O que é ouvido no ar? Parte 3, rádio amador / rádio amador

Oi Habr.

Na primeira parte do artigo, sobre o que é ouvido no ar, foi informado sobre estações de serviço em ondas longas e curtas. Também devemos falar sobre estações de rádio amadoras. Em primeiro lugar, também é interessante e, em segundo lugar, qualquer pessoa pode participar desse processo, tanto para recepção quanto para transmissão.



Como nas primeiras partes, a ênfase estará no “número” e em como o processamento do sinal é organizado. Também usaremos o receptor online holandês websdr e o programa MultiPSK para receber e decodificar sinais.

Para aqueles que estão interessados ​​em como isso funciona, continuaram sob o corte.

Depois que se tornou conhecido, há mais de 100 anos, que em ondas curtas é possível se comunicar com o mundo inteiro usando um transmissor de literalmente duas lâmpadas, não apenas corporações, mas também entusiastas interessados ​​no processo. Naqueles anos, parecia algo assim, e até agora o rádio amador continua sendo um hobby técnico interessante. Que tipos de conexões estão disponíveis para os hams modernos, vamos tentar descobrir.

Gamas de frequência

O rádio é muito usado ativamente pelas estações de serviço e de transmissão; portanto, determinadas faixas de frequência são alocadas aos radioamadores, para que não interfiram com os outros. Existem muitas dessas faixas, de ondas super longas a 137KHz a microondas em 1,3, 2,4, 5,6 ou 10 GHz (mais detalhes podem ser encontrados aqui ). Em geral, todos podem escolher, dependendo de seus interesses e equipamentos técnicos.

Do ponto de vista da facilidade de recepção, as mais acessíveis são as frequências com comprimentos de onda de 80 a 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 receptor on-line mencionado anteriormente ou a partir do seu receptor pessoal, se ele puder receber no modo banda lateral (LSB, USB, SSB).

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

Código Morse e voz

Se você examinar o websdr em toda a faixa de rádio amador, é fácil ver os sinais do código Morse. Na comunicação oficial de rádio, ela quase não permaneceu, mas alguns entusiastas de rádio amador estão usando-a ativamente.



Anteriormente, para obter o indicativo, era necessário passar em um exame para receber os sinais Morse, agora isso parece ser deixado apenas para a primeira categoria mais alta (eles diferem principalmente apenas na potência máxima permitida). Decodificaremos os sinais CW usando o CW Skimmer e a Virtual Audio Card.



Para reduzir o tamanho da mensagem, os operadores de rádio amador utilizam um código abreviado (código Q ), em particular a linha CQ DE DF7FF significa uma chamada geral para todas as estações do rádio amador DF7FF para todas as estações. Cada radioamador possui seu próprio indicativo, cujo prefixo é gerado a partir do código do país , o que é bastante conveniente, pois fica imediatamente claro para onde a estação está transmitindo. No nosso caso, o indicativo DF7FF pertence a um rádio amador da Alemanha.

Quanto à comunicação por voz, não há dificuldades, todos podem ouvir por conta própria no websdr. Uma vez nos dias da URSS, nem todos os radioamadores tinham o direito de realizar comunicações de rádio com estrangeiros, agora não existem essas restrições, e o alcance e a qualidade da comunicação dependem apenas da qualidade das antenas, equipamentos e paciência do operador. Para os interessados, você pode ler mais em sites e fóruns de rádio amador (cqham, qrz), mas passaremos para os sinais digitais.

Infelizmente, para muitos entusiastas do rádio amador, a operação "digital" é simplesmente uma combinação da placa de som de um computador com um programa decodificador; poucas pessoas se aprofundam nos meandros de como isso funciona. Menos ainda conduzem seus próprios experimentos com processamento de sinal digital e diferentes tipos de comunicação. Apesar disso, muitos protocolos digitais apareceram nos últimos 10 a 15 anos, alguns dos quais são interessantes a considerar.

RTTY

Uma forma bastante antiga de comunicação usando modulação de frequência. O método em si é chamado FSK (Frequency Shift Keying) e consiste na formação de uma sequência de bits alterando a frequência de transmissão.



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



Mais detalhes sobre o teletipo e os sinais desse tipo foram escritos na primeira parte do artigo.

PSK31 / 63

Outro tipo de comunicação é a modulação de fase, Phase Shift Keying . Não é a frequência que muda aqui, mas a fase, no gráfico, se parece com isso:


A codificação de bits do sinal consiste em alterar a fase em 180 graus, e o próprio sinal é na verdade um seno puro - isso fornece uma boa faixa de transmissão com o mínimo de potência transmitida. É difícil ver a mudança de fase na captura de tela; isso pode ser notado se você aumentar e sobrepor um fragmento ao outro.



A codificação em si é relativamente simples - no BPSK31 os sinais são transmitidos a uma taxa de 31,25 baud, a mudança de fase codifica "0", a ausência da mudança de fase "1". A codificação de caracteres pode ser visualizada na Wikipedia.



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



É interessante notar que, tanto no BPSK quanto no RTTY, você pode julgar a intensidade do sinal e a qualidade da recepção pelo "brilho" da linha - se alguma parte da mensagem desaparecer, haverá "lixo" neste local da mensagem, mas o significado geral da mensagem geralmente permanece assim mesmo. compreensível. O próprio operador pode escolher qual sinal procurar decodificar. A busca de sinais novos e fracos de correspondentes distantes é bastante interessante em si; além disso, ao se comunicar (como você pode ver na figura acima), você pode usar texto arbitrário e conduzir um diálogo "ao vivo". Por outro lado, os protocolos a seguir são muito mais automatizados e requerem pouca intervenção humana. Para o bem ou para o mal, a questão é filosófica, mas pode-se dizer definitivamente que parte do espírito do rádio amador nesses modos está definitivamente perdida.

FT8 / FT4

Para decodificar o próximo tipo de sinal, você precisa instalar o programa WSJT . Os sinais FT8 são transmitidos usando modulação de frequência de 8 frequências com um deslocamento de apenas 6,25 Hz, para que o sinal ocupe uma banda de apenas 50 Hz. Os dados no FT8 são transmitidos em "pacotes" com uma duração de cerca de 14 segundos, portanto a sincronização exata do tempo do computador é bastante relevante. A recepção é quase completamente automatizada - o programa decodifica o indicativo, a intensidade do sinal.



Na nova versão do protocolo FT4 , que apareceu recentemente no outro dia, a duração do pacote é reduzida para 5 s; a modulação em quatro tons é usada a uma taxa de transmissão. A largura de banda do sinal é de aproximadamente 90Hz.

Wspr

O 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, apenas um pouco mais de 1 bit por segundo). Para a transmissão, a modulação de frequência (4-FSK) é usada com um espaçamento de frequência de 1,4648 Hz, para que a largura de banda do sinal seja de apenas 6 Hz. O pacote de dados transmitidos tem um tamanho de 50 bits, os bits de correção de erro (código convolucional não recursivo, comprimento de restrição K = 32, taxa = 1/2) também são adicionados a ele, como resultado, o tamanho total do pacote é 162 bits. Esses 162 bits são transmitidos em cerca de 2 minutos (alguém reclamará da lenta internet? :).



Tudo isso permite que você transfira dados praticamente abaixo do nível de ruído, com resultados quase fantásticos - por exemplo, um sinal de 100mW da perna do microprocessador, usando uma antena de loop de sala, era possível transmitir um sinal por 1000 km.

O WSPR funciona completamente automaticamente e não requer intervenção do operador. É suficiente deixar o programa funcionar e, depois de algum tempo, você poderá ver o log do trabalho. Os dados também podem ser enviados para wsprnet.org , o que é conveniente para avaliar a transmissão ou a qualidade da antena - você pode transmitir o sinal e ver online onde foi recebido. Também é conveniente usar o programa para testar antenas receptoras - você pode deixar o receptor, por exemplo, por um dia e ver quantos sinais foram recebidos, sua potência e direção.



A propósito, qualquer pessoa pode participar da recepção do WSPR, mesmo sem um indicativo de rádio amador (não é necessário receber) - um receptor e um programa WSPR são suficientes, e tudo isso pode funcionar autonomamente no Raspberry Pi (é claro, você precisa de um receptor real para enviar dados de estranhos on-line -receivers 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 figura abaixo, em termos de densidade das estações receptoras, a Rússia chegou perto do Sudão, Egito ou Nigéria, então novos participantes são sempre úteis - há a oportunidade de ser o primeiro e você pode "cobrir" um território de mil quilômetros com um receptor.



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

Nisso terminarei a revisão, embora, é claro, nem todas estejam listadas, apenas as mais populares. Existem muitos outros padrões, tanto digitais quanto analógicos - Olivia , Hellschriber , SSTV , JT65 , etc.

Conclusão

Se alguém também quis experimentar, isso não é tão difícil. Para receber sinais, você pode usar o clássico (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X, etc.) ou o receptor SDR (SDRPlay RSP2, SDR Elad). Além disso, basta instalar os programas, como mostrado acima, e você pode estudar a transmissão de rádio por conta própria. O preço de emissão é de US $ 100-200, dependendo do modelo do receptor. Você também pode usar receptores on-line e não compra nada, embora ainda não seja tão interessante.

Para quem deseja trabalhar também na transmissão, eles terão que comprar um transceptor com uma antena e emitir uma licença de rádio amador. O preço do transceptor é aproximadamente igual ao preço de um iPhone; portanto, se desejado, é bastante acessível. Você também precisará passar em um exame simples e, após cerca de um mês, poderá trabalhar totalmente no ar. Obviamente, isso não é fácil - você precisa estudar os tipos de antenas, criar uma maneira de instalar, lidar com frequências e tipos de radiação. Embora a palavra "tenha" seja provavelmente inapropriada aqui, porque é um hobby, feito para fins de interesse e não sob coação.

A propósito, qualquer um pode tentar a comunicação digital agora. Para fazer isso, basta instalar o programa MultiPSK e, por meio de uma placa de som e de um microfone, você pode se comunicar diretamente "over the air" de um computador para outro com qualquer tipo de comunicação de interesse.

Todas as experiências bem sucedidas. Talvez um dos leitores crie uma nova forma digital de comunicação, e terei prazer em incluir sua resenha neste texto;)