Der NF-Vergleich zwischen FM und SSB zeigt bis -126 dBm das deutlich bessere Signal-Rauschverhältnis der FM, das auch aus dem oben dargestellten S/N-Diagramm qualitativ hervor geht. Ein genauer Vergleich ist etwas problematisch, da die schmalere SSB-Bandbreite zu einer leichten Verfälschung führt und sich FM trotz gleichem S/N etwas besser anhört. Die FM-Beispiele enthalten einen geringen Oberwellenanteil von 50 Hz (Restbrumm), der erst bei der Aufnahme des RX-Signals hinzu gekommen ist. Bei den interessanten schwachen HF-Signalen wird dieser Anteil jedoch vom Rauschen völlig überdeckt.
Der schnelle Übergang des S/N bei FM zwischen -123 dBm und -128 dBm kennzeichnet den im Diagramm zu sehenden steileren Abfall an der sog. FM-Schwelle, die man subjektiv nach Hören der Samples etwa bei -128 dBm (gelb markiert) ansetzen kann. Hier hören sich die FM- und SSB-Samples etwa gleich verrauscht an. Die neu in die Tabelle aufgenommenen NF-Signalverbesserungssysteme Lingua und bhi zeigen gleiche Ergebnisse. Auch ihre durch die DSP hervorgerufenen Artefakte klingen gleich. Erstaunlich ist, wie viel diese Geräte doch noch aus dem Rauschen herausfiltern können. Man erkennt auch trotz unterschiedlicher NF-Bandbreite zwischen FM und SSB, dass bei Signalen unter -128 dBm das SSB-Signal gegenüber FM besser verständlich bleibt. Hier wird die FM-Schwelle also unterschritten und SSB gewinnt gegnüber FM (und DV), wie es die Theorie fordert.
Interessant sind die Ergebnisse mit dem Lautsprecher-Mikrofon-Coder SM1000 [5] von David Rowe VK5DGR und Rick Barnich KA8BMA. Dieses kleine Kästchen kann direkt mit fast jedem Transceiver verbunden werden. Es codiert und dekodiert aktuell (Stand: 09.2015) mit FreeDV-1600 und ist als digitaler SSB-Ersatz gedacht. Die Verwendung bei FM ist keinesfalls optimal, weil nicht das ganze zur Verfügung stehende NF-Spektrum von 0..4 kHz sondern nur ein schmalerer Bereich von etwa 850 Hz bis 2150 Hz genutzt wird. Das im FM modulierte FreeDV-1600 Soundfile hört sich nicht wie ein weißes Rauschen an und hat deshalb auch nicht die optimale spektrale Dichte. Man kann im Gegensatz zum D-Star Soundfile den höherpegeligen Pilotton heraus hören, der zur Synchronisation bei FreeDV-1600 benötigt wird. Im NF-Spektrum erkennt man bei etwa 1,45 kHz (links vom Center bei 1,7 kHz) zwei etwas stärkere Seitenlinien und 16 schmale Teilspektren mit um etwa 5 dB abgesenkten Amplituden:
Der aktuell im SM1000 verfügbare Mode FreeDV-1600 ist zur Modulation in SSB mit einer Bandbreite von 2,4 kHz erheblich besser als für FM geeignet und wird bei direkter Umsetzung des NF-Spektrums in die HF-Ebene auch noch bei geringeren HF-Pegeln zu brauchbaren Ergebnissen führen, sofern ein NF-Bandpass die NF-Bereiche unter etwa 800 Hz und oberhalb von 2,1 kHz noch vor dem FreeDV-Dekoder unterdrückt. Zu erwarten sind durchaus noch einmal 3-4 dB, so dass man als SSB-Ersatz brauchbare Ergebnisse bis unter -125 dBm erzielen wird. Analoges SSB kann hier jedoch noch deutlich besser sein. Der Bereich unter -125 dBm könnte durch einen neuen Mode (FreeDV-700B) erschlossen werden, an dem momentan noch gearbeitet wird. Er soll später auch im SM1000 verfügbar sein. Es bleibt zu hoffen, dass die Silbenverständlichkeit dabei nicht auf der Strecke bleibt, man sich an die unerreichten Eigenschaften des menschlichen Gehörs bzw. des Gehirns erinnert und der digitalen Signalverarbeitung bei schlechtem S/N nicht alles opfert (mehr dazu siehe: 5. Verbesserungsmöglichkeiten bei DV).
Der akustische Vergleich der Qualität des freien CODEC2 mit der des AMBE2020-Codec von D-Star ist recht interessant. Die Qualität über einen FM-Kanal bei einem HF-Pegel von -93 dBm unterscheidet sich subjektiv nicht vom dem was man bei direkter NF-Kopplung von zwei SM1000 hört. Die bei FreeDV hörbaren Artefakte könnten zum Teil durch die im SM1000 unverständlicherweise gar nicht vorhandene Anti-Aliasing-Filterung verursacht werden. Die Software im SM1000 arbeitet aktuell mit 2-fachen Oversampling (16 kHz Abtasttakt). Man geht davon aus, dass in der NF nur vernachlässigbare Anteile > 8 kHz vorhanden sind. Messungen an mit einem Mikrofon aufgenommenen Sprachsignalen in normalen Räumen zeigen aber durchaus nicht zu vernachlässigene Anteile oberhalb von 8 kHz, z.B. bei den Zischlauten (s, z, sch, st, sk, usw), aber auch QRM von Lüftern, Scharnieren, Vogelgezwitscher usw. Man sollte bedenken, dass der OM normalerweise nicht in einer akustisch abgeschirmten Sprecherkabine sitzt! Verwendet man auch noch einen NF-Sprachkompressor vor dem SM1000 (er hat auch einen Mike-Eingang), so können höherfrequenten NF-Anteile ohne eine Aliasing-Filterung durchaus stören. Ein simples RC-Glied vor und nach der Digitalisierung könnte hier ohne viel Aufwand durchaus noch etwas bringen. Ein SMD-Filter vom Typ MAX7400 mit minimaler Beschaltung wäre zumindest vor dem NF-Eingang optimal, denn dann könnte der CPU-Zeit fressende Oversamplingbetrieb entfallen und zur besseren Sprachcodierung genutzt werden.
Beim vom SM1000 erzeugten FreeDV-1600-Modulationssignal gehen die Entwickler offenbar davon aus, dass der Modulationsverstärker im Sender schon noch die erforderliche Nachfilterung durchführt. Das ist im ersten Ansatz zwar nicht ganz falsch, kann aber trotzdem im Mikrofonverstärker des Senders zu vermeidbarer NF-Intermodulation führen, die die Dekodierung nach der Übertragung nur unnötig erschwert. Mit einem Oszilloskop lassen sich die typischen und völlig überflüssigen Treppenstufen auch im vom SM1000 decodierten NF-Signal noch deutlich erkennen. Die Vernachlässigung so simpler analoger Vor- und Nachfilter im SM1000 und das spektral bereits vom Design her nicht ganz ausgewogene Modulationsspektrum zeigen deutlich, dass hier noch Luft für weitere Optimierungen vorhanden ist. Die freie Verfügbarkeit von FreeDV als Soundkarten-Programm ist jedenfalls ebenso zu begrüßen, wie das SM1000. Auch hier kann man wohl sicher auch noch Änderungen erwarten.
Beim schon besser (aber noch nicht optimal) auf den FM-Kanal angepassten D-Star liegt die ermittelte DV-Systemgrenze beim ID-31E bei etwa -127 dBm. Hier werden im Mittel 50% der Sprachdaten noch wiedergegeben, während in den anderen 50% die NF abgeschaltet wird. Bereits 0,5 dB darunter wird auch über längere Zeit kein Sprachpaket mehr dekodiert, während FM und SSB zwar verrauscht aber noch immer verständlich bleiben. Die Angaben in [6] zeigen ein ähnliches Ergebnis. Die Farbmarkierungen entsprechen den dort in der Tabelle 2 angegebenen Werten. Das S/N der violetten Markierung ist jedoch um 1 dB besser (also 7 dB), was aber nahezu mit dem Messwert bei FM von 6 dB identisch ist. Auf dieser Grundlage war durch Vergleich mit dem S/N bei FM eine ungefähre Einstufung in die HF-Zeile möglich, denn leider sind in [5] keine zugehörigen HF-Pegel angegeben. Zusammen mit den eigenen D-Star Messungen scheint diese Methode einigermaßen genau zu sein, denn die Abweichung der so von zwei unabhängigen Quellen ermittelten DV-Schwellen liegt bei nur 1 dB.
Es muss jedoch beachtet werden, dass diese Laboruntersuchung mit der Funkpraxis nur eingeschränkt vergleichbar ist, denn in der Praxis sind die S/N-Verhältnisse i.d.R. nicht konstant. Zudem kann beim KW-Einsatz selektives Fading Teile des HF-Spektrums verfälschen oder sogar völlig auslöschen. Kleinste Störungen an der DV-Systemgrenze können dann bereits zu Totalaussetzern führen, da die Fehlerkorrektur hier bereits voll ausgeschöft wird! Im Portabel- und Mobilbetrieb kommt es daher bei D-Star bereits bei deutlich höheren Eingangssignalen bereits zu Aussetzern, weil die Rahmensynchronisation schneller als bei den konstanten Störbedingungen im Labor versagt. Man muss in der Praxis daher mit einem Verlust von einigen dB rechnen. Ein realistischer Wert für die DV-Systemgrenze des ID-31E dürfte daher zwischen -126 dBm und -125 dBm liegen!
Ein Qualitätsvergleich zwischen AMBE2020 und CODEC2 ist mit den hier aufgenommenen Sampels nicht besonders sinnvoll, weil das getestete FreeDV-1600 für einen schmaleren HF-Kanal ausgelegt ist und beide DV-Codecs dann zwangsläufig unterschiedliche Bitraten haben. Nimmt man auch die analogen Übertragungsarten hinzu, so bleibt FM bis hinab zu -128 dBm trotz des höheren NF-Rauschens das deutlich bessere Sprachübertragungssystem mit besserer Silbenverständlichkeit. Das menschliche Gehirn ist bei schlechten S/N noch immer weitaus leistungsfähiger, als alle aktuellen Echtzeit-AFu-DV-Systeme.
Anders ausgedrückt, benötigt man zum Überbrücken der gleichen Entfernung bei aktuellen DV-Systemen auf beiden Seiten etwa 3 dB mehr Sendeleistung. Es gilt auch hier die Erkenntnis, dass eine hohe Sendeleistung des DV-Relais zwar seine Hörbarkeit verbessert, nicht aber seine Empfindlichkeit erhöhen kann! Da man mit einem 5 W Handfunkgerät bereits weniger als das DV-Relais abstrahlt, muss man immer damit rechnen schlechter über das Relais zu kommen, als man es selbst hört. Die Sendeleistung von DV-Relais auf 50 Watt hoch zu setzen, ist daher eine wenig durchdachte Option, die für den Nutzer eher frustrierende Ergebnisse lieferen wird. Hier fehlen dann 10 dB auf der Strecke vom Handfunkgerät zum Relais!
