Hallo Habr.
Im ersten Teil des Artikels geht es um Es wurde über die Dienststationen auf den Lang- und Kurzwellensendern gesprochen. Besonders erwähnenswert sind die Amateurfunkstationen. Erstens ist es auch interessant, und zweitens kann sich jeder, der möchte, sowohl am Empfang als auch an der Übertragung beteiligen.
Wie in den ersten Teilen wird der Schwerpunkt auf der "Digitaltechnik" und der Signalverarbeitung liegen. Für den Empfang und die Dekodierung der Signale werden wir auch den niederländischen Online-Empfänger und das Programm MultiPSK nutzen.
Für diejenigen, die interessiert sind, wie das funktioniert, geht es nach dem Schnitt weiter.
Nachdem vor über 100 Jahren bekannt wurde, dass man auf Kurzwellensendern mit einem Sender, der buchstäblich aus zwei Röhren besteht, die ganze Welt erreichen kann, interessierten sich nicht nur Unternehmen, sondern auch Enthusiasten für diesen Prozess. In diesen Jahren sah es so aus , und bis heute bleibt Ham-Radio ein durchaus interessantes technisches Hobby. Welche Arten von Verbindungen modernen Funkamateuren zur Verfügung stehen, wollen wir herausfinden.
Frequenzbänder
Der Rundfunk wird sehr aktiv von Dienst- und Rundfunksendern genutzt, weshalb Amateurfunkern bestimmte Frequenzbänder zugewiesen wurden, damit sie anderen nicht in die Quere kommen. Diese Bänder sind ziemlich zahlreich, von den ultralangen Wellen bei 137 kHz bis zu Mikrowellen bei 1,3, 2,4, 5,6 oder 10 GHz (mehr dazu kann man sehen ). Im Allgemeinen kann sich jeder je nach seinen Interessen und seiner technischen Ausstattung entscheiden.
In Bezug auf die Empfangsimpfindlichkeit sind die Frequenzen mit Wellenlängen von 80-20 m am zugänglichsten:
— Band 3,5 MHz (80 m): 3500-3800 kHz.
— Band 7 MHz (40 m): 7000-7200 kHz.
— Band 10 MHz (30 m): 10100-10140 kHz.
— Band 14 MHz (20 m): 14000-14350 kHz.
Dort kann man sich sowohl mit dem oben erwähnten , als auch mit dem eigenen Gerät einstellen, sofern es im Seitenbandmodus (LSB, USB, SSB) empfangen kann.
Jetzt, da alles bereit ist, schauen wir, was wir empfangen können.
Sprachkommunikation und das Morsealphabet
Wenn man über websdr den gesamten Amateurfunkbereich betrachtet, kann man leicht die Signale des Morsealphabets erkennen. In der Dienstfunkkommunikation wird es praktisch nicht mehr verwendet, aber einige Amateurfunk-Enthusiasten nutzen es noch.
Früher musste man, um ein Rufzeichen zu erhalten, sogar eine Prüfung über den Empfang von Morsezeichen ablegen, heutzutage scheint das nur noch für die erste, höchste Kategorie zu gelten (die unterscheiden sich hauptsächlich nur durch die maximal zulässige Leistung). Wir werden CW-Signale mit Hilfe von CW Skimmer und Virtual Audio Card dekodieren.
Amateurfunker verwenden einen verkürzten Code (), insbesondere bedeutet die Zeile CQ DE DF7FF einen allgemeinen Aufruf an alle Stationen vom Funkamateur DF7FF. Jeder Amateurfunker hat sein eigenes Rufzeichen, dessen Präfix sich aus dem bildet, was sehr praktisch ist, da sofort klar ist, aus welchem Land die Station sendet. In unserem Fall gehört das Rufzeichen DF7FF einem Funkamateur aus Deutschland.
Was die Sprachkommunikation angeht, so gibt es dabei keine Schwierigkeiten, Interessierte können selbst auf websdr lauschen. Früher, zu Zeiten der Sowjetunion, hatten nicht alle Amateurfunker das Recht, mit Ausländern zu funken, heutzutage gibt es solche Einschränkungen nicht mehr, und die Reichweite und Qualität der Verbindung hängen nur von der Qualität der Antennen, der Geräte und der Geduld des Operators ab. Für diejenigen, die sich dafür interessieren, kann man auf Amateurfunk-Webseiten und Foren (cqham, qrz) mehr dazu lesen, wir werden uns jetzt den digitalen Signalen zuwenden.
Leider ist für viele Amateurfunker die Arbeit mit 'Digital' einfach nur die Verbindung einer Soundkarte des Computers mit einem Dekoderprogramm, nur wenige beschäftigen sich intensiv mit den Feinheiten, wie das funktioniert. Noch weniger führen eigene Experimente mit der digitalen Signalverarbeitung und verschiedenen Kommunikationsarten durch. Trotzdem sind in den letzten 10-15 Jahren zahlreiche digitale Protokolle entstanden, von denen einige interessant sind, um sie zu betrachten.
RTTY
Eine relativ alte Art der Kommunikation, die Frequenzmodulation verwendet. Die Methode wird als FSK (Frequency Shift Keying) bezeichnet und besteht darin, eine Bitfolge durch Frequenzwechsel zu erzeugen.
Die Daten werden durch schnelles Umschalten zwischen zwei Frequenzen F0 und F1 kodiert. Der Unterschied dF = F1 — F0 wird als Frequenzversatz bezeichnet und kann beispielsweise 85, 170 oder 452 Hz betragen. Der zweite Parameter ist die Übertragungsgeschwindigkeit, die ebenfalls variabel sein kann und beispielsweise 45, 50 oder 75 Bit pro Sekunde betragen kann. Da wir zwei Frequenzen haben, müssen wir entscheiden, welche die "obere" und welche die "untere" sein wird; dieser Parameter wird üblicherweise als "Inversion" bezeichnet. Diese drei Werte (Geschwindigkeit, Versatz und Inversion) bestimmen vollständig die Parameter der RTTY-Übertragung. In praktisch allen Dekodierungsprogrammen können diese Einstellungen gefunden werden, und selbst durch "Augenmaß" können diese Parameter eingestellt werden, um die meisten solcher Signale zu dekodieren.
Früher war die Kommunikation über RTTY beliebter, aber jetzt, als ich auf websdr zuging, habe ich kein einziges Signal gehört, sodass es schwierig ist, ein Dekodierungsbeispiel zu geben. Interessierte können selbst auf 7.045 oder 14.080 MHz hören; detailliertere Informationen über den Telegrafen wurden in Artikel.
PSK31/63
Eine andere Art der Kommunikation ist die Phasenmodulation, . Hier ändert sich nicht die Frequenz, sondern die Phase; auf dem Diagramm sieht das etwa so aus:
Die bitweise Kodierung des Signals besteht darin, die Phase um 180 Grad zu ändern, und das Signal selbst ist im Grunde genommen eine reine Sinuswelle – dies sorgt für eine gute Reichweite bei minimaler Übertragungsleistung. Der Phasenversatz ist auf einem Screenshot schwer zu erkennen, kann aber bemerkt werden, wenn man ein Fragment vergrößert und übereinanderlegt.
Die Kodierung selbst ist relativ einfach – bei BPSK31 werden die Signale mit einer Geschwindigkeit von 31,25 Baud übertragen, wobei eine Phasenänderung "0" kodiert und das Fehlen einer Phasenänderung "1" kodiert. Die Kodierung der Symbole kann in der Wikipedia nachgeschlagen werden.
Visuell ist das BPSK-Signal im Spektrum als schmale Linie zu sehen und akustisch als ein ziemlich klarer Ton zu hören (was es letztlich ist). BPSK-Signale können beispielsweise auf 7080 oder 14070 MHz gehört werden.
Es ist interessant zu beachten, dass man sowohl bei BPSK als auch bei RTTY anhand der "Helligkeit" der Linien auf die Signalstärke und die Empfangsqualität schließen kann – wenn ein Teil der Nachricht fehlt, ist an dieser Stelle der Nachricht "Müll", aber der allgemeine Sinn der Nachricht bleibt oft verständlich. Der Operator kann selbst entscheiden, auf welches Signal er fokussieren möchte, um es zu dekodieren. Die Suche nach neuen und schwachen Signalen von weit entfernten Korrespondenten ist an sich schon recht interessant. 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 spirit in solchen Modi definitiv verloren gegangen ist.
FT8/FT4
Um die nächste Art von Signalen zu dekodieren, muss das Programm installiert werden . Signale werden mittels Frequenzmodulation aus 8 Frequenzen mit einer Verschiebung von nur 6.25 Hz übertragen, sodass das Signal nur ein Band von 50 Hz einnimmt. Die Daten in FT8 werden in "Paketen" mit einer Dauer von etwa 14 Sekunden übertragen, sodass eine genaue Zeitsynchronisierung des Computers recht aktuell ist. Der Empfang ist nahezu vollständig automatisiert – das Programm dekodiert das Rufzeichen, die Signalstärke.
In der neuen Version des Protokolls , das vor kurzem erschienen ist, wurde die Paketdauer auf 5 Sekunden verkürzt, es kommt eine 4-Ton-Modulation bei einer Übertragungsrate von 23 Baud zum Einsatz. Die Breite des beanspruchten Frequenzbandes beträgt etwa 90 Hz.
WSPR
WSPR ist ein Protokoll, das speziell auf den Empfang und die Übertragung schwacher Signale ausgerichtet ist. Dies ist ein Signal, das nur mit 1.4648 Baud übertragen wird (ja, nur etwas mehr als 1 Bit pro Sekunde). Dabei wird Frequenzmodulation (4-FSK) mit einem Frequenzabstand von 1.4648 Hz verwendet, sodass die Breite des Signals nur 6 Hz beträgt. Das übertragene Datenpaket hat eine Größe von 50 Bit, und es werden auch Fehlerkorrekturbits hinzugefügt (non-recursive convolutional code, constraint length K=32, rate=1/2), sodass die Gesamtgröße des Pakets 162 Bit beträgt. Diese 162 Bit werden in etwa 2 Minuten übertragen (wird sich noch jemand über langsames Internet beschweren?:).
All dies ermöglicht die Übertragung von Daten tatsächlich unterhalb des Rauschpegels mit nahezu fantastischen Ergebnissen – zum Beispiel konnte mit einem Signal von 100 mW vom Mikroprozessor, mithilfe einer Raum-Ferritantene, ein Signal über 1000 km übertragen werden.
WSPR arbeitet vollständig automatisch und benötigt keine Bedienereingriffe. Es genügt, das Programm laufen zu lassen, und nach einer gewissen Zeit kann das Protokoll der Arbeit eingesehen werden. Die Daten können auch an die Website gesendet werden , was praktisch ist, um die Signalübertragung oder die Qualität der Antenne zu beurteilen – man kann ein Signal senden und sofort online sehen, wo es empfangen wurde.
Übrigens kann jeder, der WSPR empfangen möchte, teilnehmen, sogar ohne eine Amateurfunklizenz (für den Empfang ist sie nicht erforderlich) – es genügt ein Empfänger und das Programm WSPR, wobei alles sogar autonom auf einem Raspberry Pi betrieben werden kann. Das System ist sowohl aus wissenschaftlicher Sicht als auch für Experimente mit Hardware und Antennen interessant. Leider ist die Dichte der Empfangsstationen in Russland nicht viel besser als die von Sudan, Ägypten oder Nigeria, sodass neue Teilnehmer immer willkommen sind – es besteht die Möglichkeit, der Erste zu sein, und mit einem Empfänger kann man ein Gebiet von tausend km „abdecken“.
Besonders interessant und recht komplex ist die Übertragung von WSPR auf Frequenzen über 1 GHz – die Stabilität der Frequenz von Empfänger und Sender ist hier ziemlich kritisch.
Damit beende ich die Übersicht, auch wenn selbstverständlich längst nicht alles aufgeführt ist, sondern nur die bekanntesten Punkte.
Fazit
Wenn jemand auch seine Fähigkeiten ausprobieren möchte, ist das gar nicht so schwer. Um Signale zu empfangen, kann man entweder einen klassischen Empfänger (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X usw.) oder einen SDR-Empfänger (SDRPlay RSP2, SDR Elad) verwenden. Dann genügt es, die Programme wie oben gezeigt zu installieren, und man kann die Funkwellen selbst erkunden. Die Kosten liegen bei etwa 100-200 $, je nach Modell des Empfängers. Man kann auch Online-Empfänger nutzen und überhaupt nichts kaufen, obwohl das nicht so spannend ist.
Für diejenigen, die auch senden möchten, ist es erforderlich, einen Transceiver mit Antenne zu erwerben und eine Amateurfunklizenz zu beantragen. Der Preis eines Transceivers entspricht etwa dem eines iPhones, weshalb dies durchaus erschwinglich ist, wenn man es möchte. Außerdem muss man eine nicht allzu schwierige Prüfung ablegen, und schon nach etwa einem Monat kann man aktiv im Funkverkehr arbeiten. Natürlich ist das alles nicht einfach – man muss sich mit den verschiedenen Arten von Antennen vertraut machen, eine Installationsmethode überlegen, sich mit Frequenzen und Arten der Emission beschäftigen. Obwohl das Wort „muss“ hier wohl nicht ganz zutrifft, denn es ist schließlich ein Hobby, das aus Interesse und nicht aus Zwang betrieben wird.
Allen viel Erfolg bei den Experimenten. Vielleicht erstellt einer der Leser eine neue digitale Verbindung, und ich werde gerne einen Überblick darüber in diesen Text einfügen 😉
Quelle: habr.com
