APRS mit günstiger Hardware und Lora-Funkmodulen im 70cm Band

APRS, das Automatische Positions-Report-System, das bei uns auf der Frequenz 144.800 Mhz im 2m Band beheimatet ist, ist den meisten Funkamateuren gut bekannt.

Ein Funkgerät (2m-Band) mit entsprechender Hardware (z.B. Yaesu FT-2D, FT-400) oder normale Funkgeräte mit Zusatzgeräten (z.B. TinyTrack) senden in bestimmten Abständen eine codierte Meldung mit ihrer Position (durch GPS ermittelt) und weiteren Informationen (Rufzeichen, Text, ein Symbol zur Darstellung auf einer Karte etc.) aus. Dies geschieht erst mal in der „Fire-and-forget“-Methode, also einfach raus damit…

Sogenannte IGates und Digipeater empfangen das Daten-Paket, senden es zeitversetzt weiter (Digipiter) oder leiten es an einen APRS-IS Server weiter (IGate), die die Daten sammeln und dann über Webseiten abrufbar machen.
Die bekanntesten Seiten dazu sind aprs.fi oder aprsdirect.de. Siehe auch: aprsdirect.com.

Im Nahbereich sind die Positionsmeldungen auch selbst über ein geeignetes Funkgerät empfangbar und lassen sich mit entsprechender Software am Computer oder Mobiltelefon (z.B. APRSdroid) auswerten und darstellen. Wetterstationen können aktuelle Messwerte von ihrem Standort einspielen, Fahrzeuge ihren Standort und ihre Route, aber auch Fixpunkte wie Relaisstandorte, Flugplätze  und ein Hinweis auf den nächsten OV-Abend sind möglich.

 

Link Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Automatic_Packet_Reporting_System

Wie kommt jetzt LoRa ins Spiel?

Dazu eine kurze Erklärung über LoRa  oder LoRaWAN - die Abkürzung für Long Range Wide Area Network. LoRa ist ein digitales Datenfunk-System, das für das IoT, das Internet der Dinge entwickelt wurde.

Link Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Long_Range_Wide_Area_Network

Als Beispiel möchte ich hier mal eine „intelligente“ Waschmaschine anführen, die dem Besitzer meldet, wenn sie fertig ist, oder die über eine APP steuerbar ist, damit die Wäsche zu einer bestimmten Zeit gewaschen ist oder was auch immer…. Diese Waschmaschine muss an das Internet angebunden werden – WLAN werden jetzt einige sagen, das geht in der Wohnung natürlich, wird aber im Keller schon schwieriger und in einem Mehrfamilienhaus geht dem WLAN aus eurer Wohnung ohne aufwändige Hardware schnell die Puste aus.
Dafür wurde LoRa als digitaler Datenfunk mit hoher Reichweite bei wenig Leistung entwickelt. Im europäischen Bereich spielt sich LoRa auf dem SRD-Band bei 868 Mhz ab, das relativ jung ist und das ziemlich geschundene ISM-433 Band entlasten soll.
868 Mhz liegt sehr nahe an den guten alten GSM-Frequenzen, so dass alte Masten und Antennen dort einer neuen Nutzung zugeführt werden können und als LoRa-Gateways dienen können.

• https://arduino-hannover.de/wp-content/uploads/Lora-Funktechniken-v6.pdf
• https://de.wikipedia.org/wiki/ISM-Band
• https://de.wikipedia.org/wiki/Short_Range_Device

Und was hat das mit Amateurfunk zu tun? – komm doch mal zum Punkt ...

LoRa in Asien / China ist auf den Frequenzen im 70cm Band also ISM-433 beheimatet.

Die ersten LoRa-APRS "Prototypen" waren noch handgedengelt aus verschiedenen Boards mit Adruino, LoRa-Modul, GPS-Modul Display und Spannungsversorgung zusammengelötet.

Inzwischen gibt es eine große Zahl günstiger, stark integrierter Komponenten aus Asien, die mit der richtigen Software versehen und kleineren Bastelarbeiten binnen 30 – 60 Minuten als APRS-Tracker oder IGates im 70cm AFU-Band betrieben werden können.
Als Frequenz für LoRa-APRS wurde die QRG 433.775 Mhz vereinbart.

Ich verwende TTGO-Systeme, da ist auf einer Platine ein leistungsfähiger Microcontroller, ein LoRa-Funkmodul und ein GPS nebst Antenne verbaut. Optional kann man ein 0,96“ OLED Display mit dran löten und eine 18650 Lithiumionen-Zelle als Stromversorgung verwenden.
Aber damit ist die Feature-Liste noch nicht erschöpft: Bluetooth, WLAN und ein ausgefeiltes Energiemanagement nebst Ladeschaltung für den Akku sind mit drauf.
Das Ganze für ca. 35€

Das Ganze gibt’s auch noch in einer kleineren Version dem TTGo Lora32, ohne GPS und ohne Akku-Halter, aber sonst den gleichen Leistungsdaten für ca. 25€.
Für ein IGate, also den Empfänger, der die Datenpakete auffängt und ins Internet leitet völlig ausreichend.
In ein schickes Gehäuse aus dem 3D-Drucker – fertig ist ein lauffähiges APRS-System für knapp 70€.

Die LoRa-Funkmodule haben eine Leistung von 100 mW (20 DBm), zusammen mit der speziellen Modulation sind erstaunliche Reichweiten möglich. Selbst der funktechnisch nicht so optimale Standort in unserer Clubstation deckt mit dem IGate eigentlich den kompletten Raum Ingolstadt ab.

Begonnen hat die LoRa-APRS Geschichte im Bereich der Österreichischen Funkamateure und nimmt immer mehr Fahrt auf und findet auch zunehmend hier in DL Freunde und Verbreitung.
Die nötige Software wird als Open Source entwickelt, d.h. jeder kann sich die Programme anschauen, anpassen, weiterentwickeln – unter gewisser Beachtung der Lizenz-Vereinbarungen und technischer Vorgaben bezüglich des APRS-IS Netzwerkes.

• https://github.com/SQ9MDD/TTGO-T-Beam-LoRa-APRS
• https://github.com/lora-aprs/LoRa_APRS_iGate
• https://github.com/lora-aprs/LoRa_APRS_Tracker
• https://github.com/oe3cjb/TTGO-T-Beam-LoRa-APRS
• https://oe3.oevsv.at/adl304/technikecke/technik/LoRa-APRS-Tracker/

Die Software wird von den entsprechenden Repositories heruntergeladen und dann mit einer Entwicklungsumgebung für den Microcontroller „programmiert“
Je nach Programm müssen vorher noch eigene Rufzeichen und Koordinaten im Quelltext angepasst werden, aber das wird in den einzelnen Distributionen eigentlich sehr genau erklärt.

Wenn man den Suchbegriff „Lora APRS“ bei Youtube eingibt gibt es eine Reihe sehr gut gemachter Videos zu diesem Thema, die als Anleitung dienen.

• https://www.youtube.com/results?search_query=Lora+aprs

Ich selbst verwende z.Zt die Software von SQ9MMD, er hat die Grundprogramme von Peter Buchegger (OE5BPA) um ein KISS-Modem über Bluetooth und eine Konfiguration über einen kleinen Webserver erweitert. Verbunden mit APRSdroid auf meinem Telefon ist ein hoher Funktionsumfang möglich: geschwindigkeitsabhängige Positionsmeldungen, Empfang anderer Stationen im LoRa-APRS, Empfang und Versand von Nachrichten auch an Stationen im 2m-Band, Kartenanzeige usw.

Screenshot APRSdroid

Über einen 5V USB-Adapter bekommt der T-Beam seinen Strom, fährt sich beim Einschalten der Zündung hoch, der eigebaute Akku wird geladen, der GPS-Chip findet auch meist in der Ablage noch genügend Satelliten um eine genaue Position zu melden und das LoRa-Signal geht über eine kleine Magnet-Antenne auf dem Dach raus.

Der Tracker DL3CK-12 ist regelmäßig mit mir unterwegs (meist die relativ langweilige Stecke ins Klinikum und zurück) als IGates arbeiten DL0IN-15, das ich in unserer Clubstation aufgebaut habe und DL3CK-15 bei mir, jeweils an einer X-30 mit erstaunlicher Abdeckung.

Zündung aus, der Tracker läuft noch eine einstellbare Zeit auf Akkubetrieb „nach“ und geht dann schlafen.
Mit einer guten, vollgeladenen 18650er Zelle sind je nach Baken-Intervall bis zu 24h Betrieb ohne externe Stromquelle möglich

 Wie geht es weiter?

Das wird spannend – ganz wie das „alte“ APRS-System auf 144.800 Mhz lebt auch das LoRa-APRS von seiner „ON AIR“ Abdeckung.
Die Vielzahl der historisch an vielen Relais-Standorten mit aufgebauten IGates und Digipeatern macht es bis auf wenige weiße Flecken möglich einmal längs und quer durch DL zu kommen. Mit LoRa-APRS sind wir davon noch weit entfernt – aber die Möglichkeiten und vor allem der günstige Preis und die kompakte Bauform der Hardware machen es meiner Meinung nach sehr Interessant.

Da ein IGate nur als Empfänger arbeitet und die aufgefangenen Daten-Pakete dann via Internetverbindung weiterleitet, ist keine eigene Genehmigung für eine automatisch arbeitende Funkstation nötig – eigentlich nicht mal ein eigenes Rufzeichen….
aber da wird’s dann mit APRS-IS schwierig, obwohl sich da schon einige mit Phantasie-Rufzeichen tummeln und Daten „einleiten“

Seit 17.03.21 gibt es jetzt auch ein "offizielles" APRS-Symbol für Lora-Igates: das weiße L in der schwarzen Raute - für Tracker kann man die Symbole je nach Einsatzzweck wählen (Fußgänger, Fahrrad, Auto usw.)

Dann schalte ich halt mein APRS-fähiges Funkgerät auf 433.775 Mhz um ...

Geht leider nicht – bei „altem“ APRS wird der Datensatz mit AX.25 1200baud (Packet Radio) codiert und gesendet – bei LoRa-APRS werden die Daten direkt in der digitalen LoRa-Modulation von einem Modul zum Anderen gefunkt.
Beide Systeme werden erst wieder „kompatibel“ wenn das LoRa-IGate den Datensatz an den APRS-IS Server weiterleitet und dieser dort in die Datenbank übernommen wird.

Theoretisch ist dann eine Filterung und lokale „Wieder-Aussendung“ auf 144.800 Mhz möglich, aber funk- und genehmigungs-technisch nicht ganz einfach - da sind wir schnell wieder im Bereich der automatisch arbeitenden Stationen kommen, die eine eigene Genehmigung benötigen.

Soweit mal mein kurzer Überblick für euch , der keinen Anspruch auf Vollständigkeit und Richtigkeit erhebt. Die Bilder stammen von mir, 2 ScreenShots von aprs.fi und aprsdirect.com,  die Links führen zu den Webseiten der entsprechenden Urheber

Na toll,

Hardware aus China, fertige Software draufspielen - das ist doch nichts für Funkamateure.....

Wie in unserem Arduino-Workshop zu sehen war ist manchmal schon die Installation des richtigen Treibers für die Schnittstelle des Microcontrollers unter Windows 10 ein kleines Abenteuer. Im Gegensatz zu diversen komerziellen Geräten und Projekten, gibt es hier die Möglichkeit in die "Open Source Software" selbst reinzuschauen, diese an eigene Wünsche anzupassen und mit Erstaunen zu sehen, wie weit man mit 100 mW und der richtigen Modulation kommt. Durchaus spannende und interessante Erkenntnisse, die den Focus ein bisschen vom Pandemie-Modus ablenken.

Mit den TTGo T-Beam Modulen lässt sich aber auch noch einiges Andere anstellen, als Beispiel sei hier noch Meshtastic genannt.
Auch dazu ein interessantes Video von "dem Kerl mit den schweizer Akzent": https://www.youtube.com/watch?v=TY6m6fS8bxU

Beschaffung der Hardware:

ich möchte jetzt hier keine Amazon, Alibaba usw. Links reinstellen - ich habe meine "Gerätchen" von einem OM aus der Telegram-Gruppe, der Sammelbestellungen macht, bzw. Kleinmengen zu vernünftigen Preisen weiterverkauft.
Natürlich kann man auch über die o.a. Internethändler in China ordern, 3-4€ Ersparnis gehen dann aber mit langen Lieferzeiten oder Zollgebühren manchmal schnell wieder drauf - einfach bei mir melden ...

Anregungen, Kommentare, Hinweise auf Fehler bitte an dl3ck (at) darc (Punkt) de

Weitere interessante Links und Diskussionsgruppen:

Link-Information	URL
LoRaWAN-Online-Workshop auf treff.darc.de	https://amateurfunk.de/lora/workshop/index.php
Telegram LoRa-APRS Gruppe (Weiterleitung nach Telegram)	https://t.me/Lora_APRS
Einführung in die Modulationstechnologie, eine Seite der Kollegen in Austria	https://www.lora-aprs.at/
APRS in Österreich	https://aprs.at/
LoRa Gateway auf einen Raspberry pi Zero W	http://www.iot4pi.com/de/lora-gateway-mit-raspberry-pi-zero-w/
LORA APRS Teil 1 - Der Lora APRS Tracker (YouTube)	https://www.youtube.com/watch?v=clIlTEFbWLk
LORA APRS Teil 2 - Das Lora APRS IGate (YouTube)	https://www.youtube.com/watch?v=C7hfVe32pXs