O que você pode ouvir no rádio? rádio amador

Olá Habr.

Na primeira parte do artigo sobre isso o que se ouve no ar foi falado sobre postos de serviço em ondas longas e curtas. Separadamente, vale falar sobre rádios amadoras. Em primeiro lugar, isto também é interessante e, em segundo lugar, qualquer pessoa pode participar neste processo, tanto recebendo como transmitindo.

Tal como nas primeiras partes, a ênfase estará no “digital” e no funcionamento do processamento de sinais. Também usaremos um receptor online holandês para receber e decodificar sinais websdr e o programa MultiPSK.

Para quem está interessado em saber como funciona, a continuação está em segundo plano.

Depois que se soube, há mais de 100 anos, que era possível comunicar-se com o mundo inteiro em ondas curtas por meio de um transmissor de literalmente duas lâmpadas, não só empresas, mas também entusiastas se interessaram pelo processo. Naqueles anos era assim algo parecido com isto, bem, o rádio amador ainda continua sendo um hobby técnico bastante interessante. Vamos tentar descobrir quais tipos de comunicação estão disponíveis para os rádios amadores modernos.

Faixas de freqüência

As ondas de rádio são usadas ativamente por estações de serviço e transmissão, de modo que os rádios amadores recebem certas faixas de frequência para que não interfiram com outras. Existem muitas dessas faixas, desde ondas ultralongas de 137 KHz até microondas de 1.3, 2.4, 5.6 ou 10 GHz (você pode ver mais detalhes aqui). Em geral, todos podem escolher, dependendo dos interesses e do equipamento técnico.

Do ponto de vista da facilidade de recepção, as frequências mais acessíveis são com comprimentos de onda de 80-20m:
- 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.
Você pode sintonizá-los usando o acima receptor on-line, e do seu pessoal, se puder receber em modo banda lateral (LSB, USB, SSB).

Agora que está tudo pronto, vamos ver o que pode ser aceito aí.

Comunicação por voz e código Morse

Se você observar toda a banda de rádio amador através do websdr, poderá ver facilmente os sinais do código Morse. Praticamente não permanece mais em serviço de comunicações de rádio, mas alguns entusiastas de rádio o utilizam ativamente.


Anteriormente, para obter um indicativo de chamada, era necessário até passar em um exame de recepção de sinais Morse, agora isso parece ficar apenas para a primeira e mais alta categoria (eles diferem principalmente, apenas na potência máxima permitida). Decodificaremos sinais CW usando CW Skimmer e placa de áudio virtual.

Os rádios amadores, para reduzir o comprimento da mensagem, utilizam um código abreviado (Código Q), em particular, a linha CQ DE DF7FF significa uma chamada geral para todas as estações do radioamador DF7FF. Cada radioamador possui seu próprio indicativo de chamada, cujo prefixo é formado a partir de Código do país, isso é bastante conveniente porque Fica imediatamente claro de onde a estação está transmitindo. No nosso caso, o indicativo de chamada DF7FF pertence a um radioamador da Alemanha.

Quanto à comunicação por voz, não há dificuldades, quem quiser pode ouvir por conta própria no websdr. Antigamente, durante a URSS, nem todos os radioamadores tinham o direito de realizar comunicações de rádio com estrangeiros; agora não existem tais restrições, e o alcance e a qualidade da comunicação dependem apenas da qualidade das antenas, dos equipamentos e da paciência do operador. Para os interessados, você pode ler mais em sites e fóruns de rádios amadores (cqham, qrz), mas passaremos aos sinais digitais.

Infelizmente, para muitos radioamadores, trabalhar digitalmente é simplesmente conectar uma placa de som de computador a um programa decodificador; poucas pessoas se aprofundam nas complexidades de como isso funciona. Menos ainda realizam seus próprios experimentos com processamento digital de sinais e diferentes tipos de comunicação. Apesar disso, muitos protocolos digitais surgiram nos últimos 10 a 15 anos, alguns dos quais são interessantes de considerar.

RTTY

Um tipo de comunicação bastante antigo que utiliza modulação de frequência. O método em si é denominado FSK (Frequency Shift Keying) e consiste em formar uma sequência de bits alterando a frequência de transmissão.

Os dados são codificados alternando rapidamente entre duas frequências F0 e F1. A diferença dF = F1 - F0 é chamada de espaçamento de frequência e pode ser igual a, por exemplo, 85, 170 ou 452 Hz. O segundo parâmetro é a velocidade de transmissão, que também pode ser diferente e ser, por exemplo, 45, 50 ou 75 bits por segundo. Porque Temos duas frequências, então precisamos decidir qual será “superior” e qual será “inferior”, esse parâmetro costuma ser chamado de “inversão”. Esses três valores (velocidade, espaçamento e inversão) determinam completamente os parâmetros de transmissão RTTY. Você pode encontrar essas configurações em quase qualquer programa de decodificação e, selecionando esses parâmetros mesmo “a olho”, você pode decodificar a maioria desses sinais.

Antigamente as comunicações RTTY eram mais populares, mas agora, quando fui ao websdr, não ouvi um único sinal, por isso é difícil dar um exemplo de decodificação. Quem quiser pode ouvir por conta própria em 7.045 ou 14.080 MHz; mais detalhes sobre o teletipo foram escritos em a primeira parte artigos.

PSK31/63

Outro tipo de comunicação é a modulação de fase, Modificação de mudança de fase. Não é a frequência que muda aqui, mas a fase; no gráfico é mais ou menos assim:


A codificação de bits do sinal consiste em mudar a fase em 180 graus, e o sinal em si é na verdade uma onda senoidal pura - isso fornece um bom alcance de transmissão com potência mínima transmitida. A mudança de fase é difícil de ver na captura de tela, pode ser vista se você ampliar e sobrepor um fragmento a outro.


A codificação em si é relativamente simples - no BPSK31, os sinais são transmitidos a uma velocidade de 31.25 baud, uma mudança de fase é codificada como “0”, nenhuma mudança de fase é codificada como “1”. A codificação de caracteres pode ser encontrada na Wikipedia.

Visualmente no espectro, o sinal BPSK é visível como uma linha estreita e, audivelmente, é ouvido como um tom bastante puro (o que em princípio é). Você pode ouvir sinais BPSK, por exemplo, em 7080 ou 14070 MHz, e pode decodificá-los em MultiPSK.

É interessante notar que tanto no BPSK quanto no RTTY, o “brilho” da linha pode ser usado para julgar a força do sinal e a qualidade da recepção - se alguma parte da mensagem desaparecer, então haverá “lixo” neste local da mensagem, mas o significado geral da mensagem muitas vezes permanece o mesmo, compreensível. O operador pode escolher em qual sinal focar para decodificá-lo. A busca por sinais novos e fracos de correspondentes distantes é bastante interessante por si só; também na comunicação (como você pode ver na imagem acima), você pode usar texto livre e conduzir um diálogo “ao vivo”. Em contraste, os protocolos seguintes são muito mais automatizados, exigindo pouca ou nenhuma intervenção humana. Se isso é bom ou ruim é uma questão filosófica, mas podemos dizer com certeza que parte do espírito do rádio amador se perde definitivamente nesses modos.

FT8 / FT4

Para decodificar os seguintes tipos de sinais você precisa instalar o programa WSJT. Sinais FT8 transmitido usando modulação de frequência de 8 frequências com deslocamento de apenas 6.25 Hz, de forma que o sinal ocupe uma largura de banda de apenas 50 Hz. Os dados no FT8 são transferidos em “pacotes” que duram cerca de 14 segundos, portanto a sincronização precisa da hora do computador é muito importante. A recepção é quase totalmente automatizada - o programa decodifica o indicativo e a intensidade do sinal.

Na nova versão do protocolo FT4, que apareceu recentemente, a duração do pacote é reduzida para 5s, a modulação de 4 tons é usada a uma velocidade de transmissão de 23 baud. A largura de banda do sinal ocupada é de aproximadamente 90Hz.

WSPR

WSPR é um protocolo projetado especificamente para receber e transmitir sinais fracos. Este é um sinal transmitido a uma velocidade de apenas 1.4648 baud (sim, pouco mais de 1 bit por segundo). A transmissão usa modulação de frequência (4-FSK) com espaçamento de frequência de 1.4648 Hz, portanto a largura de banda do sinal é de apenas 6 Hz. O pacote de dados transmitido tem um tamanho de 50 bits, bits de correção de erros também são adicionados a ele (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 transferidos em cerca de 2 minutos (mais alguém vai reclamar da lentidão da Internet? :).

Tudo isso permite transmitir dados praticamente abaixo do nível de ruído, com resultados quase fantásticos - por exemplo, um sinal de 100 mW de uma perna de microprocessador, com a ajuda de uma antena de quadro interna foi possível transmitir um sinal por mais de 1000 km.

O WSPR funciona de forma totalmente automática e não requer a participação do operador. Basta deixar o programa em execução e depois de algum tempo você poderá ver o log da operação. Os dados também podem ser enviados para o site wsprnet.org, o que é conveniente para avaliar a transmissão ou a qualidade de uma antena - você pode transmitir um sinal e ver imediatamente online onde ele foi recebido.

Aliás, qualquer pessoa pode aderir à recepção WSPR, mesmo sem indicativo de rádio amador (não é necessário para recepção) - basta um receptor e o programa WSPR, e tudo isso pode até funcionar de forma autônoma em um Raspberry Pi (claro , você precisa de um receptor real para enviar dados de outras pessoas on-line - os receptores não fazem sentido). O sistema é interessante tanto do ponto de vista científico quanto para experimentos com equipamentos e antenas. Infelizmente, como pode ser visto na imagem abaixo, em termos de densidade de estações receptoras, a Rússia não está longe do Sudão, Egito ou Nigéria, então novos participantes são sempre úteis - é possível ser o primeiro, e com um receptor você pode “cobrir” uma área de mil km.

Muito interessante e bastante complexa é a transmissão WSPR em frequências acima de 1 GHz - a estabilidade de frequência do receptor e do transmissor é crítica aqui.

É aqui que terminarei a análise, embora, claro, nem tudo esteja listado, apenas os mais populares.

Conclusão

Se alguém quisesse tentar também, não seria tão difícil. Para receber sinais, você pode usar um receptor clássico (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X, etc.) ou SDR (SDRPlay RSP2, SDR Elad). Em seguida, basta instalar os programas conforme mostrado acima, e você mesmo poderá estudar o rádio. O preço de emissão é de US$ 100-200 dependendo do modelo do receptor. Você também pode usar receptores online e não comprar nada, embora isso ainda não seja tão interessante.

Para quem quiser também transmitir, terá que adquirir um transceptor com antena e obter licença de radioamador. O preço do transceptor é aproximadamente igual ao preço de um iPhone, por isso é bastante acessível, se desejado. Você também precisará passar em um exame simples e, em cerca de um mês, poderá trabalhar totalmente no ar. Claro, isso não é fácil - você terá que estudar os tipos de antenas, criar um método de instalação e entender as frequências e tipos de radiação. Embora a palavra “terá que” provavelmente seja inadequada aqui, porque é por isso que é um hobby, algo feito por diversão e não sob coação.

A propósito, qualquer pessoa pode experimentar a comunicação digital agora mesmo. Para isso, basta instalar o programa MultiPSK, e você poderá se comunicar diretamente “over the air” através de placa de som e microfone de um computador para outro utilizando qualquer tipo de comunicação de interesse.

Boas experiências a todos. Talvez um dos leitores crie um novo tipo de comunicação digital, e terei prazer em incluir sua crítica neste texto 😉

Fonte: habr.com