EB 500 von Rohde & Schwarz: Der Über

EB 500 von Rohde & Schwarz: Der Über-‐SDR Sein genauer Preis hängt vom jeweiligen Zubehör in Hard-‐ und Software ab. Aber fahrbereit im Bereich zwischen 9 kHz und 6 GHz wird man ab 20.000 Euro auszugeben haben. Profis erhalten hierfür einen SDR nach dem Stand der Technik. Und Funkamateuren wie Hörern zeigt der Receiver, wo es mit der für ihn bezahlbaren Technik hingehen könnte. Nils Schiffhauer, DK8OK, hat den EB500 ausprobiert. Klaus Lorenz1 zieht eine Platine aus einer Noppenfolien-‐Tasche, deren metallisch glänzender Bezug vor statischer Aufladung schützt: „Das ist ein Entwicklungsmuster der Eingangsstufe des EB500!“ Dabei macht er auf die recht großen Spulen der Hoch-‐ und Tiefpässe ebenso aufmerksam wie auf die PIN-‐Dioden, mit denen sie automatisch geschaltet werden: „Sie sind so dimensioniert, dass sie auch in Sendern Verwendung finden. Aber nur damit schaffen wir beim EB500 auf Kurzwelle einen Intercept-‐Punkt 3. Ordnung von mehr als +35 dBm.“ Von 9 kHz bis 6 GHz Wir befinden uns im Firmengebäude von Rohde & Schwarz, nahe des Münchner Ostbahnhofes. Vor uns steht einer der leistungsstärksten Software Defined Receiver (SDR), der EB500. Voll bestückt, reicht sein Empfangsbereich von 9 Kilohertz bis 6 GHz. Erhältlich ist die Basisversion ab etwa 20.000 Euro. Sie erfasst 20 MHz bis 3,6 GHz, die sich durch eine HF-‐ und eine SHF-‐Option auf den genannten Bereich erweitern lassen. Hinzu kommt noch jede Menge Software, darunter eine für ITU-‐konforme Messungen sowie eine zur automatischen Klassifizierung von Sendern und zur Dekodierung vieler Datenübertragungsverfahren – vom Satelliten-‐Fax bis zu modernen Modemstandards wir Pactor-‐II/-‐
III, Clover 2/2000, Codan 3012 oder dem GW-‐FSK/PSK der weltweit verteilten Küstenfunkstellen von Global Wireless. Eine Traumkombination somit, die den heutigen Stand der Technik dokumentiert. So war es immer bei Rohde & Schwarz, deren Empfänger unter Hörern wie Funkamateuren seit dem EK07 Legende sind. Freundlicherweise konnte ich das Komplettgerät mit einem Packen Software drei Wochen lang zuhause ausprobieren, um zwei Fragen zu beantworten: Wie könnten künftige Receiver aussehen, die preislich mehr in der Reichweite von Hobbyfreunden liegen? Denn bislang ist ja noch immer die Profitechnik irgendwann bezahlbar geworden. Und: Wie unterscheidet sich ein solcher Receiver hinsichtlich der Empfangsqualität, aber auch im Hinblick auf die Ansprüche seiner eigentlichen Nutzer von heutiger Technologie unter, sagen wir: 5000 Euro, um den G39DDC von Winradio mal mit ins Visier zu nehmen? Profis empfangen anders Marketing-‐Mann Ludwig König kennt seine Kunden und gibt dazu entscheidende Hinweise: „Unsere Kunden nutzen Receiver vor allem für Spectrummonitoring und nicht unbedingt, um einer Station auf einer Frequenz zuzuhören.“ Behörden und das Militär haben dabei zwei Hauptinteressen. Die Fernmeldeverwaltungen interessiert in erster Linie, ob die technischen Parameter für die Lizenz eingehalten werden. Dazu zählen Dinge wie Frequenz, Modulationsgrad, Begrenzung von Neben-‐ und Oberwellen sowie weitere Faktoren. Darüber hinaus sind Behörden an der schnellen Erkennung von Störern interessiert. Militärische und zivile Funkaufklärung in aller Welt wiederum möchte Funkaktivitäten in einem möglichst breiten Bereich überwachen: neue Sender erkennen und, wenn 1
Die Namen der Mitarbeiter von Rohde & Schwarz wurden geändert – die Monitoring-‐Branche ist diskret. möglich, identifizieren. „Interessant sind hier vor allem Änderungen gegenüber einer früheren Belegung“, erläutert Ludwig König, der die Kunst beherrscht, aus eigener Erfahrung farbig von unterschiedlichen Einsatz-‐Szenarien zu erzählen, ohne auch nur ein Land oder gar einen Kunden namentlich zu erwähnen. Diese Einsätze verlangen die lineare Verarbeitung großer Signalunterschiede ebenso wie große Sichtbreiten und einen extrem schnellen Suchlauf. Die maximale Sichtbreite beträgt beim EB500 20 Megahertz; teurere Receiver schaffen bis zu 80 MHz. Zum Vergleich: Im Hobbybereich liegt die Grenze derzeit bei vier Megahertz (Winradio G33DDC und G39DDC). Im Frequenz-‐Scan erreicht der EB500 eine Suchlaufgeschwindigkeit von bis zu 500 Kanälen je Sekunde. Im Panorama-‐Scan durchfährt er bis zu zwölf Gigahertz binnen einer Sekunde und bildet die Aktivitäten graphisch als Spektrum oder Sonagramm („Wasserfall-‐Diagramm“) ab. So lassen sich Kurzzeit-‐Sender („Hopper“) selbst dann entdecken, wenn sie ihre Information in Päckchen von Bruchteilen einer Millisekunde über einen großen Frequenzbereich verteilen. Auch Abhörwanzen lassen sich im Spektrum entdecken, wobei die Ortung (Peilung) ein weiterer wichtiger Aspekt der Funkaufklärung ist. „Unsere Geräte können hier sogar das Spektrogramm unterschiedlich einfärben“, erläutert Ludwig König. Dadurch könne man beispielsweise einen Sender, der in „Spread Spectrum“ arbeite und dessen Nutzsignal sich wie zufälliges Rauschen anhört sowie zunächst auch so aussieht, vom eigentlichen und aus allen Richtung gleichmäßig einfallenden Hintergrundrauschen unterscheiden. Kleine, empfindliche und präzise Peilantennen für den festen, automobilen und händischen Einsatz runden das Zubehörprogramm ab. Hard & Soft: Das Beste aus beiden Welten Grundsätzlich ähneln sich die Blockschaltbilder von SDRs ja immer ziemlich. Auch hier durchläuft der HF-‐Bereich zunächst eine Filterbank aus automatisch geschalteten Hoch-‐ und Tiefpässen. Entwicklungsingenieur Klaus Lorenz: „Bei der Dimensionierung dieser Schwingkreise ist viel Erfahrung notwendig. Wir legen sie so an, dass je nach Empfangsfrequenz immer die stärksten außerhalb dieser Frequenz liegenden Rundfunksignale unterdrückt werden.“ Wird der HF-‐Bereich danach direkt digitalisiert, so findet bei Frequenzen oberhalb von 20 bis 32 MHz nach Eingangsselektion und Verstärkung noch eine zwei-‐ beziehungsweise dreistufige Mischung wie beim konventionellen Superhet statt. Danach liegt eine Zwischenfrequenz von 57,4 MHz an, die dann ebenfalls mit 16 Bit Auflösung digitalisiert wird. Diese Daten werden in zwei Pfaden weiterverarbeitet: zum einem im 20 MHz breiten Panoramapfad für die Spektraldarstellung, zum anderen in einem Demodulationspfad mit seinen zwischen 100 Hz und 5 MHz einstellbaren Bandbreiten. Am Ende dieses Pfades steht nach Demodulation und Verstärkungsregelung auch das Audio-‐Signal zur Verfügung. Gegenüber Konzepten für den Funkamateur weist diese Technologie zahlreiche Besonderheiten auf, etwa eine überlappende Berechnung des Spektrums (FFT) zur Erfassung gepulster Signale oder eine Wahl der darstellbaren „Frequenzscheiben“ in genau dem Raster, wie es dem Kanalraster des beobachteten Bandes entspricht. Es ist die Summe auch dieser Dinge, die gegenüber der Technik für den Hobbymarkt einen Preisfaktor von 5 bis 10 bewirkt: „Hinzu kommt“, ergänzt Marketing-‐Mann Ludwig König, „dass wir für Produktion und Service eine Bauteileversorgung über mindestens zehn Jahre sicherstellen müssen.“ Damit verbietet sich oft auch die Verwendung preiswerter Bausteine etwa für Mobiltelefone: „Wir haben es schon erlebt, dass manche Schaltkreise schon innerhalb einer rund zwei Jahre dauernden Entwicklung nicht mehr am Markt erhältlich sind“, wirft HF-‐Entwickler Klaus Lorenz ein. Innerhalb des 20 MHz breiten Bereiches stehen insgesamt vier Demodulationskanäle zur Verfügung, deren einzelne Parameter wie Demodulationsart und Bandbreite sich völlig unabhängig voneinander einstellen lassen. Den Receiver gibt es in zwei Ausführungen: einmal nur mit PC steuerbar und dann noch mit einer Frontplatte, die wie eine Mischung zwischen Messgerät und klassischem Betriebsempfänger aussieht. „Letzteres verlangen viele unserer Kunden weiterhin“, sagt der Marketing-‐Mann, der dabei erfahrene Auswerter im Blick hat, die bei aller PC-‐Begeisterung eben auch die Handabstimmung mit dem weltweit wohl besten magnetisch gerastetem Drehknopf schätzen, der für Geld zu kaufen ist. Wie üblich bei Geräten mit kleiner Frontplatte und vielen Funktionen, so sind hier viele davon über sechs kontext-‐gesteuerte Tasten („Softkeys“) zugänglich. Klingt schlimmer, als es im Betrieb ist, denn Display und Frontplatte sind sehr übersichtlich gestaltet. Ich steckte in die vorderseitige USB-‐Buchse sofort eine Maus bzw. einen Bluetooth-‐Transceiver für eine Drahtlos-‐Maus, was die Bedienung fast schon intuitiv macht. Warum aber kein Touchscreen? „Unsere Geräte sollen in Einzelfällen ja auch noch mit Handschuhen oder bei der Fahrt im Auto bedienbar sein“, holt Ludwig König die Hobbyhörer wieder aus dem warmen Shack in die kalte Realität vieler der eigentlichen Anwender. Als ein besonderes Beispiel für Profis möchte ich aus dem Leistungsspektrum des EB500 dessen „Polychromes Display“ vorstellen. Hierbei folgt die Darstellung im Spektrum zwar auch dem Pegel, codiert jedoch die Zeit farblich. Dadurch entsteht eine Darstellung der Häufigkeit (HIST): Deren unterschiedlichen Farben ist somit auch die qualitative Struktur eines Signals zu entnehmen. Die entsprechenden Abbildungen machen deutlich, wie damit nicht nur Kurzzeitsignale sichtbar werden, sondern sich zudem ihre Struktur im Spektrum abzeichnet. Wie er sich anhört Doch, was bleibt am Ende für den Hörer, der mit dem EB500 in erster Linie das DX-‐Potential hoffentlich künftiger SDRs in Reichweite des Überziehungskredites seines Hobbykontos kennenlernen möchte? Dummerweise und trotz aller Digitaltechnik ist der Abstand zwischen dem EB500 und den Hobbygeräten in allen kritischen Situationen deutlich hörbar. Immer wieder habe ich bei Vergleichen notiert: „höhere Empfindlichkeit, gespenstisch geringes Rauschen, analytische Klarheit der Wiedergabe“. Ob die Australier auf 120 m gerade an der Grasnarbe einfadeten oder der weder stark, noch hell modulierte Sender Radio Sakha aus Jakutien um 08:10 UTC auf 7230 kHz durch die winterliche Dämmerungszone huschte: Immer ging der EB500 an derselben Antenne als Sieger durchs Ziel – mal knapp, mal deutlicher. Das weckt in der heimatlichen Funkbude die Hoffnung auf einen möglicherweise bezahlbareren und auf die Kurzwelle beschränkten EB510 von Rohde & Schwarz, aber auch darauf, dass Hobby-‐Receiver künftig ebenfalls an die präzise Wiedergabe des EB500 heranreichen mögen. Was nicht allein eine Frage der Software zu sein scheint. Die Software hat alle Demodulationsarten an Bord (bis auf einen Synchrondetektor) und gibt auch IQ-‐Daten aus. Des Weiteren werden Stereosendungen auf UKW als solche erkannt und demoduliert. Auch ein Decoder für das Radio-‐Data-‐System RDS ist ebenso vorhanden wie die Erkennung von CTCSS-‐Tönen. Eine Sprachverschleierung durch schlichte Umkehrung des Frequenzspektrums („Invertierung“) macht der Decoder ebenfalls wieder rückgängig. Diese Beschreibung kann weder den umfänglichen Funktionen des Receivers gerecht werden, noch seiner Leistung für den Profi. Hierzu sind die Dokumentationen des Herstellers zu konsultieren. Anfang 2012 erschein überdies mit dem EB510 eine auf den Freqeunzbereich 9 kHz bis 32 MHz reduzierte Fassung dieses Konzeptes. Dieser Receiver bietet eine Echtzeitbandbreite von stolzen32 MHz plus eine SCAN-‐Funktion zur Darstellung des HF-‐Panoramas. Das ist gerade im HF-‐Bereich sinnvoll, da man hier eine gute Auflösebandbreite benötigt, um eng benachbarte Signale unterscheiden zu können. Je nach Anwendung dient die Ansicht über volle 32 MHz Echtzeitbandbreite der Navigation im Spektrum. Auf dem kleinen Gerätedisplay können Details dann aber manchmal einfach nicht fein genug dargestellt werden. Ein Scan mit deutlich feinerer Auflösung liefert zusätzliche Details. Hier steht also nicht nur das Schlagwort "größte Echtzeitbandbreite" im Raum, sondern Rohde & Schwarz legt Wert auf die Nutzbarkeit beim Anwender. Exkurs: Dekoder und Klassifizierer GX430 Profis sind hauptsächlich an Übersichten interessiert. Dazu analysiert inzwischen Software große Frequenzbereiche. Sie nimmt sich jedes Signal vor, klassifiziert es unter anderem nach Bandbreite, Modulations-‐ und Betriebsart und gibt entsprechende Listen der Frequenzbelegung aus. Das macht die Software GX430 in Zusammenarbeit mit Receivern von Rohde & Schwarz, aber sie kann noch mehr – nämlich eine Reihe von Betriebsarten auch dekodieren. Das geht sogar an der Audio-‐ oder I/Q-‐Schnittstelle eines beliebigen Receivers, und ich konnte mich anhand einiger Utility-‐Stationen von der Leistungsfähigkeit dieser Software überzeugen. Besonders beeindruckend fand ich – gerade im Vergleich zu allen jenen Mitbewerbern, deren Produkte ich kenne – Tempo und Sicherheit der automatischen Bestimmung von Betriebsarten. Man bietet der Software also ein Signal an, und innerhalb von zwei, drei Sekunden wird es beispielsweise als PSK8-‐
Signal STANAG4285 erkannt. Zudem kann jedes Signal in allen Ebenen – Zeit, Amplitude, Frequenz, Frequenz und Phase – genau vermessen werden. Für den klassischen Hobbyhörer hält sich der Nutzen in Grenzen. Denn die wenigen Daten-‐Utility-‐
Sender, die halbwegs regelmäßig Klartext senden, die identifiziert er mit einiger Übung auch ohne Klassifizierer. Und zu Decodieren gibt es dann eben ohnehin nur wenig. Dennoch einige kommentierte Screenshots, die wenigstens einen kleinen Einblick geben. Weitere Informationen: http://www.rohde-‐schwarz.de/product/EB500.html Text und Fotos: © 2012 Nils Schiffhauer, 2 Gerätefotos: Rohde & Schwarz Abschließend eine persönliche Bemerkung: Nachdem ich über ein Vierteljahrhundert für die Fachzeitschrift „funk“ geschrieben und durch zwei DARC-‐Mitglieder dort rausgekegelt wurde (die Zeitschrift ging kurz danach ein), hatte ich mit dem Schreiben über funktechnische Themen erst einmal ein Pause eingelegt. Als mit dem SDR-‐14 von RFSpace der ersten Software Defined Receiver in preisliche Reichweite geriet und diese Technologie in der Fachpresse zuerst auf Desinteresse, dann auf Unwissen und Lustlosigkeit stieß, engagiert ich mich in diesem Bereich wieder etwas. Da ich in den Fachzeitschriften „Funkamateur“ und „CQDL“ Publikationsverbot genieße, bin ich den im Abonnement erhältlichen Fachzeitschriften „Funktelegramm“ und „Radio Kurier – Weltweit Hören“ umso dankbarer, dass sie meine mitunter recht eigensinnigen Beiträge immer wieder abgedruckt haben! Auch wenn das viele Leser erfreute: Ohne Resonanz in den beiden großen Blättern blieb jener Erfolg aus, den SDRs und neue Technologien eigentlich verdient hätten. Selbst bei dem hier verhandelten Thema zeigte der „Funkamateur“ null Interesse – schon allein am Thema; nicht, dass ich etwa gewagt hätte, gar ein Manuskript anzubieten! Nach rund sechs Jahren wird es somit Zeit, diesen offensichtlich gescheiterten Versuch abzubrechen. Erfreulicherweise hat sich ja viel bewegt. Mit dem Internet gibt es ein zensurfreies öffentliches Medium, das ich u.a. mit bislang über 100 You Tube-‐Videos (unter meinem Amateurfunkrufzeichen „DK8OK“) ebenso bespiele wie ich eine Website zum Funk-‐Thema betreibe. Die Auswertung der Zugriffe zeigt, dass nicht einmal mehr die Hälfte der Interessenten aus deutschsprachigen Ländern kommt. Mit den iBooks steht überdies ein ebenso diskriminierungsfrei zugängliches wie multimediafähiges Medium global zur Verfügung. Wenn, dann werde ich mich in Zukunft in diesen Bereichen orientieren. Schlussstein im Printbereich wird ein Praxisbuch über SDRs und den Umgang mit ihnen sein, das im Sommer im Siebel-‐Verlag erscheinen wird. CUAGN 73 Nils, DK8OK Abbildung 1: Bereit zum Sprung auf einen Frequenzbereich von 6 GHz – der EB500 mit Bedien-‐
Frontplatte. Abbildung 2: Dicht drängt sich auf der Rückseite eine Vielzahl von Anschlüssen. Abbildung 3: Ein Orbcomm-‐Satellit im Anflug. Abbildung 4: Hier gehört das Display allein der Spektrum-‐Anzeige. Abbildung 5: Diese Aufnahme zeigt im Sonagramm, wie deutlich die Frequenzsprung-‐Sender abheben – das sind die kleinen Rechtecke, die sich bandartig durch den gesamten Darstellbereich ziehen. Abbildung 6: Ein Megahertz im Überblick des 8,5 Sekunden langen Sonagramms (unten), das den Durchgang einer digitalen Ionosonde zeigt, die einen Bereich im Seefunkbereich ausspart. Abbildung 7: Der EB500 decodiert auch RDS-‐Telegramme und nennt den entsprechenden Sender wie hier „BFBS Radio 2“ auf 95,4 MHz, der mit 200 Watt Celle und Umgebung versorgt. Die ebenfalls angezeigte CTCSS-‐Selcalls sind „Zufallstreffer“ und keine richtigen Rufe; sie entstammen den Sprachformanten der BFBS-‐Sendung. Abbildung 8: Hier eine ITU-‐konforme Messung eines UKW-‐Rundfunksignals. Die innere Markierung im Spektrum (im Original: grün) zeigt die Demodulator-‐Bandbreite von hier 120 kHz. Die äußere und im Original grüne Markierung zeigt die gemessene Bandbreite des Signals. Abbildung 9: Zur Darstellung des detektierten Signals kann das ZF-‐Spektrum in den MAXHOLD-‐Modus geschaltet werden. Sind jedoch neben dem Kurzzeitsignal auch Dauersignale im Spektrum sichtbar, versagt die MAXHOLD-‐Darstellung: Eine Unterscheidung des Signalverhaltens ist nicht mehr möglich, da alle Signale mit ihrem Maximalwert abgebildet werden. In diesem Fall kommt das polychrome ZF-‐
Spektrum zur Anwendung. Nur mit dieser Funktion ist eine eindeutige Unterscheidung von Kurzzeit-‐ und Dauersignalen möglich. Durch die farbliche Darstellung wird das gesuchte Kurzzeitsignal schnell und zuverlässig gefunden. Hier am Beispiel eines GSM-‐Downlink-‐Signals: Die 100%-‐Zeit (bei der ein Signal rot gezeichnet wird), wurde der GSM-‐Rahmenlänge entsprechend auf 4,6 Millisekunden eingestellt. Kontinuierlich sendende Basisstationen werden also rot gezeichnet, da alle Zeitschlitze belegt sind (TDMA Rahmen mit 8 Zeitschlitzen zu je 577 µs). Auf einem bestimmten Kanal wird alle zehn TDMA-‐Rahmen ein sogenannter Frequency Correction Burst gesendet, also etwa alle 46 ms. Er besteht aus einer reinen Sinusschwingung von 67,7 kHz oberhalb der Mittenfrequenz des GSM-‐Kanals. Im Bild an drei Stellen erkennbar, werden diese Bursts blau oberhalb des rot gezeichneten Signals angezeigt. Im reinen MAXHOLD-‐Spectrum ginge diese Information verloren. Ausserdem sind im Bild Kanalbelegungen durch Broadcast-‐Control-‐Channel (dauerhaft belegt) und Traffic-‐Channel (nicht zwangsläufig dauerhaft belegt) sehr gut unterscheidbar. Ohne diese Darstellform wäre nur eine Einhüllende erkennbar. Abbildung 10: Dieses Beispiel zeigt ein Flughafenradar. Es handelt sich um eine zirkular rotierende Antenne, die sehr kurze Pulse sendet. Im Wasserfall rot dargestellt ist die Hauptkeule des Radars, der Nachzieheffekt entsteht durch die gewählte Messzeiteinstellung. Im Spektrum sieht man nun, dass bestimmte Pegel „dauerhaft“, d.h. mindestens der Länge der 100%-‐Zeit der Polychromdarstellung entsprechend, vorhanden sind. Andere hingegen wesentlich kürzer (blau dargestellt). Diese Darstellung verdeutlicht das Eintreffen von Nebenkeulen vor der eigentlichen Hauptkeule eines Radars, wiederum gefolgt von Nebenkeulen. Aufgrund der Kürze der Ereignisse ist diese Darstellart herkömmlichen Spektrumsdarstellungen überlegen. Abbildung 11: Zwei Funkfernbedienungen (Auto-‐Zentralverriegelung): das blau dargestellte Signal entsteht vermutlich aufgrund eines defekten Sende-‐Filters, das andere ist wesentlich besser gefiltert. Die gut gefilterte Form des Spektrums wäre ansonsten durch das breitere Signal überdeckt. Abbildung 12: Sofort erkennt die Software die Bandbreite und Betriebsart eines Signals – hier die Französische Marine Brest auf 6348 kHz in STANAG4285. Abbildung 13: Ein Klick bringt dann weiter, unter anderem zur Phasenanzeige (links) mit den acht Kennzuständen eines PSK8A-‐Signals. Abbildung ???: Doch decodiert wird diese nicht verschlüsselte Testschleife nicht. Abbildung ??: Das hingegen ist bei vielen anderen Verfahren der Fall, wie hier bei einer ARINC-‐
Sendung aus Shannon.

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