Bauanleitung eines einfachen DRM-Empfängers für 3995 kHz
Die Deutsche Welle betrieb zusammen mit der BBC einen 100 kW-Kurzwellensender, der täglich in den Abendstunden ein Hörfunk-Programm in der digitalen Modulationsart DRM (Digital Radio Mondiale) ausstrahlte.
ACHTUNG: Inzwischen sind die DRM-Sendungen auf 3995 kHz eingestellt worden. Auf derselben Frequenz sendete dann die Deutsche Welle ihr reguläres Programm in AM aus, welches ebenfalls mit DREAM dekodiert werden kann. Für die AM-Demodulation kann auch SDRadio verwendet werden. In den Abendstunden kann ich die Frequenz 3995 kHz mit mit einer Signalstärke von S9+40 hervorragend empfangen. Die hier beschriebene Schaltung kann also dank des besseren Programmangebots und der zuverlässigeren Amplitudenmodulation dadurch noch sinnvoller genutzt werden (23. März 2011).
Nachtrag vom 2. April 2011: Die Frequenz 3995 kHz ist im aktuellen Sendeplan der DWD nicht mehr zu finden. Ab und zu wird nun die 3995 kHz von einem anderen Senderbetreiber genutzt.
Nachfolgend ist für den Empfang dieses einen Senders ein einfacher Empfänger zum Nachbauen beschrieben. Dieser DRM- Empfänger muss nur noch mit der Soundkarte des PC verbunden werden. Die eigentliche Dekodierung übernimmt das Programm Dream, dessen Quellcode frei verfügbar ist. Kompilierte Fassungen findet man nach kurzer Suche im Internet. Setzt man andere Quarze ein und dimensionert das Eingangsfilter um, lassen sich auch andere Sender empfangen.
Die Anforderungen:
Für den Empfang von DRM muss der DRM-Empfänger eine hohe Frequenzkonstanz besitzen. Der Ausgang des Empfängers muss zudem eine Zwischenfrequenz von etwa 7 bis 15 kHz liefern. Dieses Signal, dessen Seitenbandlage für die spätere Dekodierung unerheblich ist, wird einer voll duplexfähigen Soundkarte zugeführt. Die Soundkarte muss also gleichzeitig den Ton aufnehmen und wiedergeben können. Die kostenlose Software Dream erledigt dann die äußerst komplizierte Dekodierung des 10 kHz breiten DRM-Signals. Dafür benötigt das Programm eine Rechenleistung mit einer Taktrate von mindestens 500 MHz, besser sind 1 GHz.
Experimentalaufbau des Empfängers, der mit der Soundkarte verbunden wird. Hier ist der Ausgangsverstärker, auf dem man zur Not verzichten kann, noch nicht zu sehen. Die eigentliche Dekodierung übernimmt ein kostenloses Programm (Großansicht durch Mausklick auf das Bild).
Ansicht des Experimentieraufbaus mit nachgeschaltetem NF-Verstärker (Großansicht per Mauklick auf das Bild).
Seit März 2006 gibt es ein Platinenlayout für die Schaltung, die so abgewandelt wurde, dass sie mit einer Festinduktivität auskommt. Die Leiterplatte wurde mit Eagle entwickelt (Download der Eagle-Dateien hier).
Das mit Eagle entwickelte Layout (Download der Eagle-Dateien hier). Die Leiterplatte ist etwa 50 x 62 mm groß.
Das Schaltungsprinzip:
Die von der Antenne kommende Eingangsfrequenz von 3995 kHz durchläuft ein relativ breitbandiges Filter, das einen Impedanzwandler mit einem FET (z.B. BF245) speist. Dann gelangt das Signal auf das Mischer-IC NE612 (NE602), dessen Oszillator mit einem kostengünstigen 4-MHz-Standard-Quarz realisiert wird. Den Quarz kann man mit einer Serienkapazität 3 kHz nach oben ziehen, so dass dieser dann auf 4,003 MHz schwingt. Das ergibt dann am Ausgang eine Zwischenfrequenz (ZF) von 4,003 MHz – 3,995 MHz = 8 kHz. Ein Operationsverstärker (z.B. TL081 oder der uralte uA741) hebt dann den Pegel dieser ZF für die Soundkarte an. Außerdem ist die Impedanz am Ausgang des Operationsverstärkers so niedrig, dass ein Trenntrafo zwischen dem Empfänger und der Soundkarte betrieben werden kann. Der Ausgangsverstärker hat noch eine gewisse Bandpasswirkung durch C17 und C18 erhalten. C18 darf entfallen. Auf den Ausgangsverstärker kann man zur Not verzichten. Viele Bauteile, insbesondere die Sieb-, Koppel-, und Abblockkondensatoren sind in ihrer Dimensionierung nicht kritisch. Bei C1 bis C4 muss man sich an die genauen Werte halten.
Stromlaufplan bzw. Schaltbild des DRM-Empfängers für DRM. Großansicht per Mausklick auf das Bild. Achtung. Beim 78L06 sind PIn 1 und 3 im Schaltbild versehentlich vertauscht. Unter http://www.janson-soft.de/drm/schaltbildv2g.gif gibt es eine Großansicht des Schaltbildes.
Ein kleiner Nachteil der Schaltung ist die schlechte Unterdrückung der Spiegelfrequenz, die auf 4011 kHz liegt. Glücklicherweise stört dort kein Sender. Mit einem I/Q-Mischer lässt sich ein eventuelles Spiegelfrequenzproblem beheben (siehe Variante 1 u. Variante 2 laut Hinweisen v. HB9TLK).
Das Eingangsfilter habe ich mit PSpice simuliert und optimiert (Frequenzgang des Filters laut Simulation, Info zur Filtersimulation mit PSpice). Sicher kann man die abgleichbare Spule auch durch eine Festinduktivität und einen Kapazitätstrimmer ersetzen. Wer viel im HF-Bereich viel mit Spulen und Kapazitäten zu tun hat, sollte sich ein digitales LC-Meter zulegen. Eine Bauanleitung mit Leiterplatte für ein solches LC-Meter befindet sich hier.
Klaus Raban, DM2CQL, hat meine Schaltung etwas modifiziert aufgebaut (Stromlaufplan, Bauteileliste). Sein DRM-Empfänger kommt ohne den Operationsverstärker aus und nutzt den FET als Phasenschieber für eine sym. Einspeisung des NE612.
Antenne:
Als Antenne verwende ich einen 28 m langen Draht, der in 8 m Höhe zwischen zwei Gebäuden gespannt ist. Der Draht liefert einen ausreichenden Pegel für den DRM-Empfänger. Ich wohne etwa 250 km vom Standort des Senders entfernt. Die Antenne speist eine Anpassbox im Dachboden, von der ein 50-Ohm-Koaxkabel zum Empfänger führt. Mit anderen Antennen habe ich noch nicht experimentiert. Da der Eingang des Filters hochohmig ist, wenn man R1 entfernt, müssten es 10 m Draht vom Fenster in den Garten auch tun.
Bei guten Ausbreitungsbedingungen gelang mir der Empfang mit einem 4 m langen, im Zimmer verlegten Draht. Für den Empfang der Senderkennung reichten schon 10 cm Draht aus. Berührte ich diesen Draht mit den Fingern, war auch der Ton zu empfangen. Dabei kommt noch erschwerend hinzu, dass mein Monitor den Empfang stört. Eine Zimmerantenne reicht also für die ersten Versuche aus.
Verbindung zur Soundkarte:
Um Beeinträchtigungen durch Brummschleifen zu vermeiden, sollte zwischen Empfängerausgang und Soundkarteneingang (Line-in) ein NF-Trafo zur galvanischen Trennung geschaltet werden. An den Trafo werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Da der Empfängerausgang am Operationsverstärker sehr niederohmig ist und genügend Pegelreserve liefert, müssten sogar stromkompensierte Drosseln oder andere Behelfslösungen für die galvanische Trennung dienen können. Zudem liegt ja die niedrigste zu übertragene Frequenz bei etwa 3 kHz, so dass die Übertrager-Wicklungen keine besonders hohe Induktivität benötigen.
Um diesen DRM-Empfänger an die Soundkarte anzuschließen, kommt ein 3,5mm-Klinkenstecker zum Einsatz. Der Mittelring findet keine Verwendung. Der vorderste Teil des Steckers ist mit der Seele des abgeschirmten Kabels zu verbinden. Die Abschirmung erhält dann eine Verbindung zum hinteren, länglichen Teil des Steckers.
Wer die Schaltung weder erdet noch mit dem Schutzleiter verbindet, eine Zimmerantenne einsetzt und für die Betriebsspannung eine 9V-Blockbatterie verwendet, kann auf den Trafo verzichten.
Abgleich der Schaltung:
Der DRM-Empfänger wird mit der Antenne verbunden. Von 17:00 bis 11:00 kann ein Signal empfangen werden. Den Ausgang des Empfängers verbindet man mit einem Aktivlautsprecher oder mit dem LINE-IN-Eingang der Soundkarte (zur Sicherheit über Trenntrafo). Nun gleicht man L1 auf maximale Lautstärke ab, ohne dass man die Dream-Software verwendet. Ein DRM-Sender hört sich in AM bzw. SSB wie ein Rauschen oder Zischen an. Der Trimmer C11 für die Oszillator-Frequenz ist unkritisch. Man gleicht auf höchstmögliche Oszillatorfrequenz ab oder ersetzt den Trimmer einfach durch einen Festkondensator von 10 bis 22 pF.
Einstellung der Soundkarte:
Unten rechts auf dem Bildschirm von Windows befindet sich ein kleines Lautsprecher-Symbol, das mit der rechten Maustaste anzuklicken ist. Dann kann man die Einstellungen für Aufnahme und Wiedergabe vornehmen. Für die Aufnahme Line-in auswählen. Die übrigen Eingänge abschalten. Für die Wiedergabe (Lautstärke) Line-in abschalten. Wäre Line-in eingeschaltet, würde man ja das Rauschen des DRM-Signals hören. Bringen Sie den Schieberegler der Line-in-Aufnahme auf Mittelstellung und verdrehen Sie den Trimmer R4 so, dass die Pegelanzeige (Input Level (db)) etwa -15 bis -30 dB anzeigt. Das Signal schwankt bedingt durch die Ausbreitungsbedinungen und die fehlende Regelung erheblich.
Auswahl für Aufnahme und Wiedergabe der Soundkarte.
Einstellung des Dekoder-Programms Dream:
Gehen Sie in der Menüleiste auf "View" – "Evaluation Dialog". Es öffnet sich dann ein Fenster mit einer Vielzahl von Anzeigemöglichkeiten. Belassen Sie die Voreinstellungen bis auf den Punkt "Flip Input Spectrum", den Sie unter "Misc Settings" finden und unbedingt abhaken müssen. Das ist notwendig, da die Oszillatorfrequenz höher als die Empfangsfrequenz ist. Weitere Informationen zu den zahlreichen Einstellungen erfahren Sie in der mitlaufenden Hilfe des Programms. Der Quellcode von Dream ist übrigens frei verfügbar. Dream gibt es auch für Linux.
Hauptfenster von Dream: Senderkennung des DRM-Senders der Deutschen Welle in Wertachtal bei Augsburg. Der linke Balken zeigt den Pegel am Soundkarteneingang an. Die Senderkennung erscheint auch noch bei ganz schlechten Empfang, bei dem ein Ton-Empfang nicht mehr möglich wäre. Oben rechts sind zusätzliche Textinformationen eingeblendet, die neben dem Ton übertragen werden. Über die dort ersichtliche E-Mail-Adresse kann man um eine QSL-Karte bitten.
Das Fenster "Evaluation Dialog" von Dream. Hier unbedingt "Flip Input Spectrum" ankreuzen, wenn der hier beschriebene Empfänger zum Einsatz kommt.
Funktionstest für das Dream-Programm:
Bevor es an das Basteln geht, möchte man gerne wissen, ob Dream überhaupt für den vorhandenen Rechner und der vorhandenen Soundkarte geeignet ist. Wenn die LED I/O-Interface grün leuchtet ist das ein gutes Zeichen.
Noch größere Sicherheit erhält man, wenn man zu Testzwecken die Datei drm-test-rauschen.mp3 (Download mit rechter Maustaste 968 KB) startet. Dazu ist Dream bereits aktiviert, "Flip Input Spectrum" angekreuzt, und bei der Soundkarteneinstellung für Aufnahme wurde nur der Stereo Mixer ausgewählt. Sollte man etwa 20 Sekunden nach dem Start des MP3-Test-Files stark verrauschte, klassische Musik hören, müsste alles in Ordnung sein. Scheitert der Versuch, bedeutet das nicht unbedingt, dass die Rechner-Konfiguration ungeeignet ist, da ja der Rechner gleichzeitig neben DRM-Dekodierung ausnahmsweise noch mit der Dekodierung der MP3-Datei beschäftigt ist. Langsame Rechner liefern dann z.B. Aussetzer, die im normalen Betrieb nicht vorkommen würden. Auch kann ich nicht sagen, ob dieses Testverfahren bei allen Windows-Versionen funktioniert.
Dieses Bild gibt Aufschluss über die Einstellungen der Soundkarte und des Dream-Programms, wenn man dieses ohne DRM-Empfänger testen möchte (Großansicht per Mausklick auf das Bild). Stereo-Mixer auswählen, alles andere abschalten.
Empfangserfahrung von 2004 aus Süd-Deutschland:
Es gibt kein Rauschen, Prasseln, Knattern, Pfeifen, Durchschlagen von Nachbarsendern oder andere Unpässlichkeiten, die man vom Kurzwellenempfang gewöhnt ist. Entweder ist der Empfang einwandfrei oder er bricht mehr oder weniger unvermittelt ab. Je nach Ausbreitungsbedingungen hat man stundenlang perfekten Empfang oder es gibt Zeiten mit vielen Aussetzern. Je nach "Laune" der reflektierenden Ionosphäre ist dann der Empfang für Sekunden, Minuten oder Stunden unmöglich. Funkamateure wissen, dass das 80- oder 75-m-Band an manchem Tagen unberechenbar ist. Also nicht gleich verzweifeln, wenn der Empfang nicht sofort klappt. In der Winterzeit besteht sehr oft guter Empfang zwischen 20:00 und 22:00 MEZ und nach Sonnenaufgang ist der Empfang besonders bis zum Sendeschluss um11:00 besonders gut. Der Sendebetreiber berücksichtigt diesen Umstand und sendet deshalb je nach Ausbreitungsbedingungen mit drei unterschiedlichen Bitraten. Stereo gibts nur bei der höchsten Bitrate. Die kostenlose Dream-Software kann allerdings Stereo nur als Mono wiedergeben (ab der Version 1.1 geht doch Stereo). Dafür hat die käufliche Software den Nachteil, dass sie eine ZF von genau 12 kHz +/- 500 Hz benötigt. Je niedrieger die Bitrate, desto schlechter darf natürlich der Signal-Rausch-Abstand sein und desto quäkender klingt selbstverständlich die Musik. Der Pegel am Eingang der Soundkarte hat so gut wie keine Bedeutung für den Empfang. Übersteuern ist zu vermeiden.
Ich muss noch erwähnen, dass ich auf der Frequenz erhebliche Störungen aus der Nachbarschaft habe (Rauschen S9+20). Dennoch funktioniert der Empfang meisten einwandfrei. Wenn mal die Störungen nicht vorhanden waren, gelang mir selbst dann einwandfreier Empfang, wenn ich meine beiden Hände an den Antennen- und Masseanschluss hielt.
Das Programmangebot des Senders:
Nachrichten zu fast jeder vollen Stunde in Englisch oder Deutsch, Informationsbeiträge, viel Musik, vorwiegend Klassik (Dank DRM selbst auf Kurzwelle ein Genuss, wenn auch nichts für HiFi-Freaks), Jazz von 23:00 bis 24:00, Pop und Rock. Das Programm hat manchmal noch den gewissen Charme eines Versuchssenders und eine bunte Musikauswahl, die sich von dem Einheitsbrei der meisten UKW-Stationen abhebt. Auf die Dauer ist das sich wiederholende Musikangebot jedoch langweilig. Offenbar rechnet man noch nicht mit einer großen Zuhörerschaft.
Geplante Verbesserungen des DRM-Empfängers:
Die Schaltung ist noch nicht ganz ausgereift. Denkbar wäre ein besseres Eingangsfilter. Wer im Umkreis von 300 km bis 400 km um Augsburg wohnt und eine lange Antenne hat, wird in der Winterzeit mit Sicherheit kurz nach Sonnenuntergang und nach Sonnenaufgang guten Empfang haben. Übrigens ist eine Leiterplatte für das Projekt in Planung.
Welchen Nutzen bringt DRM für den Hörer: Meiner Meinung macht DRM nur für Länder fern der Heimat Sinn, wo der Internet-Zugang unzuverlässig ist und kein Satellit erreichbar ist, um Nachrichten aus der Heimat empfangen zu können. In Europa ist die Programmversorgung hingegen so dicht, dass dieser Dienst keinen Zusatznutzen liefert. Für unterwegs im Ausland ist der kleine, leichte, batteriebetriebene AM-Kurwellenempfänger eine handliche Lösung. Ein klobiger, stromfressender DRM-Empfänger bringt hingegen nur Nachteile, wenn man sich nur über das Tagesgeschehen informieren möchte. Und das möchte wohl die Mehrheit. Die andere Empfangslösung setzt ein Notebook voraus, das auch nicht jeder im Urlaub mit sich herumtragen möchte. Nur der technisch Interessierte kann sich durch die Klangqualität für DRM begeistern lassen, die trotz eines nur 10 kHz schmalen Kanals subjektiv besser als UKW-Radio klingen kann. So gesehen ist DRM selbstverständlich ein faszinierendes Experimentierfeld. In Zukunft könnte ich mir z.B. DRM auf den knappen UKW-Hörfunk-Frequenzen vorstellen, um dort mehr Spartenprogramme anbieten zu können.
QSL-Karte der Deutschen Welle für die Empfangsbestätigung von DRM-Sendern:
Vorderseite Rückseite
Hörproben und Mitschnitte von DRM als 56-kBit/s (oder mehr)-MP3-Dateien: Alle Beispiele sind mit dem hier beschriebenen Empfänger entstanden. Die Bandbreite des Sendesignals betrug immer 10 kHz. Damit der volle Klang zur Geltung kommt, sollte man eine Stereoanlage mit der Soundkarte verbinden.
Pop-Musik mit 17.46 kBit/s Klassik mit 11kBit/s Sprache mit 17.46 kBit/s Jazz mit 17.46 kBit/s Sprache und Musik mit 17.46 kBit/s Sprache bei schlechtem Empfang mit 14.56 kBit/s Musik und Sprache in P-Stereo mit 17.46 kBit/s
Links zur Dream-Software für den ausschließlich privaten, nichtgewerblichen Einsatz: Die Version 1.1.6 kann jetzt P-Stereo empfangen, Sende-Betrieb von Ton, Text und Bildern geht ebenfalls, Steuerungsmöglichkeit einer Vielzahl kommerzieller DRM-Empfänger.
DL5MGD (Ver.1.1.6) DREAM Version 1.5 DF9CY (Ver.1.0)
Linkliste (Stand vom November 2004):
Allgemeine Infos zu DRM (und auch HamDream):
PDF-Datei, Modulationsverfahren einfach erklärt: Datei auf russischem Server, sehr lesenswert. Artikel erschien im FUNKAMATEUR.
Vortrag von Harald Wickenhäuser DK1OP als PDF-Datei: erschienen im Radio-Kurier 11-12/2004
Infos zu DRM vom ADDX zusammengestellt: Links, Foren, Artikel-Archiv zu DRM des Radio-Kurier
Sendertabelle: ständig aktualisierte Liste der DRM-Sender, Frequenzen, Sendezeiten.
DRM-Info: Informations-Seite zu DRM
DRM-Seite: offizielle DRM-Seite
HamDream: Für Amateurfunk adaptiertes Dream für digitale Sprach- und Datenübertragung auf Kurzwelle mit einer Bandbreitenbelegung von 2,3 – 2,5 kHz.
Infos und Downloads zur Dream-Software:
TU Darmstadt: Open-Source Software Implementation. Für jene, die es ganz genau wissen möchten.
SourceForgeNet: Download des Dream-Quellcode, Dream für Linux
Infos zur Deutschen Welle und dem Senderstandort Wertachtal:
Deutsche Welle: DRM-Seite
Bildergallerie Sendestation Wertachtal: Hier steht auch der DRM-Sender, tnx DG9MAQ für den Tipp zu den vielen Bildern
Bauanleitungen (Empfänger, ZF-Ausgänge) zu DRM:
DRM-Mischer von DL5MGD von 455 kHz auf 12 kHz: ebenfalls mit dem NE612, Software-Tipps, Programme
Mittelwellen-Empfänger für DRM: von DF9CY, benötigt DDS-Oszillator, Datenblätter für BF245, NE612.
Einfache DRM-Empfängerschaltungen: Bauanleitungen von B. Kainka
Röhren-Audion für DRM: Experiment von B. Kainka
DRM-Empfang mit Röhrenaudion: Experiment von Dave Schmarder
Umbauanleitungen für DRM von Amateurfunkgeräten:
Umbauanleitung für Yaesu FT-747GX: 12 kHz-Ausgang nach DH7UAF, viele Bilder. Geht auch ohne FM-Unit.
Umbauanleitung für Yaesu FT-847: von HB9TLK für DRM-Empfang, mit Bildern.
Umbauanleitungen von DL4CU für DRM-Empfang: für Yaesu FT897, FT817, FT857
Umbauanleitung für DRM-Empfang mit dem Icom IC725: von PY4ZBZ, die Bilder reichen für das Verständnis
Umbauanleitung für Kenwood TS-2000: 12 kHz-Ausgang nach einer Idee LA8OKA, bebildert