Weak Signal Propagation Reporter

"Weak Signal Propagation Reporter", besser bekannt unter seiner Abkürzung WSPR. Die Abkürzung WSPR wird üblicherweise in English als Whisper ausgesprochen (Whisper = engl. für Flüstern).

Die Betriebsart WSPR (sprich: "Whisper") wird primär nicht für die Abwicklung von QSO sondern für die empirischen Ermittlung der Reichweite und bevorzugten Abstrahlrichtungen der eigenen Station verwendet. Deshalb auch der Name: "Weak Signal Propagation Reporter" heisst übersetzt in etwa: Berichterstattung der Ausbreitungsbedingungen von schwachen Signalen. Je mehr Funkamateure aus den unterschiedlichsten Standorten sich daran beteiligen, desto genauere Erkenntnisse kann jede beteiligte Station daraus entnehmen.

Jede beteiligte Station sendet dazu das eigene Rufzeichen, den eigenen 4-stelligen Locator sowie die Angabe der eigenen (geringen!) Sendeleistung nach vorgegebenem Protokoll aus. Und alle beteiligten Stationen (inklusive beteiligte SWL-Stationen) wiederum empfangen und dekodieren diese WSPR-Signale der anderen Stationen auf dem gleichen Band. Jede Station speist ihre gesammelten Daten in eine zentrale Datenbank ein, dem "WSPRnet". Diese Daten geben dann den beteiligten Stationen Auskunft, wo auf der Welt das eigene ausgesendete Signal auf dem jeweiligen Band überall (noch) gehört worden ist.

Inzwischen ist WSPR weiterentwickelt worden, so dass damit auch kurze standartisierte QSO abgewickelt werden könn(t)en. Da aber nur schon die Übertragung von Rufzeichen, Locator und Leistungangabe rund 2 Minuten dauert, dauert ein QSO entsprechend lange und ist damit nicht wirklich eine berauschende Erfahrung.

Einleitung und technischer Hintergrund

WSPR wurde von dem Funkamateur und Nobelpreisträger für Physik Professor Joseph Hooton Taylor Jr. (Inhaber des Rufzeichens K1JT) entwickelt. Die erste Programmversion datiert aus dem Jahr 2008. Es wird eine Frequenzumtastung mit vier Symbolfrequenzen (4-FSK) und einer Vorwärtsfehlerkorrektur verwendet.

Das WSPR-Signal hat wegen der kleinen Sendeleisstung und der niedrigen Übertragunsrate eine sehr geringe Bandbreite (5,9 Hz). Es nimmt lediglich 1/60 des Raumes ein, den ein JT65B-Signal beansprucht. Pro Band wird ein Kokrridor von 200 Hz verwendet, auf dem sich die Signale der einzelnen beteiligten Stationen verteilen. So können eine Vielzahl an Stationen parallel senden und empfangen werden. Die Übertragungsrate ist so niedrig, dass die Übermittlung der Basisdaten, bestehend aus eigenem Rufzeichen, dem Locator und der Sendeleistungsangabe, knapp 2 Minuten benötigt.

Technische Voraussetzungen

Für den Betrieb von WSPR wird benötigt:

• Transceiver
• Computer
• ein Interface (welches Transceiver und Computer verbindet)
• eine WSPR-Software (kostenlos im Internet erhältlich, siehe unten)

Software

Die Software ist Opensource und untersteht der GNU General Public License , eine im der freien Software sehr gebräuchliche Lizenz.

Für die Betriebssysteme Windows, Linux gestaltet sich die Installation sehr einfach, da schon fertig kompilierte Pakete zur Verfügung stehen (Siehe Installation) Für andere Betriebssysteme kann der Quellcode des Programms heruntergeladen und die Software selber compiliert werden.

Installation

Windows

Auf der Webseite "WSPR" kann die aktuelle Windows-Version der Installationsdatei runtergeladen werden.

Linux (Debian, Ubuntu, Kubuntu)

Auf der Webseite "WSPR" kann das Paket WSPR 2.0 herunter geladen werden. Installiere das heruntergeladene Paket mit deinem bevorzugten Paketmanager oder verwende in der Shell nachfolgende Befehle:

cd [dein downloadverzeichnis]
sudo dpkg -i wspr_2.00r1714_i386.deb

Konfiguration

Konfiguration von WSPR

Öffne den Reiter "Setup" und gehe auf den Menüpunkt "Station Parameter". Fülle die Felder mit den entsprechenden Parametern:

Parameter	Bedeutung
Call	logisch, dein Rufzeichen
Grid	dein Locator (6 stellig)
Audio In	wähle im Auswahlmenü die richtige Soundkarte für den Empfang aus
Audio Out	wähle im Auswahlmenü die richtige Soundkarte für Senden aus
Power (dBm)	Die Leistung sollte klein sein, idealerweise nicht über 5 Watt. Die Angabe erfolgt in dBm. (30 dBm = 1 Watt, 37 dBm = 5 Watt)
PTT method	Mit welchem PIN auf der seriellen Schnittstelle wird der Transceiver auf Sendung geschaltet. Ist abhängig vom verwendeten Interface
PTT port	wie oben, ist abhängig vom Interface

Hat dein Transceiver eine CAT-Schnittstelle, kannst du dein Funkgerät via PC steuern lassen. Trage dazu in den nachfolgenden Feldern die entsprechenden Parameter ein. Diese stehen im Handbuch des Transceivers oder lassen sich via Websuche einfach herausfinden.

Betrieb

Wähle jenes Band aus, auf welchem du die Versuchen durchführen möchtest. Dazu klickst du auf den Programmreiter Band und wählst das entsprechende Band aus. Als Beispiel wählen wir 40m aus. Etwa in der Mitte des Programmfenster, ganz links erscheinen nun unter Frequencies (MHz) zwei Frequenzen: Dial: 7.038600 TX: 7.040100

Wenn du keine CAT-Schnittstelle zur Steuerung deines Transceivers verwendest, stelle dein Gerät auf die Frequenz ein, welche bei Dial angezeigt wird. WICHTIG: Digitale Betriebsarten verwenden USB, auch unterhalb 10 MHz.

Den Parameter Tx fraction stellst du auf 20%. Das bedeutet, dass dein Gerät in etwa 20% der Zeit sendet, die restlichen 80% ist der Empfangsmodus aktiv.

Ist der Haken bei Upload spots gesetzt, werden die empfangenden Daten automatisch via Internet (sofern vorhanden) auf den Server bei wsprnet.org geladen. Dies geschieht vollkommen automatisch, weitere Parameter sind nicht notwendig.

Am linken, unteren Bildrand steht Rx Noise: x dB. Dies ist die Anzeige, wie laut das Signal im PC ankommt. Der Wert sollte 0 dB betragen. Ist es mehr als 10 dB zu hoch oder zu tief, bitte die Lautstärke des Signals, welches zu Computer geführt wird, anpassen.

Ganz wichtig: Das Programm arbeitet vollautomatisch zeitgesteuert. Es ist daher enorm wichtig, das deine Systemuhr genau läuft. Die Abweichung sollte nicht mehr als 1 Sekunde betragen. An einfachsten synchronisierst du dein Computer mit einem Zeitserver im Internet.

Nutzen

Wen kann ich empfangen?

Hauptansicht von WSPR

In Abhängigkeit des eigenen Standortes, der eigenen Antennenanlage, der aktuellen Ausbreitungsbedingungen und wieviele andere Stationen zeitgleich am Whispern sind, dauert es mehrere Minuten bis Stunden, bis erste Signale anderer Stationen empfangen werden.

Im Hauptfenster der WSPR-Software (vgl. Bild rechts) enthält folgende Informationen:

• im grossen, oberen Fenster wird das Wasserfall-Diagramm des empfangenen Spektrums angezeigt. Hier zeigt sich grafisch, welche Station wann und auf welcher Frequenz gesendet hat.
• in der unteren Hälfte werden die empfangenen Signale ist Listenform dargestellt.

Beispiel (vgl. blassrot markierte Zeile im Bild rechts):

UTC dB DT Freq Drift 1528 -19 -1.3 7.040134 -1 OH3MHA KP20 37

Die einzelnen Spalten haben folgende Bedeutung:

Spalte	Bedeutung
UTC	Zeit (in UTC), wann das Signal empfangen wurde.
dB	Das empfangene Signal war um soviel stärker als das Rauschen. Wenn die Zahl negativ ist (wie in obigem Beispiel: -19 dB), ist das Signal also unterhalb der Rauschgrenze (Rauschen wurde wie oben schon beschrieben als 0 dB eingestellt.).
DT	Gibt an, um wieviel deine Rechnerzeit mit jener des empfangenen Signal nicht stimmt. Mehr als 2 Sekunden sollten es nicht sein.
Freq	Gemessene Frequenz
Drift	Gibt an, um vieviel Hz dein Transceiver pro Minute driftet. Nach dem Einschalten ist dieser Wert am höchsten, danach pegelt er sich ein.
---	Dahinter erscheinen die übermittelten Daten: Rufzeichen, QTH-Locator (4-stellig), Sendepegel (in dBm)

Im obigen Beispiel stammt das empfangene Signal gemäss dem übermittelten Locator (KP20) aus Helsinki, Finnland.

Wer hat mich gehört ?

Karte selektiert auf das Call HB9SWR

Im obigen Beispiel wurde erklärt, was die eigene Station gehört hat. Interessant ist nun aber auch, wer hat die ausgesendeten Signale empfangen?
Bei der Konfiguration der Software besteht die Option, die empfangenen Daten in eine Datenbank zu laden, welche via Internet erreichbar ist. Diese Datenbank besitzt auch ein Webinterface, so dass mit jedem Browser darauf zugegriffen werden kann. Die Seite ist erreichbar unter www.wsprnet.org
Klicke rechts oben in der Menuleiste auf Map, dann erscheint eine Weltkarte. Darauf ist ersichtliche, welche Stationen WSPR-Signale empfangen oder ausgesendet haben. Je nach gewähltem Band sind das mehr oder weniger Stationen. Durch die Eingabe eines Rufzeichnens in das Eingabefeld Call kann die Anzeige auf ein bestimmtes Rufzeichen beschränkt werden. Dies ist sinnvoll, will man die eigene Situation analysieren.

Im Bild rechts wurde die Anzeige auf das Rufzeichen HB9SWR beschränkt, so dass nur Verbindungen von und zu HB9SWR angezeigt werden. Auf den ersten Blick ist ersichtlich, dass

• die meisten Verbindungen Richtung NordWestlich bis NordNordöstlich erfolgen
• keine einzige Verbindung Richtung Süden erfolgte
• je dicker die Verbindungsline ist, desto mehr wurde die gleiche Station empfangen

Wer hat wen gehört?
Klickt man auf der WSPRnet-Map auf ein Rufzeichen, so wird die hier abgebildete Sprechblase angezeigt.

Ein Klick auf ein Rufzeichen öffnet ein Fenster, darin wird angezeigt, wer hat wen gehört. Wir finden darin auch das Rufzeichen OH3MHA wieder, welches wir weiter oben genauer betrachtet haben. Diese Station erscheint bei Hearing (=selber gehört) und bei Heard by (= gehört von), das bedeutet, die Station HB9SWR und OH3MHA haben sich gegenseitig gehört.

Datenbank von wsprnet.org

Dadenbankauszug von HB9SWR

Dieser Auszug ist selektiert nach dem Rufzeichen HB9SWR, doppelte Einträge sind ausgeblendet.
Hier finden wir auf der ersten zeile wieder das Call OH3MHA, diemals mit den Werten, wie die Station HB9SWR empfangen wurde. Zur Erinnerung, im Abschnitt "Wen kann ich empfangen?" wurden die Daten von OH3MHA analysiert, wie sei bei HB9SWR empfangen wurde. Jetzt also die Gegenseite.
Schauen wir uns die Zeile genauer an:

Beispiel (vgl. blassrot markierte Zeile im Bild rechts):

Timestamp Call MHz SNR Drift Grid Pwr Reporter RGrid km az 2011-08-01 15:14 HB9SWR 7.040118 -17 2 JN47rj 5 OH3MHA KP20xw 1838 29

Die einzelnen Spalten haben folgende Bedeutung:

Spalte	Bedeutung
Timestamp	Zeit (in UTC), wann das Signal empfangen wurde.
Call	Rufzeichen der sendenden Station.
MHz	Gemessene Frequenz
SNR	Signal-Rausch-Abstand: Das empfangene Signal war um soviel stärker als das Rauschen. Wenn die Zahl negativ ist (wie in obigem Beispiel: -17 dB), ist das Signal also unterhalb der Rauschgrenze (Rauschen wurde wie oben schon beschrieben als 0 dB eingestellt.).
Drift	Gibt an, um vieviel Hz das Signal verschoben empfangen wurde. Der Fehler kann sowohl beim Sender wie auch beim Empfänger erzeugt worden sein. Vergleiche mit anderen Stationen helfen, den Fehler einzugrenzen.
Grid	Locator der sendenden Station.
Pwr	Leistung in Watt der sendenden Station.
Reporter	Rufzeichen jener Station, die das Signal empfangen hat ( Im oben genannten Beispiel ist OH3MHA die empfangende Station).
RGrid	Locator der empfangenden Station.
km	Distanz zwischen Sender und Empfänger, welche anhand der beiden Locator errechnet wird.
az	Azimut, also Richtung in einer 360° Einteilung, ausgehend vom Sender
	(Im obigen Biespiel: Vom Sender (HB9SWR) ausgehend, ist die Empfangsstation (OH3MHA) in Richtung 29°, in einer Distanz von 1838km entfernt).

Das obige Beispiel zeigt, wie wenig Leistung notwendig ist, um mehrere Hundert bis wenige Tausend Kilometer zu überbrücken. Zum Vergleich: Eine handelsübliche Fahrradbirne besitzt ca. 6 Watt; das Funkgerät aus obigem Beispiel hatte mit nur 5 Watt gesendet.

Weblinks

Betriebsart

• Artikel "WSPR" bei Wikipedia.
• Webseite "WSPR" von K1JT, dem WSPR-Erfinder: Download WSPR-Software und Benutzerhandbücher.

WSPR Network

• Homepage WSPRnet
  • Propagation Map - aktuelle WSPR-Verbindungen auf einer Weltkarte
  • "Spot Database Statistics" - zu konsultieren, damit du deine ersten Gehversuche möglichst auf einem Band machst mit aktuell hoher WSPR-Aktivität.

Hilfsmittel

• Umrechnen der Leistung von Watt in dBm