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Zur Entwicklung der digitalen Übermittlung

Packet-Radio (PR) gilt als eine der digitalen Betriebsarten. Digitale Betriebsarten zeichnen sich dadurch aus, dass die zu übermittelnden Daten im Basisband in digitaler Form vorliegen. Die Daten fallen als eine Folge von Ja - Nein - Entscheiden an.

 

1. Geschichtliches

Seit vielen Jahrhunderten werden Daten im Basisband in eine digitale Form gebracht und übermittelt. Im Basisband finden wir zunächst alles, was mit den menschlichen Sinnen erfassbar ist. Bekannt sind Höhenfeuer, Trommelzeichen, Signalflaggen, Spiegel, Glocken, Fackeln, Feuerhorn, Sirenen und so weiter.

Im ausgehenden 18ten und in den ersten Jahrzehnten des 19ten Jahrhunderts gelingt es, elektromagnetische Erscheinungsformen für die Digitalisierung und Übermittlung von Daten zu nutzen.

1820 verschickt OERSTED seinen Bericht in lateinischer Sprache «Experimenta circa effectum Conflictus electrici in Acum magneticum» an alle bekannten Naturwissenschafter.

Der Bericht beweist die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes und findet sofort grosse Beachtung.

In der Folge befassen sich AMPÈRE, ARAGO, BIOT, FARADAY, GAY-LUSSAC, SAVART, STURGEON und viele andere mit dieser magnetischen Wirkung; es lassen sich Magnetnadeln ablenken und Kräfte zeigen.

LAPLACE entdeckt, dass es für die magnetische Wirkung keine Rolle spielt, wie lang die zum Elektromagneten führenden Drähte sind. Die Wirkung, ablenken von Magnetnadeln, bleibt auch bei grossen Distanzen erhalten.

Erste Versuchseinrichtungen zur Fernübertragung von Buchstaben, sogenannte Telegraphen, von AMPÈRE und RITCHIE benutzen 24 bis 30 anzeigende Nadeln und entsprechend viele Leitungen.

1835 führt SCHILLING den ersten Fünfnadel - Telegraphen in Bonn der Naturforscher - Versammlung vor. SCHILLING kann mit sechs Drähten, fünf Leitungen und eine Rückleitung, und der Anwendung des Multiplikators nach SCHWEIGGER insgesamt 25 = 32 Zeichen übertragen.

Auf seiner Reise von St. Petersburg nach Bonn berichtet SCHILLING in Göttingen den beiden deutschen Gelehrten GAUSS und WEBER von seinem Telegraphen. Die beiden haben bereits 1833 eine etwa 2,5 km lange Leitung gebaut, um Arbeiten von OHM zu überprüfen. Die Leitung ist mit einem Galvanometer als Anzeigeinstrument versehen und wird zur Übertragung binär codierter Zeichen verwendet (2 Buchstaben pro Minute).

1838 baut STEINHEIL entlang der Bahnlinie Nürnberg-Fürth eine Telegraphenleitung nach den Prinzipien von GAUSS und WEBER. Er entwickelt 1836 den ersten Drucktelegraphen. Interessant bleibt, dass sich aus allen Bemühungen der Kosten wegen vorerst keine kommerzielle Nutzung ergibt. COOKE und WHEATSTONE nehmen die Idee von SCHILLING auf und bauen Fünfnadel - Telegraphen, die es erlauben, die übertragenen Buchstaben sofort abzulesen. Zudem erfindet WHEATSTONE das Relais.

 

1837 schreibt der amerikanische Kongress einen Wettbewerb auf einen mechanisch - optischen Telegraphen aus. Der Kunstmaler MORSE, er hat eine Professur für Kunstgeschichte an der Universität von New York inne, beschäftigt sich seit 1832 mit Elektromagneten und deren Anziehungskraft.

MORSE beteiligt sich am Wettbewerb und gewinnt mit einem Schreibtelegraphen, den er mit Hilfe einer Staffelei aufgebaut hat. Von nun an arbeitet MORSE mit dem Maschinenfabrikanten VAIL zusammen. Zur Verschlüsselung gibt VAIL die entscheidenden Hinweise. Es soll ein Code mit Punkten und Strichen verwendet werden, wobei die Codelänge von der Gebrauchshäufigkeit der Buchstaben abhängt.

1845 wird die Telegraphenleitung Washington - Baltimore als erste zur kommerziellen Nutzung freigegeben. Von nun an entwickelt sich die Telegraphie rasant. In den U.S.A. vorwiegend nach dem System MORSE, in Deutschland mit Zeigertelegraphen von SIEMENS und HALSKE, die auf der Grundidee von WHEATSTONE beruhen.

Allen bis dahin bekannten Systemen ist gemeinsam, dass die zu übermittelnden Daten binär codiert sind. Dieser Umstand ist technisch begründet und darauf zurückzuführen, dass nur Bauelemente bekannt sind, die Strom Ja/Nein zu erkennen vermögen. Es folgen die Seekabel und damit die weltweite Vernetzung, sowie die Schnelltelegraphen und die Fernschreiber verschiedener Art.

 


 

 

 

 

2. Drahtlose Übermittlung

1888 kann HERTZ die von MAXWELL theoretisch vorausgesagten elektromagnetischen Wellen experimentell nachweisen.

1896 überträgt POPOFF die Worte «Heinrich Hertz» drahtlos über eine Distanz von 25 Meter. Seine Arbeiten und Versuche bleiben wenig beachtet.

Gleichzeitig kann MARCONI in La Spezia drahtlos übermitteln und erhält ein englisches Patent.

1899 kann BRAUN eine Verbindung zwischen Cuxhaven und dem Feuerschiff Elbe I herstellen. Er verwendet als erster den abgestimmten Schwingkreis.

1901 gelingt MARCONI die erste transatlantische Verbindung von Poldhu in Cornwall nach St. Jones auf Neufundland.

Bei seinen Versuchen verwendet MARCONI das Morsealphabet. Die Übermittlung von Daten mit dem Code von MORSE ist damit die erste digitale Betriebsart im Bereich der drahtlosen Verbindungen.

Die Vermittlung von Daten im Morse-Code bleibt bis zum zweiten Weltkrieg die einzige international geordnete Möglichkeit der drahtlosen Übertragung. Dafür sind mehrere Gründe massgebend:

Die Hochfrequenztechnik kann sich erst mit der Entdeckung der Verstärkerröhre rascher entwickeln. Die ersten Gross-Sender basieren auf Hochfrequenzmaschinen.

Bis in die 30er Jahre gilt der Bereich über 2 MHz für die kommerzielle Nutzung als unbrauchbar. Es bleibt den Funkamateuren vorbehalten, in der Röhrentechnik und der Kurzwellentechnik Pionierleistungen zu vollbringen.

 

Die Weltwirtschaftskrise und der zweite Weltkrieg lassen die Investoren andere Bedürfnisse höher stufen. (Funkstille kann auch ohne digitale Betriebsart eingehalten werden).

Die Ausbreitungsbedingungen erlauben den Einsatz von Maschinen kaum. Die Empfangstechnik reift mit der zunehmenden Elektrodenzahl in den Röhren und die Überlagerungstechnik (Superheterodyne)

setzt sich erst in den 30er Jahren langsam durch. Die Selektivität und Dynamik des menschlichen Ohres sind bis heute nicht erreichbar.

Die digitale Betriebsart CW wird mit abnehmender Tendenz heute noch aktiv oder passiv gepflegt in einigen Armeen, in Ländern der Dritten Welt aus Kostengründen und im Amateurfunk.

 


 

 

 

 

3. Digitale Betriebsarten (BAUDOT)

1946 werden nach dem zweiten Weltkrieg Fernschreiber (Teletype®) aus den vielen militärischen Drahtnetzen ausgemustert. Funkamateure, vornehmlich in den U.S.A., fassen die Gelegenheit und versuchen diese Teletypewriter TTY drahtlos zu betreiben. Es entsteht die digitale Betriebsart RTTY.

RTTY (RadioTeleTyping) wird rasch auch kommerziell zur Verbreitung von Nachrichtenbulletins (Reuter und viele andere) und Wettermeldungen verwendet

Die Fernschreiber verwenden den von BAUDOT entwickelten 5er Code. Der Code kennt 25=32 Zeichen und hat keine Redundanz. Die 32 Zeichen setzen sich zusammen aus 26 Buchstaben und 6 Steuerzeichen. Die beiden Steuerzeichen LTRS (Letter Shift) und FIGS (Figure Shift) ermöglichen, den Satz der 26 Buchstaben um 26 Zahlen und Interpunktionen zu erweitern. Der BAUDOT-Code, in England auch MURRAY-Code genannt, kann mit diesem Trick 58 Symbole übermitteln.

 

In Europa erschliesst sich RTTY dem Amateurfunk erst gegen 1960. Das ist einerseits auf die behördliche Zurückhaltung und andererseits auf die Ablehnung durch die IARU-Verbände zurückzuführen. Es erstaunt nicht, dass in jener Zeit in vielen Ländern Vereinigungen entstehen, die ihre Interessen an den digitalen Betriebsarten gegenüber den Behörden und der IARU vertreten. Vielmehr erstaunt, dass schon damals die IARU-Verbände gegen RR 53 und damit ihre eigenen Interessen verstossen.

1979 macht Peter Martinez, G3PLX, die Funkamateure mit AMTOR bekannt. AMTOR ist aus SITOR gewachsen und nutzt einen 7-Bit Code. Dieser Code nach CCIR 476 nutzt die gleichen Symbole wie der beschriebene BAUDOT-Code. 1986 wird der Code mit CCIR 625 um einige Möglichkeiten erweitert. Da AMTOR in zwei Bit redundant ist, lässt der Code eine Fehlererkennung und Korrektur zu. Der Code ist so konstruiert, dass pro Symbol genau drei Nullen und vier Einsen vorhanden sind. Zudem ist der BAUDOT-Code als Bit 2 bis Bit 6 im CCIR 476 Code enthalten. AMTOR kennt die Modi ARQ, FEC, SELFEC und LISTEN.

 


 

 

 

 

4. Digitale Betriebsarten (ASCII)

1948 Mit der Entwicklung des Transistors durch John Bardeen, Walter Houser Brattain und William Shockley beginnt die dritte industrielle Revolution.

Die Technik der integrierten Schaltungen erlaubt Packungsdichten und Geschwindigkeiten, die der Digitaltechnik in der Anwendung zum Durchbruch verhelfen. Die theoretischen Vorarbeiten sind seit Jahrzehnten vorhanden; ihre Umsetzung scheiterte am Aufwand mit Relais und Röhren (ENIAC: 30 Tonnen, 17'468 Röhren, 200kW, kann 20 10stellige Zahlen speichern, 2,8 ms pro Multiplikation).

In den 70er und 80er Jahren folgen den Grossrechnern die Computer für Jeden. C 64, PC- XT, PC-AT und heute kann man sich einen Haushalt ohne Sextium® kaum mehr vorstellen.

 

 

1968 wird der ASCII ‑ Standard eingeführt, ein 7-Bit beziehungsweise 8-Bit -Code. Der ASCII- Standard bildet heute die Grundlage für die Übertragung von 256 Symbolen. Die zunehmende Vernetzung erfordert Normen für die Kommunikation zwischen Maschinen: 1978 kann das OSI-Referenz-Modell verabschiedet werden. Das OSI-RM weist 7 Ebenen auf. Bereits gut aufgenommen sind die unteren drei Ebenen (Layer): Physical, Link, Network. Für den Network-Layer liegt das CCITT X.25 - Protokoll bereit.

1971 Die Universität Hawaii nutzt ein Packet-System, um Daten mit ihren Ablegern auf den Inseln auszutauschen.

1978 beginnt Doug Lockhart, VE7APU, in Vancouver mit einem bit - orientierten Packet‑Radio Versuchsverbindungen aufzubauen. Er gründet die Vancouver Amateur Digital Communications Group VADCG. Die VADCG verwendet für ihre Boards ein Telefon-Modem nach Bell 202 Standard; dies weil solche billigst zu haben waren. Rasch werden weitere Gruppen gebildet und

1981 folgt die erste «Computer Networking Conference» in Gaithersburg, Maryland. Es hat sich rasch gezeigt, dass sich die bestehenden CCITT Protokolle nur bedingt für die drahtlose Übermittlung eignen. Man einigt sich auf ein provisorisches AX.25 Protokoll. Weitere Konferenzen folgen und 1984 wird das heute gültige AX.25 (Version 2) verabschiedet.

In Arizona wird die Tucson Amateur Packet Radio Corporation TAPR gegründet. TAPR kann in kurzer Zeit 2000 TAPR TNC2 verbreiten. Die Boards weisen einen Z80 Prozessor auf und modulieren Bell 202 mit XR2006.

1985 tauchen erste Boards in der Schweiz auf und Packet‑Radio beginnt zu wachsen.

Wie der Name «Packet-Radio» sagt, werden zwischen den Stationen Daten-Pakete ausgetauscht. Gemäss X.25 sind diese Daten-Pakete je mit einer Frame-Check-Sequence versehen. Dieser Check erlaubt es, fehlerhafte Pakete zu erkennen und erneut anzufordern. Die verpackten Daten selber folgen dem ASCII-Code.

Packet-Radio eignet sich im Kurzwellenbereich der Ausbreitungsbedingungen wegen nicht. Trotzdem besteht auch dort der Wunsch, den ASCII-Code übermitteln zu können.

1990 erscheint PACTOR auf dem Markt. PACTOR ist eine Amateur - Eigenentwicklung von DF4KV und DL6MAA. PACTOR überträgt den ASCII-Code und nutzt neueste Schmalbandmodulation. Die Betriebsart setzt sich rasch durch und wird mittlerweile auch kommerziell genutzt.

1990 Gleichzeitig wird in Amerika von Ray Petit, W7GHM, CLOVER vorgestellt. CLOVER ist ab 1992 auf dem Markt erhältlich. Modulation: es werden 4 Ton-Impulse BPSK, QPSK, 8PSK, 16PSK und bis 4-level ASK moduliert. CLOVER erkennt die unter den gegebenen Bedingungen geeignete Modulation und stellt diese automatisch ein.

1995 wird PACTOR-II vorgestellt. PACTOR-II nutzt DPSK (Differential Phase Shift Keying). Bei einer Bandbreite von 500 Hz werden bis 800 Bit/s erreicht. Das Gerät enthält DSP und einen 32-Bit Prozessor.

 


 

 

 

 

5. Internet

1962 In der Schrift «On Distributed Communication Networks» äussert Paul BARAN den Gedanken, dass ein gegen verschiedene Einwirkungen (Atombomben) sicheres Netz zur Datenvermittlung von keiner zentralen Autorität aus gesteuert werden darf. Vielmehr muss das Netz auch dann weiterarbeiten, wenn teilnehmende Netzknoten ausfallen. Ein sicheres Übermittlungsnetz darf nicht leitungsvermittelt sein, sondern muss paketvermittelt arbeiten.

 

1968 Es gelingt es Forschern des «National Physical Laboratory» in England, diesen technisch innovativen Kerngedanken von BARAN in einem Experimentalnetzwerk umzusetzen. Im gleichen Jahr erhält die High-Tech-Beratungsfirma «Bolt Beranek und Newman Inc. BBN» den Pentagon‑Auftrag, die verschiedenen über die USA verstreuten Computer des Verteidugungsministeriums miteinander paketvermittelt zu verbinden. Die Advanced Research Projects Agency ARPA verlangt von BBN, dass zu Forschungszwecken zuerst die vier Universitätscomputer Los Angeles, Santa Barbara, Stanford Research Institute und Salt Lake City miteinander zu verbinden sind. Den vier Computern, den «Hosts», wird je ein Interface Messaging Processor IMP vorgelagert, die ihrerseits über Mietleitungen miteinander verbunden sind.

1969 Im Dezember nimmt das ARPA Netzwerk (Arpanet) mit den vier Computern seinen Betrieb auf, den es erst 1990 wieder einstellt. Das INTERNET ist geboren.

 

1974 Vinton CERF und Robert KAHN veröffentlichen «A Protocol for Packet Network Internetworking». Damit sind das «Transmission Control Protocol TCP» und das «Internet Protocol IP» geboren. Ein erster Einsatzversuch gelingt 1977 anlässlich einer Demonstration in San Francisco für die Geldgeber des Verteidigungsministeriums.

1983 Am 1. Januar wechselt das Arpanet vom bisherigen einfachen Network Control Protocol auf TCP/IP, das sich rasch weltweit verbreitet. Mit TCP/IP können sich Computer verständigen ohne dass die darunterliegende Hardware bekannt sein muss. Am Arpanet nehmen, nachdem 1985 das leistungsfähige NSF (National Science Foundation)NET den Betrieb aufnimmt, zunehmend und weltweit weitere Hochschulen teil.

Ab 1990 öffnet sich das Netz auch der Allgemeinheit.

1992 Tim BERNERS-LEE erfindet am Kernforschungszentrum CERN in Genf die «Web» - Technik. Mit der Web-Software (Web-Server) lassen sich gemischte Dokumente (Text, Bild, Ton, Video, Grafik, Programmcode) ablegen, verknüpfen und übertragen. Zusammen mit dem Internet ergibt sich das «World Wide Web WWW», auf dem sich mit der Hilfe eines «Web Browser» (Web Client) surfen lässt.

1995 Louis Gerstner IBM® und Bill Gates, MICROSOFT® huldigen von nun an auch dem Internet ... was dazu führt, dass sich gegenwärtig pro Sekunde ein zusätzlicher Teilnehmer im Netz anmeldet und das «Host contacted. Waiting for reply» im warten erschöpft.

März 1996, Juni 2002, HB9SUK