Funkrelaisstation

Die Relaiskette (rote Linie) der preußischen optischen Telegrafenlinie (1832–1849) verband Berlin mit der Rheinprovinz

Der Begriff selbst ist französischen Ursprungs (französisch relais = „Ballübergabe“). Er bezeichnete eine Relaiskette (Bild) (englisch relay league) von optischen Telegrafie-Stationen, die untereinander in Sichtkontakt standen. Auf dem Dach dieser Stationen stand ein Mast mit zwei Winkerarmen. Jede Stellung dieser Arme bedeutet einen Buchstaben. Die Arme konnten aus dem Inneren der Station bedient werden. Eilige Depeschen konnten so (für die damalige Zeit) sehr schnell übertragen werden.

Eine Amateurfunk-Relaisstation für APRS und IRLP im 70-Zentimeter-Band

Topfkreis-Filter einer Relaisstation

Ein Relais in der Funktechnik ist eine fernbedient arbeitende Funkstation, üblicherweise auf einem exponierten Standort, die durch Umsetzung und Verstärkung der Signale von einer Eingabefrequenz (Empfangsfrequenz) auf einer Ausgabefrequenz (Sendefrequenz) Verbindungen von festen, portablen oder mobilen Funkstationen in unterschiedlichen Diensten, oft Telefonie (Sprechfunk) ermöglicht. Der Abstand zwischen der Eingabe- und der Ausgabefrequenz wird Ablage genannt.

Gleichwellen-Relais nennt man Relaisstationen, die über eine Linkstrecke mit einer Basisstation verbunden sind, von der aus die von der Relaisstation empfangenen Informationen wieder über Linkstrecken auf andere Relaisstationen verteilt werden und diese die Informationen wieder über die Ausgabefrequenz ausgeben. Hierdurch erreicht man, dass die einzelnen Relaisstationen keinen zu großen Bereich abdecken, und somit ein zweiter Funkverkehrskreis in kurzer Entfernung zum ersten auf der gleichen Frequenz (Welle) funken kann, ohne dass sich die beiden Funkverkehrskreise stören.

In der Funktechnik hat sich bei der Übertragung von Funkwellen der Begriff Relaisstation durchgesetzt. Funkwellen werden bei ihrer Übertragung von den verschiedenen Medien wie Wasser oder Luft unterschiedlich stark gedämpft. Daher ist eine Relais-Station nötig, um die Reichweite zu erhöhen. Dies geschieht durch Verstärkung und ggf. Korrektur des ursprünglichen Signals, das anschließend weitergeleitet wird.

Relais werden oft im Amateurfunkdienst, aber auch im nichtöffentlichen mobilen Landfunkdienst und im Rundfunkdienst (Füllsender, Fernsehumsetzer) eingesetzt. Relais des nichtöffentlichen mobilen Landfunkdienstes arbeiten in den entsprechenden zugewiesenen Frequenzbereichen, also im UKW-Bereich.

Sendeantenne der ehemaligen Kurzwellen-Relaisstation Malta Cyclops der Deutschen Welle.

Unter einer Relaisstation versteht man im Rundfunk eine Sendeanlage, die das Programm eines Rundfunksenders an einem vom Heimatsender weit entfernten Standort aussendet. Der Zweck solcher Anlagen ist, durch die zusätzliche Ausstrahlung des Radiosignals eine verbesserte Empfangsqualität im Zielgebiet zu erreichen.

Eine häufige Anwendung sind Kurzwellensender, die von internationalen Auslandssendern betrieben werden. Jedoch kommen auch Fahrzeuge als Relaisstationen zum Einsatz. So werden häufig Fernsehübertragungen, beispielsweise von Sport- oder Großereignissen, an ein über dem Geschehen fliegendes Luftfahrzeug übertragen, von dem aus die Signale zur Sendezentrale weitergeleitet werden.

Als Beispiel für internationale Radiosender, die Relaisstationen einsetzen, seien der BBC World Service, die Voice of America (Betreiber der Anlagen ist das IBB), die Deutsche Welle (mit der Relaisstation Cyclops (Bild)), Radio France Internationale, Radio Exterior de España und Radio Nederland Wereldomroep genannt.

Das Rundfunkprogramm wird vom Heimatland des Auslandssenders meist über Satellit oder in SSB-Modulation per Ballempfang zur Relaisstation übertragen.

Große Relaisstationen befinden sich zum Beispiel in Ascension, Antigua, Bonaire, Kigali/Ruanda, Botswana, Trincomalee und Iranawila in Sri Lanka, Tanger/Marokko, Kranji/Singapur, Sines/Portugal und Udon Thani/Thailand.

Kommerzielle Relaisstation für den Amateurfunk im 2-Meter- oder 70-Zentimeter-Band, vom Amateurfunkhersteller Yaesu/Vertex

Amateurfunk-Relaisstation DM0TMH für das 70-Zentimeter-Band mit Einzelkomponenten kommerzieller Geräte

Im Amateurfunkdienst arbeiten Relais in Frequenzbändern von 10 m bis über 3 cm und in praktisch allen Betriebsarten. FM-Relais im 2-Meter- und 70-Zentimeter-Band dienen oft zur Verstärkung von Mobilstationen und sind im Amateurfunk am häufigsten vertreten.

Amateurfunkrelais stehen oft an exponierten Standorten (etwa auf dem Brocken und der Zugspitze, aber auch auf Hochhäusern in Städten oder Fernmeldetürmen), um möglichst eine große Reichweite zu erzielen. Jede Relaisstation muss bei der Bundesnetzagentur lizenziert werden. Dabei wird der Standort und die Frequenzen der Relaisstationen in der Lizenz der Bundesnetzagentur festgeschrieben. Das durch die Lizenzierung einer Relaisfunkstelle zugewiesene Rufzeichen beginnt in Deutschland üblicherweise mit DA5, DB0, DF0, DM0 oder DO0.

In Österreich haben die Relais ein Rufzeichen einer Clubstation und beginnen immer mit einem X. Beispiel: 70 cm Relais Steyr / OÖ OE5XHO.

Zuständig für die Relaisstation ist der Relaisverantwortliche, der die Station meist mit hohem ehrenamtlichen Einsatz betreut. Die Stromversorgung einiger Amateurfunkrelais ist mittels einer USV gepuffert oder arbeitet autark mit Solarstrom, sodass sie auch bei einem Stromausfall noch für Notfunkzwecke zur Verfügung stehen.

Amateurfunk-Relais können zur Erhöhung der Reichweite untereinander mit Richtfunk oder über das Internet (siehe Echolink) verbunden werden.

Einige Amateurfunk-Relais werden auch live im Internet als Audiostream übertragen.

Eine weitere Variante von Amateurfunkrelais sind Satelliten-Relais, oft sind diese in Amateurfunksatelliten eingebaut, aber auch als zusätzliche Anwendung in kommerziellen Satelliten.

Spezielle Relais für digitale Betriebsarten wie Packet Radio werden Digipeater genannt. Sowohl die Digipeater als auch die Relaisstationen für Sprache werden mittlerweile zu Netzwerken verbunden. Den Zusammenschluss mehrerer Digipeatern nennt man Packet-Radio-Netz (Packet Radio Cluster).

Kommerzielle Relaisstation für den Betriebsfunk im VHF- oder UHF-Band

Die Verwendung von Relaisstellen im Betriebsfunk ist in Deutschland auf bestimmte Bedarfsträger für ihre eigene, firmeninterne Kommunikation eingeschränkt, wie Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS), Energieversorger, Wasserversorgung, Abwasserentsorgung. Diese für die Versorgung der Bevölkerung besonders wichtigen Unternehmen dürfen eigene Funknetze in Form von einzelnen oder vernetzten Relaisstationen betreiben. Allerdings ist dies bei den Versorgungsunternehmen mit dem Einsatz von öffentlichen Netzen wie GSM oder Bündelfunk rückläufig. Die BOS werden ihre jeweiligen Repeater nach dem Aufbau des Tetra in Deutschland auch außer Betrieb nehmen.

Digitale DMR-Relaisstation mit zwei Sprechwegen: Motorola MOTOTRBO DR3000

Relais werden weltweit auch im digitalen Behörden- und Betriebsfunk eingesetzt.

Die Betriebsart des Digital Mobile Radio wurde 2007 durch die die entsprechende Funkregulierung in Deutschland eingeführt. Dies war auch eine Reaktion auf die schwindende Nutzerzahl im Betriebsfunk. Ab der Ausgabe 11/2008 ihrer Verordnungen erlaubt die Bundesnetzagentur in den Verwaltungsvorschriften für Frequenzzuteilungen im nichtöffentlichen mobilen Landfunk den Einsatz von Relaisstationen für alle die am digitalen Betriebsfunk teilnehmenden. Im analogen Betriebsfunk waren Zuteilungen für Relaisstationen sehr restriktiv gehandhabt worden. Zudem ist jetzt von „Verbundnutzung“ die Rede, d. h. der Errichter der Relaisstation kann sie jetzt auch Dritten zur Nutzung überlassen, was der Realität der Nutzung von IP-unterstützten Funknetzen Rechnung trägt. Nach dieser Neuerung entstanden kommerziell betriebene Betriebsfunknetze mit etlichen Relaisstationen in Deutschland (Netz Nord etc.).

Bekannte Typen von betriebsfertigen Relaisstationen sind für den BOS-Dienst sind: Bosch-FSO, AEG-Teleregent, FuG-7, FuG8-c, FuG9-c.

Bekannte Typen von betriebsfertigen Relaisstationen sind für den Betriebsfunk sind: Bosch FSO, AEG Teleregent, Motorola MC-Compact, MTR2000, DR3000, MTR3000, Quantar, Quantro.

Auch im Mobilfunkbereich werden Repeater bzw. Relaisstationen eingesetzt, um Gebiete (besser) zu versorgen. Ein Repeater zeichnet sich dadurch aus, dass er das abgestrahlte Signal originär nicht selbst erzeugt (im Sinne einer Basisbandmodulation), sondern im Wesentlichen das Signal aus einer externen Quelle (Basisstation und Mobiltelefon) empfängt, verstärkt und weiterleitet. Eine Signalbeeinflussung findet in der Regel nur durch Filterung statt, um Störungen oder ungewünschte Nachbarkanäle auszufiltern (zum Beispiel bei GSM den Wettbewerber). Modulation, Frequenz und Phase wird nicht direkt beeinflusst. Repeater sind meist Vollduplexgeräte, die gleichzeitig senden und empfangen. Die Selektion der beiden Verkehrsrichtungen Uplink und Downlink erfolgt durch eine Duplexweiche. Dies ist nur möglich, wenn das Mobilfunknetz unterschiedliche Frequenzen für Up- und Downlink hat (zum Beispiel bei FDMA-Systemen wie GSM).

Man kann Breitbandrepeater und kanalselektive Repeater unterscheiden. Der kanalselektive Repeater besitzt in der Regel mehr Leistung als der Breitbandrepeater. Er muss mindestens so viele Kanäle verstärken können, wie die Basisstation hat, an die er angebunden wird. Breitbandrepeater verstärken entweder das komplette Band (zum Beispiel GSM 900) oder den Teil des Bandes, der dem Netzbetreiber zugewiesen wurde. Ein Vorteil von Breitbandrepeatern ist, dass im Falle eines Wechsels der Kanäle bei der Basisstation keine Umprogrammierung des Repeaters erfolgen muss.

Es gibt mehrere Einsatzszenarien:

• Ausleuchtung von abgeschatteten Gebieten wie zum Beispiel Tälern oder Schluchten
• Erhöhung der Datenrate durch höhere Feldstärken (für CDMA2000 oder UMTS-Mobilfunknetze)
• Versorgung von Sondergebieten (wie zum Beispiel ICE-Strecken)
• Versorgung von abgeschlossenen Bereichen (wie zum Beispiel U-Bahn, Tiefgarage, Bergwerke, Messehallen, Geschäftsgebäude etc., aber auch innerhalb von ICE-Waggons aufgrund der hohen Dämpfungen durch die bedampften Scheiben und auf Schiffen)

Die Versorgung erfolgt aktiv, d. h. der Repeater/die Relaisstation enthält Verstärker und weitere aktive Elemente wie Überwachungs- und Steuerrechner, Alarmierungseinrichtung etc.

Bei Mobilfunkrepeatern sind derzeit zwei Technologien im Einsatz:

• Kabel- oder HF-versorgt und -verteilt: Hier wird das Quellsignal über eine oder mehrere (Anbinde-)Antennen aufgenommen, über Koaxialkabel verteilt und über eine oder mehrere Antennen oder ein Strahlkabel abgestrahlt. Dies ist bei Systemen möglich, bei denen die aktiven Elemente (Relaisstationen) maximal ca. 1000 m voneinander entfernt sind (Parameter: frequenzabhängige Kabeldämpfung).

Glasfaserversorgtes Tunnelrepeatersystem für GSM

• Optisch versorgt und verteilt: Auch in diesem Fall wird das Quellsignal wie bei Kabelsystemen von Antennen aufgenommen. Alternativ können auch direkt eine oder mehrere Basisstationen (BTS) über den Antennenanschluss der BTS an ein optisches Verteilsystem angeschlossen werden, wenn der zu erwartende Verkehr in der Mobilfunkzelle eine eigene BTS erfordert (zum Beispiel in Messehallen). Die Weitbereichsverteilung erfolgt jedoch nicht, wie im ersten Fall, über Koaxialkabel, sondern optisch in einer Glasfaser. Ein Laser wird mit dem HF-Signal moduliert und sendet die Laserstrahlung über Monomode-Glasfasern zu einer Empfangsstelle. Hier erfolgt die Rückwandlung vom Laserlicht in HF (Demodulation). Das HF-Signal wird gefiltert, verstärkt und abgestrahlt. Mit optischen Verteilsystemen können HF-Signale aufgrund geringer Dämpfung auf dem LWL-Kabel bis zu 20 km weit (kostengünstig) übertragen werden. Dies ist mit Koaxialkabeln nicht mehr möglich. Beispiele für Installationen sind die Tunnelversorgung der ICE-Neubaustrecken, sowie die U-Bahn-Versorgung (zum Beispiel: U-Bahn in Berlin) und WM-Stadionversorgung (zum Beispiel Allianz Arena).

Inzwischen sind erste Systeme am Markt, die den Glasfaserlink digital, also als Datenverbindung nutzen. Hierzu wird das Signal demoduliert, digitalisiert, über die Faser übertragen und ein Träger erneut moduliert.

Commons: Amateurfunk-Relaisstationen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• 70-cm- und 2-m-Relais in der Schweiz, Karte (PDF; 1,3 MB)
• Relaiskarten der Amateurfunkrelais in Deutschland
• Interaktive Relaiskarte (OSM-Basiert)
• FM-Relaisdatenbank und -suche des DARC
• Relaiskarten Österreich
• DM0TMH Trautmannshofen – Ein Amateurfunkrelais-Projekt mit Voice-Over-IP-Lösungen wie Echolink

1. Albert Schlaubitz: Der CTCSS Rufton, technische Notwendigkeit, Modeerscheinung oder gar Schikane. Relaisgemeinschaft HB9F Bern; abgerufen im 1. Januar 1