Olá Habr.
Na primeira parte do artigo sobre foi falado sobre estações de serviço em ondas longas e curtas. É importante mencionar as estações de rádio amador. Primeiro, isso também é interessante; segundo, qualquer pessoa pode se juntar a esse processo, tanto na recepção quanto na transmissão.
Assim como nas partes anteriores, o foco será na «digitização» e em como funciona o processamento de sinais. Para receber e decodificar sinais, também utilizaremos o receptor online holandês e o programa MultiPSK.
Para aqueles interessados em como isso funciona, a continuação está abaixo.
Depois que, mais de 100 anos atrás, se soube que era possível se conectar com o mundo todo em ondas curtas usando um transmissor feito literalmente de dois tubos, o processo chamou a atenção não só de corporações, mas também de entusiastas. Naquela época, isso parecia , e, até hoje, o rádio amador continua a ser um hobby técnico bastante interessante. Vamos tentar entender que tipos de conexões estão disponíveis para os radioamadores modernos.
Faixas de frequência
O espectro de rádio é amplamente utilizado por estações de serviço e de transmissão, portanto, foram designadas faixas de frequência específicas para que os radioamadores não interfiram nos outros. Existem muitas dessas faixas, desde ondas extremamente longas em 137 kHz até micro-ondas em 1.3, 2.4, 5.6 ou 10 GHz (você pode conferir mais detalhes ). Em geral, cada um pode escolher, dependendo de seus interesses e equipamentos técnicos.
Em termos de simplicidade de recepção, as frequências mais acessíveis são aquelas com comprimentos de onda de 80 a 20 m:
— Faixa de 3,5 MHz (80 m): 3500-3800 kHz.
— Faixa de 7 MHz (40 m): 7000-7200 kHz.
— Faixa de 10 MHz (30 m): 10100-10140 kHz.
— Faixa de 14 MHz (20 m): 14000-14350 kHz.
Nelas, é possível sintonizar tanto usando o referido , quanto em seu próprio, se ele puder receber em modo de faixa lateral (LSB, USB, SSB).
Agora que tudo está pronto, vamos ver o que podemos receber.
Comunicação de voz e alfabeto Morse
Se você olhar através do websdr para toda a faixa de rádio amador, é fácil ver os sinais do alfabeto Morse. Na comunicação de serviço, ele praticamente não é mais utilizado, mas alguns radioamadores entusiastas ainda o utilizam.
Antigamente, para obter um indicativo, era preciso até mesmo fazer um exame de recepção de sinais Morse; agora, isso parece ter permanecido apenas para a primeira, a categoria mais alta (que se diferencia principalmente pela potência máxima permitida). Nós vamos decodificar sinais CW com o CW Skimmer e o Virtual Audio Card.
Os radioamadores usam um código abreviado (), em particular, a string CQ DE DF7FF significa um chamado geral a todas as estações de um radioamador DF7FF. Cada radioamador possui seu próprio sinal de chamada, cujo prefixo é formado a partir do , o que é bastante conveniente, pois imediatamente se entende de onde a estação está transmitindo. No nosso caso, o indicativo DF7FF pertence a um radioamador da Alemanha.
Quanto à comunicação por voz, não há complicações; quem quiser pode ouvir por conta própria no websdr. Antigamente, na época da URSS, nem todos os radioamadores tinham permissão para realizar comunicações com estrangeiros; agora, tais limitações não existem, e a distância e a qualidade da comunicação dependem apenas da qualidade das antenas, do equipamento e da paciência do operador. Para aqueles que se interessam, pode-se ler mais detalhadamente em sites e fóruns de radioamadores (cqham, qrz); nós, por sua vez, vamos passar para os sinais digitais.
Infelizmente, para muitos radioamadores, o trabalho com "digital" é apenas a conexão da placa de som do computador com o programa decodificador; poucos se aprofundam nas sutilezas de como isso funciona. Ainda menos realizam seus próprios experimentos com processamento digital de sinais e diferentes tipos de comunicação. Apesar disso, nos últimos 10-15 anos, surgiram muitos protocolos digitais, alguns dos quais vale a pena considerar.
RTTY
É um tipo de comunicação bastante antigo, que utiliza modulação de frequência. O método em si é chamado de FSK (Frequency Shift Keying) e consiste na formação de uma sequência de bits por meio da mudança da frequência de transmissão.
Os dados são codificados pela troca rápida entre duas frequências F0 e F1. A diferença dF = F1 — F0 é chamada de desvio de frequência, que pode ser, por exemplo, 85, 170 ou 452 Hz. O segundo parâmetro é a velocidade de transmissão, que também pode ser variável, podendo ser, por exemplo, 45, 50 ou 75 bits por segundo. Como temos duas frequências, é necessário determinar qual será a 'superior' e qual será a 'inferior', sendo que esse parâmetro é geralmente chamado de 'inversão'. Esses três valores (velocidade, desvio e inversão) definem completamente os parâmetros de transmissão RTTY. Praticamente em qualquer programa de decodificação, é possível encontrar essas configurações, e ajustando esses parâmetros mesmo 'a olho', é possível decodificar a maioria desses sinais.
Antigamente, as comunicações em RTTY eram mais populares, mas agora, ao acessar o websdr, não ouvi nenhum sinal, então é difícil fornecer um exemplo de decodificação. Os interessados podem ouvir por conta própria em 7.045 ou 14.080 MHz, mais detalhes sobre o teletipo foram escritos em artigo.
PSK31/63
Outro tipo de comunicação — modulação de fase, . Aqui, não se muda a frequência, mas sim a fase; no gráfico, isso se parece aproximadamente com:
A codificação bit a bit do sinal consiste na mudança de fase em 180 graus, e o próprio sinal é, na verdade, um seno puro — isso proporciona uma boa distância de transmissão com a mínima potência transmitida. O desvio de fase é difícil de ver em uma captura de tela, podendo ser notado se ampliarmos e sobrepusermos um fragmento ao outro.
A própria codificação é relativamente simples — em BPSK31, os sinais são transmitidos a uma velocidade de 31,25 bauds, a mudança de fase codifica '0', enquanto a ausência de mudança de fase codifica '1'. A codificação de símbolos pode ser vista na Wikipedia.
Visualmente, no espectro, o sinal BPSK aparece como uma linha estreita e, ao ouvido, é percebido como um tom bastante limpo (o que, essencialmente, ele é). Sinais BPSK podem ser ouvidos, por exemplo, em 7080 ou 14070 MHz.
É interessante notar que tanto no BPSK quanto no RTTY, pela "intensidade" das linhas, pode-se julgar a força do sinal e a qualidade da recepção — se parte de uma mensagem se perde, há "ruído" neste ponto da mensagem, mas o significado geral ainda costuma ser compreensível. O operador pode escolher qual sinal focar para decodificá-lo. A busca por novos e fracos sinais de correspondentes distantes é, por si só, bastante interessante. Em contraste, os protocolos seguintes são muito mais automatizados e exigem pouca ou nenhuma intervenção humana. Se isso é bom ou ruim é uma questão filosófica, mas certamente podemos dizer que uma parte do espírito do rádio amador se perde em tais modos.
FT8/FT4
Para decodificar o próximo tipo de sinais, é necessário instalar o programa . Os sinais são transmitidos por meio de modulação de frequência a partir de 8 tons com um desvio de apenas 6,25 Hz, de modo que o sinal ocupa uma largura de apenas 50 Hz. Os dados em FT8 são transmitidos em "pacotes" com duração de cerca de 14 segundos, tornando a sincronização exata do tempo do computador bastante relevante. A recepção é quase totalmente automatizada — o programa decodifica o indicativo, a força do sinal.
Na nova versão do protocolo , que surgiu recentemente, a duração do pacote foi reduzida para 5 segundos, usando modulação de 4 tons a uma taxa de transmissão de 23 bauds. A largura da faixa do sinal ocupa aproximadamente 90 Hz.
WSPR
WSPR é um protocolo projetado especificamente para recepção e transmissão de sinais fracos. É um sinal transmitido a uma velocidade de apenas 1,4648 baud (sim, pouco mais de 1 bit por segundo). A modulação de frequência (4-FSK) com desvio de frequência de 1,4648 Hz é usada, assim a largura da faixa do sinal é de apenas 6 Hz. O pacote de dados transmitido tem um tamanho de 50 bits, adicionando também bits de correção de erro (código convolucional não recursivo, comprimento de restrição K=32, taxa=1/2), resultando em um tamanho total de pacote de 162 bits. Esses 162 bits são transmitidos em cerca de 2 minutos (alguém ainda vai reclamar de internet lenta?:).
Tudo isso permite a transmissão de dados de fato abaixo do nível de ruídos, com resultados quase fantásticos — por exemplo, um sinal de 100 mW saindo do pino do microprocessador, usando uma antena de moldura interna, conseguiu transmitir um sinal a 1000 km.
O WSPR funciona completamente de forma automática, não requerendo a participação do operador. Basta deixar o programa em funcionamento e, após um tempo, você pode verificar o log de trabalho. Os dados também podem ser enviados para o site. , o que é conveniente para avaliar a propagação ou a qualidade da antena — você pode transmitir um sinal e verificar online onde ele foi recebido.
Aliás, qualquer pessoa pode se juntar à recepção do WSPR, mesmo sem um indicativo de rádio (não é necessário para recepção) — basta ter um receptor e o programa WSPR, e tudo isso pode funcionar até de forma autônoma em um Raspberry Pi. O sistema é interessante tanto do ponto de vista científico quanto para experimentos com equipamentos e antenas. Infelizmente, em termos de densidade de estações receptoras, a Rússia não está muito à frente de Sudão, Egito ou Nigéria, então novos participantes são sempre bem-vindos — há a oportunidade de ser o primeiro, e com um único receptor é possível cobrir uma área de mil km.
É bastante interessante e bastante complicado, a transmissão WSPR em frequências acima de 1 GHz — a estabilidade da frequência do receptor e do transmissor é bastante crítica aqui.
Com isso, eu concluirei a revisão, embora tenha listado, é claro, longe de ser tudo, apenas os mais populares.
Conclusão
Se alguém quiser também tentar suas habilidades, não é tão difícil assim. Para receber sinais, você pode usar um receptor clássico (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X, etc.) ou um receptor SDR (SDRPlay RSP2, SDR Elad). Em seguida, basta instalar os programas, conforme mostrado acima, e você pode explorar o rádio por conta própria. O custo é de 100 a 200 dólares, dependendo do modelo do receptor. Você também pode usar receptores online e não comprar nada, embora isso não seja tão interessante.
Para quem quiser trabalhar também na transmissão, será necessário adquirir um transceptor com antena e obter a licença de rádio. O preço do transceptor é aproximadamente o mesmo de um iPhone, então, se desejado, é bastante acessível. Você também precisará passar em um exame simples, e já em cerca de um mês poderá trabalhar plenamente no ar. Claro, isso não é fácil — será necessário estudar os tipos de antenas, encontrar uma forma de instalação e entender as frequências e tipos de emissão. Embora a palavra "precisar" aqui talvez não seja adequada, pois é um hobby, que se faz por interesse e não por obrigação.
Desejo a todos experimentos bem-sucedidos. Talvez algum dos leitores crie uma nova forma digital de comunicação, e eu ficarei feliz em incluir sua análise neste texto 😉
Fonte: habr.com
