Cześć Habr.
W pierwszej części artykułu o tym opowiedziano o stacjach służbowych na falach długich i krótkich. Osobno warto wspomnieć o stacjach radioamatorskich. Po pierwsze, to też ciekawe, po drugie, do tego procesu, zarówno w odbiorze, jak i w nadawaniu, może dołączyć każdy chętny.
Jak w pierwszych częściach, uwaga będzie skupiona na „cyfrze” i na tym, jak odbywa się obróbka sygnałów. Do odbioru i dekodowania sygnałów również skorzystamy z holenderskiego odbiornika online oraz programu MultiPSK.
Dla tych, którzy są ciekawi, jak to działa, kontynuacja poniżej.
Po tym, jak ponad 100 lat temu odkryto, że na falach krótkich można nawiązać kontakt z całym światem, używając nadajnika dosłownie z dwóch lamp, zainteresowali się tym nie tylko korporacje, ale także entuzjaści. W tamtych latach wyglądało to , a ham radio do dziś pozostaje całkiem interesującym technicznym hobby. Jakie rodzaje łączności są dostępne dla współczesnych radioamatorów, spróbujemy się dowiedzieć.
Zakresy częstotliwości
Pasmo radiowe jest intensywnie wykorzystywane przez stacje serwisowe i nadawcze, więc dla radioamatorów wydzielono określone pasma częstotliwości, aby nie zakłócały innym. Jest ich sporo, od fal ultradługich na 137 kHz do mikrofal na 1,3, 2,4, 5,6 lub 10 GHz (więcej informacji można znaleźć ). Ogólnie rzecz biorąc, każdy może wybrać w zależności od swoich zainteresowań i możliwości technicznych.
Z punktu widzenia prostoty odbioru, najbardziej dostępne są częstotliwości z długościami fal 80-20 m:
— Pasmo 3,5 MHz (80 m): 3500-3800 kHz.
— Pasmo 7 MHz (40 m): 7000-7200 kHz.
— Pasmo 10 MHz (30 m): 10100-10140 kHz.
— Pasmo 14 MHz (20 m): 14000-14350 kHz.
Można je odbierać zarówno za pośrednictwem wspomnianego wcześniej , jak i za pomocą własnego, jeśli potrafi odbierać w trybie odwrotnej fali (LSB, USB, SSB).
Teraz, gdy wszystko jest gotowe, sprawdźmy, co można odebrać.
Łączność głosowa i alfabet Morse'a
Patrząc przez websdr na cały amatorski pasmo radiowe, łatwo dostrzec sygnały alfabetu Morse'a. W łączności serwisowej prawie w ogóle się jej nie używa, ale niektórzy radioamatorzy entuzjaści wciąż z niej korzystają.
Dawniej, aby uzyskać znak wywoławczy, trzeba było nawet zdać egzamin z odbioru sygnałów Morse'a; obecnie wydaje się, że dotyczy to tylko pierwszej, najwyższej kategorii (różnią się one głównie dopuszczalną mocą). My natomiast będziemy dekodować sygnały CW za pomocą CW Skimmer i Wirtualnej Karty Dźwiękowej.
Radiolubiący używają skróconego kodu (), w szczególności linia CQ DE DF7FF oznacza ogólne wezwanie do wszystkich stacji od radiolubiącego DF7FF. Każdy radiolubiący ma swój znak wywoławczy, którego prefiks tworzy się od , co jest dość wygodne, ponieważ od razu wiadomo, skąd nadaje stacja. W naszym przypadku znak wywoławczy DF7FF należy do radiolubiącego z Niemiec.
Jeśli chodzi o połączenia głosowe, nie ma z nimi żadnych problemów; chętni mogą posłuchać na websdr. Kiedyś, w czasach ZSRR, nie wszyscy radioamatorzy mieli prawo prowadzić łączności z cudzoziemcami, teraz takich ograniczeń już nie ma, a zasięg i jakość połączenia zależą tylko od jakości anten, sprzętu oraz cierpliwości operatora. Dla tych, którzy chcą się dowiedzieć więcej, można poczytać na stronach i forach radioamatorskich (cqham, qrz), przejdźmy jednak do sygnałów cyfrowych.
Niestety, dla wielu radioamatorów praca z „cyfrą” to po prostu połączenie karty dźwiękowej komputera z programem dekodującym; niewielu zagłębia się w szczegóły, jak to działa. Jeszcze mniej osób prowadzi własne eksperymenty z cyfrowym przetwarzaniem sygnałów i różnymi rodzajami łączności. Mimo to, w ciągu ostatnich 10-15 lat powstało wiele cyfrowych protokołów, z których niektóre zasługują na uwagę.
RTTY
Dość stary rodzaj łączności, wykorzystujący modulację częstotliwości. Samo zjawisko nazywa się FSK (Frequency Shift Keying) i polega na tworzeniu sekwencji bitowej poprzez zmianę częstotliwości nadawania.
Dane są kodowane przez szybkie przełączanie między dwoma częstotliwościami F0 i F1. Różnica dF = F1 — F0 nazywana jest rozstępem częstotliwości i może wynosić na przykład 85, 170 lub 452 Hz. Drugim parametrem jest prędkość transmisji, która również może być różna i wynosić na przykład 45, 50 lub 75 bitów na sekundę. Ponieważ mamy dwie częstotliwości, należy określić, która z nich będzie „górna”, a która „dolna”, ten parametr zazwyczaj nazywany jest „inwersją”. Te trzy wartości (prędkość, rozstęp i inwersja) w pełni definiują parametry transmisji RTTY. W praktycznie każdych programach dekodujących można znaleźć te ustawienia, a dobierając je nawet „na oko”, można zdekodować większość takich sygnałów.
Kiedyś łączność w RTTY była bardziej popularna, ale teraz, przeglądając websdr, nie usłyszałem żadnego sygnału, więc trudno podać przykład dekodowania. Chętni mogą posłuchać samodzielnie na 7.045 lub 14.080 MHz, bardziej szczegółowo o teletype napisano w artykułu.
PSK31/63
Inny rodzaj łączności — modulacja fazy, . Tutaj zmienia się nie częstotliwość, a faza, co na wykresie wygląda mniej więcej tak:
Kodowanie bitowe sygnału polega na zmianie fazy o 180 stopni, a sam sygnał jest w zasadzie czystym sinusoidalnym — zapewnia to dobrą zasięg transmisji przy minimalnej mocy. Zmiany fazy trudno dostrzec na zrzucie ekranu, można je zauważyć, jeśli powiększyć i nałożyć jeden fragment na drugi.
Samo kodowanie jest stosunkowo proste — w BPSK31 sygnały są przesyłane z prędkością 31,25 bodów, zmiana fazy koduje '0', brak zmiany fazy to '1'. Kodowanie symboli można zobaczyć w Wikipedii.
Wizualnie na spektrum sygnał BPSK widoczny jest jako wąska linia, a słyszalny jako dość czysty ton (czym w zasadzie jest). Sygnały BPSK można usłyszeć na przykład na 7080 lub 14070 MHz.
Ciekawe jest zauważyć, że w BPSK i RTTY po "jasności" linii można ocenić siłę sygnału i jakość odbioru — jeśli jakaś część wiadomości znika, w tym miejscu pojawi się "śmieć", ale ogólny sens wiadomości często pozostaje zrozumiały. Operator może sam decydować, na jaki sygnał się skupić, aby go zdekodować. Poszukiwanie nowych i słabych sygnałów od odległych korespondentów jest samo w sobie dość ciekawe. W przeciwieństwie do tego, kolejne protokoły są znacznie bardziej zautomatyzowane i praktycznie nie wymagają udziału człowieka. Czy to dobrze, czy źle, to już kwestia filozoficzna, ale z pewnością można stwierdzić, że jakaś część ducha ham radia w takich trybach została zdecydowanie utracona.
FT8/FT4
Aby zdekodować następujące typy sygnałów, należy zainstalować program . Sygnały są przesyłane za pomocą modulacji częstotliwości z 8 częstotliwościami o przesunięciu wynoszącym 6,25 Hz, co sprawia, że sygnał zajmuje pasmo tylko 50 Hz. Dane w FT8 przesyłane są w "pakietach" trwających około 14 sekund, dlatego dokładna synchronizacja czasu komputera jest bardzo istotna. Odbiór jest w dużej mierze zautomatyzowany — program dekoduje znaki wywoławcze i siłę sygnału.
W nowej wersji protokołu , który niedawno się pojawił, czas trwania pakietu został skrócony do 5s, używana jest modulacja 4-tonowa przy prędkości przesyłania 23 bodów. Szerokość zajmowanego pasma sygnału wynosi około 90 Hz.
WSPR
WSPR to protokół zaprojektowany z myślą o odbiorze i transmisji słabych sygnałów. To sygnał o prędkości zaledwie 1,4648 bod (tak, tylko nieco ponad 1 bit na sekundę). Do transmisji używana jest modulacja częstotliwościowa (4-FSK) z rozstawem częstotliwości 1,4648 Hz, co daje szerokość pasma sygnału wynoszącą zaledwie 6 Hz. Przesyłany pakiet danych ma rozmiar 50 bitów, do którego dodawane są bity korekcji błędów (non-recursive convolutional code, constraint length K=32, rate=1/2), co sprawia, że całkowity rozmiar pakietu wynosi 162 bity. Te 162 bity są przesyłane w ciągu około 2 minut (czy ktoś jeszcze narzeka na wolny internet?:)
To wszystko pozwala na przesyłanie danych właściwie poniżej poziomu szumów, z niemal fantastycznymi rezultatami — na przykład sygnałem 100 mW z nogi mikroprocesora, przy pomocy pokojowej anteny ramowej udało się przesłać sygnał na 1000 km.
WSPR działa w pełni automatycznie i nie wymaga udziału operatora. Wystarczy zostawić program włączonym, a po pewnym czasie można sprawdzić log pracy. Dane mogą być również przesyłane na stronę , co jest wygodne do oceny działania lub jakości anteny — można przesłać sygnał i od razu zobaczyć online, gdzie został odebrany.
A propos, do odbioru WSPR może dołączyć każdy, nawet bez znaku operatorskiego (do odbioru nie jest wymagany) — wystarczy odbiornik i program WSPR, który może działać nawet autonomicznie na Raspberry Pi. System jest interesujący zarówno z naukowego punktu widzenia, jak i do eksperymentów z urządzeniami i antenami. Niestety, jeśli chodzi o gęstość stacji odbiorczych, Rosja pod tym względem niewiele różni się od Sudanu, Egiptu czy Nigerii, więc nowi uczestnicy są zawsze mile widziani — jest możliwość bycia pierwszym, a jednym odbiornikiem można „pokryć” teren do tysiąca kilometrów.
Bardzo interesujące i dość skomplikowane jest przesyłanie WSPR na częstotliwościach powyżej 1 GHz — stabilność częstotliwości zarówno odbiornika, jak i nadajnika jest tutaj całkiem krytyczna.
Na tym kończę przegląd, choć wymienione zostało oczywiście tylko niektóre, najbardziej popularne.
Podsumowanie
Jeśli ktoś ma ochotę spróbować swoich sił, to wcale nie jest to trudne. Można korzystać albo z klasycznego odbiornika (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X itd.), albo z odbiornika SDR (SDRPlay RSP2, SDR Elad). Następnie wystarczy zainstalować programy, jak opisano powyżej, i można samodzielnie zgłębiać fale radiowe. Koszt to 100-200 zł w zależności od modelu odbiornika. Można także skorzystać z odbiorników online i w ogóle nic nie kupować, choć z pewnością nie jest to tak interesujące.
Dla tych, którzy chcą również nadawać, konieczne będzie zakupienie transceivera z anteną oraz uzyskanie licencji radioamatorskiej. Cena transceivera jest mniej więcej równa cenie iPhone'a, więc przy chęciach jest to całkiem dostępne. Będzie też trzeba zdać prosty egzamin, a już gdzieś za miesiąc można w pełni pracować na falach. Oczywiście, to nie jest proste — trzeba zgłębić rodzaje anten, wymyślić sposób ich instalacji, zrozumieć częstotliwości i typy emisji. Choć słowo „trzeba” jest tu pewnie nieodpowiednie, bo to hobby robi się dla przyjemności, a nie z przymusu.
Życzę wszystkim udanych eksperymentów. Może ktoś z czytelników stworzy nowy cyfrowy sposób komunikacji, a ja z radością dołączę jego przegląd do tego tekstu 😉
Źródło: habr.com
