Здравей, Хабр.
В първата част на статията за беше разказано за служебните станции на дълги и къси вълни. Отделно е важно да се споменат радиолюбителските станции. Първо, това също е интересно, второ, всеки желаещ може да се присъедини към този процес, както при приемането, така и при предаването.
Както и в предишните части, акцентът ще бъде поставен върху «цифрата» и върху това как е устроена обработката на сигналите. За приемането и декодирането на сигналите ще използваме холандския онлайн приемник и програмата MultiPSK.
За тези, които се интересуват как работи това, продължението е под кат.
След като преди повече от 100 години стана известно, че на късите вълни може да се свържеш със целия свят, използвайки предавател буквално от две лампи, процесът заинтересува не само корпорации, но и ентусиасти. Тогава изглеждаше това , а до днес ham радио остава напълно интересно техническо хоби. Какви видове връзки са достъпни за съвременните радиолюбители, ще се опитаме да разберем.
Честотни диапазони
Радиоефирът се използва много активно от служебни и вещателни станции, затова радиолюбителите имат определени честотни диапазони, за да не пречат на другите. Тези диапазони са доста много, от свръхдълги вълни на 137 kHz до СВЧ на 1.3, 2.4, 5.6 или 10 GHz (може да се види по-подробно ). В общи линии всеки може да избере, в зависимост от интересите и техническото си оборудване.
От гледна точка на простотата на приема, най-достъпните са честотите с дължини на вълните 80-20 м:
— Диапазон 3,5 МHz (80 м): 3500-3800 kHz.
— Диапазон 7 MHz (40 м): 7000-7200 kHz.
— Диапазон 10 MHz (30 м): 10100-10140 kHz.
— Диапазон 14 MHz (20 м): 14000-14350 kHz.
На тях може да се настроиш както с помощта на споменатия по-горе , така и със собствен, ако може да приема в режим на странична лента (LSB, USB, SSB).
Сега, след като всичко е готово, нека видим какво може да се приеме.
Гласова връзка и азбука Морзе
Ако се погледне през websdr на целия любителски радиодиапазон, лесно се виждат сигналите на азбуката Морзе. В служебната радиосвязка тя вече почти не се използва, но някои радиолюбители-ентусиасти все пак я ползват.
По-рано, за да получиш повикателен знак, беше необходимо дори да положиш изпит за прием на сигнали на Морз, в момента това изглежда е останало само за първата, висша категория (различават се основно само по максималната допустима мощност). Ние обаче ще декодираме CW сигнали с помощта на CW Skimmer и Virtual Audio Card.
Радиолюбителите използват съкратен код (), в частност, редът CQ DE DF7FF означава общо покана до всички станции от радиолюбителя DF7FF. Всеки радиолюбител има свой повикателен знак, префиксът на който се образува от , което е доста удобно, тъй като веднага се разбира откъде излъчва станцията. В нашия случай повикателният знак DF7FF принадлежи на радиолюбител от Германия.
Що се отнася до гласовата връзка, с нея няма никакви трудности, желаещите могат сами да слушат на websdr. Някога по времето на СССР не всички радиолюбители имаха права да провеждат радиовръзки с чужденци, в момента няма такива ограничения, а разстоянието и качеството на връзката зависят само от качеството на антените, апаратурата и търпението на оператора. За онези, които се интересуват, могат да прочетат повече на радиолюбителски сайтове и форуми (cqham, qrz), ние обаче ще преминем към цифровите сигнали.
За съжаление, за много радиолюбители работата с "цифрова" е просто свързване на звуковата карта на компютъра с програма-декодер, малко от тях се задълбочават в детайлите как работи това. Още по-малко провеждат собствени експерименти с цифрова обработка на сигнали и различни видове връзки. Въпреки това, през последните 10-15 години се появиха достатъчно много цифрови протоколи, някои от които е интересно да се разгледат.
RTTY
Достатъчно стар вид връзка, използваща честотна модулация. Самият метод се нарича FSK (Frequency Shift Keying) и се състои в формирането на битова последователност чрез смяна на честотата на предаване.
Данните се кодирани чрез бързо превключване между две честоти F0 и F1. Разликата dF = F1 — F0 се нарича разнос на честотите и може да бъде, например, 85, 170 или 452Hz. Вторият параметър е скоростта на предаване, която също може да бъде различна, и да бъде например 45, 50 или 75 бита в секунда. Тъй като имаме две честоти, трябва да решим коя ще бъде „горната“, а коя „долна“, този параметър обикновено се нарича „инверсия“. Тези три стойности (скорост, разнос и инверсия) напълно определят параметрите на RTTY-предаването. В практически всяка програма за декодиране могат да се намерят тези настройки, и като ги подберете дори „на око“, можете да декодирате повечето от тези сигнали.
Преди време връзките в RTTY бяха по-популярни, но сега, когато влязох в websdr, не чух нито един сигнал, така че е трудно да дам пример за декодиране. Желаещите могат да слушат сами на 7.045 или 14.080MHz, по-подробно за телетайпа е написано в статията.
PSK31/63
Друг вид комуникация — фазова модулация, . Тук не се променя честотата, а фазата, на графика това изглежда приблизително така:
Битовото кодиране на сигнала се състои в смяна на фазата с 180 градуса, а самият сигнал представлява фактически чист синус — това осигурява добра дистанция на предаване при минимална предавана мощност. Фазовият сдвиг е труден за видяване на екранната снимка, може да се забележи ако увеличите и наложите един фрагмент върху друг.
Самото кодиране е относително просто — в BPSK31 сигналите се предават със скорост 31.25 бод, смяната на фазата кодира „0“, а липсата на смяна на фазата „1“. Кодиране на символите може да се види в Уикипедия.
Визуално на спектъра сигналът BPSK изглежда като тясна линия и на слух звучи като доста чист тон (с което в крайна сметка и е). Сигналите BPSK могат да се чуят например на 7080 или 14070MHz.
Интересно е да се отбележи, че както при BPSK, така и при RTTY, по "яркостта" на линиите може да се съди за силата на сигнала и качеството на приемането – ако част от съобщението се изгуби, в тази част ще има "боклук", но общото значение на съобщението често остава разбираемо. Операторът може сам да избере на какъв сигнал да се настрои, за да го декодира. Търсенето на нови и слаби сигнали от далечни кореспонденти е само по себе си доста интересно. В противовес на това, следващите протоколи са значително по-автоматизирани и практически не изискват участие на човека. Дали това е добре или зле, е философски въпрос, но определено може да се каже, че част от духа на хоби радиото в тези режими определено е изгубена.
FT8/FT4
За декодиране на следващия тип сигнали е необходимо да се инсталира програмата . Сигналите се предават чрез честотна модулация с 8 честоти, с отклонение от само 6.25Hz, така че сигналът заема само 50Hz. Данните в FT8 се предават на "пакети" с продължителност около 14 секунди, така че точната синхронизация на времето на компютъра е доста актуална. Приемът е почти напълно автоматизиран – програмата декодира повиквателния знак и силата на сигнала.
В новата версия на протокола , който се появи съвсем наскоро, продължителността на пакета е намалена на 5 секунди, използва се 4-тонова модулация при скорост на предаване 23 бода. Ширината на заетата лента на сигнала е приблизително 90Hz.
WSPR
WSPR е протокол, специално насочен към прием и предаване на слаби сигнали. Това е сигнал, предаваният със скорост единствено от 1.4648 бода (да, само малко над 1 бит в секунда). За предаване се използва честотна модулация (4-FSK) с отклонение от честота 1.4648Hz, така че ширината на лентата на сигнала е само 6Hz. Предаваният пакет данни е с размер 50 бита, като към него се добавят и битове за корекция на грешки (non-recursive convolutional code, constraint length K=32, rate=1/2), така че общият размер на пакета е 162 бита. Тези 162 бита се предават за около 2 минути (някой да се оплаква от бавен интернет?:).
Всичко това позволява предаване на данни фактически под нивото на шумовете, с почти фантастични резултати – например, сигнал от 100mW от крак на микропроцесор, с помощта на домашна рамкова антена, успява да предаде сигнал на 1000км.
WSPR работи напълно автоматично и не изисква участие на оператор. Достатъчно е да оставите програмата да работи, и след определено време можете да проверите логовете. Данные также могут отправляться на сайт , което е удобно за оценка на приема или качеството на антената — можете да предадете сигнал и веднага да видите онлайн къде е бил приет.
Специално, всеки желаещ може да се присъедини към приема на WSPR, дори и без радиолюбителски позивен (за приема той не е нужен) — достатъчно е да имате приемник и програмата WSPR, и всичко това може да работи дори автономно на Raspberry Pi. Системата е интересна както от научна гледна точка, така и за експерименти с оборудване и антени. За съжаление, по плътността на приемните станции Русия е на ниво, близко до Судан, Египет или Нигерия, така че новите участници са винаги полезни — има възможност да бъдете първи, а с един приемник можете да 'покриете' територия от хиляда км.
Много интересно и доста сложно е предаването на WSPR на честоти над 1ГГц — стабилността на честотите на приемника и предавателя тук е критично важна.
На това ще завърша прегледа, въпреки че изброеното не е изчерпателно, а само най-популярното.
Заключение
Ако някой иска да опита силите си, това не е толкова сложно. За прием на сигнали можете да използвате или класически приемник (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X и др.), или SDR приемник (SDRPlay RSP2, SDR Elad). След това достатъчно е да инсталирате програмите, както е показано по-горе, и можете да изследвате радио ефира самостоятелно. Цената варира между 100-200$ в зависимост от модела на приемника. Можете също да използвате онлайн приемници и да не закупите нищо, но това все пак не е толкова интересно.
За тези, които искат да работят и на предаване, ще трябва да закупят трансивер с антена и да оформят радиолюбителска лицензия. Цената на трансивера е приблизително равна на цената на айфон, така че при желание е напълно достъпна. Ще трябва също да положите лесен изпит, и вече след около месец можете да работите активно в ефира. Разбира се, това не е просто — ще трябва да изучите типове антени, да измислите начин за инсталация, да се справите с честотите и видовете излъчване. Въпреки че думата "трябва" тук вероятно е неуместна, защото хобито е за интерес, а не по принуждение.
Пожелавам на всички успешни експерименти. Може би някой от читателите ще създаде нов цифров вид комуникация, и с удоволствие ще включа прегледа му в този текст 😉
Източник: habr.com
