ein paar Stücke Silberdraht zu verbinden. Pin 4 eines Steckers (zum Modul hin) geht frei nach außen zwecks Einspeisung einer 5 V Spannung für Test und Programmierung des Moduls per PC. Alle Teile sind für ein paar Euro z. B. unter [10] erhältlich.
 
Schön und gut, das GPS-Modul kann jetzt mit Spannung versorgt werden (5 V stabilisiert bitte!) und die Daten gehen über einen Adapter und ein Kabel zum COM-Port eines PCs. Aber welche Daten liefert das GPS-Modul denn eigentlich?
 
NMEA 0183
 
Format und Inhalte der Ausgangsdaten (Datensätze) sind zum Glück weitestgehend standardisiert. Durchgesetzt hat sich das sogenannte NMEA 0183-Protokoll.
 
NMEA steht für National Marine Electronics Association und verrät bereits durch seinen Namen das diese Normung im Bereich der Schiffahrt entstanden ist. GPS war und ist die Lösung für eine sichere Navigation der Schiffe, weltweit und unter jeder Wetterbedingung. Zumeist sind Empfangsantenne samt GPS Auswertung getrennt von einem die entsprechende Seekarte abbildenden Kartenplotter installiert. Daher bestand ein Bedarf die Schnittstelle zwischen verschiedenen Geräten zu normen. Das NMEA 0183-Protokoll wurde festgelegt und stellt heutzutage den de facto Standard für alle Kommunikation zwischen GPS-Empfängern und angeschlossenen Geräten dar. Das für diesen Beitrag aufgeführte GPS-Modul würde problemlos mit einem Kartenplotter aus dem Marine Bereich zusammenarbeiten.
 
Das NMEA 0183-Protokoll legt zunächst fest, daß die Information aus Datensätzen bis zu 80 ASCII-Zeichen bestehen und jeder Datensatz mit Wagenrücklauf und Zeilenvorschub abgeschlossen wird. Die Historie einer zeilenorientierten Informationsverarbeitung der Achtziger-Jahre ist offensichtlich. Für den vorliegenden Fall ist bzgl. des Inhaltes der Datensätze ein Beginn mit einem Dollarzeichen $ definiert, gefolgt von der Gerätekennung GP (für GPS) und eine 3-stellige Datensatzkennung mit weiteren, durch Kommata getrennten Inhalten. Eine detaillierte Darstellung des Protokolls und des Inhaltes der einzelnen Datensätze kann den unter [8] bereitgestellten Referenzhandbüchern entnommen werden. Ergänzend sei auf die Kurzübersicht unter [11] hingewiesen.
 
Wenn denn nun die Datensätze des GPS-Moduls aus einfachen ‚lesbaren‘ ASCII-Sätzen bestehen, so sollte sich dies auch einfach testen lassen.
 
Test des GPS-Moduls mit Hterm
 
Für einen Test wird das GPS-Modul nach Bild 4 obere Zeile über einen Adapter und ein Null-Modem-Kabel mit einem PC verbunden. Am Adapter werden 5 V für die Spannungsversorgung des Moduls eingespeist. Falls der PC nur noch über USB-Schnittstellen verfügt, so bedarf es zusätzlich eines einfachen USB-Seriell-Wandlers, der überall für ein paar Euro erhältlich ist (z. B. [10]).
 
Jedes simple Terminalprogramm kann für einen einfachen Test genutzt werden. Ein sehr gutes Programm ist HTERM, ladbar von [12]. Es bedarf keiner Installation, die EXE-Datei kann direkt ausgeführt werden.
 
 
Bild 5: Hterm und GPS-Modul-Datensätze
 
Bild 5 zeigt die Oberfläche von Hterm. In der ersten Menüzeile ist zunächst die serielle Schnittstelle zu wählen. Falls nicht bekannt ist welcher COM-Port genutzt wird, ist die schnellste Methode zur Lösung der Frage einfach die einzelnen Ports auszuprobieren. Als Datenrate (Baud) hat das Navilock GPS-Modul 9600 Baud als Standardwert. Als Datenformat ist 8-N-1 zu wählen: 8 Datenbits, kein Paritätsbit, ein Stoppbit. Aus dem NMEA-Protokoll ist bekannt, daß jede Zeile mit Wagenrücklauf und Zeilenvorschub abgeschlossen wird. In der 2. Menüzeile wird daher ‚Newline at‘ auf ‚CR+LF‘ eingestellt.
 
Nach bestätigen von ‚Connect‘ sollten direkt die erwarteten Datensätze angezeigt werden. Bei 9600 Baud Datenrate ist sehr schön die schubweise Bereitstellungen von wiederkehrenden Datensätzen zu beobachten. Alle Sätze beginnen mit $GP (für NMEA 0183-GPS-Daten), dann die folgenden Satzkennungen mit Identifikation nach [11]:
 
VTG:               Kurs und Geschwindigkeit über Grund
GGA:             Position, Zeit und andere GPS-Daten
GSA:               Genutzte aktive Satelliten und Abweichungswahrscheinlichkeit
GSV:               Satelliten in Sicht (mehrere Sätze je nach Anzahl der Satelliten)
GLL:               Position und Zeit
RMC:              Minimumsatz Navigationsinformationen (Position, Zeit etc.)
 
Beispielsweise folgt dem ‚GGA-Satz‘ die Information:
$GPGGA, 083013.00, 5137.05325, N, 00707.58563, E, 1, 09, …
 
[11] verrät dass die Information nach dem ersten Komma die UTC-Zeit im Format hhmmss.ss darstellt, also 08:30 Uhr und 30 Sekunden. Es folgt die Positionsangabe in Breiten- und Längengrad, dann weitere Detaildaten. 
 
Viele Informationen sind hier redundant. Wer jedoch bzgl. Weiterverwendung der Daten auf der sicheren Seite sein möchte sollte keine Datensätze abschalten. Das dies möglich ist, wird im nächsten Abschnitt aufgezeigt.
 
Noch eine kurze Berechnung zur Datenlast. Hterm zeigt, daß jeder Datenblock aus 484 Zeichen besteht, jeweils 9 Bits (8 Daten- und 1 Stoppbit). Das ergibt 4356 Bit pro Datensatz. Das Modul ist auf 1 Erneuerung der Daten pro Sekunde voreingestellt und somit sind es auch 4356 Bit pro Sekunde. Bei einer Schnittstellengeschwindigkeit von hier 9600 Baud gibt es keine Probleme, auch bei 4800 Baud liefe noch alles einwandfrei. Werden jedoch zusätzliche Datensätze freigeschaltet, oder wird auch die Erneuerungsrate hochgesetzt, so kommt man nicht umher sich die Zusammenhänge genau zu überlegen. Andernfalls drohen Datenaussetzer, die nur sehr schwer zu diagnostizieren sind.
 
Konfiguration des GPS-Moduls mit u-Center
 
Der Chipsatzhersteller u-Blox stellt ein umfangreiches Test- und Diagnoseprogramm für seine Chipsätze zur Verfügung. Es steht unter [8] samt umfangreichem Dokumentationsmaterial bereit.
 
Die wesentlichen Funktionen sind der Modul-Dokumentation entnommen und unter Bild 6 aufgeführt.
 
Bild 6: u-Center-Funktionen
 
Nach Installation des Programms und Einstellen der Schnittstellenparameter, wie bei Hterm beschrieben, sollten direkt GPS-Daten angezeigt werden. Mit Ausnahme von Punkt 3 (Update Firmware) und Punkt 5 (Konfigurationsmanager) kann man ruhig alles einmal ausprobieren.
 
Insbesondere der Konfigurationsmanager ermöglicht eine umfangreiche Veränderung von Modul-Parametern, die auch über ein Abschalten der Betriebsspannung hinaus bestehen bleiben. Im schlimmsten Fall können die Schnittstellen so verstellt werden, daß nichts mehr geht. Dann hilft nur noch die Stützbatterie des Moduls zu entfernen und somit eine Komplett-Rückstellung auf die Ausgangsparameter durchzuführen.
 
Auch hat das Modul einen hierarchischen Speicher. Änderungen im laufenden Betrieb gehen nach Abschaltung der Betriebsspannung wieder verloren. Es sei denn, sie werden in einem zweiten Schritt in den nicht flüchtigen Speicher geschrieben. Das u-Center-Referenz-Handbuch unter [8] zeigt alle Details auf.
 
 
Bild 7: u-Center-Test- und Konfigurationsprogramm
 
Bild 7 zeigt u-Center nach Aufruf des Konfigurationsmanagers. Die Konfiguration selbst besteht aus der Übersendung von speziellen Datensätzen an das Modul. Diese Datensätze sind links als Nachrichtengruppen zusammengefaßt. Mit MSG läßt sich beispielsweise jede einzelne GPS-Datensatzart (GGA, GSA etc) ab- oder zuschalten. Die Aktivierung der Auswertung von EGNOS Korrekturdaten (unter SBAS) ist im Handbuch beschrieben.
 
Für das APRS-Beispielprojekt soll lediglich die Schnittstellengeschwindigkeit geändert werden, da die meisten APRS-Tracker mit 4800 Baud arbeiten und nicht wie beim Modul voreingestellt mit 9600 Baud.
 
Dazu ist unter PRT (Port) die Baudrate auf 4800 einzustellen und anschließend die Nachricht per ‚Send‘ Auswahl (in der unteren Zeile des Bildschirms) an das Modul zu senden. Es findet nun keine Datenerneuerung mehr statt, das Modul arbeitet (temporär) mit 4800 Baud, u-Center ist noch auf 9600 Baud eingestellt. Nun wird in der oberen Menüzeile von u-Center auf 4800 Baud umgestellt und die Verbindung (wieder) hergestellt. Neue Daten werden angezeigt. Jetzt ist über CFG (Configuration) eine zweite Nachricht an das Modul zu senden (CFG-CFG/save), damit die Änderung in den permanenten Speicher übernommen wird. Nach kurzem Abschalten und Wiedereinschalten des Moduls haben alle Speicherhierarchien die gewünschten Einstellungen.
 
Das Navilock NL-650ERS-GPS-Modul ist für das APRS-Einstiegsrezept nun korrekt konfiguriert und auch getestet.
 
APRS-Tracker
 
Die vorherigen Abschnitte haben aufgezeigt, daß ein APRS-Funksignal aus AFSK-modulierten Datenpaketen mit 1200 Baud Datenrate besteht, die nach dem APRS-Standard (bzw. AX.25-Standard) eine Nutzlast, Netzwerkadressen und Pfadregeln beinhalten. Auf der anderen Seite liegen NMEA 0183-kodierte Datenpakete mit 4800 Baud vor. Der Mittler zwischen diesen Protokollen (und noch viel mehr) ist der APRS-Tracker.
 
Zumeist handelt es sich um einen Mikrocontroller der die verschiedenen Datenformate und Geschwindigkeiten umsetzt. Heutzutage sind Mikrocontroller so leistungsfähig, daß noch weitere Aufgaben wahrgenommen werden können. Bei Vorhandensein eines Transceivers kann dies zusätzlich die Überwachung der APRS-Frequenz auf ‚Frequenz Frei‘ bis hin zur kompletten Auswertung und Weiterleitung empfangener APRS-Pakete sein.
 
Für das Einstiegsrezept wurde ein Bausatz des Open Tracker OT1+ nach [13] gewählt. Dieser kann als Bausatz über [14] für € 33,-- bezogen werden. Erhältlich ist auch ein Fertiggerät. Inzwischen ist ein Nachfolgemodell erschienen, der Open Tracker USB. Er unterscheidet sich im Wesentlichen durch die Konfiguration per USB statt RS232 Schnittstelle. Alle Ausführungen in diesem Beitrag sind übertragbar. Das Titelbild zeigt den Tracker mit geöffnetem Gehäuse.
 
Andere Tracker sind ebenfalls verwendbar. Eine Übersicht ist unter [1] aufgeführt. Lediglich von einer Klasse von Trackern darf dringend abgeraten werden. Es sind Tracker mit eingebautem Sender ohne Empfänger. Der Kanal wird nicht auf ‚Frequenz Frei‘ überwacht, es kommt aufgrund des periodischen Aussendens zu unnötigen Datenkollisionen.
 
Es ist erstaunlich welche Leistungsfähigkeit im OT1+ bzw. dessen Nachfolger stecken. Neben GPS-Modulen können Wetterstationen angeschlossen werden. Empfangene APRS-Datenpakete werden ausgewertet und dann im NMEA 0183-Protokoll an Kartenplotter ausgegeben. Die Liste der Möglichkeiten bis hin zum PSK31-Bakenbetrieb ist lang. In diesem Beitrag wird lediglich die Grundfunktionalität genutzt.
 
Der OT1+ stellt an seinen Gehäuseseiten einen Sub-D-Stecker zwecks Anschluß eines GPS-Moduls und eines Nullmodemkabels zur Konfiguration per PC sowie eine Sub-D-Buchse zwecks Anschluß eines Funkgerätes zur Verfügung. Die Anleitung unter [14], bzw. [13] gibt Aufschluß über die Anschlußbelegung. Die richtige Belegung der GPS-Modul-Buchse nach Bild 4 wurde bereits diskutiert.
 
Auf den Aufbau des Trackers soll hier nicht eingegangen werden. Die paar Standard-Bauteile sind schnell nach Anleitung, bzw. Bestückungsdruck aufgelötet.
 

 

Bild 8: OT1+ Tracker

 
Bild 8 zeigt den fertigen APRS-Tracker. Nun geht es um die Konfiguration des Gerätes und zunächst um die Belegung der Brücken. Für das verwendete Funkgerät bleibt Brücke HT unbelegt und die Ausgangslautstärke wird auf hoch gestellt (Brücke HI belegt). Sehr kritisch ist die Belegung der Brücke ‚Voltage Select‘. Hier wird festgelegt, welche Ausgangspannung dem GPS-Modul zur Verfügung gestellt wird. Es ist unbedingt auf 5 V zu überbrücken (siehe Bild 8). Eine höhere Ausgangsspannung würde das GPS-Modul zerstören.
 
Auf den Anschluß zum Funkgerät hin wird später eingegangen. Um den OT1+ mit Spannung zu versorgen muß zur Konfiguration allerdings an der Funkgeräteseite des Trackers eine Spannung zwischen 7 V bis 28 V angelegt werden,. Da es sich hier um eine Sub-D-Buchse handelt, kann man für den Übergang an Pin 7 (Plus) und Pin 6 (Masse) einfach zwei Drahtstücke einführen, oder man lötet diese an einen Sub-D-Stecker, oder man baut bereits das Kabel aus dem Abschnitt ‚2m-Funkgerät‘ auf.
 
Die restliche Konfiguration geschieht mittels des Programms otwincfg.exe, welches unter [13] bereitsteht. Nach Spannungsversorgung des Trackers wird die gegenüberliegende Seite mittels Nullmodemkabel an den PC angeschlossen (oder komplett per USB beim Nachfolgemodell). otwincfg wird gestartet und nach Auswahl des gewählten COM-Ports am PC sollte das Konfigurationsfenster nach Bild 9 erscheinen.
 
 
Bild 9: otwincfg Konfigurationsfenster
 
Zunächst ist das eigene Rufzeichen einzugeben, hier DG5MK und ein verwendetes APRS-Symbol, hier ‚Jeep‘. Die Ausgabegeschwindigkeit zum Funkgerät hin ist bei VHF immer 1200 Baud. 300 Baud werden lediglich auf HF genutzt. Wie im Abschnitt ‚APRS-Netzwerk‘ erläutert such man vergeblich eine Eingabemöglichkeit für ein Zielrufzeichen. Sehr wichtig ist jedoch der im gleichen Abschnitt beschriebene Pfad, der hier mit WIDE1-1, WIDE2-1 eingegeben wurde. Optional kann eine kurze Nachricht, hier ‚Test Test Test‘ eingegeben werden.
 
Der Block rechts oben beschreibt die Nutzlast der APRS-Datenpakete. Testweise werden auch die Werte des Spannungs- und Temperatursensors des OT1+ übermittelt.
 
Der mittlere Block beschreibt in welchen Intervallen gesendet werden soll. Für eine mobile Nutzung bietet sich ein geschwindigkeitsabhängiges Sendeintervall an. Bild 10 zeigt die gewählten ‚SmartBeaconing‘ Einstellungen.
 

 

Bild 10: otwincfg: Variable Sendeintervalle

Bei langsamer Geschwindigkeit wird alle 10 Sekunden gesendet, bei schneller Geschwindigkeit alle 2 Sekunden. Dazwischen wird linear interpoliert. Zusätzlich wird bei Richtungsänderungen gesendet.
 
Um unnötige Aussendungen zu vermeiden wird nach Bild 9 nur mit gültigem GPS-Signal gesendet (‚Don’t require GPS Fix‘ aus). Weiterhin wird ‚SW DCD‘ eingeschaltet. Dadurch wird die Frequenz auf Datenpakete hin überwacht und nur bei ‚Frequenz Frei‘ gesendet.
 
Eine weitere wichtige Einstellung ist die Anpassung des Audio-Ausgangspegels an das verwendete Funkgerät. Am einfachsten kann dies über das Untermenü ‚Tuning/Diagnostics‘ nach Bild 11 durchgeführt werden.
 
 
Bild 11: otwincfg: Test-Dialog
 
Im Dialog kann ein angeschlossenes Funkgerät auf Sendung geschaltet (PTT) und ein Ton zwecks Modulation ausgegeben und in der Lautstärke verändert werden.
 
Bewährt hat sich die Methode die Ausgangslautstärke des Trackers mit Hilfe eines zweiten Funkgerätes als Kontrollempfänger einzustellen. Das APRS-Funkgerät und der Kontrollempfänger arbeiten im FM Modus auf der gleichen Frequenz (nahe 144,8 MHz). Mit Hilfe des Test-Dialogs wird das Funkgerät auf Sendung geschaltet und für die Modulation im Dialog ein niedriger (low) 1200 Baud Ton gewählt. Im Kontrollempfänger sollte der Ton hörbar sein. Der Einstellregler des Dialogs wird dann nach rechts gestellt bis der Ton verzerrt (kein sauberer Ton) klingt, sodann wieder nach links gestellt bis ein möglichst unverzerrter Ton zu hören ist. Danach noch ein bis zwei Raster weiter nach links einstellen.
 
Aufgrund der verwendeten AFSK-Modulation nutzt ein zu laut eingestelltes Signal wenig, ganz im Gegenteil. Übersteuerungen und Verzerrungen behindern eine optimale Auswertung der Datenpakete.
 
Für die weiteren Einstellungen sei auf das Handbuch des APRS-Trackers verwiesen.
 
 
 
 
2m-Funkgerät
 
Bereits im Abschnitt ‚APRS-Netzwerk‘ wurde erwähnt, daß sich für APRS jedes 2m-Funkgerät verwenden läßt. Dabei sind 5 Watt Sendeleistung für das APRS-Einstiegsprojekt vollkommen ausreichend.
 
Die meisten Amateurfunker dürften solch ein Gerät bereits besitzen. Falls nicht sei die Anschaffung eines preiswerten Handfunkgerätes empfohlen. Um die Kosten niedrig zu halten wurde hier ein Einbandgerät Wouxun KG-818 gewählt. Dieses ist zum Straßenpreis von unter € 70,-- erhältlich. Für ein paar Euro mehr gibt es auch bereits einfache Geräte von ICOM, YAESU etc.
 
Die Verbindung APRS-Tracker zu Funkgerät ist einfach und aus Bild 4, bzw. Bild 12 ersichtlich. Zu verbinden sind Audioeingang, Audioausgang und das Signal für die Sendeumschaltung (PTT gegen Masse) sowie Masse.
 
Schwieriger ist es für die Klinkenbuchsen des Handfunkgerätes passende Stecker zu finden. Loseware ist zumeist am Kragen vom Durchmesser her zu groß und löst die Klinkenkontakte daher nicht einwandfrei aus. Einfacher und dennoch preiswert ist es von [10] komplette Kabel mit Stecker zu beziehen und diese samt einer externen Spannungsversorgung an einen Sub-D-Stecker zu löten. Das Titelbild zeigt diese Lösung.
 
Die in Bild 11 gezeigte Belegung der Klinkenbuchsen ist identisch zwischen dem Wouxun KG-818 und einem Kennwood THF-7E. Bei Funkgeräten anderer Hersteller ist die Belegung entsprechend anzupassen.
 
Bild 12: Anschlußbelegung Klinkenstecker des Funkgerätes
 
Nachdem nun alle Komponenten konfiguriert und verkabelt sind, steht einem (mobilen) Gesamttest nichts mehr im Wege.
 
APRS ‚On Air‘
 
Nach Verkabelung des GPS-Moduls mit dem APRS-Tracker und dessen Anschluß an das Wouxun Funkgerät wurde aus einer Batterie der APRS-Tracker mit Spannung versorgt. Das Funkgerät selbst wurde im Auto zwecks besserer Abstrahlung über eine vorhandene DIAMOND MR-77 Magnetantenne angeschlossen.
 
Nach kurzer Zeit konnte anhand der Leuchtdiode des Trackers erkannt werden, daß ein gültiges GPS-Signal empfangen wurde (einzelnes grünes Blinken).
 
Das Funkgerät wurde eingeschaltet und die Lautstärke am Gerät auf ca. ein Drittel eingestellt (Squelch ausgeschaltet). Ohne Anschluß der Klinkenstecker wurde bereits vorher die Frequenz 144,80 MHz auf APRS-Datenpakete anderer Teilnehmer positiv abgehört.
 
Nach kurzer Zeit ermöglichte die Leuchtdiode des Trackers eine Bestätigung empfangener APRS-Datenpakete (schnelles grünes Blinken, kurzes gelbes Blinken).
 
Periodisch schaltete der Tracker das Funkgerät nun auf Sendung und es wurde (hoffentlich) ein Datenpaket ausgesendet (rotes Dauerlicht der Leuchtdiode).
 
Eine längere Probefahrt durch das Ruhrgebiet wurde durchgeführt und sollte die Ausbreitung der Datenpakete bestätigen.
 
Wie kann aber nun einfach nachvollzogen werden, ob die Aussendungen erfolgreich waren? Dabei hilft das APRS IS Internetsystem.
 
Darstellung im Internet
 
Das APRS-Funknetzwerk ist, zumindest in Deutschland, inzwischen so sehr mit Brückenstationen (Gateways) zum APRS IS durchsetzt, daß davon ausgegangen werden kann das alle Aussendungen in das APRS IS gespiegelt werden.
 
Eine Möglichkeit sich diese APRS-Daten anzuschauen ist die Nutzung der Web-Seite www.aprs.fi [4].
 
 
Bild 13: aprs.fi Eingangsbildschirm
 
Bild 13 zeigt die Eingansseite von aprs.fi nach Eingabe des zu verfolgenden Rufzeichens DG5MK unter ‚Track Callsign‘. Die jüngsten Datenpakete des Senders DG5MK werden als Spur auf der Karte angezeigt. Gleichzeitig ist der Ort der Aussendung durch fettere, rote Punkte auf der Spur markiert. Spuren anderer Teilnehmer werden ausgeblendet. Eine Verfolgung eines Teilnehmers kann in Echtzeit durchgeführt werden.
 
Jeder Punkt kann mit dem Mauszeiger auf der Spur angefahren werden. Sogleich zeigt sich der Übertragungsweg des Datenpaketes samt genutzter Digipeater (hier nicht sichtbar). Ein Klick auf einen Punkt öffnet das in Bild 13 gezeigte Unterfenster in der Mitte des Fensters.
 
Oben ist wie zu erwarten das Senderufzeichen mit dem im APRS-Tracker gewählten Symbol ‚Jeep‘ sichtbar. Es folgt in schwarzer Schrift Datum, Zeit, Geschwindigkeit, Kurs und Höhe. Diese Daten (Nutzlast) stammen allesamt aus dem GPS-Modul an dem aufgezeigten Ort und zu der aufgezeigten Zeit. Ein weiterer Teil der Nutzlast ist in grüner Schrift dargestellt. Es sind Spannungs- und Temperaturdaten der Tracker-Sensoren, dann folgen aus den GPS-Daten übernommene Angaben über die Datengenauigkeit. Zu guter Letzt wird der optionale Text ‚Test Test Test‘ ausgegeben.
 
Ein Vergleich mit Bild 9 zeigt das es sich exakt um die ausgewählten Datentypen im Konfigurationsbildschirm des APRS-Trackers handelt.
 
Die vorletzte Zeile zeigt die ausgesendete Zieladresse und den (nicht immer eindeutigen) durchlaufenden Pfad des Datenpaketes. Als Zieladresse verwendet der APRS-Tracker die generische Kennung AP gefolgt von einer HW- / SW-Kennung OTC1. Irgendetwas wie „Open Tracker Version C1“.
 
Interessanter ist die Ausgabe des durchlaufenden Pfades. Das erste Element des ursprünglichen Pfades (WIDE1-1) ist durch DB0REC aufgebraucht worden und DB0REC hat für den generischen Pfad sein Rufzeichen eingefügt. Es ist dabei nicht eindeutig, um welche Art von Digipeater (lokal oder WIDE) es sich handelt. Auch das zweite Pfadelement (WIDE2-1) ist aufgebraucht worden, erkennbar am Stern hinter dem Element. Allerdings wurde kein Rufzeichen ersetzt. Daher ist unbekannt welcher 2. Digipeater hier empfangen und ausgesendet hat. Eindeutig wiederum ist die Einspeisung ins APRS IS durch DK6BA, erkennbar an der angehängten qAR Gruppe (siehe Abschnitt ‚APRS Pfad‘).
 
Einen Überblick über die Rohdaten der Pakete ermöglicht ein Klick auf die 3 Linien ganz rechts am Bildschirmrand neben dem zu verfolgenden Rufzeichen. Nach Auswahl von ‚raw‘ ergibt sich eine tabellarische Übersicht der Datenpaketinhalte. Bild 14 zeigt einen Ausschnitt.
 
 
Bild 14: aprs.fi Rohdaten der Pakete
 
Gut sichtbar sind die verschiedenen Wege der Datenpakete und deren Einspeisung in das Internet über verschiedene Stationen. Teilweise sind zusätzliche Digipeater genutzt worden, teilweise nicht.
 
Die roten Zeilen zeigen eine zu häufige Aussendung von Datenpaketen an. Aufgrund des geringen Zeitabstandes werden im APRS IS Datenpakete unterdrückt. Eine Nachjustage auf eine längere Wiederholzeit nach Bild 10 ist erforderlich.
 
Zusätzlich können die Datenpakete auch dekodiert angezeigt werden. Dies geschieht über die Auswahl von ‚Decoded‘ statt ‚Normal‘ im oberen rechten Auswahlmenü der Web-Seite.
 
aprs.fi bietet noch zahlreiche weitere Funktionen, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll.
 
Letztendlich bestätigen die Ansichten unter aprs.fi nicht nur die korrekte Ausbreitung der APRS-Datenpakete über Funk und deren Einspeisung in das Internet, sondern zeigen auch interessante Zusammenhänge über Ausbreitungswege und Netzabdeckung auf.
 
Der (mobile) Gesamttest ist somit erfolgreich verlaufen.
 
Zusammenfassung und Aussicht
 
Es finden sich überall im Internet zahlreiche Detailinformationen zu einzelnen APRS-Themen. Der Ansatz dieses Artikels war es jedoch genau einen Anwendungsfall (Mobile Standortbestimmung) durchgehend von der Auswahl von Hardware-Komponenten, deren Konfiguration und deren Verkabelung bis hin zum Gesamttest des Systems einfach und nachvollziehbar darzustellen.
 
Weitere Anwendungen sind Standortverfolgung von Treibbojen und Ballons, Nachverfolgung von Autos zwecks Ortbestimmung nach einem Diebstahl, die Übermittlung von Wetterdaten, die Darstellung von lokalen Funk-APRS-Elementen auf Navigationsgeräten und Karten-Plottern, oder auch der Aufbau eines Digipeaters oder Internet-Gateways (I-Gate).
 
Und zu guter Letzt, Amateurfunk ist Experimentierfunk. APRS bietet ein umfangreiches Wirkungsfeld um eigene Ideen in Hard- und Software umzusetzen.
 
In der Hoffnung den Appetit auf APRS angeregt zu haben wünscht der Autor viel Spaß bei der erfolgreichen Umsetzung des APRS-Einstiegsrezeptes.
 
 

Quellenangaben

 
 
[1] Umfangreiche deutschsprachige Seite zu APRS; http://www.aprs-dl.de
 
[2] Erläuterungen zu APRS-Pfadregeln; http://wa8lmf.net/DigiPaths
 
[3] APRS-Zieladressen; http://www.aprs.org/tocalls.txt
 
[4] APRS IS Internetansicht; http://www.aprs.fi
 
[5] APRS Protocol Reference; http://www.aprs.org
 
[6] APRS IS q-Construct; http://www.aprs-is.net/q.aspx
 
[7] Detailinformationen zu GPS; http://de.wikipedia.org/wiki/GPS
 
[8] GPS-Modulanbieter in Deutschland; http://www.navilock.de
 
[9] Detailinformationen zu RS232; http://de.wikipedia.org/wiki/RS232
 
[10] Bezugsquelle Reichelt Elektronik; www.reichelt.de
 
[11] NMEA 0183 Übersicht der Datensätze; http://www.nmea.de/nmea0183datensaetze.html
 
[12] Terminalprogramm HTERM; http://www.der-hammer.info/terminal/index.htm
 
[13] Open Tracker OT1+; http://www.argentdata.com/products/otplus.html
 
[14] Bezugsquelle Open Tracker OT1+; http://www.jaeger-edv.de