Привіт Хабр.
У першій частині статті про те було розказано про службові станції на довгих та коротких хвилях. Окремо варто розповісти про радіоаматорські станції. По-перше, це теж цікаво, по-друге, приєднатися до цього процесу, як на прийом, так і на передачу, може будь-хто.
Як і в перших частинах, акцент буде робитися на «цифру» і на те, як влаштована обробка сигналів. Для прийому та декодування сигналів ми також користуватимемося голландським онлайн-приймачем та програмою MultiPSK.
Для тих, кому цікаво, як це працює, продовження під катом.
Після того, як понад 100 років тому стало відомо, що на коротких хвилях можна зв'язатися з усім світом, використовуючи передавач буквально із двох ламп, процесом зацікавилися не лише корпорації, а й ентузіасти. У ті роки виглядало це , Та й досі ham radio залишається цілком цікавим технічним хобі. Які види зв'язків доступні сучасним радіоаматорам, спробуємо розібратися.
частотні діапазони
Радіоефір дуже активно використовується службовими та мовними станціями, тому радіоаматорам виділені певні частотні діапазони, щоб вони не заважали іншим. Цих діапазонів досить багато, від наддовгих хвиль на 137КГц до НВЧ на 1.3, 2.4, 5.6 або 10ГГц (докладніше можна подивитися ). Загалом, кожен може вибрати, залежно від інтересів та технічної оснащеності.
З точки зору простоти прийому найбільш доступними є частоти з довжинами хвиль 80-20м:
- Діапазон 3,5 МГц (80 м): 3500-3800 кГц.
- Діапазон 7 МГц (40 м): 7000-7200 кГц.
- Діапазон 10 МГц (30 м): 10100-10140 кГц.
- Діапазон 14 МГц (20 м): 14000-14350 кГц.
На них можна налаштуватися як за допомогою вищезгаданого , так і зі свого особистого, якщо він може приймати як бічний смуги (LSB, USB, SSB).
Тепер, коли все готове, побачимо, що там можна прийняти.
Голосовий зв'язок та абетка Морзе
Якщо подивитися через websdr на весь аматорський радіодіапазон цілком, то легко побачити сигнали абетки Морзе. У службовому радіозв'язку вона вже практично не залишилася, але деякі радіоаматори-ентузіасти нею цілком активно користуються.
Раніше для отримання позивного потрібно було навіть скласти іспит з прийому сигналів Морзе, зараз це ніби залишилося тільки для першої, вищої категорії (відрізняються вони в основному, тільки максимальною допустимою потужністю). Ми будемо декодувати сигнали CW за допомогою CW Skimmer та Virtual Audio Card.
Радіоаматори, щоб скоротити довжину повідомлення, використовують укорочений код (), зокрема, рядок CQ DE DF7FF означає загальний виклик усім станціям від радіоаматора DF7FF. Кожен радіоаматор має свій позивний сигнал, префікс якого утворюється від , це зручно т.к. Одночасно відомо звідки мовить станція. У нашому випадку позивний DF7FF належить радіоаматору з Німеччини.
Щодо голосового зв'язку, то з нею ніяких складнощів немає, бажаючі можуть послухати самостійно на websdr. Колись за часів СРСР не всі радіоаматори мали права проводити радіозв'язки з іноземцями, зараз таких обмежень немає, і дальність та якість зв'язку залежить лише від якості антен, апаратури та терпіння оператора. Для тих, хто зацікавиться, почитати докладніше можна на радіоаматорських сайтах та форумах (cqham, qrz), ми ж перейдемо до цифрових сигналів.
На жаль, для багатьох радіоаматорів робота «цифрою» це просто з'єднання звукової карти комп'ютера з програмою-декодером, мало хто вникає у тонкощі того, як це працює. Ще менше які проводять власні експерименти з цифровою обробкою сигналів та різними видами зв'язку. Незважаючи на це, за останні 10-15 років з'явилося багато цифрових протоколів, деякі з яких цікаво розглянути.
RTTY
Достатньо старий вид зв'язку, який використовує частотну модуляцію. Сам метод називається FSK (Frequency Shift Keying) і полягає у формуванні бітової послідовності шляхом зміни частоти передачі.
Дані кодуються швидким перемиканням між двома частотами F0 та F1. Різниця dF = F1 — F0 називається розносом частот, і може дорівнювати, наприклад, 85, 170, або 452Гц. Другий параметр - це швидкість передачі, яка теж може бути різною, і складати, наприклад, 45, 50 або 75 біт в секунду. Т.к. у нас є дві частоти, то потрібно визначитися яка буде “верхня”, яка “нижня”, цей параметр зазвичай називається “інверсія”. Ось ці три значення (швидкість, рознесення та інверсія) повністю визначають параметри RTTY-передачі. У будь-яких програмах декодування можна знайти ці налаштування, і підібравши навіть “на око” ці параметри, можна декодувати більшість таких сигналів.
Колись зв'язки в RTTY були популярнішими, але зараз, зайшовши на websdr, я не почув жодного сигналу, тому приклад декодування привести складно. Бажаючі можуть послухати самостійно на 7.045 або 14.080МГц, детальніше про телетайп було написано в статті.
PSK31/63
Інший вид зв'язку - фазова модуляція, . Тут змінюється не частота, а фаза, на графіку це виглядає приблизно так:
Бітове кодування сигналу полягає в зміні фази на 180 градусів, а сам сигнал є фактично чистим синусом - це забезпечує непогану дальність передачі при мінімальній потужності, що передається. Фазовий зсув складно побачити на скріншоті, його можна помітити, якщо збільшити і накласти один фрагмент на інший.
Саме кодування відносно просто — BPSK31 сигнали передаються зі швидкістю 31.25 бод, зміна фази кодує «0», відсутність зміни фази «1». Кодування символів можна переглянути у Вікіпедії.
Візуально на спектрі сигнал BPSK видно як вузьку лінію, і на слух чути як досить чистий тон (чим він у принципі і є). Почути сигнали BPSK можна, наприклад, на 7080 або 14070МГц, декодувати їх можна в MultiPSK.
Цікаво відзначити, що і в BPSK і в RTTY по «яскравості» лінії можна судити силі сигналу і якість прийому — якщо якась частина повідомлення пропадає, то в цьому місці повідомлення буде «сміття», але загальний зміст повідомлення часто залишається все одно зрозумілим. Оператор сам може вибирати, на який сигнал навестися, щоб його декодувати. Пошук нових і слабких сигналів від далеких кореспондентів сам по собі досить цікавий, також при спілкуванні (як можна бачити на картинці вище) можна використовувати довільний текст, вести «живий» діалог. На відміну від цього, наступні протоколи набагато автоматизованіші, і практично не вимагають участі людини. Добре це чи погано, питання філософське, але безперечно можна сказати, що якась частина ham radio spirit у таких режимах безумовно втрачена.
FT8/FT4
Для декодування наступного типу сигналів необхідно встановити програму . Сигнали передаються за допомогою частотної модуляції з 8 частот зі зсувом всього 6.25Гц, так що сигнал займає смугу всього лише 50Гц. Дані в FT8 передаються пакетами тривалістю близько 14 секунд, так що точна синхронізація часу комп'ютера досить актуальна. Прийом майже повністю автоматизований — програма декодує позивний силу сигналу.
У новій версії протоколу , Який з'явився нещодавно, тривалість пакета зменшена до 5с, використовується 4-тонова модуляція при швидкості передачі 23бод. Ширина займаної лінії сигналу становить приблизно 90Гц.
WSPR
WSPR — це протокол, спеціально орієнтований прийом і передачу слабких сигналів. Це сигнал, що передається зі швидкістю лише 1.4648 бод (так, лише трохи більше 1 біта в секунду). Для передачі використовується частотна модуляція (4-FSK) з рознесенням частот 1.4648Гц, отже ширина смуги сигналу лише 6Гц. Переданий пакет даних має обсяг 50 біт, до нього також додаються біти корекції помилок (non-recursive convolutional code, constraint length K=32, rate=1/2), у результаті загальний обсяг пакету дорівнює 162бит. Ці 162біт передаються приблизно за 2 хвилини (хтось буде скаржитися на повільний інтернет?:).
Все це дозволяє передавати дані фактично нижче за рівень шумів, з майже фантастичними результатами — наприклад, сигналом 100мВт з ніжки мікропроцесора, за допомогою кімнатної рамкової антени вдавалося передати сигнал на 1000км.
WSPR працює повністю автоматично і не вимагає участі оператора. Достатньо залишити програму працювати, і через якийсь час можна переглянути лог роботи. Дані також можуть надсилатися на сайт , Що зручно для оцінки проходження або якості антени - можна передати сигнал, і відразу подивитися онлайн, де він був прийнятий.
До речі, приєднатися до прийому WSPR може будь-який бажаючий, навіть без радіоаматорського позивного (для прийому він не потрібен) — достатньо приймача і програми WSPR, причому все це може працювати навіть автономно на Raspberry Pi (зрозуміло, потрібен реальний приймач, надсилати дані з чужих онлайн -приймачів сенсу немає). Система цікава як з наукової точки зору, так і для експериментів з апаратурою та антенами. На жаль, як видно з картинки нижче, за щільністю приймальних станцій Росія пішла недалеко від Судану, Єгипту чи Нігерії, тож нові учасники завжди корисні — є можливість бути першим, і одним приймачем можна накрити територію в тисячу км.
Дуже цікавим і досить складним, є передача WSPR на частотах вище 1ГГц - стабільність частоти приймача і передавача тут є критичною.
На цьому я закінчу огляд, хоча перераховано, зрозуміло, далеко не все, тільки найпопулярніше.
Висновок
Якщо комусь захотілося теж спробувати свої сили, то це не так уже й складно. Для прийому сигналів можна скористатися або класичним (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X та ін) або SDR-приймачем (SDRPlay RSP2, SDR Elad). Далі достатньо встановити програми, як показано вище, і можна вивчати радіоефір самостійно. Ціна питання становить 100-200 $ залежно від моделі приймача. Можна також скористатися онлайн-приймачами і взагалі нічого не купувати, хоча це все ж таки не так цікаво.
Для тих, хто захоче працювати ще й на передачу, доведеться придбати трансівер з антеною та оформити радіоаматорську ліцензію. Ціна трансівера приблизно дорівнює ціні айфона, так що за бажання це цілком доступно. Потрібно також скласти нескладний іспит, і вже десь за місяць можна повноцінно працювати в ефірі. Звичайно, це все не просто - доведеться вивчити види антен, придумати спосіб встановлення, розібратися з частотами та видами випромінювання. Хоча слово «прийдеться» тут напевно недоречно, адже на те воно й хобі, що робиться для інтересу, а не з примусу.
До речі, спробувати цифрові зв'язки будь-хто може прямо зараз. Для цього достатньо поставити програму MultiPSK, і можна через звукову карту і мікрофон прямо «по повітрю» провести зв'язок з одного комп'ютера на інший будь-яким видом зв'язку, що цікавить.
Усім успішних експериментів. Може хтось із читачів створить новий цифровий вид зв'язку, і я із задоволенням увімкну його огляд у цей текст 😉
Джерело: habr.com