Pozdravljeni Habr.
V prvem delu članka o povedali so o bencinskih servisih na dolgih in kratkih valovih. Ločeno je vredno govoriti o amaterskih radijskih postajah. Prvič, to je tudi zanimivo, in drugič, vsak se lahko pridruži temu procesu, tako za sprejem kot za prenos.
Tako kot v prvih delih bo poudarek na "številki" in delovanju obdelave signala. Za sprejem in dekodiranje signalov bomo uporabili tudi nizozemski spletni sprejemnik. in program MultiPSK.
Za tiste, ki jih zanima, kako deluje, je nadaljevanje pod rezom.
Potem ko je pred več kot 100 leti postalo znano, da je mogoče z oddajnikom dobesedno dveh svetilk komunicirati s celim svetom na kratkih valovih, se za proces niso začele zanimati le korporacije, ampak tudi navdušenci. Takrat je bilo videti tako , no, radioamater je še vedno precej zanimiv tehnični hobi. Poskusimo ugotoviti, katere vrste komunikacij so na voljo sodobnim radioamaterjem.
Frekvenčni pasovi
Radijski zrak zelo aktivno uporabljajo servisne in oddajne postaje, zato so radioamaterjem dodeljena določena frekvenčna območja, da ne motijo drugih. Teh razponov je precej, od ultra dolgih valov pri 137 kHz do mikrovalov pri 1.3, 2.4, 5.6 ali 10 GHz (za več podrobnosti glejte ). Na splošno lahko vsakdo izbira, odvisno od svojih interesov in tehnične opreme.
Z vidika enostavnosti sprejema so najbolj dostopne frekvence z valovno dolžino 80-20m:
- 3,5 MHz pas (80 m): 3500-3800 kHz.
- 7 MHz pas (40 m): 7000-7200 kHz.
- 10 MHz pas (30 m): 10100-10140 kHz.
- 14 MHz pas (20 m): 14000-14350 kHz.
Lahko jih konfigurirate z zgornjim , in od svojega osebnega, če lahko sprejema v načinu stranskega pasu (LSB, USB, SSB).
Zdaj, ko je vse pripravljeno, poglejmo, kaj se tam lahko sprejme.
Govorna komunikacija in Morsejeva abeceda
Če pogledate celoten radioamaterski pas prek websdr, lahko preprosto vidite signale Morsejeve abecede. V radijskih komunikacijah praktično ne ostaja več, vendar ga nekateri radijski navdušenci aktivno uporabljajo.
Prej je bilo za pridobitev klicnega znaka treba opraviti celo izpit iz sprejemanja Morsejevih signalov, zdaj menda le za prvo, najvišjo, kategorijo (razlikujejo se predvsem le v največji dovoljeni moči). CW signale bomo dekodirali s CW Skimmerjem in Virtual Audio Card.
Radioamaterji, za zmanjšanje dolžine sporočila uporabite skrajšano kodo (), zlasti niz CQ DE DF7FF pomeni splošen klic vsem postajam iz radioamaterskega DF7FF. Vsak radioamater ima svoj klicni znak, katerega predpona je sestavljena iz , to je zelo priročno. takoj je jasno, od kod postaja oddaja. V našem primeru klicni znak DF7FF pripada radioamaterju iz Nemčije.
Kar zadeva govorno komunikacijo, s tem ni težav, tisti, ki želijo, lahko poslušajo sami na websdr. Nekoč v času ZSSR vsi radioamaterji niso imeli pravice opravljati radijskih komunikacij s tujci, zdaj teh omejitev ni, obseg in kakovost komunikacije pa sta odvisna le od kakovosti anten, opreme in potrpežljivost operaterja. Kogar zanima, si lahko več preberete na radioamaterskih straneh in forumih (cqham, qrz), mi pa bomo prešli na digitalne signale.
Na žalost je za mnoge radijske amaterje digitalno delo le povezava računalniške zvočne kartice s programom za dekodiranje, le malo ljudi se poglobi v zapletenost delovanja. Še manj jih izvaja lastne eksperimente z digitalno obdelavo signalov in različnimi vrstami komunikacije. Kljub temu se je v zadnjih 10-15 letih pojavilo veliko digitalnih protokolov, od katerih je nekaj zanimivih za razmislek.
RTTY
Precej stara vrsta komunikacije, ki uporablja frekvenčno modulacijo. Sama metoda se imenuje FSK (Frequency Shift Keying) in je sestavljena iz oblikovanja bitnega zaporedja s spreminjanjem frekvence prenosa.
Podatki so kodirani s hitrim preklapljanjem med dvema frekvencama F0 in F1. Razlika dF = F1 - F0 se imenuje frekvenčni razmik in je lahko enaka na primer 85, 170 ali 452 Hz. Drugi parameter je hitrost prenosa, ki je lahko tudi različna in je na primer 45, 50 ali 75 bitov na sekundo. Ker imamo dve frekvenci, potem se moramo odločiti, katera bo "zgornja" in katera "spodnja", ta parameter se običajno imenuje "inverzija". Te tri vrednosti (hitrost, razmik in inverzija) v celoti določajo parametre prenosa RTTY. V skoraj vsakem programu za dekodiranje lahko najdete te nastavitve in tudi če izberete te parametre "na oko", lahko dekodirate večino teh signalov.
Nekoč je bila bolj priljubljena RTTY komunikacija, zdaj pa ko sem šel na websdr nisem slišal niti enega signala, tako da težko navedem primer dekodiranja. Kdor želi, lahko sam posluša na 7.045 ali 14.080 MHz, več podrobnosti o teletipu smo zapisali v člankov.
PSK31/63
Druga vrsta komunikacije je fazna modulacija, . Tukaj se ne spreminja frekvenca, ampak faza, na grafu je videti nekako takole:
Bitno kodiranje signala je sestavljeno iz spreminjanja faze za 180 stopinj, sam signal pa je pravzaprav čisti sinus - to zagotavlja dober obseg prenosa z minimalno oddano močjo. Fazni premik je na posnetku zaslona težko viden, lahko ga vidite, če povečate in prekrijete en fragment na drugega.
Samo kodiranje je razmeroma preprosto - v BPSK31 se signali prenašajo s hitrostjo 31.25 bauda, fazna sprememba kodira "0", brez fazne spremembe "1". Kodiranje znakov najdete na Wikipediji.
Vizualno na spektru je signal BPSK viden kot ozka črta, zvočno pa ga slišimo kot dokaj čist ton (kar načeloma tudi je). Signale BPSK lahko slišite na primer na 7080 ali 14070 MHz in jih lahko dekodirate v MultiPSK.
Zanimivo je omeniti, da se tako v BPSK kot v RTTY lahko "svetlost" linije uporablja za presojo moči signala in kakovosti sprejema - če del sporočila izgine, potem bo "smeti" na tem mestu sporočila, vendar splošni pomen sporočila pogosto ostane enako razumljiv. Operater lahko izbere, na kateri signal se bo osredotočil, da ga dekodira. Iskanje novih in šibkih signalov oddaljenih dopisnikov je samo po sebi precej zanimivo, tudi pri komunikaciji (kot lahko vidite na zgornji sliki) lahko uporabite prosto besedilo in vodite "živi" dialog. Nasprotno pa so naslednji protokoli veliko bolj avtomatizirani in zahtevajo malo ali nič človeškega posredovanja. Ali je to dobro ali slabo, je filozofsko vprašanje, vsekakor pa lahko rečemo, da se delček radioamaterskega duha v takih načinih zagotovo izgubi.
FT8/FT4
Za dekodiranje naslednje vrste signalov morate namestiti program . Signali se prenašajo s frekvenčno modulacijo 8 frekvenc s premikom samo 6.25 Hz, tako da signal zasede pasovno širino le 50 Hz. Podatki v FT8 se prenašajo v "rafalih" po približno 14 sekund, zato je natančna časovna sinhronizacija računalnika zelo pomembna. Sprejem je skoraj popolnoma avtomatiziran - program dekodira klicni znak, moč signala.
V novi različici protokola , ki se je pred kratkim pojavil pred dnevi, se trajanje paketa zmanjša na 5 s, 4-tonska modulacija se uporablja pri hitrosti prenosa 23 baudov. Zasedena pasovna širina signala je približno 90 Hz.
WSPR
WSPR je protokol, posebej osredotočen na sprejemanje in oddajanje šibkih signalov. To je signal, ki potuje s samo 1.4648 baudom (da, nekaj več kot 1 bit na sekundo). Prenos uporablja frekvenčno modulacijo (4-FSK) s frekvenčnim razmikom 1.4648 Hz, tako da je pasovna širina signala samo 6 Hz. Preneseni podatkovni paket ima velikost 50 bitov, dodani so mu tudi biti za popravljanje napak (nerekurzivna konvolucijska koda, dolžina omejitve K=32, hitrost=1/2), posledično je skupna velikost paketa 162 bitov . Teh 162bitov se prenese v cca 2 minutah (se bo še kdo pritoževal nad počasnim internetom? :).
Vse to vam omogoča prenos podatkov dejansko pod nivojem hrupa, s skoraj fantastičnimi rezultati - na primer, 100mW signal iz mikroprocesorske noge, z uporabo sobne zanke antene, je bilo mogoče prenašati signal za 1000km.
WSPR deluje popolnoma samodejno in ne zahteva posredovanja operaterja. Dovolj je, da pustite program v teku in čez nekaj časa lahko vidite dnevnik dela. Podatke lahko pošljete tudi na stran , kar je priročno za ocenjevanje prenosa ali kakovosti antene - lahko oddate signal in takoj vidite na spletu, kje je bil sprejet.
Mimogrede, sprejemu WSPR se lahko pridruži kdorkoli, tudi brez amaterskega radijskega klicnega znaka (ni potreben za sprejem) - dovolj sta samo sprejemnik in program WSPR, vse to pa lahko deluje celo avtonomno na Raspberry Pi (seveda , potrebujete pravi sprejemnik za pošiljanje podatkov od drugih na spletu - sprejemniki nimajo smisla). Sistem je zanimiv tako z znanstvenega vidika kot za eksperimente z opremo in antenami. Na žalost, kot je razvidno iz spodnje slike, Rusija po gostoti sprejemnih postaj ni daleč od Sudana, Egipta ali Nigerije, zato so novi udeleženci vedno koristni - mogoče je biti prvi in z enim sprejemnikom. lahko "pokrijete" območje tisoč km.
Zelo zanimivo in precej zapleteno je oddajanje WSPR na frekvencah nad 1 GHz - tu je kritična stabilnost frekvence sprejemnika in oddajnika.
Na tem bom končal pregled, čeprav seveda še zdaleč ni vse našteto, le najbolj priljubljeno.
Zaključek
Če bi se kdo želel tudi preizkusiti, potem ni tako težko. Za sprejem signala lahko uporabite bodisi klasični (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X itd.) bodisi SDR sprejemnik (SDRPlay RSP2, SDR Elad). Nadalje je dovolj, da namestite programe, kot je prikazano zgoraj, in lahko sami preučujete radijsko oddajo. Cena izdaje je 100-200 $, odvisno od modela sprejemnika. Uporabite lahko tudi spletne sprejemnike in sploh ne kupite ničesar, čeprav to še vedno ni tako zanimivo.
Za tiste, ki želite delati tudi na oddajanju, boste morali kupiti oddajnik-sprejemnik z anteno in izdati radioamatersko dovoljenje. Cena oddajnika je približno enaka ceni iPhona, tako da je, če želite, povsem ugoden. Prav tako boste morali opraviti preprost izpit in čez približno mesec dni boste lahko v celoti delali v zraku. Seveda vse to ni enostavno - morali boste preučiti vrste anten, pripraviti način namestitve, se ukvarjati s frekvencami in vrstami sevanja. Čeprav je beseda »morati« tu verjetno neustrezna, saj to je pač hobi, ki se dela iz interesa in ne pod prisilo.
Mimogrede, digitalne komunikacije lahko že zdaj preizkusi kdorkoli. Če želite to narediti, preprosto namestite program MultiPSK in lahko komunicirate neposredno "po zraku" prek zvočne kartice in mikrofona iz enega računalnika v drugega z uporabo katere koli vrste komunikacije, ki vas zanima.
Vsi uspešni poskusi. Mogoče bo kdo od bralcev ustvaril novo digitalno obliko komunikacije in njegovo oceno bom z veseljem vključil v to besedilo 😉
Vir: www.habr.com