Mis toimub raadiovõrgus? Raadiomaatikud/Ham radio

Tere, Habr.

Artikli esimeses osas räägiti raadiovõrgu uudistest kõrgete ja madalate lainete ametlikest jaamade kohta. Külalisjaamadest tasub rääkida eraldi. Esiteks, see on huvitav, teiseks, igaühel, kes soovib, on võimalus liituda nii vastuvõtu kui ka edastamise protsessiga.

Nagu ka varasemates osades, keskendume „digitaalsetele“ signaali töötlemisele. Vastuvõtuks ja signaalide dekodeerimiseks kasutame me ka Hollandi veebivastuvõtjat websdr ja MultiPSK programmi.

Need, keda huvitab, kuidas see töötab, saavad lugeda edasi.

Pärast seda, kui enam kui 100 aastat tagasi avastati, et lühilainetel on võimalik suhelda kogu maailmaga, kasutades edastajat, mis koosneb tegelikult vaid kahest lampist, hakkasid seda protsessi uurima mitte ainult korporatsioonid, vaid ka entusiastid. Sel ajal nägi see välja umbes nii, ja kuni tänaseni jääb ham radio täiesti huvitavaks tehniliseks hobiks. Millised sideliigid on tänapäeva raadiomaatikutele kergesti kätte saadavad, proovime välja selgitada.

Sagedusvahemikud

Raadiovõrku kasutatakse aktiivselt ametlike ja ringhäälingu jaamade poolt, seetõttu on raadiomaatikutele määratud kindlad sagedusvahemikud, et nad ei segaks teisi. Need vahemikud on üsna arvukad, alates üli pikkadest lainetest 137 kHz kuni mikrolaineteni 1.3, 2.4, 5.6 või 10 GHz (täiendavalt võib vaadata siin). Ühesõnaga, igaüks saab valida sõltuvalt oma huvidest ja tehnilisest varustusest.

Lihtsuse aspektist on kõige kergemini kätte saadavad sagedused lainetega 80-20m:
— Vahemik 3,5 MHz (80 m): 3500-3800 kHz.
— Vahemik 7 MHz (40 m): 7000-7200 kHz.
— Vahemik 10 MHz (30 m): 10100-10140 kHz.
— Vahemik 14 MHz (20 m): 14000-14350 kHz.
Neil sagedustel saab toimetada nii eespool mainitud veebivastuvõtja, kui ka enda isiklikuga, kui see suudab vastu võtta külglaine režiimis (LSB, USB, SSB).
Nüüd, kui kõik on valmis, vaatame, mida seal vastu võtta on.

Häälside ja Morsee tähestik

Kui vaadata läbi websdr kogu amatöörraadio vahemikku, on lihtne näha Morsee tähestiku signaale. Ametlikus raadiokommunikatsioonis ei kasutata seda enam praktiliselt, kuid mõned raadiomaatikud-entusiastid kasutavad seda endiselt.


Varem oli kutsungimärgi saamiseks isegi vajalik sooritada eksam moraalse signaalide vastuvõtus, kuid nüüd on see ilmselt jäänud ainult esimesse, kõrgeimasse kategooriasse (need eristuvad peamiselt ainult maksimaalse lubatud võimsuse poolest). Me dekodeerime CW-signaale CW Skimmeri ja Virtuaalse Helikaardi abil.

Raadiosõbrad kasutavad lühendatud koodi (Q-kood), eriti rida CQ DE DF7FF tähendab üldist kutset kõigile jaamadele raadiosõber DF7FFilt. Igal raadiosõbral on oma kutsungimärk, mille prefiks moodustatakse riigi koodist, see on piisavalt mugav, kuna kohe on selge, kust jaam edastab. Meie puhul kuulub kutsung DF7FF Saksamaa raadiosõbrale.

Mis puutub häälte side, siis sellega ei ole mingeid raskusi, soovijad saavad ise kuulata websdr-is. Kunagi Nõukogude Liidu ajal ei olnud kõigil raadiosõpradel õigust suhelda välismaalastega, nüüd selliseid piiranguid ei ole, ja side kaugus ja kvaliteet sõltub ainult antennide kvaliteedist, seadmetest ja operaatori kannatlikkusest. Neile, kes huvi tunnevad, saavad lugeda lähemalt raadiosõprade saitidel ja foorumites (cqham, qrz), meie liigume edasi digitaalsete signaalide juurde.

Kahjuks on paljudele raadiosõpradele töö "digiga" lihtsalt arvutikaardi ühendamine dekooderiga, vähesed süvenevad nüanssidesse, kuidas see töötab. Veel vähem on neid, kes teevad ise eksperimente digitaalsete signaalide töötlemise ja erinevate suhtlusviisidega. Sellest hoolimata on viimase 10-15 aasta jooksul ilmunud piisavalt palju digitaalseid protokolle, millest mõnda on huvitav uurida.

RTTY

On suhteliselt vana suhtlemise vorm, mis kasutab sagedusmodulatsiooni. Meetodit nimetatakse FSK (Frequency Shift Keying) ja see põhineb bitijada genereerimisel edastus sageduse muutmise kaudu.

Andmed kodeeritakse kiirel vahetusel kahe sageduse F0 ja F1 vahel. Erinevus dF = F1 — F0 nimetatakse sageduste jaotuseks ja see võib olla näiteks 85, 170 või 452 Hz. Teine parameeter on andmeedastuskiirus, mis võib samuti erineda ja olla näiteks 45, 50 või 75 bitti sekundis. Kuna meil on kaks sagedust, tuleb määrata, milline on "ülemine" ja milline "alumine", seda parameetrit nimetatakse tavaliselt "inversiooniks". Need kolm väärtust (kiirus, jaotus ja inversioon) määravad täielikult RTTY edastuse parameetrid. Peaaegu igas dekodeerimisprogrammis võib leida need seaded ning isegi „silma järgi” neid parameetreid kohandades on võimalik dekodeerida enamik selliseid signaale.

Kunagi olid RTTY sidemed populaarsemad, kuid praegu, kui uurin websdr-i, ei kuulnud ma ühtegi signaali, seega on näitlik dekodeerimine keeruline. Soovijad saavad kuulata ise 7.045 või 14.080 MHz-l, teleprinteri kohta on rohkem kirjutatud esimeses osas artiklist.

PSK31/63

Teine sideviis — faasimoodulatsioon, Phase Shift Keying. Siin ei muutu sagedus, vaid faas, graafikul näeb see välja umbes nii:


Signaali bittide kodeerimine seisneb faasi muutmises 180 kraadi, ning signaal ise on tegelikult puhas siinus — see tagab hea edastusvahemaa minimaalse edastusvõimsuse juures. Faasimuutust on raske ekraanipildilt näha, seda on võimalik märgata, kui suurendada ja üks fragment teise peale asetada.


Koodimine ise on suhteliselt lihtne — BPSK31 signaalid edastatakse kiirusel 31.25 baudi, faasi muutmine kodeerib "0", faasi muutuse puudumine "1". Sümbolite kodeerimist on võimalik vaadata Vikipeediast.

Visuaalselt on BPSK signaal spektris näha kitsas joones ning kõlades on see üsna puhtalt kuuldav toon (milleks ta tegelikult ongi). BPSK signaale on võimalik kuulda näiteks 7080 või 14070 MHz-l.

Huvitav on märkida, et nii BPSK-s kui ka RTTY-s saab signaali tugevuse ja vastuvõtu kvaliteedi kohta järeldusi teha joonte "heleduse" kaudu – kui mõni osa sõnumist kaob, siis sel kohal on sõnumis "prügi", kuid üldine sõnumi mõte jääb sageli siiski arusaadavaks. Operaator saab ise valida, millisele signaalile keskenduda, et seda dekodeerida. Uute ja nõrkade signaalide otsimine kaugemate kolleegide poolt on iseenesest üsna huvitav. Vastupidiselt sellele, järgmised protokollid on palju automatiseeritumad ning praktiliselt ei vaja inimese sekkumist. Kas see on hea või halb, on filosoofiline küsimus, kuid on kindlasti võimalik öelda, et mingi osa ham radio vaimust on sellistes režiimides kindlasti kadunud.

FT8/FT4

Järgmise tüüpi signaalide dekodeerimiseks on vaja installida programm WSJT. Signaalid FT8 edastatakse 8 sageduse sagedusmodulatsiooniga, mille lõikesagedus on vaid 6.25 kHz, mistõttu signaal hõlmab ainult 50 kHz laiust. FT8-s edastatakse andmed 14-sekundiliste "pakettide" kaudu, seega on arvuti täpne aja sünkroniseerimine üsna oluline. Vastuvõtt on peaaegu täielikult automatiseeritud – programm dekodeerib kutsenumbri ja signaali tugevuse.

Uus versioon protokollist FT4, mis ilmus hiljuti, on paketi kestust vähendatud 5 sekundini, kasutatakse 4-toonilist modulatsiooni kiirusel 23 baudi. Signaali laius on umbes 90 kHz.

WSPR

WSPR on protokoll, mis on spetsiaalselt suunatud nõrkade signaalide vastuvõtmiseks ja edastamiseks. See on signaal, mis edastatakse ainult kiirusel 1.4648 baudi (jah, vaid veidi rohkem kui 1 bitti sekundis). Edastamiseks kasutatakse sagedusmodulatsiooni (4-FSK) sageduste lahutusega 1.4648 Hz, nii et signaali laius on vaid 6 Hz. Edastatava andmepaketi suurus on 50 bitti, lisaks sellele lisatakse veakorrektiibiti (non-recursive convolutional code, constraint length K=32, rate=1/2), nii et paketi üldine suurus on 162 bitti. Need 162 bitti edastatakse umbes 2 minuti jooksul (kas keegi veel kaebab aeglase interneti üle?:).

Kõik see võimaldab andmeid edastada tegelikult allpool müra taset, peaaegu fantastiliste tulemustega – näiteks 100 mW signaaliga mikrokäопераtorist ja toakohandatud raamantenniga õnnestus edastada signaal 1000 km kaugusele.

WSPR töötab täiesti automaatselt ja ei vaja operaatori sekkumist. Piisab programmist käituda ja mõne aja pärast saab vaadata töölogi. Andmeid saab ka saata veebilehele wsprnet.org, mis on mugav antenni töö kvaliteedi või levikutee hindamiseks — signaali saab edastada ja kohe vaadata, kus see online vastu võeti.

Muide, WSPR-i vastuvõtmiseks võib liituda iga soovija, isegi ilma raadioamatööri kutseta (vastuvõtmiseks see ei ole vajalik) — piisab vastuvõtjast ja WSPR-programmist, ning see kõik võib töötada isegi iseseisvalt Raspberry Pi-l. Süsteem on huvitav nii teaduslikult kui ka katsetuste jaoks seadmete ja antennidega. Kahjuks on Venemaa vastuvõtjaid tihedalt, olles kohe Sudanile, Egiptusele või Nigeriale lähedal, seega on uued osalejad alati teretulnud — on võimalus olla esimene, ja ühe vastuvõtjaga saab katta ala tuhandeks kilomeetriks.

Üsna huvitav ja üsna keeruline on WSPR edastamine sagedustel üle 1 GHz — vastuvõtja ja saatja sageduse stabiilsus on siin ülimalt kriitiline.

Sellega lõpetan ülevaate, kuigi üles on loetletud muidugi kaugel mitte kõik, vaid ainult kõige populaarsemad.

Kokkuvõte

Kui kellelgi on ka tahtmine oma oskusi proovida, siis see ei ole sugugi keeruline. Signaalide vastuvõtmiseks võib kasutada kas klassikalist (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X jmt) või SDR-vastuvõtjat (SDRPlay RSP2, SDR Elad). Edasi on piisavalt installida programmid, nagu eespool näidatud, ja saab ise raadiosaateid uurida. Küsimuse hind on 100–200 dollarit sõltuvalt vastuvõtja mudelist. Samuti võib kasutada online-vastuvõtjaid ja mitte midagi osta, kuigi see ei ole siiski nii huvitav.

Need, kes soovivad tegeleda ka edastamisega, peavad soetama transiivri koos antenniga ja taotlema raadioamatööri litsentsi. Transiivri hind on umbes sama, mis iPhone'i hind, seega on see soovi korral täiesti kättesaadav. Samuti tuleb sooritada lihtne eksam, ja umbes kuu aja pärast saab juba täieõiguslikult eetris töötada. Loomulikult ei ole see kõik lihtne — tuleb õppida antennide tüüpe, välja mõelda paigaldusviis, tutvuda sageduste ja kiirgamisvormidega. Kuigi sõna „peab” pole võib-olla siinkohal asjakohane, sest just seetõttu on see hobi, et seda tehakse huvi pärast, mitte sunniviisiliselt.

Kelle kõigile edukat katsetamist. Võib-olla loob keegi lugejatest uue digitaalsete sidevormi, ja ma laseksin hea meelega selle ülevaate siia teksti lisada 😉

Allikas: habr.com