E7.1 Die Dekoderkette
Niveau: K3 Selbständig empfangen
Zeitbedarf: ca. 30 Minuten
Einstiegsfrage:
Aus deinem Empfänger kommt ein schnarrendes Datensignal eines Cubesats. Was muss alles passieren, bis daraus die Anzeige «Batteriespannung 8,25 V» wird?
Was ist Telemetrie?
Telemetrie sind Messwerte, die ein Satellit über seinen eigenen Zustand sendet. Typisch sind Spannungen, Ströme, Temperaturen und die aktuelle Betriebsart.
Die meisten Kleinsatelliten senden diese Werte digital. Ein Datenpaket heisst Rahmen oder Telemetry Frame. Du empfängst also keine Zahlen, sondern eine Folge von Bytes.
Als Empfangsamateur kannst du damit «Mission Control bei dir zu Hause» spielen: Du siehst, wie es dem Satelliten geht, und hilfst den Teams mit deinen Daten.
Modulationsarten und Protokolle
Die Klassiker sind 1k2 AFSK mit AX.25 (1200 Baud) und 9k6 FSK mit AX.25 (9600 Baud). Daneben gibt es PSK, BPSK, MSK und GMSK mit Geschwindigkeiten von 200 bis 19 200 Baud.
Als Protokolle kommen neben AX.25 auch das Cubesat Space Protocol (CSP) und Mobitex vor. Viele Satelliten schützen ihre Daten zusätzlich mit einer Fehlerkorrektur, zum Beispiel Reed-Solomon.
Die Glieder der Kette
Die Grafik zeigt die Kette, wie sie DK3WN 2017 unter Windows beschrieben hat. Unter Linux sieht sie ähnlich aus (Lektion E7.3).
Die Dekoderkette: vom analogen Signal zu Rahmen, Dateien und Messwerten. Eigene Darstellung nach DK3WN (2017).
Antenne und Empfänger: Sie liefern das Signal. Statt eines Funkgeräts kannst du auch ein SDR verwenden. Wichtig ist eine Nachführung gegen den Doppler-Effekt.
Soundkarte (Line-In): Sie wandelt das Tonsignal (NF) in Abtastwerte für den Rechner. Verwende den Line-In-Eingang und vermeide Übersteuerung.
Soundmodem: Ein Soundmodem ist eine Software. Sie demoduliert das Tonsignal zu Bits, erkennt den Anfang und das Ende eines Rahmens und prüft die Prüfsumme.
TCP-Port: Das Soundmodem stellt die Rahmen über einen Netzwerk-Port auf deinem eigenen Rechner bereit (Adresse 127.0.0.1). So können mehrere Programme gleichzeitig mitlesen.
KISS-Datei: Ein Hilfsprogramm wie AGWOnlineKISS schreibt jeden Rahmen in eine binäre Datei im KISS-Format. Es ergänzt einen Zeitstempel, Azimut und Elevation des Satelliten.
Telemetrie-Dekoder: Er kennt den Paketaufbau eines bestimmten Satelliten. Er rechnet die Rohbytes in Messwerte mit Einheiten um. Das lernst du in Lektion E7.5 von Hand.
Forwarder: Er schickt jeden empfangenen Rahmen an eine Datenbank im Internet, heute vor allem an die SatNOGS-Datenbank. So landen deine Daten bei den Satellitenteams.
Die Kettenglieder im Überblick
| Kettenglied | Aufgabe | Was herauskommt | Beispiele |
|---|---|---|---|
| Antenne, Empfänger | Signal empfangen, Doppler nachführen | Tonsignal (NF) oder IQ-Daten | Yagi, Funkgerät, SDR |
| Soundkarte | Ton digitalisieren | Abtastwerte | Line-In des PCs, USB-Soundkarte |
| Soundmodem | Demodulieren, Rahmen erkennen, Prüfsumme testen | Rahmen (Bytes) | UZ7HO soundmodem, Dire Wolf, gr-satellites |
| TCP-Port | Rahmen an andere Programme weitergeben | KISS- oder AGW-Datenstrom | 127.0.0.1:8000 |
| Speicherprogramm | Rahmen mit Zeitstempel ablegen | KISS-Datei | AGWOnlineKISS (DK3WN) |
| Telemetrie-Dekoder | Bytes in Messwerte umrechnen | Werte mit Einheiten, Grafiken, CSV | Dekoder von DK3WN, Software der Teams |
| Forwarder | Rahmen an Datenbank senden | Eintrag in der Datenbank | Telemetry Forwarder (DK3WN), gr-satellites |
Beispiele nach den Folien von DK3WN (2017). Portnummern hängen von deiner Installation ab.
Software oder Hardware?
Früher übernahm ein Hardware-Gerät, der TNC (Terminal Node Controller), die Arbeit von Soundkarte und Soundmodem. Das kennst du vielleicht aus dem Packet Radio.
Heute arbeiten die meisten Stationen mit Software-Dekodern. Sie sind kostenlos, beherrschen viele Modulationsarten und lassen sich für neue Satelliten erweitern. Ein Hardware-TNC kann trotzdem sinnvoll sein, etwa für einen Dauerbetrieb ohne PC.
Mit einem SDR geht es noch direkter: Programme wie gr-satellites auf Basis von GNU Radio lesen IQ-Daten und erledigen Demodulation und Dekodierung in einem Schritt.
Drei Stufen, drei Fehlerquellen
Es hilft, die Kette in drei Stufen zu denken: Demodulation (Ton zu Bits), Rahmenprüfung (Bits zu gültigen Rahmen) und Telemetrie-Dekodierung (Bytes zu Messwerten).
Kommen gar keine Frames an, liegt der Fehler meist bei Pegel, Abstimmung, Doppler oder der falschen Baudrate. Kommen Frames an, aber die Werte sind unsinnig, passt meist der Telemetrie-Dekoder nicht zum Satelliten.
Telemetrie-Datenbanken
Von April 2016 bis September 2017 sammelte die Datenbank von PE0SAT rund 5,8 Millionen Telemetriepakete. Diese Daten wurden in die SatNOGS-Datenbank übernommen, die 2017 bereits rund 8,5 Millionen Pakete enthielt. Stand Oktober 2026 sind es bereits 314 Millionen
Heute ist die SatNOGS-Datenbank (db.satnogs.org) die zentrale offene Sammelstelle für Amateursatelliten-Telemetrie.
Hinweis Simulator: Im Orbit- und Linkbudget-Simulator [LINK: Simulator] zeigt Schritt 4 eine BPSK-Bake im Spektrum. Im Kaskadenmodell für den Downlink siehst du, wie die Bandbreite das Rauschen bestimmt. Darum braucht ein 9k6-Signal mehr Signal-Rausch-Abstand als eine CW-Bake
Kontrollfrage: Dein Soundmodem zeigt während eines Überflugs viele gültige Frames an. Der Telemetrie-Dekoder zeigt aber eine Batteriespannung von 14,8 V und Temperaturen über 40 °C, obwohl der Satellit nur 8 V hat. Wo in der Kette suchst du den Fehler?
Lösung anzeigen
Die Rahmen sind gültig, also arbeiten Antenne, Empfänger, Soundkarte und Soundmodem korrekt. Der Fehler liegt in der dritten Stufe: Der Telemetrie-Dekoder passt nicht zum Satelliten, oder er liest das Paket ab der falschen Stelle.
Prüfe, ob du den richtigen Dekoder gewählt hast und ob mehrere Satelliten auf derselben Frequenz senden.
Merksatz:
Die Dekoderkette führt vom Ton über Bits und Rahmen zu Messwerten. Das Soundmodem liefert Rahmen, erst der Telemetrie-Dekoder macht daraus Werte mit Einheiten.