Grundlagen der Frequenzmodulation
Die Frequenz eines (konstanten und sinusförmigen) Trägersignals wird durch die Amplitude des Basisbandsignals (z.B. Musik oder Sprache) verkleinert oder vergrößert. Dadurch schwankt das FM-Signal mit seiner Frequenz um die Trägerfrequenz. Die maximale Abweichung zur Trägerfrequenz heißt „Frequenzhub“, oder kurz „Hub“. Der erwünschte Frequenzhub wird durch die Beschaltung des FM-Modulators in Abhängigkeit des erwarteten Basisbandsignals festgelegt. Das Basisband widerum ist bandbreitenbeschränkt und hat somit eine maxiamale Frequenz. Den Quotienten aus Frequenzhub und maximaler Frequenz des Basisbandsignals bezeichnet man als „Modulationsindex“.
Vergleich zwischen AM und FM, Bildquelle: Wikimedia Commons, Benutzer „Berserkerus“, Lizenz CC BY-SA 2.5
Frequenzmodulation ist jedermann aus dem analogen UKW-Rundfunk bekannt. Dort wird bei Monoprogrammen regelmäßig mit einem Frequenzhub von 75 kHz und Audiosignalen mit einer Bandbreite von bis zu 15 kHz gearbeitet, um im Radio-Empfänger eine gute Audioqualität zu gewährleisten. Der Modulationsindex liegt in diesem Fall bei fünf. Die Bandbreite eines solchen FM-Signals liegt bei ca. 180 kHz. Da die meisten Rundfunksender ein Stereoprogramm aussenden und diesem noch Extra-Informationen wie das Datensignal des RDS-Systems (für Verkehrsinformationen und Texte wie Senderkennung und aktuell gespieltes Musikstück) hinzufügen, liegt die Bandbreite der meisten UKW-Rundfunksender weitaus höher bei ca. 400 kHz.
Verglichen mit dem Amateurfunkdienst ist das enorm: Beispielsweise reicht das 2m-Band von 144 bis 146 MHz und ist somit 2 MHz breit. Es könnte also nur fünf nicht-überlappende Bereiche beherbergen, wenn Funkamateure FM-Signale mit Bandbreiten von 400 kHz verwenden würden (11 Bereiche bei Bandbreiten von 180 kHz). Für alle anderen Sendearten bliebe dann kein Platz mehr. Der Amateurfunkdienst verwendet daher ausschließlich Schmalband-FM. Da nur Sprache übertragen werden soll, kommt man hier mit Mono-Signalen mit einer maximalen Audiofrequenz von ca. 3 kHz aus. Der Frequenzhub im Amateurfunkdienst liegt typischerweise zwischen 3 kHz und 5 kHz. Damit liegt der Modulationsindex ungefähr zwischen 1 bis 1,7. Diese schmalbandigen FM-Signale haben eine Bandbreite von zwischen 12 kHz bis 16 kHz. Dies erlaubt ein Kanalraster von nur 12,5 bis 25 kHz und selbst im schmalen 2m-Band ist nun genügend Platz für mehrere FM- und sonstige Signale nebeneinander.
Hinweise zur Betriebstechnik
Beim Aufbau des FM-Modulators wird die maximal zu erwartende Amplitude des Basisbandsignals berücksichtigt und damit der gewünschte maximale Hub entsprechend abgeglichen. Gelangt nun in Ausnahmefällen ein zu lautes Basisbandsignal an den Modulator, hat dies gravierende Auswirkungen: Basisbandsignale mit zu hoher Amplitude führen unweigerlich (und unerwünscht) zu einem größeren Hub, als beim Abgleich des Modulators vorgesehen war. Damit belegt das FM-Signal eine größere Bandbreite, als gewünscht. Störungen in Nachbarkanälen sind so unvermeidlich. Im Sprechfunk kann dieser Effekt bereits eintreten, wenn ein Funkamateur zu laut in sein Mikrofon spricht, oder ein neues Mikrofon einen größeren Audio-Pegel liefert, als das alte.
Wir bitten daher alle Nutzer unserer Relais, sicherzustellen, dass die eigenen Funkgeräte und Mikrofone aufeinander sowie auf die Lautstärke der eigenen Stimme abgestimmt sind. Störungen in den Nachbarkanälen könnten die dort befindlichen Relais anderer Betreiber sonst stören. Unterschiede im Hub verschiedener Stationen sind außerdem nicht sehr erfreulich, da die NF-Amplituden der verschiedenen Relaisnutzer sonst zu sehr schwanken. Die Verständlichkeit nimmt mit sinkendem Frequenzhub ab. Zusammengefasst: Bitte schreien Sie nicht zu laut. Es besteht aber auch kein Grund, auf den Relais zu flüstern…
Rufton vs. Subaudioton
DB0SG wird auf 70cm und 23cm gleichermaßen über einen 1750-Hz-Rufton geöffnet. Wir haben uns hierzu entschlossen, da es die seit Jahrzehnten übliche Technik zur Relaisöffnung in West- und Mitteleuropa darstellt. Alle alten und neuen kommerziellen Funkgeräte für den europäischen Markt verfügen über einen 1750-Hz-Ton, bei Selbstbaugeräten ist er problemlos in der Mikrofonleitung nachgerüstet.
Relais in anderen Teilen der Welt, insebsondere in Nordamerika, werden hingegen schon seit langem meist mit CTCSS-Subaudiotönen geöffnet. Hierbei wird durch das Funkgerät ein tiefer, unterhalb des Frequenzbereichs herkömmlicher Lautsprecher von Funkgeräten liegender und somit nicht hörbarer Ton mitgesendet. Es existieren 50 verschiedene Töne zwischen 67,0 und 254,1 Hz, wovon 39 nach nach TIA/EIA-603-D normiert sind. Detektiert ein CTCSS-fähiges Relais einen solchen Subaudioton mit der korrekten Frequenz, schaltet es den Sender zu und beginnt seine Arbeit.
Moderne kommerzielle Funkgeräte unterstützen Subaudiotöne. Für ältere oder selbstgebaute Geräte ließe sich CTCSS prinzipiell nachrüsten . Die Nachrüstung von CTCSS ist aber etwas komplizierter als die eines 1750-Hz-Tongenerators.
Notfunk
Frequenzmodulation ist trotz fortschreitender Digitalisierung im Amateurfunkdienst eine seit Jahrzehnten fest etablierte Sendeart. Nahezu jeder Funkamateur verfügt über mindestens ein FM-Sprechfunkgerät für das 2m- und/oder 70cm-Band. Da Funkamateure grundsätzlich gemäß §5 Abs. 5 AFuG zur Hilfe im Not- und Katastrophenfall verpflichtet sind, ist FM die Sendeart der Wahl in Sachen lokalem Notfunk. Aus diesem Grund wird auch das 70cm-FM-Relais DB0SG auf dem Ölberg durch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung bei Stromausfällen über mehrere Stunden in Betrieb gehalten.