AMWaveSynth – Dein eigenes Radiomosaik im Äther

Die Lang- und Mittelwellenbänder genießen bei vielen Elektronikingenieuren, Funkamateuren und Sammlern einen legendären, fast nostalgischen Status. Während jedoch in ganz Europa die Hochleistungssender verstummen, erlebt dieses Frequenzband im Labor eine Renaissance. Das AMWaveSynth-Ökosystem ist ein Open-Source-Projekt, das weit über einfache Modulatoren hinausgeht. Es kombiniert mathematische ITU-Wellenausbreitungsmodelle, Hardwarebeschleunigung auf FPGAs und netzwerkbasierte Cockpitsysteme zu einem vollwertigen taktischen HF-Simulator für Funkpeilung und historische Empfangsexperimente.

1. Die Synthesebasis: AMWaveSynth im Detail.

AMWaveSynth bildet das Fundament des gesamten Projekts. Als reiner Softwaremodulator konzipiert, erzeugt er eine frei definierbare Landschaft paralleler, AM-modulierter Funkstationen. Kernstück ist eine NCO-Pipeline (Numerisch gesteuerter Oszillator). Das System empfängt die Modulationssignale als PCM-Audio-Samples über separate UDP-Ports (ab Port 1234) und berechnet daraus ein HF-Spektrum. Das resultierende Signal wird als kontinuierlicher Datenstrom bereitgestellt. Dieser Datenstrom kann mithilfe kostengünstiger Software-Defined-Radio-Hardware (SDR), wie beispielsweise den bekannten VGA-Chip-basierten osmo-fl2k-SDRs, direkt in den Radioempfänger übertragen werden.

2. Die SDR-Hardware-Revolution der Gruppe:

Um den berechneten Datenstrom der HF ins Radio zu übertragen, wurden in frühen Experimenten häufig umfunktionierte VGA-Adapter (wie z. B. osmo-fl2k) verwendet. Die Gruppe radiolab81 ging jedoch einen Schritt weiter und entwickelte dedizierte Open-Source-SDR-Übertragungslösungen:

smiSDR ( github.com/radiolab81/smisdr ): Nutzt die Secondary Memory Interface (SMI) des Raspberry Pi für leistungsstarke Breitband-HF-Übertragungen. 

parlioSDR ( github.com/radiolab81/parlioSDR ): Ein SDR-Konzept basierend auf der parallelen Schnittstelle (Parallel IO) des Mikrocontrollers ESP32-P4.


3. Die Zeitmaschine: WRTH und historische Landschaften.

Eines der faszinierendsten Anwendungsgebiete des Systems ist seine Nutzung als echte „Zeitmaschine“. Mit dem AMWaveSynth-Setup lassen sich historische Ausgaben des World Radio TV Handbook (WRTH) reproduzieren. Anstatt lediglich fiktive Testtöne zu senden, können Nutzer die exakten Frequenzzuweisungen, Sendeleistungen (kW) und geografischen Koordinaten ganzer Länder oder Kontinente aus allen Jahrzehnten anlegen. In Kombination mit entsprechenden zeitgenössischen Audioaufnahmen oder Internetradiostreams entsteht so im Labor eine perfekte, historische HF-Replik des europäischen oder amerikanischen Äthers jener Zeit.

4. Die Physik-Engine: ITU-Standard-Fading

 Eine statische Funklandschaft wäre jedoch zu langweilig. Das Add-on AMWaveSynthPropagationSimulator fungiert als mathematische Steuereinheit und simuliert die atmosphärischen Bedingungen in Echtzeit zwischen den historischen Senderkoordinaten und einer frei wählbaren Empfängerposition. Die Engine berechnet die Bodenwelle gemäß ITU-R P.368-10 (einschließlich frequenzabhängiger Erddämpfung) und die Raumwelle gemäß ITU-R P.1147-2 (abhängig von ionosphärischer Reflexion, Jahreszeit und Sonnenstand). Sobald die Sonne in der Simulation untergeht, ändern sich die Dämpfungswerte. Der Simulator sendet Befehle an den Spektrumgenerator für jeden einzelnen definierten Sender. Das Ergebnis ist verblüffend: Mit Einbruch der Dämmerung in der Simulation nehmen die Amplituden der Raumwelle zu – auf dem angeschlossenen Röhrenradio oder SDR-Empfänger erleben Sie genau das gleiche atmosphärische Radiogefühl wie damals in der realen Welt. Für diejenigen, denen der Empfang immer noch zu perfekt ist, kann der AMWaveSynthPropagationSimulator sogar vorbeiziehende Gewitterzonen simulieren.

5. Virtuelle Roadtrips mit dem MovableRXLocationPlayer:

Eine spezielle Erweiterung des Simulators ist das Plugin MovableRXLocationPlayer . Es ermöglicht die Einbindung standardisierter GPS-Tracks. Das Plugin simuliert die Bewegung des Empfängers entlang dieser Route mit einstellbarer Geschwindigkeit. Sobald das virtuelle Fahrzeug internationale Grenzen überquert oder sich Sendemasten nähert oder von ihnen entfernt, berechnet die Ausbreitungssimulation im Hintergrund die Signalstärke neu. Mit dem echten (Auto)-Radio auf dem Schreibtisch und einem Blick auf die digitale Karte können Sie die typischen Schwankungen und Aussetzer der Radiosender hören, als wären Sie tatsächlich auf einem Roadtrip entlang der legendären Route 66 oder quer durch Europa unterwegs.

6. Taktische Ebene: Peiltraining.

Die neueste Entwicklungsstufe wandelt das Projekt in eine Trainingsumgebung für Funkpeilung (RDF) um. 

 Der Teilnehmer startet zwei Anwendungen: DFscope dient als grafische Benutzeroberfläche („Glascockpit“). Es lädt die vom Ausbilder vorgegebenen Antenneneigenschaften (z. B. eine Ferrit-Rahmenantenne aus einer .MSI- oder .ANT-Datei) und visualisiert sie als drehbares Polardiagramm. Dreht der Teilnehmer das digitale Peilrad, meldet die Anwendung die Ausrichtung an den Simulator zurück. Dieser dämpft dann das HF-Signal des SDR in Echtzeit. Der Teilnehmer sucht am physischen Funkempfänger nach dem Signalminimum (Nullpunktansteuerung/Minimumpeilung) – genau wie bei der traditionellen Peilung im Feld.

7. Der FPGA-Proof-of-Concept: Die ultimative Integration.

Obwohl die PC-basierte Software-Implementierung stark optimiert ist, stellt das Schwesterprojekt FPGA_AMWaveSynth die ultimative technische Demonstration dar. Ziel ist hier nicht die Überwindung von CPU-Beschränkungen, sondern die faszinierende Möglichkeit, die gesamte DSP-Pipeline autonom in Hardware abzubilden. Die in Verilog geschriebene Architektur verteilt die Last intelligent: Ein zentrales Sinus-ROM bedient parallele Mehrkanal-NCOs. Ein ESP32-Mikrocontroller fungiert als Brücke zwischen der PC-Steuerungsschnittstelle und dem Hochgeschwindigkeits-Registerbus des FPGA. Dieses Setup demonstriert eindrucksvoll, wie leistungsstark und latenzarm moderne Hardware-Synthese auf kleinstem Raum funktionieren kann.

Das AMWaveSynth- Ökosystem schließt die Lücke zwischen reiner Software-Simulation, historischer Bewahrung und praktischer Hardware-Anwendung. Für Universitäten, Amateurfunkvereine und Bastler bietet es eine Spielwiese, um Radiophysik und historische Radiolandschaften zum Leben zu erwecken:

https://github.com/radiolab81/AMWaveSynth 
https://github.com/radiolab81/AMWaveSynthPropagationSimulator