Hej Habr.
I den første del af artiklen om blev der fortalt om tjenestestationer på lange og korte bølger. Det er værd at fortælle om radioamatørstationer. For det første er det også interessant, og for det andet kan enhver, der ønsker det, deltage i denne proces, både ved modtagelse og transmission.
Som i de første dele vil fokus være på "digitalt" og på, hvordan signalbehandling er organiseret. Til modtagelse og dekodning af signaler vil vi også bruge den hollandske online-modtager og programmet MultiPSK.
For dem, der er interesseret i, hvordan det fungerer, fortsætter det nedenfor.
Efter at det for mere end 100 år siden blev kendt, at man på korte bølger kunne kommunikere med hele verden med en sender der bogstaveligt talt bestod af to lamper, blev processen interessant ikke kun for virksomheder, men også for entusiaster. I de år så det , og indtil i dag er ham radio stadig et ganske interessant teknisk hobby. Hvilke typer forbindelser der er tilgængelige for moderne radioamatører, vil vi forsøge at finde ud af.
Frekvensområder
Radioæteren bruges meget aktivt af tjeneste- og broadcaststationer, derfor er der tildelt bestemte frekvensområder til radioamatører, så de ikke forstyrrer andre. Der er ret mange af disse områder, fra ekstremt lange bølger på 137 kHz til mikrobølger på 1,3, 2,4, 5,6 eller 10 GHz (man kan se nærmere på ). Generelt kan alle vælge afhængigt af interesser og teknisk udstyr.
Set fra en modtagelsesmæssig synsvinkel er de mest tilgængelige frekvenser med bølgelængder på 80-20 m:
— Område 3,5 MHz (80 m): 3500-3800 kHz.
— Område 7 MHz (40 m): 7000-7200 kHz.
— Område 10 MHz (30 m): 10100-10140 kHz.
— Område 14 MHz (20 m): 14000-14350 kHz.
Man kan indstille sig på dem både ved hjælp af den førnævnte , såvel som med sin egen, hvis den kan modtage i sidelobemodus (LSB, USB, SSB).
Nu, når alt er klart, lad os se, hvad der kan modtages.
Stemmeoverførsel og morsealfabetet
Hvis man ser gennem websdr på hele amatør-radioområdet, er det nemt at se signaler fra morsealfabetet. I tjenestekommunikation anvendes det næsten ikke længere, men nogle entusiastiske radioamatører bruger det stadig.
Tidligere var det nødvendigt at bestå en eksamen i modtagelse af Morse-signaler for at få et kald, men nu ser det ud til, at dette kun er tilbageholdt for den første, højeste kategori (de adskiller sig primært ved den maksimalt tilladte effekt). Vi vil dekode CW-signaler ved hjælp af CW Skimmer og Virtual Audio Card.
Radioamatører bruger en forkortet kode (), hvor linjen CQ DE DF7FF betyder en åben opfordring til alle stationer fra radioamatør DF7FF. Hver radioamatør har sit eget kald, hvis præfiks dannes af , hvilket er ret praktisk, da det straks er klart, hvor stationen udsender fra. I vores tilfælde tilhører kaldet DF7FF en radioamatør fra Tyskland.
Hvad angår talekommunikation, er der ingen problemer, de interesserede kan lytte selv på websdr. Engang, i Sovjetunionens tid, havde ikke alle radioamatører ret til at kommunikere med udlandet, men nu er der ingen sådanne restriktioner, og rækkevidden og kvaliteten af kommunikationen afhænger kun af antennernes kvalitet, udstyret og operatørens tålmodighed. For dem, der er interesserede, kan der læses mere på radioamatørsider og fora (cqham, qrz); vi går videre til digitale signaler.
Desværre er arbejdet med 'digitalt' for mange radioamatører bare en forbindelse mellem computerens lydkort og dekoderprogrammet; meget få sætter sig ind i, hvordan det fungerer. Endnu færre udfører deres egne eksperimenter med digital signalbehandling og forskellige kommunikationsmetoder. På trods af dette er der i løbet af de sidste 10-15 år kommet mange digitale protokoller til, hvoraf nogle er interessante at se nærmere på.
RTTY
En ret gammel kommunikationsmetode, der bruger frekvensmodulation. Selve metoden kaldes FSK (Frequency Shift Keying) og involverer dannelsen af en bitsekvens ved at ændre transmissionsfrekvensen.
Dataene kodes ved hurtig skift mellem to frekvenser F0 og F1. Forskellen dF = F1 - F0 kaldes frekvensforskydning og kan være for eksempel 85, 170 eller 452 Hz. Den anden parameter er transmissionshastigheden, som også kan være forskellig og for eksempel være 45, 50 eller 75 bit pr. sekund. Da vi har to frekvenser, er det nødvendigt at beslutte, hvilken der er "øverst" og hvilken der er "nederst"; denne parameter kaldes normalt "inversion". Disse tre værdier (hastighed, forskydning og inversion) definerer fuldt ud parametrene for RTTY-overførsel. I praktisk talt alle dekoderprogrammer kan man finde disse indstillinger, og ved at tilpasse disse parametre - selv "på øjet" - kan man dekode de fleste af sådanne signaler.
Tidligere var RTTY-forbindelser mere populære, men nu, da jeg loggede på websdr, hørte jeg ikke et eneste signal, så det er svært at give et eksempel på dekodning. De interesserede kan lytte selv på 7.045 eller 14.080 MHz; mere detaljeret information om teleprinter er skrevet i af artiklen.
PSK31/63
En anden form for kommunikation er fase-modulation, . Her ændres ikke frekvensen, men fasen; på grafen ser det omtrent sådan ud:
Bitkodningen af signalet involverer en faseændring på 180 grader, og selve signalet er faktisk en ren sinus — dette sikrer en god rækkevidde ved minimal overført effekt. Faseskiftet er svært at se på et screenshot, men det kan bemærkes, hvis man forstørrer og overlapper et fragment over et andet.
Selve kodningen er forholdsvis simpel — i BPSK31 overføres signaler med en hastighed på 31,25 baud, faseændringen koder "0", mens fraværet af faseændring koder "1". Symbolkodningen kan ses på Wikipedia.
Visuelt på spektret ses BPSK-signalet som en smal linje, og det høres som en ret ren tone (som det i princippet også er). Man kan høre BPSK-signaler for eksempel på 7080 eller 14070 MHz.
Det er interessant at bemærke, at i både BPSK og RTTY kan man bedømme signalstyrken og kvaliteten af modtagelse ud fra "lysstyrken" af linjen — hvis en del af meddelelsen går tabt, vil der være "skrald" på dette sted, men den overordnede betydning af meddelelsen forbliver ofte forståelig. Operatøren kan selv vælge, hvilket signal han vil fokusere på for at dekode det. At finde nye og svage signaler fra fjerne korrespondenter er i sig selv ret interessant. I modsætning til dette er de følgende protokoller meget mere automatiserede og kræver næsten ikke menneskelig inddragelse. Er det godt eller dårligt, er et filosofisk spørgsmål, men det kan bestemt siges, at en vis del af ham radio ånden er gået tabt i sådanne tilstande.
FT8/FT4
For at dekode den næste type signaler skal du installere programmet . Signalene overføres ved hjælp af frekvensmodulering fra 8 frekvenser med en forskydning på kun 6,25 kHz, så signalet optager en båndbredde på kun 50 kHz. Data i FT8 overføres i "pakker" af cirka 14 sekunder, så præcis synkronisering af computerens tid er meget relevant. Modtagelsen er næsten helt automatiseret — programmet dekoderer opkaldsignalet, signalstyrken.
I den nye version af protokollen , som blev introduceret for nylig, er pakkevariationen reduceret til 5 sekunder, og der anvendes 4-tonemodulation med en transmissionshastighed på 23 baud. Den optagne signalbåndbredde er cirka 90 kHz.
WSPR
WSPR — er en protokol, der specielt er rettet mod modtagelse og transmission af svage signaler. Dette er et signal, der overføres med en hastighed på kun 1,4648 baud (ja, kun lidt over 1 bit per sekund). Der anvendes frekvensmodulering (4-FSK) med en frekvensforskydning på 1,4648 Hz, så signalbåndbredden er kun 6 Hz. Den overførte datapakke har en størrelse på 50 bits, og der tilføjes også fejlkorrektionbits (non-recursive convolutional code, constraint length K=32, rate=1/2), så den samlede pakke størrelse bliver 162 bits. Disse 162 bits overføres på cirka 2 minutter (er der virkelig nogen, der stadig klager over langsomt internet?).
Alt dette gør det muligt at overføre data faktisk under støjniveauet, med næsten fantastiske resultater — for eksempel er det lykkedes at transmittere et signal på 100 mW fra benet af en mikroprocessor, ved hjælp af en indendørs rammeantenne, på en afstand af 1000 km.
WSPR fungerer helt automatisk og kræver ikke operatorens deltagelse. Det er nok at lade programmet køre, og efter et stykke tid kan man se loggen over arbejdet. Data kan også sendes til hjemmesiden , hvilket er praktisk til at vurdere signalforløb eller antennekvalitet — man kan sende et signal og straks se online, hvor det blev modtaget.
For øvrigt kan enhver interesseret deltage i modtagelsen af WSPR, selv uden et amatørlicensnummer (det er ikke nødvendigt for modtagelse) — det kræver blot en modtager og WSPR-programmet, og det hele kan også køre autonomt på en Raspberry Pi. Systemet er interessant både fra et videnskabeligt perspektiv og til eksperimenter med udstyr og antenner. Desværre er Rusland ikke meget tættere på modtagerstationer end Sudan, Egypten eller Nigeria, så nye deltagere er altid nyttige — der er mulighed for at være den første, og én modtager kan dække et område på op til tusind km.
Det er ganske interessant og temmelig komplekst at sende WSPR på frekvenser over 1 GHz - stabiliteten af frekvenserne på modtageren og transmitterne er her meget kritisk.
Jeg vil slutte min gennemgang her, selvom der selvfølgelig kun er nævnt nogle af de mest populære aspekter.
Konklusion
Hvis nogen har lyst til at prøve kræfter med det, så er det ikke så svært. For at modtage signaler kan man bruge enten en klassisk modtager (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X osv.) eller en SDR-modtager (SDRPlay RSP2, SDR Elad). Derefter er det nok at installere programmerne, som vist ovenfor, og man kan selv udforske radiofrekvenserne. Omkostningen ligger på 100-200 USD alt efter modtagerens model. Man kan også benytte online modtagere og slet ikke købe noget, selvom det ikke er helt så interessant.
For dem, der ønsker at arbejde med transmission, skal man anskaffe en transceiver med antenne og ansøge om en amatørlicens. Prisen på transceiveren svarer omtrent til prisen på en iPhone, så hvis man ønsker det, er det helt overkommeligt. Man skal også bestå en nem eksamen, og allerede efter omkring en måned kan man arbejde fuldt ud i æteren. Selvfølgelig er dette ikke bare — man skal lære om forskellige typer antenner, finde en installationsmetode og forstå frekvenser samt emissionsformer. Selvom ordet „skal“ måske ikke er passende her, for det er netop et hobbyprojekt, der gøres af interesse frem for tvang.
Alle ønskes held med eksperimenterne. Måske skaber nogle af læserne en ny digital kommunikationsform, og jeg vil med glæde inkludere en anmeldelse af den i denne tekst 😉
Kilde: habr.com
