Qu'entend-on dans l'air? Partie 3, radioamateur / radioamateur

Salut, Habr.

Dans la première partie de l'article sur ce qui est entendu à l'antenne, il a été question des stations-service sur ondes longues et courtes. Il faut aussi parler des radios amateurs. Premièrement, c'est aussi intéressant, et deuxièmement, n'importe qui peut participer à ce processus, à la fois pour la réception et la transmission.



Comme dans les premières parties, l'accent sera mis sur le «nombre» et sur la manière dont le traitement du signal est organisé. Nous utiliserons également le récepteur en ligne néerlandais websdr et le programme MultiPSK pour recevoir et décoder les signaux.

Pour ceux qui sont intéressés par la façon dont cela fonctionne, continue sous la coupe.

Il y a plus de 100 ans, il est devenu connu qu'en ondes courtes, il est possible de communiquer avec le monde entier à l'aide d'un émetteur de deux lampes, non seulement des entreprises, mais aussi des passionnés qui se sont intéressés au processus. À l'époque, cela ressemblait à quelque chose comme ça, et jusqu'à présent, la radio amateur reste un passe-temps technique intéressant. Quels types de connexions sont disponibles pour les jambons modernes, essayons de le découvrir.

Gammes de fréquences

La radio est très activement utilisée par les stations de service et de radiodiffusion, de sorte que certaines gammes de fréquences sont attribuées aux radio-amateurs afin de ne pas interférer avec les autres. Il y a beaucoup de ces gammes, des ondes ultra-longues à 137 KHz aux micro-ondes à 1,3, 2,4, 5,6 ou 10 GHz (plus de détails peuvent être trouvés ici ). En général, chacun peut choisir, selon ses intérêts et son équipement technique.

Du point de vue de la facilité de réception, les fréquences les plus abordables sont les fréquences avec des longueurs d'onde de 80-20m:

• Portée 3,5 MHz (80 m): 3500-3800 kHz.
• Portée 7 MHz (40 m): 7000-7200 kHz.
• Portée 10 MHz (30 m): 10100-10140 kHz.
• Portée 14 MHz (20 m): 14000-14350 kHz.

Vous pouvez les écouter en utilisant le récepteur en ligne susmentionné, ou à partir de votre récepteur personnel s'il peut recevoir en mode bande latérale (LSB, USB, SSB).

Maintenant que tout est prêt, voyons ce qui peut y être accepté.

Code vocal et morse

Si vous regardez à travers Websdr sur toute la portée de la radio amateur, il est facile de voir les signaux du code Morse. Dans la communication radio officielle, elle n'est presque pas restée, mais certains amateurs de radio amateur l'utilisent assez activement.



Auparavant, pour obtenir l'indicatif d'appel, vous deviez même passer un examen pour recevoir les signaux Morse, maintenant cela ne semble être réservé qu'à la première catégorie la plus élevée (ils ne diffèrent principalement que par la puissance maximale autorisée). Nous allons décoder les signaux CW en utilisant CW Skimmer et Virtual Audio Card.



Pour réduire la longueur des messages, les opérateurs radioamateurs utilisent un code raccourci ( Q-code ), en particulier, la ligne CQ DE DF7FF signifie un appel général à toutes les stations du radio amateur DF7FF. Chaque radio-amateur a son propre indicatif, dont le préfixe est généré à partir du code du pays , ce qui est très pratique car il est immédiatement clair d'où la station émet. Dans notre cas, l'indicatif d'appel DF7FF appartient à une radio amateur d'Allemagne.

Quant à la communication vocale, elle ne pose aucun problème, chacun peut l'écouter par lui-même sur websdr. Parfois, à l'époque de l'URSS, tous les radio-amateurs n'avaient pas le droit de faire des communications radio avec des étrangers, maintenant il n'y a pas de telles restrictions, et la portée et la qualité des communications ne dépendent que de la qualité des antennes, de l'équipement et de la patience de l'opérateur. Pour ceux qui sont intéressés, vous pouvez en savoir plus sur les sites de radio amateur et les forums (cqham, qrz), mais nous passerons aux signaux numériques.

Malheureusement, pour de nombreux amateurs de radio amateur, l'opération «numérique» est simplement une combinaison de la carte son d'un ordinateur avec un programme de décodage, peu de gens se plongent dans les subtilités de son fonctionnement. Encore moins mènent leurs propres expériences avec le traitement numérique du signal et différents types de communication. Malgré cela, de nombreux protocoles numériques sont apparus au cours des 10 à 15 dernières années, dont certains sont intéressants à considérer.

RTTY

Une forme de communication assez ancienne utilisant la modulation de fréquence. La méthode elle-même est appelée FSK (Frequency Shift Keying) et consiste à former une séquence de bits en modifiant la fréquence de transmission.



Les données sont encodées en basculant rapidement entre les deux fréquences F0 et F1. La différence dF = F1 - F0 est appelée l'espacement des fréquences et peut être, par exemple, 85, 170 ou 452 Hz. Le deuxième paramètre est la vitesse de transmission, qui peut également être différente, et peut être, par exemple, 45, 50 ou 75 bits par seconde. Parce que Puisque nous avons deux fréquences, nous devons décider laquelle sera «supérieure», laquelle «inférieure», ce paramètre est généralement appelé «inversion». Ces trois valeurs (vitesse, espacement et inversion) déterminent entièrement les paramètres de la transmission RTTY. Dans presque tous les programmes de décodage, vous pouvez trouver ces réglages, et même en choisissant ces paramètres «à l'œil», vous pouvez décoder la plupart de ces signaux.



Plus de détails sur le télétype et les signaux de ce type ont été écrits dans la première partie de l' article.

PSK31 / 63

Un autre type de communication est la modulation de phase, Phase Shift Keying . Ce n'est pas la fréquence qui change ici, mais la phase, sur le graphique, cela ressemble à ceci:


Le codage binaire du signal consiste à changer la phase de 180 degrés, et le signal lui-même est en fait un pur sinus - cela fournit une bonne plage de transmission avec une puissance transmise minimale. Il est difficile de voir le déphasage dans la capture d'écran; il peut être remarqué si vous augmentez et superposez un fragment sur un autre.



Le codage lui-même est relativement simple - dans le BPSK31, les signaux sont transmis à une vitesse de 31,25 bauds, le changement de phase code "0", l'absence du changement de phase "1". L'encodage des caractères peut être consulté sur Wikipedia.



Visuellement sur le spectre, le signal BPSK est visible comme une ligne étroite, et est entendu à l'oreille comme un son assez pur (ce qu'il est fondamentalement). Vous pouvez entendre les signaux BPSK, par exemple, à 7080 ou 14070 MHz, vous pouvez les décoder en MultiPSK.



Il est intéressant de noter que dans BPSK et RTTY, vous pouvez juger de la force du signal et de la qualité de réception par la «luminosité» de la ligne - si une partie du message disparaît, il y aura des «ordures» à cet endroit du message, mais la signification générale du message reste souvent la même compréhensible. L'opérateur lui-même peut choisir le signal à viser pour le décoder. La recherche de signaux nouveaux et faibles provenant de correspondants éloignés est en soi très intéressante; en outre, lors de la communication (comme vous pouvez le voir dans l'image ci-dessus), vous pouvez utiliser du texte arbitraire et mener un dialogue "en direct". En revanche, les protocoles suivants sont beaucoup plus automatisés et nécessitent peu d'intervention humaine. Pour le meilleur ou pour le pire, la question est philosophique, mais on peut certainement dire qu'une partie de l'esprit radioamateur dans de tels modes est définitivement perdue.

FT8 / FT4

Pour décoder le type de signal suivant, vous devez installer le programme WSJT . Les signaux FT8 sont transmis en utilisant une modulation de fréquence de 8 fréquences avec un décalage de seulement 6,25 Hz, de sorte que le signal occupe une bande de seulement 50 Hz. Les données dans FT8 sont transmises en "paquets" d'une durée d'environ 14 secondes, la synchronisation exacte de l'heure de l'ordinateur est donc tout à fait pertinente. La réception est presque entièrement automatisée - le programme décode l'indicatif d'appel, la force du signal.



Dans la nouvelle version du protocole FT4 , qui est apparue récemment l'autre jour, la durée du paquet est réduite à 5 s, la modulation à 4 tons est utilisée à un débit en bauds. La largeur de bande du signal est d'environ 90 Hz.

Wspr

WSPR est un protocole spécialement conçu pour recevoir et transmettre des signaux faibles. Il s'agit d'un signal transmis à une vitesse de seulement 1,4648 bauds (oui, seulement un peu plus de 1 bit par seconde). Pour la transmission, la modulation de fréquence (4-FSK) est utilisée avec un espacement de fréquence de 1,4648 Hz, de sorte que la bande passante du signal n'est que de 6 Hz. Le paquet de données transmis a une taille de 50 bits, des bits de correction d'erreur (code convolutionnel non récursif, longueur de contrainte K = 32, débit = 1/2) y sont également ajoutés, en conséquence, la taille totale du paquet est de 162 bits. Ces 162 bits sont transmis en environ 2 minutes (quelqu'un d'autre se plaindra-t-il de la lenteur d'Internet? :).



Tout cela vous permet de transférer des données pratiquement inférieures au niveau de bruit, avec des résultats presque fantastiques - par exemple, un signal de 100 mW provenant de la jambe du microprocesseur, en utilisant une antenne à boucle d'ambiance, il était possible de transmettre un signal par 1000 km.

WSPR fonctionne de manière entièrement automatique et ne nécessite aucune intervention de l'opérateur. Il suffit de laisser le programme fonctionner, et après un certain temps, vous pouvez voir le journal de travail. Les données peuvent également être envoyées à wsprnet.org , ce qui est pratique pour évaluer la transmission ou la qualité de l'antenne - vous pouvez transmettre le signal, puis voir en ligne où il a été reçu. Il est également pratique d'utiliser le programme pour tester les antennes de réception - vous pouvez laisser le récepteur, par exemple, pendant une journée, et voir combien de signaux ont été reçus, leur puissance et leur direction.



Soit dit en passant, n'importe qui peut rejoindre la réception WSPR, même sans indicatif radio amateur (il n'est pas nécessaire de recevoir) - un récepteur et un programme WSPR suffisent, et tout cela peut même fonctionner de manière autonome sur le Raspberry Pi (bien sûr, vous avez besoin d'un vrai récepteur pour envoyer des données d'étrangers en ligne -les récepteurs n'ont pas de sens). Le système est intéressant à la fois d'un point de vue scientifique et pour des expériences avec des équipements et des antennes. Malheureusement, comme le montre l'image ci-dessous, en termes de densité de stations de réception, la Russie a quitté non loin du Soudan, de l'Égypte ou du Nigéria, donc de nouveaux participants sont toujours utiles - il y a la possibilité d'être le premier, et vous pouvez «couvrir» un territoire de mille kilomètres avec un récepteur.



La transmission de WSPR à des fréquences supérieures à 1 GHz est très intéressante et assez compliquée - la stabilité de la fréquence du récepteur et de l'émetteur est ici critique.

Sur ce, je vais terminer l'examen, bien que tous ne soient pas répertoriés, seulement les plus populaires. Il existe de nombreuses autres normes, numériques et analogiques - Olivia , Hellschriber , SSTV , JT65 , etc.

Conclusion

Si quelqu'un voulait aussi s’essayer, ce n’est pas si difficile. Pour recevoir des signaux, vous pouvez utiliser le classique (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X, etc.) ou le récepteur SDR (SDRPlay RSP2, SDR Elad). De plus, il suffit d'installer les programmes, comme indiqué ci-dessus, et vous pouvez étudier vous-même la diffusion radio. Le prix d'émission est de 100-200 $ selon le modèle du récepteur. Vous pouvez également utiliser des récepteurs en ligne et ne rien acheter du tout, bien que ce ne soit toujours pas si intéressant.

Pour ceux qui veulent travailler également sur la transmission, ils devront acheter un émetteur-récepteur avec une antenne et émettre une licence de radio amateur. Le prix de l'émetteur-récepteur est approximativement égal au prix d'un iPhone, donc si vous le souhaitez, il est assez abordable. Vous devrez également passer un examen simple et après environ un mois, vous pourrez pleinement travailler sur les ondes. Bien sûr, ce n'est pas facile - vous devez étudier les types d'antennes, trouver un moyen d'installer, gérer les fréquences et les types de rayonnement. Bien que le mot «aura» soit probablement inapproprié ici, parce que c'est un passe-temps, qui est fait dans un souci d'intérêt et non sous la contrainte.

Soit dit en passant, tout le monde peut essayer les communications numériques dès maintenant. Pour ce faire, il suffit d'installer le programme MultiPSK, et grâce à une carte son et un microphone, vous pouvez directement "over the air" communiquer d'un ordinateur à un autre avec tout type de communication d'intérêt.

Toutes les expériences réussies. Peut-être que l'un des lecteurs créera une nouvelle forme de communication numérique, et je serai heureux d'inclure sa critique dans ce texte;)