Hallo Habr.
Im ersten Teil des Artikels geht es darum, Es wurde über die Dienststationen im Lang- und Kurzwellenbereich berichtet. Besonders erwähnenswert sind die Amateurfunkstationen. Erstens ist das ebenfalls interessant, und zweitens kann jeder, der möchte, sowohl beim Empfangen als auch beim Senden an diesem Prozess teilnehmen.
Wie in den vorherigen Teilen wird der Fokus auf "Digitalsignale" liegen und darauf, wie die Signalverarbeitung funktioniert. Für den Empfang und die Dekodierung der Signale verwenden wir auch den niederländischen Online-Empfänger und die Software MultiPSK.
Für diejenigen, die interessiert sind, wie das funktioniert, gibt es einen weiteren Abschnitt unter diesem.
Nachdem vor über 100 Jahren bekannt wurde, dass man über Kurzwellen mit der ganzen Welt kommunizieren kann, indem man einen Sender aus nur zwei Röhren baut, interessierten sich nicht nur Unternehmen dafür, sondern auch Enthusiasten. Damals sah das etwa so aus, , ну и до сих ham radio остается вполне интересным техническим хобби. Какие виды связей доступны современным радиолюбителям, попробуем разобраться.
Frequenzbänder
Funkwellen werden intensiv von Behörden- und Rundfunkstationen genutzt. Daher sind für Funkamateure bestimmte Frequenzbereiche festgelegt, um Störungen zu vermeiden. Diese Frequenzbereiche sind zahlreich und reichen von Langwellen bei 137 kHz bis zu Mikrowellen bei 1,3, 2,4, 5,6 oder 10 GHz. (Genaueres finden Sie hier ). Im Allgemeinen kann jeder je nach Interessen und technischer Ausstattung auswählen.
In Bezug auf die Empfangsimpelheit sind die Frequenzen mit Wellenlängen von 80-20 m am zugänglichsten:
— Bereich 3,5 MHz (80 m): 3500-3800 kHz.
— Bereich 7 MHz (40 m): 7000-7200 kHz.
— Bereich 10 MHz (30 m): 10100-10140 kHz.
— Bereich 14 MHz (20 m): 14000-14350 kHz.
Dort können Sie sowohl mit dem oben erwähnten , als auch mit Ihrem persönlichen Gerät empfangen, vorausgesetzt, es kann im Seitenbandmodus (LSB, USB, SSB) empfangen.
Jetzt, wo alles bereit ist, schauen wir, was empfangen werden kann.
Sprachkommunikation und Morsezeichen
Wenn man über websdr das gesamte Amateurfunkband betrachtet, sieht man leicht Morsezeichensignale. In der professionellen Funkkommunikation wird sie kaum noch verwendet, aber einige enthusiastische Funkamateure nutzen sie weiterhin.
Früher war es erforderlich, zur Erlangung eines Rufzeichens sogar eine Prüfung im Empfang von Morsezeichen abzulegen; heute scheint das nur noch für die erste, höchste Kategorie erforderlich zu sein (diese unterscheiden sich hauptsächlich durch die maximal zulässige Leistung). Wir werden die CW-Signale mit CW Skimmer und Virtual Audio Card dekodieren.
Amateurradiooperatoren verwenden einen verkürzten Code (), insbesondere bedeutet die Zeile CQ DE DF7FF einen allgemeinen Aufruf an alle Stationen von dem Amateurfunker DF7FF. Jeder Amateurfunker hat sein eigenes Rufzeichen, dessen Präfix sich aus , ergibt, was recht praktisch ist, da sofort erkennbar ist, von wo die Station sendet. In unserem Fall gehört das Rufzeichen DF7FF einem Funkamateur aus Deutschland.
Was die Sprachkommunikation betrifft, gibt es dabei keine Schwierigkeiten; Interessierte können selbst auf websdr zuhören. Früher, zur Zeit der Sowjetunion, hatten nicht alle Funkamateure das Recht, mit ausländischen Stationen zu kommunizieren. Heute gibt es solche Einschränkungen nicht mehr, und die Reichweite sowie die Qualität der Verbindung hängen nur von der Qualität der Antennen, der Geräte und der Geduld des Betreibers ab. Für diejenigen, die mehr erfahren möchten, gibt es interessante Informationen auf Amateurfunk-Webseiten und Foren (cqham, qrz). Jetzt wenden wir uns den digitalen Signalen zu.
Leider besteht für viele Funkamateure die Arbeit mit "Digitalem" einfach darin, die Soundkarte des Computers mit einem Dekoder-Programm zu verbinden. Nur wenige beschäftigen sich intensiver mit den Feinheiten, wie das Ganze wirklich funktioniert. Noch seltener sind Experimente mit der digitalen Signalverarbeitung und verschiedenen Kommunikationsarten. Trotz dieser Umstände sind in den letzten 10-15 Jahren eine Vielzahl von digitalen Protokollen entstanden, von denen einige interessant zu betrachten sind.
RTTY
Eine relativ alte Kommunikationsart, die Frequenzmodulation nutzt. Die Methode wird FSK (Frequency Shift Keying) genannt und besteht darin, eine Bitfolge durch Änderung der Übertragungsfrequenz zu erzeugen.
Die Daten werden durch einen schnellen Wechsel zwischen den beiden Frequenzen F0 und F1 codiert. Der Unterschied dF = F1 — F0 wird als Frequenzspread bezeichnet und kann beispielsweise 85, 170 oder 452 Hz betragen. Der zweite Parameter ist die Übertragungsrate, die ebenfalls variieren kann, beispielsweise 45, 50 oder 75 Bit pro Sekunde. Da wir zwei Frequenzen haben, muss festgelegt werden, welche „ober“ und welche „unter“ ist; dieser Parameter wird normalerweise als „Inversion“ bezeichnet. Diese drei Werte (Übertragungsrate, Frequenzspread und Inversion) definieren vollständig die Parameter der RTTY-Übertragung. In praktisch allen Dekodierungsprogrammen sind diese Einstellungen zu finden, und selbst durch eine grobe Anpassung dieser Parameter kann man die meisten solchen Signale dekodieren.
Früher war die Kommunikation über RTTY beliebter, doch heute habe ich beim Einstieg in websdr kein einziges Signal gehört, sodass es schwierig ist, ein Dekodierungsbeispiel anzuführen. Interessierte können selbst auf 7.045 oder 14.080 MHz mithören. Ausführlicher wurde über Teletyp geschrieben in des Artikels gehen.
PSK31/63
Eine andere Art der Kommunikation ist die Phasenmodulation, . Hier ändert sich nicht die Frequenz, sondern die Phase, was im Diagramm etwa so aussieht:
Die bitweise Codierung des Signals besteht darin, die Phase um 180 Grad zu ändern, während das Signal selbst praktisch eine reine Sinuswelle darstellt – das gewährleistet eine gute Reichweite bei minimaler Übertragungsleistung. Phasenverschiebungen sind auf einem Screenshot schwer zu erkennen, sie können allerdings durch Vergrößern und Überlagern eines Abschnitts auf einen anderen wahrgenommen werden.
Die Codierung selbst ist relativ einfach – bei BPSK31 werden die Signale mit 31,25 Baud übertragen, eine Phasenänderung codiert eine „0“, während das Fehlen einer Phasenänderung eine „1“ darstellt. Eine Übersicht über die Codierung von Zeichen ist in der Wikipedia zu finden.
Visuell zeigt sich das BPSK-Signal im Spektrum als schmale Linie und wird akustisch als ein ziemlich reiner Ton wahrgenommen (was es im Grunde auch ist). BPSK-Signale sind beispielsweise bei 7080 oder 14070 MHz zu hören.
Es ist interessant zu bemerken, dass man sowohl bei BPSK als auch bei RTTY anhand der "Helligkeit" der Linie auf die Signalstärke und die Empfangsqualität schließen kann – wenn ein Teil der Nachricht verloren geht, entsteht an dieser Stelle "Störungen", aber die Gesamtbedeutung der Nachricht bleibt oft dennoch verständlich. Der Operator kann selbst wählen, auf welches Signal er sich konzentrieren möchte, um es zu dekodieren. Die Suche nach neuen und schwachen Signalen von entfernten Korrespondenten ist an sich schon recht spannend. Im Gegensatz dazu sind die folgenden Protokolle viel automatisierter und erfordern praktisch keine menschliche Beteiligung. Ob das gut oder schlecht ist, ist eine philosophische Frage, aber man kann definitiv sagen, dass ein Teil des Ham-Radio-Geistes in solchen Modi sicherlich verloren gegangen ist.
FT8/FT4
Um den nächsten Signaltyp zu dekodieren, müssen Sie das Programm . Die Signale werden durch Frequenzmodulation mit 8 Frequenzen und einer Verschiebung von nur 6,25 Hz übertragen, sodass das Signal lediglich ein Band von 50 Hz einnimmt. Daten im FT8 werden in 'Paketen' mit einer Dauer von etwa 14 Sekunden gesendet, weswegen eine genaue Zeitsynchronisation des Computers von großer Bedeutung ist. Der Empfang ist nahezu vollständig automatisiert — das Programm dekodiert den Rufzeichensignal und die Signalstärke.
In der neuen Version des Protokolls , das kürzlich veröffentlicht wurde, wurde die Paketdauer auf 5 Sekunden reduziert, es kommt eine 4-Ton-Modulation mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 23 Baud zum Einsatz. Die Bandbreite des Signals beträgt etwa 90 Hz.
WSPR
WSPR ist ein Protokoll, das speziell für den Empfang und die Übertragung schwacher Signale entwickelt wurde. Es überträgt ein Signal mit einer Geschwindigkeit von nur 1,4648 Baud (ja, nur etwas mehr als 1 Bit pro Sekunde). Für die Übertragung wird die Frequenzmodulation (4-FSK) mit einer Frequenzabweichung von 1,4648 Hz verwendet, sodass die Bandbreite des Signals nur 6 Hz beträgt. Das übertragene Datenpaket hat eine Größe von 50 Bit, zu denen auch Fehlerkorrekturbits (nicht-rekursiver Faltungscode, Constraint Length K=32, Rate=1/2) hinzugefügt werden, wodurch die Gesamtdatenpaketgröße 162 Bit erreicht. Diese 162 Bit werden in etwa 2 Minuten übertragen (will noch jemand über langsames Internet klagen? 😊)
All dies ermöglicht die Übertragung von Daten tatsächlich unterhalb des Rauschpegels mit fast fantastischen Ergebnissen — zum Beispiel konnte ein Signal mit 100 mW vom Mikroprozessorausgang über eine Raumrahmenantenne über 1000 km übertragen werden.
WSPR arbeitet vollkommen automatisch und erfordert keine Beteiligung des Operators. Es reicht aus, das Programm laufen zu lassen, und nach einer gewissen Zeit kann man das Logbuch der Aktivitäten einsehen. Die Daten können ebenfalls an die Website , was praktisch ist, um die Signalstärke oder die Qualität der Antenne zu bewerten - man kann das Signal senden und sofort online sehen, wo es empfangen wurde.
Übrigens kann jeder, der möchte, am WSPR-Empfang teilnehmen, sogar ohne ein Amateurfunkzeugnis (dieses wird für den Empfang nicht benötigt) - ein Empfänger und das WSPR-Programm reichen aus, und das Ganze kann sogar autonom auf einem Raspberry Pi betrieben werden. Das System ist sowohl aus wissenschaftlicher Sicht als auch für Experimente mit Geräten und Antennen interessant. Leider ist Russland in Bezug auf die Dichte der Empfangsstationen derartige Länder wie Sudan, Ägypten oder Nigeria nicht weit voraus, daher sind neue Teilnehmer immer willkommen - es besteht die Möglichkeit, der Erste zu sein, und mit einem Empfangsgerät kann man ein Gebiet von tausend km „abdecken“.
Besonders interessant und ziemlich anspruchsvoll ist die WSPR-Übertragung auf Frequenzen über 1 GHz - die Stabilität der Frequenz von Empfänger und Sender ist hier äußerst kritisch.
Damit beende ich die Übersicht, obwohl selbstverständlich nicht alles aufgeführt ist, sondern nur die bekanntesten Punkte.
Fazit
Wenn jemand auch selbst aktiv werden möchte, ist das gar nicht so kompliziert. Um Signale zu empfangen, können entweder klassische Geräte wie der Tecsun PL-880 oder der Sangean ATS909X verwendet werden, oder ein SDR-Receiver wie der SDRPlay RSP2 oder SDR Elad. Anschließend reicht es aus, die Software wie oben beschrieben zu installieren, und man kann selbstständig das Radio-Ether lernen. Die Kosten liegen je nach Modell des Receivers zwischen 100 und 200 $. Es besteht auch die Möglichkeit, Online-Receiver zu nutzen und überhaupt keine Geräte zu kaufen, obwohl das nicht ganz so spannend ist.
Für diejenigen, die auch senden möchten, ist der Kauf eines Transceivers mit Antenne erforderlich, ebenso wie die Beantragung einer Amateurfunklizenz. Der Preis eines Transceivers liegt ungefähr auf Höhe eines iPhones, sodass er bei Interesse durchaus erschwinglich ist. Zudem muss eine einfache Prüfung abgelegt werden, und schon nach etwa einem Monat kann man aktiv im Funkbetrieb sein. Natürlich ist das nicht ganz einfach – man muss sich mit verschiedenen Antennenarten befassen, eine Installationsmethode erarbeiten, Frequenzen und Arten der Strahlung verstehen. Doch vielleicht ist das Wort „muss“ hier unangebracht, denn schließlich ist es ein Hobby, das aus Interesse und nicht aus Zwang betrieben wird.
Ich wünsche allen viel Erfolg bei ihren Experimenten. Vielleicht entwickelt einer der Leser eine neue digitale Kommunikationsform, und ich würde gerne seine Rezension in diesen Text aufnehmen 😉
Quelle: habr.com
