Witaj Habr.
W pierwszej części artykułu o tym mówiono o stacjach paliw na falach długich i krótkich. Osobno warto porozmawiać o amatorskich stacjach radiowych. Po pierwsze, jest to również interesujące, a po drugie, każdy może dołączyć do tego procesu, zarówno odbierając, jak i nadając.
Podobnie jak w pierwszych częściach, nacisk zostanie położony na to, co „cyfrowe” i na to, jak działa przetwarzanie sygnału. Do odbioru i dekodowania sygnałów wykorzystamy także holenderski odbiornik online oraz program MultiPSK.
Dla zainteresowanych tym, jak to działa, kontynuacja jest obcięta.
Gdy ponad 100 lat temu okazało się, że za pomocą nadajnika składającego się z dosłownie dwóch lamp można komunikować się z całym światem na falach krótkich, procesem zainteresowali się nie tylko korporacje, ale także pasjonaci. W tamtych latach wyglądało to tak , cóż, krótkofalówka nadal pozostaje dość interesującym hobby technicznym. Spróbujmy dowiedzieć się, jakie rodzaje komunikacji są dostępne dla współczesnych radioamatorów.
Zakresy częstotliwości
Fale radiowe są bardzo aktywnie wykorzystywane przez stacje usługowe i nadawcze, dlatego radioamatorom przydzielono określone zakresy częstotliwości, aby nie zakłócali innych. Tych zakresów jest całkiem sporo, od ultradługich fal o częstotliwości 137 kHz po mikrofale o częstotliwości 1.3, 2.4, 5.6 czy 10 GHz (więcej szczegółów można zobaczyć ). Generalnie każdy może wybierać, w zależności od zainteresowań i wyposażenia technicznego.
Z punktu widzenia łatwości odbioru najbardziej dostępne częstotliwości to fale o długości 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.
Możesz dostroić się do nich, korzystając z powyższego , oraz z Twojego osobistego, jeśli może odbierać w trybie pasma bocznego (LSB, USB, SSB).
Teraz, gdy wszystko jest już gotowe, zobaczmy, co można tam zaakceptować.
Komunikacja głosowa i alfabet Morse'a
Jeśli spojrzysz na całe pasmo radia amatorskiego poprzez websdr, możesz łatwo zobaczyć sygnały alfabetu Morse'a. Praktycznie nie jest już w służbie łączności radiowej, ale niektórzy entuzjaści radia aktywnie z niej korzystają.
Wcześniej, aby uzyskać znak wywoławczy, trzeba było nawet zdać egzamin z odbioru sygnałów Morse'a, teraz wydaje się, że pozostaje to tylko w pierwszej, najwyższej kategorii (różnią się one głównie, tylko maksymalną dopuszczalną mocą). Sygnały CW będziemy dekodować za pomocą CW Skimmer i Virtual Audio Card.
Radioamatorzy, aby skrócić długość przekazu, stosują skrócony kod (), w szczególności linia CQ DE DF7FF oznacza wywołanie ogólne do wszystkich stacji radioamatorskich DF7FF. Każdy radioamator ma swój własny znak wywoławczy, z którego utworzony jest przedrostek , jest to całkiem wygodne, ponieważ Od razu wiadomo, skąd stacja nadaje. W naszym przypadku znak wywoławczy DF7FF należy do radioamatora z Niemiec.
Jeśli chodzi o komunikację głosową, nie ma z nią żadnych trudności, chętni mogą słuchać samodzielnie na websdr. Kiedyś w ZSRR nie wszyscy radioamatorzy mieli prawo prowadzić łączność radiową z obcokrajowcami, obecnie nie ma takich ograniczeń, a zasięg i jakość łączności zależy jedynie od jakości anten, sprzętu i cierpliwości operator. Dla zainteresowanych więcej można przeczytać na stronach i forach krótkofalarstwa (cqham, qrz), ale my przejdziemy dalej do sygnałów cyfrowych.
Niestety dla wielu radioamatorów praca cyfrowa polega po prostu na podłączeniu komputerowej karty dźwiękowej do programu dekodującego; niewiele osób zagłębia się w zawiłości tego działania. Jeszcze mniej prowadzi własne eksperymenty z cyfrowym przetwarzaniem sygnałów i różnymi rodzajami komunikacji. Mimo to w ciągu ostatnich 10–15 lat pojawiło się całkiem sporo protokołów cyfrowych, a niektóre z nich są interesujące do rozważenia.
RTTY
Dość stary rodzaj komunikacji wykorzystujący modulację częstotliwości. Sama metoda nazywa się FSK (Frequency Shift Keying) i polega na utworzeniu sekwencji bitów poprzez zmianę częstotliwości transmisji.
Dane kodowane są poprzez szybkie przełączanie pomiędzy dwiema częstotliwościami F0 i F1. Różnica dF = F1 - F0 nazywana jest odstępem częstotliwości i może wynosić na przykład 85, 170 lub 452 Hz. Drugim parametrem jest prędkość transmisji, która również może być inna i wynosić np. 45, 50 lub 75 bitów na sekundę. Ponieważ Mamy dwie częstotliwości, wtedy musimy zdecydować, która będzie „wyższa”, a która „niższa”, parametr ten zwykle nazywa się „inwersją”. Te trzy wartości (prędkość, odstęp i inwersja) w pełni determinują parametry transmisji RTTY. Te ustawienia można znaleźć w prawie każdym programie dekodującym, a wybierając te parametry nawet „na oko”, można zdekodować większość tych sygnałów.
Kiedyś komunikacja RTTY była bardziej popularna, ale teraz, kiedy poszedłem do websdr, nie słyszałem ani jednego sygnału, więc trudno podać przykład dekodowania. Chętni mogą słuchać samodzielnie na częstotliwości 7.045 lub 14.080 MHz; więcej szczegółów na temat teletypu napisano w artykuły
PSK31/63
Innym rodzajem komunikacji jest modulacja fazowa, . Zmienia się tu nie częstotliwość, ale faza, na wykresie wygląda to mniej więcej tak:
Kodowanie bitowe sygnału polega na zmianie fazy o 180 stopni, a sam sygnał jest w rzeczywistości czystą falą sinusoidalną – zapewnia to dobry zasięg transmisji przy minimalnej przesyłanej mocy. Na zrzucie ciężko dostrzec przesunięcie fazowe, widać je powiększając i nakładając jeden fragment na drugi.
Samo kodowanie jest stosunkowo proste - w BPSK31 sygnały przesyłane są z prędkością 31.25 bodów, zmiana fazy jest kodowana „0”, brak zmiany fazy jest kodowany „1”. Kodowanie znaków można znaleźć w Wikipedii.
Wizualnie na widmie sygnał BPSK jest widoczny jako wąska linia, a słyszalnie jest słyszalny jako w miarę czysty ton (co w zasadzie jest). Sygnały BPSK usłyszysz np. na częstotliwości 7080 lub 14070 MHz, a w MultiPSK będziesz mógł je dekodować.
Warto zauważyć, że zarówno w BPSK, jak i RTTY „jasność” linii można wykorzystać do oceny siły sygnału i jakości odbioru - jeśli zniknie jakaś część komunikatu, wówczas pozostaną „śmieci” w tym miejscu przekazu, ale ogólne znaczenie przekazu często pozostaje takie samo zrozumiałe. Operator może wybrać, na którym sygnale się skupić, aby go zdekodować. Wyszukiwanie nowych i słabych sygnałów od odległych korespondentów jest samo w sobie dość interesujące, także podczas komunikacji (jak widać na powyższym obrazku) można korzystać z dowolnego tekstu i prowadzić „na żywo” dialog. Natomiast poniższe protokoły są znacznie bardziej zautomatyzowane i wymagają niewielkiej lub żadnej interwencji człowieka. To, czy to dobrze, czy źle, jest pytaniem filozoficznym, ale z całą pewnością możemy powiedzieć, że w takich trybach zdecydowanie traci się jakąś część ducha krótkofalarstwa.
FT8 / FT4
Aby rozszyfrować następujące typy sygnałów należy zainstalować program . Sygnały transmitowany przy użyciu modulacji częstotliwości 8 częstotliwości z przesunięciem zaledwie 6.25 Hz, dzięki czemu sygnał zajmuje szerokość pasma zaledwie 50 Hz. Dane w FT8 przesyłane są w „pakietach” trwających około 14 sekund, dlatego istotna jest dokładna synchronizacja czasu komputera. Odbiór jest niemal całkowicie zautomatyzowany – program dekoduje znak wywoławczy i siłę sygnału.
W nowej wersji protokołu , który pojawił się niedawno, czas trwania pakietu zostaje skrócony do 5 sekund, stosowana jest modulacja 4-tonowa przy prędkości transmisji 23 bodów. Zajęte pasmo sygnału wynosi około 90 Hz.
WSPR
WSPR to protokół zaprojektowany specjalnie do odbierania i przesyłania słabych sygnałów. Jest to sygnał przesyłany z prędkością zaledwie 1.4648 bodów (tak, nieco ponad 1 bit na sekundę). Transmisja wykorzystuje modulację częstotliwości (4-FSK) z odstępem częstotliwości 1.4648 Hz, więc szerokość pasma sygnału wynosi tylko 6 Hz. Przesyłany pakiet danych ma rozmiar 50 bitów, dodawane są do niego również bity korekcji błędów (nierekurencyjny kod splotowy, długość ograniczenia K=32, szybkość=1/2), co daje całkowity rozmiar pakietu 162 bity. Te 162 bity przesyłane są w około 2 minuty (ktoś jeszcze będzie narzekał na powolny internet? :).
Wszystko to pozwala na przesyłanie danych praktycznie poniżej poziomu szumów, z niemal fantastycznymi wynikami - przykładowo sygnał o mocy 100 mW z nogi mikroprocesora, za pomocą wewnętrznej anteny pętlowej udało się przesłać sygnał na odległość 1000 km.
WSPR działa w pełni automatycznie i nie wymaga udziału operatora. Wystarczy pozostawić program uruchomiony, a po pewnym czasie będzie można zobaczyć dziennik operacji. Dane mogą być również przesyłane do serwisu , co jest wygodne do oceny transmisji lub jakości anteny - możesz przesłać sygnał i od razu sprawdzić online, gdzie został odebrany.
Swoją drogą do odbioru WSPR może dołączyć każdy, nawet bez radioamatorskiego znaku wywoławczego (nie jest on wymagany do odbioru) - wystarczy odbiornik i program WSPR, a to wszystko może nawet działać autonomicznie na Raspberry Pi (oczywiście , potrzebujesz prawdziwego odbiornika, aby wysyłać dane od innych online - odbiorniki nie mają sensu). System jest interesujący zarówno z naukowego punktu widzenia, jak i do eksperymentów ze sprzętem i antenami. Niestety, jak widać na poniższym obrazku, pod względem zagęszczenia stacji odbiorczych do Rosji nie jest daleko od Sudanu, Egiptu czy Nigerii, więc nowi uczestnicy zawsze się przydają – można być pierwszym i to z jednym odbiornikiem możesz „objąć” obszar tysiąca km.
Bardzo interesującą i dość złożoną jest transmisja WSPR na częstotliwościach powyżej 1 GHz - tutaj kluczowa jest stabilność częstotliwości odbiornika i nadajnika.
Na tym zakończę recenzję, choć oczywiście nie wszystkie są wymienione, tylko te najpopularniejsze.
wniosek
Jeśli ktoś też chciałby spróbować swoich sił, to nie jest to takie trudne. Do odbioru sygnału można użyć odbiornika klasycznego (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X itp.) lub SDR (SDRPlay RSP2, SDR Elad). Następnie po prostu zainstaluj programy, jak pokazano powyżej, i możesz samodzielnie uczyć się radia. Cena emisyjna wynosi 100-200 dolarów w zależności od modelu odbiornika. Można też korzystać z odbiorników online i w ogóle nic nie kupować, choć i tak nie jest to zbyt ciekawe.
Ci, którzy chcą także nadawać, będą musieli kupić transceiver z anteną i uzyskać pozwolenie na radioamatorstwo. Cena transiwera jest w przybliżeniu taka sama jak cena iPhone'a, więc w razie potrzeby jest całkiem przystępna. Będziesz także musiał zdać prosty egzamin, a za około miesiąc będziesz mógł w pełni pracować na antenie. Oczywiście nie jest to łatwe - będziesz musiał przestudiować rodzaje anten, wymyślić metodę instalacji oraz zrozumieć częstotliwości i rodzaje promieniowania. Chociaż słowo „będzie musiało” jest tu chyba nie na miejscu, bo po to jest to hobby, coś, co robi się dla zabawy, a nie pod przymusem.
Nawiasem mówiąc, każdy może teraz spróbować komunikacji cyfrowej. Aby to zrobić, wystarczy zainstalować program MultiPSK i możesz komunikować się bezpośrednio „bezprzewodowo” za pośrednictwem karty dźwiękowej i mikrofonu z jednego komputera na drugi, korzystając z dowolnego rodzaju komunikacji.
Życzę wszystkim udanych eksperymentów. Być może któryś z czytelników stworzy nowy, cyfrowy rodzaj komunikacji, a ja chętnie zamieszczę jego recenzję w tym tekście 😉
Źródło: www.habr.com