Ciao Habr.
Nella prima parte dell'articolo riguardante è stato raccontato delle stazioni di servizio sulle onde lunghe e corte. Vale la pena parlare delle stazioni radioamatoriali. Innanzitutto, è anche interessante, in secondo luogo, chiunque lo desideri può unirsi a questo processo, sia in ricezione che in trasmissione.
Come nelle prime parti, ci concentreremo sulla «digitale» e su come è organizzata l'elaborazione dei segnali. Per la ricezione e la decodifica dei segnali utilizzeremo anche il ricevitore online olandese e il programma MultiPSK.
Per coloro che sono interessati a come funziona, continuate a leggere.
Dopo che più di 100 anni fa è stato scoperto che sulle onde corte si può comunicare con tutto il mondo utilizzando un trasmettitore composto letteralmente da due valvole, il processo ha interessato non solo le aziende, ma anche gli appassionati. In quegli anni appariva così , e fino ad oggi l'ham radio rimane un hobby tecnico piuttosto interessante. Quali tipi di comunicazione sono disponibili per i moderni radioamatori, cerchiamo di chiarirlo.
Frequenze
L'onda radio viene utilizzata attivamente da stazioni di servizio e stazioni di trasmissione, quindi ai radioamatori sono state assegnate determinate bande di frequenza per non disturbare gli altri. Ci sono molte di queste bande, dalle onde ultra lunghe a 137 KHz fino alle microonde a 1,3, 2,4, 5,6 o 10 GHz (puoi vedere di più ). In generale, ognuno può scegliere in base ai propri interessi e alle attrezzature tecniche disponibili.
Dal punto di vista della facilità di ricezione, le frequenze più accessibili sono quelle con lunghezze d'onda da 80 a 20 m:
— Banda 3,5 MHz (80 m): 3500-3800 kHz.
— Banda 7 MHz (40 m): 7000-7200 kHz.
— Banda 10 MHz (30 m): 10100-10140 kHz.
— Banda 14 MHz (20 m): 14000-14350 kHz.
Si può sintonizzare sia utilizzando il già citato , sia con il proprio personale, se può ricevere in modalità a banda laterale (LSB, USB, SSB).
Ora che tutto è pronto, vediamo cosa possiamo ricevere.
Comunicazione vocale e codice Morse
Se si osserva tramite websdr l'intero spettro delle onde radio amatoriali, è facile vedere i segnali del codice Morse. Nella comunicazione radio di servizio, è già praticamente non utilizzato, ma alcuni radioamatori appassionati continuano a usarlo.
Un tempo, per ottenere un chiamata si doveva anche superare un esame sulla ricezione dei segnali Morse; ora sembra che questo sia rimasto solo per la prima categoria, quella superiore (differiscono principalmente per la potenza massima consentita). Noi decodificheremo i segnali CW utilizzando CW Skimmer e Virtual Audio Card.
Gli radioamatori utilizzano il codice abbreviato (), in particolare, la stringa CQ DE DF7FF significa una chiamata generale a tutte le stazioni da parte dell radioamatore DF7FF. Ogni radioamatore ha il proprio segnale di chiamata, il cui prefisso è formato da , il che è abbastanza conveniente, poiché è subito chiaro da dove trasmette la stazione. Nel nostro caso, la chiamata DF7FF appartiene a un radioamatore tedesco.
Per quanto riguarda la comunicazione vocale, non ci sono difficoltà, chi lo desidera può ascoltare autonomamente su websdr. In tempi dell'URSS non tutti gli radioamatori avevano il diritto di effettuare comunicazioni radio con stranieri, ora tali restrizioni non esistono, e la distanza e la qualità della comunicazione dipendono solo dalla qualità delle antenne, delle attrezzature e dalla pazienza dell'operatore. Per chi fosse interessato, può leggere di più sui siti e forum degli radioamatori (cqham, qrz), noi passeremo ai segnali digitali.
Purtroppo, per molti radioamatori, lavorare con la "digitale" è semplicemente collegare la scheda audio del computer a un programma di decodifica; pochi approfondiscono le complessità di come funziona. Ancora meno quelli che conducono esperimenti propri con l'elaborazione digitale dei segnali e diversi tipi di comunicazione. Nonostante ciò, negli ultimi 10-15 anni sono apparsi molti protocolli digitali, alcuni dei quali meritano una considerazione interessante.
RTTY
Un tipo di comunicazione piuttosto vecchio, che utilizza la modulazione di frequenza. Il metodo stesso è chiamato FSK (Frequency Shift Keying) e consiste nella formazione di una sequenza di bit cambiando la frequenza di trasmissione.
I dati vengono codificati tramite un rapido passaggio tra due frequenze F0 e F1. La differenza dF = F1 — F0 è chiamata scarto di frequenza e può valere, ad esempio, 85, 170 o 452 Hz. Il secondo parametro è la velocità di trasmissione, che può anch'essa variare, ad esempio, a 45, 50 o 75 bit al secondo. Poiché abbiamo due frequenze, è necessario stabilire quale sarà "superiore" e quale "inferiore", questo parametro è solitamente chiamato "inversione". Questi tre valori (velocità, scarto e inversione) definiscono completamente i parametri della trasmissione RTTY. In praticamente tutti i programmi di decodifica è possibile trovare queste impostazioni, e anche solo impostando questi parametri a occhio, è possibile decifrare la maggior parte di questi segnali.
Una volta le comunicazioni in RTTY erano più popolari, ma attualmente, accedendo a websdr, non ho sentito alcun segnale, quindi è difficile fare un esempio di decodifica. Chiunque è interessato può ascoltare autonomamente a 7.045 o 14.080 MHz, è stato scritto in modo più dettagliato riguardo al teletype in articoli.
PSK31/63
Un altro tipo di comunicazione è la modulazione di fase, . Qui non cambia la frequenza, ma la fase, e nel grafico appare circa così:
La codifica del segnale bit è basata sulla variazione della fase di 180 gradi, e il segnale stesso è praticamente un seno puro: questo garantisce una buona distanza di trasmissione a potenza trasmessa minima. Il cambiamento di fase è difficile da vedere in uno screenshot, ma può essere notato ingrandendo e sovrapponendo un segmento a un altro.
La codifica stessa è relativamente semplice: nel BPSK31 i segnali vengono trasmessi a una velocità di 31.25 baud, il cambiamento di fase codifica un "0", l'assenza di cambiamento di fase rappresenta un "1". La codifica dei simboli può essere consultata su Wikipedia.
Visivamente, nello spettro, il segnale BPSK appare come una linea sottile, e all'udito si presenta come un tono piuttosto puro (cosa che, in effetti, è). È possibile udire i segnali BPSK, ad esempio, a 7080 o 14070 MHz.
È interessante notare che in BPSK e RTTY, la "luminosità" delle linee può indicare sia la forza del segnale che la qualità della ricezione: se una parte del messaggio scompare, in quel punto del messaggio ci sarà "rumore", ma il senso generale del messaggio rimane comunque comprensibile. L'operatore può scegliere quale segnale decodificare. La ricerca di segnali nuovi e deboli da corrispondenti lontani è di per sé piuttosto interessante. A differenza di questo, i protocolli successivi sono molto più automatizzati e richiedono praticamente nessun intervento umano. Se sia positivo o negativo è una questione filosofica, ma si può dire con certezza che una parte dello spirito della radioamatoriale in tali modalità è decisamente perduta.
FT8/FT4
Per decodificare il seguente tipo di segnali è necessario installare il programma . I segnali vengono trasmessi tramite modulazione di frequenza su 8 frequenze con un offset di soli 6.25Hz, così il segnale occupa una larghezza di soli 50Hz. I dati in FT8 vengono trasmessi in "pacchetti" della durata di circa 14 secondi, quindi la sincronizzazione precisa dell'orologio del computer è piuttosto rilevante. La ricezione è quasi completamente automatizzata — il programma decodifica il nominativo e la forza del segnale.
Nella nuova versione del protocollo , che è apparso recentemente, la durata del pacchetto è stata ridotta a 5 secondi, utilizza una modulazione a 4 toni a una velocità di trasmissione di 23 baud. La larghezza della banda del segnale è di circa 90Hz.
WSPR
WSPR è un protocollo specificamente orientato alla ricezione e trasmissione di segnali deboli. Questo segnale viene trasmesso a una velocità di soli 1.4648 baud (sì, appena superiore a 1 bit al secondo). Per la trasmissione viene utilizzata la modulazione di frequenza (4-FSK) con una differenza di frequenza di 1.4648Hz, quindi la larghezza della banda del segnale è di soli 6Hz. Il pacchetto di dati trasmesso ha una dimensione di 50 bit, a cui si aggiungono anche i bit di correzione degli errori (codice convoluzionale non ricorsivo, lunghezza di vincolo K=32, tasso=1/2), quindi la dimensione totale del pacchetto è di 162 bit. Questi 162 bit vengono trasmessi in circa 2 minuti (qualcuno si lamenterà ancora della connessione lenta?:).
Tutto ciò permette di trasmettere dati praticamente al di sotto del livello di rumore, con risultati quasi fantastici: per esempio, un segnale di 100mW da un pin di un microprocessore, utilizzando un'antenna a telaio in camera, è riuscito a trasmettere un segnale fino a 1000km.
WSPR funziona completamente in modo automatico e non richiede l'intervento di un operatore. È sufficiente lasciare il programma in esecuzione e dopo un po' si può guardare il log delle operazioni. I dati possono anche essere inviati al sito , il che è comodo per valutare il passaggio o la qualità dell'antenna: si può trasmettere un segnale e vedere immediatamente online dove è stato ricevuto.
A proposito, chiunque voglia unirsi alla ricezione WSPR può farlo, anche senza un'indicazione call da radioamatore (per la ricezione non è necessaria) — è sufficiente avere un ricevitore e il programma WSPR, e tutto ciò può funzionare anche in modo autonomo su Raspberry Pi. Il sistema è interessante sia dal punto di vista scientifico che per esperimenti con apparecchiature e antenne. Purtroppo, in termini di densità delle stazioni riceventi, la Russia non è distante da Sudan, Egitto o Nigeria, quindi nuovi partecipanti sono sempre utili: c'è la possibilità di essere i primi e con un solo ricevitore si può 'coprire' un territorio di mille km.
Sicuramente interessante e piuttosto complesso è la trasmissione WSPR a frequenze superiori a 1 GHz: la stabilità della frequenza del ricevitore e del trasmettitore è piuttosto critica.
Concludo qui la mia panoramica, anche se ovviamente non ho elencato tutto, solo le cose più popolari.
Conclusione
Se a qualcuno è venuta voglia di provare a mettersi alla prova, non è affatto difficile. Per ricevere i segnali si può utilizzare un ricevitore classico (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X, ecc.), oppure un ricevitore SDR (SDRPlay RSP2, SDR Elad). Poi, è sufficiente installare i programmi, come mostrato sopra, e si può esplorare l'onda radio da soli. Il costo si aggira intorno ai 100-200 dollari a seconda del modello del ricevitore. Si possono anche usare ricevitori online e non acquistare nulla, anche se questo non è così interessante.
Per coloro che vogliono lavorare anche in trasmissione, sarà necessario acquistare un transceiver con un'antenna e ottenere una licenza da radioamatore. Il costo di un transceiver è simile a quello di un iPhone, quindi se si desidera è abbastanza accessibile. È inoltre necessario superare un esame non difficile e già dopo circa un mese si può lavorare a pieno titolo in onda. Certamente, non è tutto semplice: sarà necessario studiare i tipi di antenne, ideare un metodo di installazione, capire le frequenze e i tipi di emissione. Anche se la parola 'bisognerà' qui probabilmente è inappropriata, poiché è proprio questo il bello dell'hobby: viene praticato per interesse e non per costrizione.
Buon esperimento a tutti. Magari qualcuno dei lettori creerà un nuovo tipo di comunicazione digitale, e sarò felice di includere la sua recensione in questo testo 😉
Fonte: habr.com
