Terminal Node Controller

Terminal Node Controller 2400 (Packet-Radio-Modem)

Kantronics 9612+

Als Terminal Node Controller (TNC) bezeichnet man ein Modem für den Packet-Radio-Betrieb im Amateurfunk. Er stellt die Verbindung zwischen Rechner und Funkgerät her und wird mit der seriellen Schnittstelle oder parallelen Schnittstelle und dem Mikrofon- und Lautsprecheranschluss des Funkgeräts verbunden. Darüber hinaus ist natürlich noch eine Betriebsspannung notwendig, meist über einen Stecker zugeführte Gleichspannung, in Ausnahmefällen wie beim TNC1 auch direkt die Netzwechselspannung.

Entwicklung bei der TAPR

Die TAPR (Tucson Amateur Packet Radio Corp.) entwickelte 1983 eine Rechnerkarte 'TNC1', (TNC = Terminal Node Controller), welche die Daten in dem AX.25-Protokoll senden und empfangen konnte. Mit der Weiterentwicklung, dem TNC2 1985, begann die schnelle Entwicklung der Betriebsart Packet-Radio in Deutschland. Das Prinzip von Packet Radio wurde auch bei später entwickelten Betriebsarten eingesetzt, z. B. APRS.

Der Teil des TNCs, der die Datenpakete zusammenstellt, beziehungsweise wieder unter Beachtung der korrekten Prüfsumme zerlegt, wird auch PAD (Packet Assembler and Disassembler) genannt. Der PAD im TNC ist ein kleiner eigenständiger Rechner. Dieser besteht aus einem Mikroprozessor, einem ROM, in welchem die Firmware (TF/TAPR etc.) gespeichert ist, einem batteriegepufferten RAM, in dem die Parametereinstellungen, die empfangenen und die zu sendenden Daten gespeichert werden, sowie einem Schnittstellenbaustein, der die Ankopplung an Terminal und Modem erledigt, zusätzlichen Logikbausteinen sowie meist auch einem Modem. Der PAD setzt die vom Computer seriellen (RS232 oder USB) gelieferten Signale (meist wird das Protokoll AX.25 genutzt) in einen digitalen Code (meist NRZI) um. Damit der digitale Code (bestehend aus logischen Nullen und Einsen) auch über das analoge Funkgerät gesendet werden kann, wird er mit Hilfe des Modems moduliert.

Weiterentwicklungen

Es folgten verschiedene Weiterentwicklungen des TNC2, der die direkte Verbindung von nur einem Funkgerät mit einem Computer ermöglichte.

1993 wurde in Deutschland das TNC3S entwickelt, mit dem es nun möglich war zwei Funkgeräte von einem Computer steuern zu lassen. Die Rechenleistung des TNC3S war sogar für den Aufbau eines Packet-Radio-Netzknotens (Digipeater) ausreichend, so dass der Computer als zentrale Einheit des Digipeaters abgelöst werden konnte. Das TNC31 ist die kleine Version des TNC3 mit nur einem Modemsteckplatz.

Als nächster Schritt wurde 1997 in Deutschland der TNC4E entwickelt, der nun den Anschluss von drei Funkgeräten vorsah und zur Kommunikation mit Computer und anderen TNC4Es einen Ethernet-Anschluss integriert hatte. Die verwendeten Chips zum Bau des TNC4E sind Motorola MC68EN302PV20 und den MC68160FB. Die Modems von Symek beziehungsweise DK9SJ ermöglichen Baudrates bis 614 kbit/s. Die Software beim TNC4 ist XNet und wird von DL1GJI auf Basis von TCP/IP (siehe auch Internetprotokollfamilie) weiterentwickelt.

Als letzte bekannte Weiterentwicklung gilt der DLC7. Der DLC7 ist ein Dual Port Controller (oft auch Dual-Link-Controller oder Data-Link-Controller genannt) und der leistungsfähigste Ethernet-TNC auf dem Markt. Mit seinen zwei HDLC Ports von je 10 MBit/s können schnelle Linkstrecken oder Userzugänge realisiert werden. Als Kern ist ein 32Bit ARM7 RISC Prozessor mit ca. 50 MHz Taktfrequenz verbaut. Der interne SDRAM-Arbeitsspeicher umfasst 32 MB. Als externer Speicher, z.B. für Software, Konfigurationsdateien oder Mailboxdaten, kann eine CF-Karte eingesteckt werden. Üblicherweise werden 512 MB bis 1 GB verwendet, es können auch bis 4 GB verwendet werden. Als Schnittstellen gibt es zwei interne HDLC-Steckplätze für ein Dual-Port-Modem DM307 (4800 Baud - 307200 Baud), bis zu zwei COM-Schnittstellen für weitere Modems und eine 10/100 Mbit/s Ethernet-Schnittstelle zum Anschluss an ein Netzwerk oder weiteren DLC-Link Controllern. Diese Link-Controller sind abgespeckte DLC7 mit 16 MB SDRAM und ohne CF-Kartenslot, bieten aber zwei weitere HDLC Steckplätze für das Dual-Port-Modem DM307. Somit können leistungsfähige und stromsparende Digipeater mit schnellen Linkverbindungen aufgebaut werden. Als Steuersoftware eignet sich XNET ab Version 1.39 Beta.

Modulationsverfahren

Bei der TRX-Seite gibt es AFSK, FSK, und neuerdings auch GMSK-TRX zum Betrieb an einem Terminal Node Controller. GMSK hat den Vorteil, dass das HF-Signal mit hohem Wirkungsgrad nichtlinear verstärkt werden kann, ohne dass sich das Spektrum verbreitert, man kann jede mehr oder weniger leistungsfähige FM-Endstufe verwenden. Der Grund liegt darin, dass GMSK eine konstante Hüllkurve besitzt ebenso wie FM oder PM. GMSK wird unter anderem wegen dieses Grundes auch in GSM verwendet und auch in TRX, die an den Terminal Node Controller angeschlossen werden. Es ist damit möglich, z.B. Verbindungen in GMSK-DATV über 100 km Distanz aufzubauen Erster DATV-Versuch erfolgreich. Der Terminal Node Controller, z. B. ein DLC7, ermöglicht die Verarbeitung der Daten. Viele Terminal Node Controller könnten auch mit einer QPSK-Modulation betrieben werden. QPSK entsprechend der DVB-S Norm ist zwar auch eine digitale Phasenmodulation, hat aber keine konstante Hüllkurve, da der Träger z. B. beim Umschalten von 0 Grad nach 180 Grad kurzzeitig den Wert Null annimmt und die Hüllkurve damit einbricht. Bei nichtlinearer Verstärkung wir dabei das erzeugte Spektrum durch die nichtlineare Verstärkung, und damit Oberwellen, breiter, wie man dies auch bei übersteuerten AM-Endstufen geschieht. Der Empfang wird dadurch nicht beeinträchtigt, allerdings werden durch die Nebeneaussendung benachbarte Kanäle gestört; Nebenaussendungen sind mit allen Mitteln des aktuellen Stands der Technik zu vermeiden. Daher sind hier sehr lineare Verstärker notwendig mit einem physikalisch bedingten geringen Wirkungsgrad. Der Vorteil von DATV in QPSK nach der DVB-S-Norm liegt darin, dass es preisgünstige Empfänger (digitale Sat-TV-Receiver) gibt.

Aktuelle Entwicklungen

Für DATV in GMSK gab es bisher keine Empfänger zu kaufen. In der Universität Wuppertal wurden einige Labormodelle für Versuchszwecke gemacht, die allerdings auch QPSK empfangen können. Die Verbindungen gehen auf 23 cm und auch auf 70 cm recht gut. Versuche wurden seit 1999 auf dem AGAF-Stand der HAMRADIO in der Messe-Halle in Friedrichshafen vorgeführt. Im Jahr 2004 wurden TV-Bilder auf 70 cm von Wuppertal aus zum niederländischen Standort von Uwe Kraus, DJ8DW, über 100 km mit 2 MBit/s und etwa 2 MHz Bandbreite gesendet.

GMSK-DATV ist für die überschaubare Zukunft für DX optimal, für den Nachbau/Erwerb von Empfänger-Platinen müssen Selbstbauer die aktuellen Infos im TV-AMATEUR der AGAF nutzen TV-AMATEUR 169, 2/2013. Die AGAF-Sendeplatinen aus Wuppertal sind jedenfalls für Schmalband-GMSK (2 MBit/s) und Breitband-GMSK (5 MBit/s) und für QPSK durch Umstecken der Jumper entsprechend der Beschreibung auf der AGAF-Website eingerichtet.

Technische Daten	TNC2 / TNC21	TNC3	TNC31	TNC4e	DLC7
Prozessorkern:	Z80 CPU + Z80 SIO, 5 MHz	MC68302, 16 bit, 14 MHz	MC68302, 8 bit, 14 MHz	MC68EN302, 16 bit, 20 MHz	32 bit RISC ARM7 50 MHz
RAM / ROM:	32k EPROM + 32k SRAM	256k-1 Mbyte Flash + 256k-2 MB SRAM	128–512 kbyte Flash + 128–512 kB SRAM	1 Mbyte Flash + 1–4 MB SRAM	4 Mbyte 16 bit Flash
Schnittstellen:					Dataflashinterface
	1 × HDLC (19 kbit/s)	2 × HDLC (1,2 Mbit/s)	1 × HDLC (1,2 Mbit/s)	3 × HDLC (1,2 Mbit/s)	2 × HDLC (10 Mbit/s)
	1 × RS232	1 × RS232	1 × RS232	1 × RS232, 1 × DCF-77	2 × RS232
				10 Mbit/s Ethernet	10/100 Mbit/s Ethernet
Bussystem:					I2C-Bus
Kartenformat:	meist 100 × 160 mm	120 × 170 mm	120 × 100 mm	120 × 180 mm	Eurokarte 100 × 160 mm

Schnittstellen

Mittlerweile (2012) haben sich als Quasi-Standard zur Verbindung zwischen Transceiver und TNC 6-polige Mini-DIN-Verbindungen etabliert. Beim Icom IC-910H beispielsweise ist als Belegung angegeben:

Pin	Bezeichnung	Belegung
1	DATA IN	Datensignal Eingang (1200 und 9600 bit/s)
2	GND	Masse
3	PTT	Push to talk - Sendeschalter
4	DATA OUT	Datensignal Ausgang 9600 bit/s
5	AF OUT	NF-(Niederfrequenz-)Ausgang (1200 bit/s)
6	SQL	Squelch (Rauschsperre): offen = GND-Pegel, geschlossen = +8 V

Die Signalrichtungen sind aus Sicht des Transceivers benannt.

Für die Kommunikation zwischen TNC und PC wird RS232 verwendet, zum Teil auch eingekapselt in USB über die CDC-Klasse als virtuelle serielle Schnittstelle.

Weblinks

• http://www.landolt.de/info/afuinfo/tnc2c.htm – Der Ur-TNC in DL
• http://www.symek.de/d/tnc3s.html – TNC3S
• http://www.tnc4.de – TNC4e – Digipeater/Knotenpunkt
• http://www.tnc7multi.de – Digipeater/Entwicklung
• http://www.dlc7.de – Digipeater/Knotenpunkt