Cześć Habr.
W pierwszej części artykułu o opowiedziano o stacjach służbowych na falach długich i krótkich. Osobno warto wspomnieć o stacjach amatorskich. Po pierwsze, jest to również interesujące, a po drugie, każdy chętny może dołączyć do tego procesu, zarówno w odbiorze, jak i w nadawaniu.
Jak w poprzednich częściach, nacisk będzie kładziony na „cyfrowe” i na to, jak działa przetwarzanie sygnałów. Do odbioru i dekodowania sygnałów będziemy również korzystać z holenderskiego odbiornika online, i 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 składającego się dosłownie z dwóch lamp, procesem zainteresowali się nie tylko korporacje, ale i entuzjaści. W tamtych czasach wyglądało to , a do dziś radioamatorzy pozostają wciąż ciekawym technicznym hobby. Jakie rodzaje połączeń są dostępne dla nowoczesnych radioamatorów, spróbujemy zbadać.
Zakresy częstotliwości
Eter radiowy jest dość intensywnie wykorzystywany przez stacje służbowe i nadawcze, dlatego dla radioamatorów wyznaczono określone zakresy częstotliwości, aby nie przeszkadzać innym. Jest ich całkiem sporo, od fal ultradługich na 137 kHz do mikrofal na 1,3, 2,4, 5,6 lub 10 GHz (więcej można zobaczyć ). Generalnie każdy może wybrać, w zależności od swoich zainteresowań i wyposażenia technicznego.
Z punktu widzenia prostoty odbioru, najbardziej dostępne są częstotliwości o długościach fal 80-20 m:
— Zakres 3,5 MHz (80 m): 3500-3800 kHz.
— Zakres 7 MHz (40 m): 7000-7200 kHz.
— Zakres 10 MHz (30 m): 10100-10140 kHz.
— Zakres 14 MHz (20 m): 14000-14350 kHz.
Można je odbierać zarówno za pomocą wspomnianego już jak i za pomocą własnego, jeśli może on odbierać w trybie bocznej pasma (LSB, USB, SSB).
Teraz, gdy wszystko jest gotowe, zobaczmy, co można odebrać.
Łączność głosowa i alfabet Morse'a
Patrząc przez websdr na cały amatorski zakres radiowy, łatwo dostrzec sygnały alfabetu Morse'a. W służbowej łączności radiowej praktycznie już go nie stosuje, ale niektórzy radioamatorzy-entyści wciąż z niego korzystają.
Kiedyś, aby uzyskać znak wywoławczy, trzeba było nawet zdać egzamin z odbioru sygnałów Morse'a, obecnie wydaje się, że pozostało to tylko dla pierwszej, najwyższej kategorii (różnią się one głównie maksymalną dopuszczalną mocą). My będziemy dekodować sygnały CW za pomocą CW Skimmer i Virtual Audio Card.
Amatorzy radiowi używają skróconego kodu (), w szczególności, ciąg CQ DE DF7FF oznacza ogólne wezwanie do wszystkich stacji od amatora radiowego DF7FF. Każdy amator radiowy 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 amatora z Niemiec.
Jeśli chodzi o łączność głosową, nie ma z nią żadnych trudności, chętni mogą posłuchać samodzielnie na websdr. Kiedyś, w czasach ZSRR, nie wszyscy amatorzy radiowi mieli prawo prowadzić łączności radiowe z obcokrajowcami, obecnie takich ograniczeń już nie ma, a zasięg i jakość łączności zależą tylko od jakości anten, sprzętu oraz cierpliwości operatora. Dla zainteresowanych, aby poczytać więcej, można odwiedzić strony i fora dla amatorów radiowych (cqham, qrz), a my przejdziemy do sygnałów cyfrowych.
Niestety, dla wielu amatorów radiowych praca „cyfrowa” to po prostu połączenie karty dźwiękowej komputera z programem dekodującym, mało kto zagłębia się w niuanse tego, 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 pojawiło się całkiem sporo protokołów cyfrowych, z których niektóre warto rozważyć.
RTTY
To dość stary sposób łączności, wykorzystujący modulację częstotliwości. Sam sposób nazywa się FSK (Frequency Shift Keying) i polega na formowaniu ciągu bitowego poprzez zmianę częstotliwości transmisji.
Dane są kodowane przez szybkie przełączanie między dwiema częstotliwościami F0 i F1. Różnica dF = F1 — F0 nazywana jest rozdzielczością częstotliwości i może wynosić na przykład 85, 170 lub 452 Hz. Drugim parametrem jest szybkość transmisji, która również może być różna i wynosić na przykład 45, 50 lub 75 bitów na sekundę. Ponieważ mamy dwie częstotliwości, należy określić, która będzie „górna”, a która „dolna”, ten parametr zazwyczaj nazywany jest “inwersją”. Te trzy wartości (szybkość, rozdzielczość i inwersja) całkowicie określają parametry transmisji RTTY. W praktycznie każdej aplikacji dekodującej można znaleźć te ustawienia, a dobierając te parametry nawet „na oko”, można zdekodować większość takich sygnałów.
Kiedyś łączność w RTTY była bardziej popularna, ale teraz, wchodząc na websdr, nie usłyszałem żadnego sygnału, więc trudno przytoczyć przykład dekodowania. Chętni mogą posłuchać samodzielnie na 7.045 lub 14.080 MHz, bardziej szczegółowo o teletype napisano w artykułem.
PSK31/63
Inny rodzaj łączności — modulacja fazowa, . Tutaj zmienia się nie częstotliwość, ale faza, na wykresie wygląda to mniej więcej tak:
Bitowe kodowanie sygnału polega na zmianie fazy o 180 stopni, a sam sygnał jest de facto czystą sinusoida — zapewnia to przyzwoity zasięg przesyłania przy minimalnej mocy nadawania. Przesunięcie fazy trudno zauważyć na zrzucie ekranu, można je dostrzec, 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 „1”. Kodowanie symboli można sprawdzić w Wikipedii.
Wizualnie na spektrum sygnał BPSK widoczny jest jako wąska linia, a na słuch brzmi stosunkowo czysto (czym w zasadzie jest). Sygnały BPSK można usłyszeć na przykład na 7080 lub 14070 MHz.
Interesujące jest to, że w BPSK i RTTY po "jasności" linii można ocenić siłę sygnału oraz jakość odbioru — jeśli jakaś część wiadomości znika, to w tym miejscu wiadomości pojawia się "szum", ale ogólny sens wiadomości często pozostaje wciąż zrozumiały. Operator może sam wybierać, na jaki sygnał się nastawia, żeby go zdekodować. Poszukiwanie nowych i słabych sygnałów od odległych korespondentów jest samo w sobie dość interesujące. W przeciwieństwie do tego, następne protokoły są znacznie bardziej zautomatyzowane i praktycznie nie wymagają udziału człowieka. Czy to dobrze, czy źle, to pytanie filozoficzne, ale z pewnością można powiedzieć, że jakaś część ducha radioamatorskiego w takich trybach zdecydowanie została utracona.
FT8/FT4
Aby zdekodować następujące typy sygnałów, należy zainstalować program . Sygnały są przesyłane z użyciem modulacji częstotliwości z 8 częstotliwościami o przesunięciu wynoszącym zaledwie 6,25 Hz, przez co sygnał zajmuje pasmo wynoszące zaledwie 50 Hz. Dane w FT8 przesyłane są w "pakietach" o długości około 14 sekund, dlatego dokładna synchronizacja czasu komputera jest dość istotna. Odbiór jest niemal całkowicie zautomatyzowany — program dekoduje znak wywoławczy i siłę sygnału.
W nowej wersji protokołu , który niedawno się pojawił, długość pakietu została skrócona do 5 s, używana jest modulacja 4-tonowa przy prędkości przesyłania 23 bodów. Szerokość zajmowanego pasma sygnału wynosi około 90 Hz.
WSPR
WSPR — to protokół specjalnie zaprojektowany do odbioru i przesyłania słabych sygnałów. To sygnał przesyłany z prędkością zaledwie 1,4648 bodu (tak, tylko trochę więcej niż 1 bit na sekundę). Do przesyłania używa się modulacji częstotliwości (4-FSK) z różnicą częstotliwości 1,4648 Hz, w związku z czym szerokość pasma sygnału wynosi zaledwie 6 Hz. Przesyłany pakiet danych ma rozmiar 50 bitów, a do niego dodawane są bity korekcji błędów (kod konwolucyjny nierozprzestrzeniający, długość ograniczenia K=32, współczynnik=1/2), w rezultacie całkowity rozmiar pakietu wynosi 162 bity. Te 162 bity przesyłane są w około 2 minuty (czy ktoś jeszcze będzie narzekać na wolny internet?:).
Wszystko to pozwala na przesyłanie danych faktycznie poniżej poziomu szumów, z prawie fantastycznymi rezultatami — na przykład sygnałem 100 mW z nóżki mikroprocesora, za pomocą pokojowej anteny typu frame udało się przesłać sygnał na 1000 km.
WSPR działa całkowicie automatycznie i nie wymaga udziału operatora. Wystarczy pozostawić program w działaniu, a po pewnym czasie można sprawdzić logi. Dane mogą być również przesyłane na stronę. , co jest wygodne do oceny przejrzystości lub jakości anteny — można wysłać sygnał i od razu zobaczyć online, gdzie został odebrany.
Zresztą, każdy chętny może dołączyć do odbioru WSPR, nawet bez licencji krótkofalowca (nie jest wymagana do odbioru) — wystarczy odbiornik i program WSPR, który może pracować nawet autonomicznie na Raspberry Pi. System jest interesujący zarówno z naukowego punktu widzenia, jak i dla eksperymentów z urządzeniami i antenami. Niestety, pod względem gęstości stacji odbiorczych, Rosja nie jest daleko od Sudanu, Egiptu czy Nigerii, więc nowi uczestnicy są zawsze mile widziani — istnieje możliwość bycia pierwszym, a jednym odbiornikiem można pokryć obszar o średnicy tysiąca kilometrów.
Bardzo interesujące i dość skomplikowane jest przesyłanie WSPR na częstotliwościach powyżej 1GHz — stabilność częstotliwości odbiornika i nadajnika jest tutaj dość krytyczna.
Na tym zakończę przegląd, choć wymienione zostało, oczywiście, zaledwie kilka, tylko najpopularniejsze.
Podsumowanie
Jeśli ktoś chciałby spróbować swoich sił, to nie jest to takie trudne. Do odbierania sygnałów można użyć albo klasycznego (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X itd.), albo odbiornika SDR (SDRPlay RSP2, SDR Elad). Następnie wystarczy zainstalować programy, jak pokazano powyżej, i można samodzielnie badać radioefir. Koszt to około 100-200$, w zależności od modelu odbiornika. Można też skorzystać z odbiorników online i nic nie kupować, chociaż to nie jest aż tak interesujące.
Dla tych, którzy chcą także nadawać, będzie trzeba zakupić transceiver z anteną i uzyskać licencję krótkofalowca. Koszt transceivera jest zbliżony do ceny iPhone'a, więc przy chęci jest to całkiem dostępne. Trzeba także zdać prosty egzamin, a po miesiącu można już w pełni działać na falach. Oczywiście, to wszystko nie jest takie proste — trzeba poznać rodzaje anten, wymyślić sposób montażu, zrozumieć częstotliwości i rodzaje emisji. Choć słowo „trzeba” tutaj jest pewnie nie na miejscu, ponieważ to hobby, które robi się dla przyjemności, a nie z przymusu.
Życzę wszystkim udanych eksperymentów. Może ktoś z czytelników stworzy nowy cyfrowy sposób komunikacji, a ja z przyjemnością dołączę jego przegląd do tego tekstu 😉
Źródło: habr.com
