Ahoj Habr.
V první části článku o tom bylo řečeno o služebních stanicích na dlouhých a krátkých vlnách. Zvlášť stojí za zmínku amatérské stanice. Za prvé, to je také zajímavé, a za druhé, k tomuto procesu, jak na příjem, tak na přenos, se může připojit každý zájemce.
Jak je tomu i v prvních částech, důraz bude kladen na 'digitální' a na to, jak je zpracování signálů uspořádáno. Pro příjem a dekódování signálů budeme také používat nizozemský online přijímač a program MultiPSK.
Pro ty, které zajímá, jak to funguje, pokračování naleznete pod perexem.
Po více než 100 letech, co bylo známo, že na krátkých vlnách je možné se spojit s celým světem pomocí vysílače prakticky ze dvou lamp, se tímto procesem začaly zajímat nejen korporace, ale i nadšenci. V těch letech to vypadalo , a dodnes zůstává amatérské rádio zajímavým technickým hobby. Jaké typy spojení jsou dnešním amatérům k dispozici, pokusíme se zjistit.
Frekvenční pásma
Rádiový éter je velmi aktivně využíván služebními a vysílacími stanicemi, proto amatérům byla přidělena určité frekvenční pásma, aby nerušili ostatní. Těchto pásem je poměrně hodně, od superdlouhých vln na 137 kHz po mikrovlny na 1,3, 2,4, 5,6 nebo 10 GHz (podrobněji se dají prohlédnout ). Obecně si každý může vybrat v závislosti na zájmech a technickém vybavení.
Z hlediska jednoduchosti příjmu jsou nejdostupnější frekvence s délkou vlny 80-20 m:
— Pásmo 3,5 MHz (80 m): 3500-3800 kHz.
— Pásmo 7 MHz (40 m): 7000-7200 kHz.
— Pásmo 10 MHz (30 m): 10100-10140 kHz.
— Pásmo 14 MHz (20 m): 14000-14350 kHz.
Na těchto frekvencích se lze ladit jak pomocí výše zmíněného , tak i pomocí vlastní, pokud může přijímat v režimu boční pásma (LSB, USB, SSB).
Nyní, když je vše připraveno, podívejme se, co tam můžeme přijmout.
Hlasová komunikace a Morseova abeceda
Pokud se podíváte přes websdr na celý amatérský rádiový pásmo, snadno uvidíte signály Morseovy abecedy. V služební rádiové komunikaci se už téměř nepoužívá, ale někteří amatérští nadšenci ji stále používají.
Dříve bylo pro získání volacího znaku dokonce nutné složit zkoušku z příjmu Morseovy abecedy, nyní toto zřejmě zůstalo jen pro první, nejvyšší kategorii (ty se liší hlavně maximálně povoleným výkonem). My budeme dešifrovat signály CW pomocí CW Skimmer a Virtual Audio Card.
Radioslýchači používají zkrácený kód (), konkrétně řetězec CQ DE DF7FF znamená obecné volání všem stanicím od radioamatéra DF7FF. Každý radioamatér má svůj volací znak, jehož prefix se tvoří z , což je dost praktické, protože je hned jasné, odkud stanice vysílá. V našem případě volací znak DF7FF patří radioamatérovi z Německa.
Pokud jde o hlasovou komunikaci, s ní nejsou žádné složitosti, zájemci si mohou poslechnout sami na websdr. Kdysi za dob SSSR neměli všichni radioamatéři právo navazovat rádiové spojení se zahraničím, nyní taková omezení neexistují, a dosah a kvalita spojení závisí pouze na kvalitě antén, zařízení a trpělivosti operátora. Pro ty, kdo se chtějí dozvědět více, je dobré si přečíst na radioamatérských stránkách a fórech (cqham, qrz), my se nyní přesuneme k digitálním signálům.
Bohužel, pro mnoho radioamatérů práce s „digital“ je prostě spojení zvukové karty počítače s dekódovací aplikací, málokdo se zajímá o detaily toho, jak to funguje. Ještě méně provádí vlastní experimenty s digitálním zpracováním signálů a různými typy spojení. I přesto, v posledních 10–15 letech se objevilo poměrně mnoho digitálních protokolů, z nichž některé stojí za zhlédnutí.
RTTY
Je to poměrně starý způsob komunikace, který využívá frekvenční modulaci. Samotná metoda se nazývá FSK (Frequency Shift Keying) a spočívá ve vytváření bitové sekvence změnou frekvence přenosu.
Data jsou kódována rychlým přepínáním mezi dvěma frekvencemi F0 a F1. Rozdíl dF = F1 — F0 se nazývá rozestup frekvencí a může být například 85, 170 nebo 452 Hz. Druhým parametrem je rychlost přenosu, která může být také různá, například 45, 50 nebo 75 bitů za sekundu. Vzhledem k tomu, že máme dvě frekvence, je třeba určit, která bude „horní“ a která „dolní“, tento parametr se obvykle nazývá „inverze“. Tato tři hodnoty (rychlost, rozestup a inverze) plně určují parametry RTTY přenosu. V prakticky jakýchkoli dekódovacích programech lze najít tato nastavení a správným nastavením, i „na oko“, lze dekódovat většinu takových signálů.
Kdysi byla komunikace v RTTY populárnější, ale nyní, když jsem se přihlásil na websdr, neslyšel jsem žádný signál, takže je těžké uvést příklad dekódování. Ti, kdo mají zájem, si mohou poslechnout sami na 7.045 nebo 14.080 MHz, podrobněji o teletype bylo napsáno v článku.
PSK31/63
Další typ komunikace — fázová modulace, . Zde se nemění frekvence, ale fáze, na grafu to vypadá přibližně takto:
Bitové kódování signálu spočívá ve změně fáze o 180 stupňů, a samotný signál představuje vlastně čistou sinusovku — to zajišťuje dobrou přenosovou vzdálenost při minimálním přenášeném výkonu. Fázový posun je obtížné vidět na screenshotu, lze jej pozorovat při zvětšení a překrytí jednoho fragmentu na druhý.
Samotné kódování je relativně jednoduché — v BPSK31 se signály přenášejí rychlostí 31,25 bódu, změna fáze kóduje „0“, absence změny fáze „1“. Kódování symbolů si můžete prohlédnout na Wikipedii.
Vizualizovaně je na spektru signál BPSK vidět jako úzká čára a při poslechu zní jako docela čistý tón (čímž vlastně je). Signály BPSK můžete například zaslechnout na 7080 nebo 14070 MHz.
Je zajímavé poznamenat, že jak v BPSK, tak v RTTY lze z 'jasnosti' čar usuzovat na sílu signálu a kvalitu příjmu – pokud část zprávy chybí, na tomto místě zprávy bude 'odpad', ale celkový smysl zprávy často zůstává jasný. Operátor si může vybrat, na který signál se zaměřit, aby ho dekódoval. Hledání nových a slabých signálů od vzdálených korespondentů je samo o sobě velmi zajímavé. Na rozdíl od toho jsou následující protokoly mnohem automatizovanější a prakticky nevyžadují lidskou účast. Zda je to dobré nebo špatné, je filozofická otázka, ale určitě lze říci, že nějaká část ducha ham radio se v takových režimech určitě ztrácí.
FT8/FT4
Pro dekódování následujícího typu signálů je potřeba nainstalovat program . Signály jsou přenášeny pomocí frekvenční modulace z 8 frekvencí se posunem pouze 6,25 kHz, takže signál zabírá šířku pouhých 50 kHz. Data v FT8 jsou přenášena 'balíčky' trvajícími přibližně 14 sekund, takže přesná synchronizace času počítače je velmi aktuální. Příjem je téměř zcela automatizovaný – program dekóduje volací znak a sílu signálu.
V nové verzi protokolu , který byl nedávno uveden, byla délka balíčku zkrácena na 5 s, používá se 4-tonová modulace při rychlosti přenosu 23 baudů. Šířka obsazeného pásma signálu je přibližně 90 kHz.
WSPR
WSPR je protokol speciálně zaměřený na příjem a vysílání slabých signálů. Je to signál přenášený rychlostí pouhých 1,4648 baudu (ano, jen o něco víc než 1 bit za sekundu). K přenosu se používá frekvenční modulace (4-FSK) s rozsahem frekvencí 1,4648 Hz, takže šířka pásma signálu je pouhých 6 Hz. Předávaný datový balíček má velikost 50 bitů, ke kterým jsou také přidány bity pro opravu chyb (non-recursive convolutional code, constraint length K=32, rate=1/2), celková velikost balíčku tedy činí 162 bitů. Tyto 162 bitů se přenášejí přibližně za 2 minuty (někdo si ještě stěžuje na pomalý internet?:).
Vše toto umožňuje přenášet data prakticky pod úrovní šumu, s téměř fantastickými výsledky – například signálem 100 mW z nohy mikroprocesoru se pomocí pokojové rámové antény podařilo přenést signál na 1000 km.
WSPR funguje plně automaticky a nevyžaduje zapojení operátora. Stačí nechat program pracovat a po nějaké době je možné se podívat na protokol činnosti. Data mohou být také odesílána na webovou stránku , což je užitečné pro hodnocení dostupnosti nebo kvality antény — je možné přenést signál a okamžitě zjistit online, kde byl přijat.
Mimochodem, připojit se k příjmu WSPR může kdokoli, i bez radiomateriálového volacího znak, (pro příjem není nezbytný) — stačí mít přijímač a program WSPR, přičemž to všechno může fungovat i autonomně na Raspberry Pi. Systém je zajímavý jak z vědeckého hlediska, tak pro experimenty s hardwarem a anténami. Bohužel, pokud jde o hustotu příjmových stanic, Rusko se nemusí příliš lišit od Súdánu, Egypta nebo Nigérie, takže noví účastníci jsou vždy vítáni — je možnost být první a jedním přijímačem pokrýt území až tisíc kilometrů.
Velmi zajímavým a poměrně složitým je přenos WSPR na frekvencích nad 1 GHz — stabilita frekvence přijímače a vysílače je tu poměrně kritická.
Tímto bych ukončil přehled, ačkoli bylo samozřejmě uvedeno daleko ne všechno, pouze to nejpopulárnější.
Závěr
Pokud má někdo chuť také vyzkoušet své síly, není to tak složité. K příjmu signálů můžete použít buď klasický (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X atd.), nebo SDR přijímač (SDRPlay RSP2, SDR Elad). Poté stačí nainstalovat programy, jak bylo uvedeno výše, a můžete si samostatně prozkoumávat rádioefter. Cena záležitosti se pohybuje mezi 100 až 200 $ v závislosti na modelu přijímače. Můžete také využít online přijímače a vlastně nic nekupovat, ačkoli to není tak zajímavé.
Pro ty, kdo budou chtít pracovat také na přenosu, bude muset zakoupit transceiver s anténou a vyřídit si radiomateriálovou licenci. Cena transceiveru je přibližně rovna ceně iPhonu, takže pokud máte zájem, je to zcela dostupné. Také bude třeba zvládnout jednoduchou zkoušku a už za nějaký měsíc můžete plně pracovat v éteru. Samozřejmě, že to není jednoduché — budete se muset naučit různé typy antén, vymyslet způsob instalace, pochopit frekvence a typy záření. Ačkoli slovo „budete muset“ zde asi není na místě, protože to je koníček a dělá se to pro zábavu, a ne z donucení.
Přeji všem úspěšné experimenty. Možná někdo z čtenářů vytvoří nový digitální způsob komunikace, a já rád zařadím jeho přehled do tohoto textu 😉
Zdroj: habr.com
