Frequenzregelung (AFC)

Die Automatic Frequency Control (AFC) ist das „Grobvisier" deines SDR-Empfängers. Während eine PLL (Phase Locked Loop) versucht, die Phase exakt zu treffen, sorgt die AFC dafür, dass das Signal überhaupt erst einmal im Zentrum deines Filters landet. Ohne eine funktionierende AFC würde ein Signal durch Temperaturdrift oder den Doppler-Effekt langsam aus dem Empfangsbereich „wandern".

Der mathematische Regelkreis

Das Prinzip der AFC lässt sich mathematisch einfach beschreiben. Wir messen die Frequenz des empfangenen Signals (f_{rx}) und vergleichen sie mit unserer gewünschten Referenzfrequenz (f_{ref}). Die Differenz ist unser Fehlerwert:

Δf = f_rx - f_ref

Δf = f_rx - f_ref

Dieser Fehlerwert Δf wird in einen Regler eingespeist. Der Regler berechnet daraus einen Korrekturwert u, um die Empfängerfrequenz anzupassen:

f_rx_neu = f_rx + u

f_rx_neu = f_rx + u

Wie u aus Δf berechnet wird, entscheidet über das Verhalten der Regelschleife:

u = K · Δf                              (reiner Proportionalregler)
u = K_p · Δf + K_i · Σ Δf               (PI-Regler)

u = K · Δf                              (reiner Proportionalregler)
u = K_p · Δf + K_i · Σ Δf               (PI-Regler)

Ein reiner P-Regler korrigiert nie ganz vollständig — es bleibt eine kleine, bleibende Regelabweichung stehen, solange Δf ≠ 0 einen Korrekturwert erzeugt. Der Integralanteil (K_i · Σ Δf) summiert die Fehlerwerte über die Zeit auf und gleicht diese bleibende Abweichung vollständig aus.

Abgrenzung zur PLL

Der Kernunterschied zwischen AFC und PLL liegt nicht nur in der Präzision, sondern in der Regelstruktur: Eine PLL ist ein kontinuierlicher, sample-für-sample arbeitender Regelkreis (siehe Trägerrekonstruktion). Eine AFC arbeitet dagegen oft in diskreten, periodischen Schritten — sie misst über ein Zeitfenster, berechnet einmalig eine Korrektur und wartet dann bis zur nächsten Messung. Im DDK9-Beispiel etwa erfolgt die Frequenzmessung über ein 5-Sekunden-Fenster, die Korrektur wird als einzelne Nachricht an den Mischer geschickt (Message-Port-Architektur), statt kontinuierlich wie bei einer PLL nachzuregeln.

Gängige Algorithmen zur Frequenzschätzung

Je nach Rechenleistung und Signalart kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz: