Цифровая радиосвязь, digi

О радиосвязи и технологиях, основанных на этом.

Сообщение GoBlin » 01.01.2015, 22:29

Предтечи темы:
цифра для преппера - viewtopic.php?t=4903
практика радиосвязи - viewtopic.php?t=6
бюджетный вариант - viewtopic.php?t=5209
PSKmail - viewtopic.php?t=4918

Рекомендуемое чтение:
Настольная книга радиолюбителя-коротковолновика - Вербицкий 2012 с. 70-88
Основы любительской радиосвязи - Заморока 2013 глава IX с. 135-143




Со Второй Мировой и до ранних восьмидесятых цифровым режимом любительского радио был RTTY, радиотелетайп. Механическая телетайпная машинка соединялась с трансивером особым приспособлением-посредником. В 70-х технология поменяла облик оборудования, теперь компьютер выступал в роли самого телетайпа, отсылая данные на устройство-посредник и получая данные с него. В поздних 80-х появились многорежимные контроллеры, способные работать в RTTY, пакетном режиме, AMTOR и PACTOR. Это также были отдельные устройства, при соединении с которыми компьютер выступал в роли терминала для вывода данных на экран и ввода их с клавиатуры, а собственно работу осуществляли сами контроллеры.
В ранних 90-х появились звуковые карточки для компьютеров, и радиолюбители стали применять их потенциал - в сочетании с нужным программным обеспечением звуковая карта получала сигнал прямо от радио и преобразовывала его в цифровые данные. Одна и та же звуковая карта обеспечивала работу разными режимами. Первым режимом, уверенно опиравшимся на звуковую карту, стал PSK31, разработанный Павлом Ялоча и доработанный Петером Мартинесом. Шли годы, звуковые карты становились мощнее и гибче. Любители разработали новые цифровые виды, пользуясь достижениями прогресса.

В роли АЦП, аналого-цифрового преобразователя, звуковая карта получает радиосигнал и преобразует его в цифровые данные. В роли ЦАП, цифро-аналогового преобразователя, звуковая карта получает цифровые данные и преобразует их в соответствующий сигнал, идущий на трнасивер.

Какая карточка лучше?

Один из самых популярных вопросов среди цифровиков. В конце концов, звуковая карта стоит сразу после радио в цепочке обеспечения эффективности связи. Плохонькая карта похоронит полезный сигнал в шуме.
Если у вас скромная радиостанция и планы на пробу себя в цифре и немного охоты за DX, то поберегите денежки. Недорогая или встроенная в материнскую плату карточка справится с задачей. Мало смысла вкладываться в люксовую карточку без люксовой станции и антенн.
И напротив, если ваша станция и антенны обеспечивают вам хорошие позиции в гонке за DX или в контесте, хорошая карточка только улучшит дело. Иные приложения, требующие много процессорной мощности, как программы контроля SDR, требуют также мощной звуковой карты.

Подключение звуковой карты к станции

digi_cardsetup.png


На рисунке показана условная карточка, с двумя разъёмами, хотя их может быть и по двенадцать, включая LINE IN, MIC IN, LINE OUT, SPEAKER OUT, PCM OUT, PCM IN, JOYSTICK, FIREWIRE, S/PDIF, REAR CHANNELS или SURROUND, и т.п.
Вы сможете выбрать MIC INPUT или LINE INPUT, всё остальное не годится как вход аналогового звука. Если есть выбор, заводите сигнал с трансивера через LINE INPUT. Хотя MIC INPUT тоже возможно использовать, он может получать слишком мощный сигнал и подстройка может оказаться критичной. Некоторые карточки имеют возможность включить аттенюатор на 20 дб, который уменьшит сигнал и позволит использовать MIC IN эффективнее.
Если ваша цель только в расшифровке принятых сигналов, потребуется только кабель между аудиовыходом радио и аудиовходом компьютера. Развязка по земле не требуется, т.к. принимаемый сигнал имеет высокий уровень и не чувствителен к её отсутствию.
Вы также сможете выбирать на компьютере аудиовыходы, среди которых SPEAKER, HEADPHONE, LINE OUT, RECORD, PHONEPATCH и DATA OUTPUT. Осторожнее с разъёмом DATA OUTPUT - он заработает не со всеми режимами. Обычно SPEAKER OUTPUT самый подходящий, он заработает со всем, что вы к нему подключите. Любой из этих выходов обычно работает приемлемо, обеспечивая возможность не перегружать их, подключая низкоомные наушники для контроля передаваемого аудио. Передающий аудиокабель потребует развязки по земле, особенно при использовании MIC IN на радио. Обычно это обеспечивается добавлением трансформатора.

Соединительный кабель к звуковой карте, или "интерфейс"

В дополнение к передаче звука между компьютером и трансивером, необходимо обеспечить переключение радиостанции с приёма на передачу и наоборот по сигналу с компа. Здесь вступает в игру компьютерный < интерфейс >.

Промышленно производимые интерфейсы устанавливают уровни звука, изолируют аудиокабели и обеспечивают переключение приём/передача, обычно с помощью компьютерного COM или USB порта. Некоторые также могут подключать телеграфный ключ, кабель управления трансивером и поддержку нескольких трансиверов. Интерфейс можно также изготовить самостоятельно, соединив аудиовыходы и припаяв однотранзисторный переключатель, цепляемый к порту на компе. На рисунке можно видеть некоторые часто используемые схемы. A - изолирование аудиокабелей (трансформаторами 1:1), B - простая схема для включения PTT трансивера с COM-порта, C - сходная схема для включения FSK, D - использование оптопары для лучшей изоляции.

digi_interf.png


Важно отметить, что вы также можете задействовать функцию VOX вашего трансивера для автоматического переключения с приёма на передачу, как только радио заметит передаваемый со звуковой карты сигнал. Этот подход полностью отменяет необходимость схемы между COM-портом и PTT трансивера. Слабое место этого способа в том, что радио будет включаться на передачу при появлении любого звука с компьютера - будь то системные звуки или музыка. Лучше отключить такие звуки, чтоб случайно не передать их в эфир. Другой подход предполагает использование второй звуковой карты, чтобы одна отвечала за обычную работу компьютера со звуком, а другая за цифровую связь.

AFSK и FSK

Большинство цифровых режимов, работающих через звуковую карту, используют частотную или фазосдвигающую модуляцию для создания модулированных цифровым способом радиосигналов. Эта модуляция происходит на звуковых частотах, когда выход со звуковой карты заведён напрямую на трансивер в голосовом режиме SSB/ОБП, как и микрофонный разъём, и носит название audio frequency shift keying, AFSK.

Сигналы RTTY, PACTOR I и AMTOR могут быть отправлены вышеописанным способом, и зачастую так и происходит. Также возможно посылать сигналы в этих режимах, подавая дискретные бинарные данные напрямую на трансивер. Этот способ носит название frequency-shift keying, FSK.

Например, каждый символ RTTY состоит из пяти битов. Модулируемый в AFSK, бит "1" обычно обозначается 2125-герцовым тоном, а "0" - 2295-герцовым. Разница составляет 170 Гц и называется shift, сдвиг. Поданный на однополосный (SSB) трансивер, этот AFSK аудиосигнал в результате превращается в сигнал на радиочастоте, который сдвигается взад и вперёд между 1 и 0. Трансивер, поддерживающий FSK, способен получать цифровые данные 1-0 напрямую и использует эти данные для автоматической генерации сдвигающегося по частоте радиосигнала. Никакого звукового сигнала при работе FSK на трансивер не поступает.

Используя AFSK, довольно легко перегрузить SSB-трансивер, подав звуковой сигнал со звуковой карты. С FSK такой проблемы не существует.
Аватара пользователя
GoBlin
Ц.И.А.Н.
Ц.И.А.Н.
 
Сообщения: 9243
Зарегистрирован: 17.11.2007, 21:55
Откуда: -. --- / --. .... --- ..- .-.. ... / .- .-.. .-.. --- .-- . -..


Сообщение GoBlin » 01.01.2015, 22:31

Уровни передаваемого звука

Подавая звук с карточки на трансивер, очень важно соблюдать правильные уровни сигнала. Перегрузив аудиовход трансивера, легко создать широкий, искажённый радиосигнал, который будет трудно, если не невозможно, декодировать на принимающей стороне. Такой пере-модулированный сигнал также создаст сопоставимые помехи на смежных частотах.

Увеличивая уровень звука на передачу со звуковой карты, будьте внимательны к индикатору ALC на вашем трансивере. Когда индикатор моргает, извещая, что звук достиг крайнего уровня, значит, на трансивер приходит слишком много звука.

Наблюдать за ALC самостоятельно не всегда эффективно. Многие радиостанции могут выдать максимальную мощность без индикации ALC. Некоторые радио проявляют нелинейность при отдаче мощности в SSB выше определённой величины (иногда эта нелинейность начинается на 50% мощности). Мы можем не обращать внимания на проблемы с линейностью при работе в SSB голосом, но в цифровых режимах это сразу выливается в "брызги".

Простейший способ убедиться в чистоте своего сигнала - спросить о нём в эфире. Например, программы для PSK31 обычно рисуют "водопад", на котором сразу видно "грязные" сигналы. Эти "брызги" выглядит как ряды линий по обе стороны от вашего основного сигнала.

Если вам сообщили, что вы "брызжете", попросите собеседника понаблюдать за вашим сигналом, пока вы понемногу уменьшаете уровень звука, поступающего со звуковой карты. Когда вы достигнете уровня, когда брызги исчезнут, это то, что нужно.

Если PSK31 ваш основной режим работы в цифре, альтернативным решением для пользователей шиндошс окажется PSKMeter от Software Science. Эта хитрая прога оценивает радиосигнал и сама подстраивает уровни, добиваясь чистого сигнала, подключаясь к антенному выходу с помощью Т-образного переходника и получая данные через COM или USB порт.

Выберете ли вы автоматическую или ручную подстройку, не волнуйтесь, если обнаружите, что чистый сигнал у вас получается только при отдаче, скажем, 50 Ватт. В PSK31 и других цифровых режимах разница между 50 и 100 ваттами незначительна.

Определённая проблема заключается в том, что оптимальные уровни отличаются в зависимости от используемых программ. Настроив уровни под одну, после запуска другой приходится настраивать заново. И тем более настройку приходится проводить после посиделок за компьютером членов семьи, желающих послушать на нём музыку или поглядеть кино.

Выход - в использовании программ, сохраняющих настройки, например, для шиндошс это QuickMix и Sound Card Manager, написанный Роджером Макдональдом, K7QV.

Программы для работы через звуковую карту

Существуют программы, написанные под один конкретный режим, но тенденция в настоящий момент привела к написанию программ, объединяющий множество режимов.

Другая тенденция заключается в обеспечении панорамного приёма, с отображением на экране всех сигналов в диапазоне принимаемых сигналов. Отметки сигналов показываются на постоянно движущемся "водопаде".

Панорамный приём особенно популярен среди работающих PSK31, т.к. узкополосные сигналы склонны скучиваться в пределах весьма небольшого диапазона частот. Используя панорамный приём, оператор попросту щёлкает курсором мышки на одной полосе сигнала за другой, декодируя каждую по очереди.

Слабое место панорамного приёма проявляется, когда открывается широкая полоса приёма, отображающая как можно больше сигналов. AGC трансивера пытается подстроиться под все сигналы сразу, повышая и понижая чувствительность в зависимости от силы сигнала. Это приемлемо, когда сигналы примерно одинаковы по силе. Но когда один из сигналов сильнее остальных, AGC реагирует на него, и все остальные становятся слабо различимы или исчезают вовсе.

Выход в использовании сужающих приём фильтров по ПЧ или аудио. Они уменьшат ширину водопада, зато ослабят или уберут сильные соседние сигналы.

Пакетное радио

Хотя лучшие дни традиционного пакетного радио миновали, оно выжило в форме сетей, реализующих специфичные задачи, как аварийная связь и оповещение о DX. Разновидность пакетного радио, APRS, нашла популярность в своей нише.

Телефонный цифровой протокол X.25 разбивал данные на пакеты, или куски информации. Каждый пакет отправлялся в конкретное место, где он проверялся на ошибки, и в случае их обнаружения отправлялся заново. В ранних 80-х радиолюбители адаптировали его к эфирному применению в виде AX.25, идентифицировавшему каждое сообщение по радиолюбительскому позывному отправителя и получателя, и добавлявшему идентификатор промежуточной станции, SSID, со значением от 0 до 15.

Чтобы отправлять и получать пакеты, были созданы TNC, terminal node controller. Они работали в условиях, когда на частоте были и чужие сигналы. Если на TNC был пакет для отправки, но частота была занята, он ждал, пока частота освободится. TNC имели множество настроек, включая функцию почтового ящика для хранения сообщений, когда оператор отсутствовал.

Фактически, TNC работали в роли "радио-модемов", выступая посредниками между радио и компьютером.

Для реализаций на 300 и 1200 бод TNC использовали AFSK. Самым распространённым был 1200-бодовый пакет. "1" обозначался частотой 1200 Гц, а "0" частотой 2200 Гц. Переключение между ними происходит на скорости 1200 бод. Частоты 1200-2200 вписываются в голосовой стандарт для частотной модуляции, таким образом, AFSK попросту создавал тона частотой 1200 Гц и 2200 Гц и подавал их на микрофонный вход обычного радио.

Для 9600-бодового пакета использовалься FSK. Несущий информацию сигнал отфильтровывался и кодировался, и направлялся в передатчик через отдельный порт.

При настройке оборудования тщательно контролируйте уровни звука на передачу. Излишне высокий уровень вызовет искажение сигналов, которые не будут декодироваться.

< ... настройки TXDELAY, RESP, DWAIT, PERSIST, SLOTTIME, FRACK, RETRY >

Начните с прослушивания активной в ваших местах пакетной частоты. Вероятнее всего найти DX-кластер или активность на APRS. Когда раздастся жужжание, а на экране появятся расшифрованные символы, всё получилось.

В обсуждении паетных сетей важно обозначить разницы между "подключённым" и "неподключённым" состояниями. Когда вы только слушаете местные пакетные передачи, вы не подключены. Если вы передаёте неадресованный пакет, сигнал уходит в никуда. Некоторые станции его расшифруют, некоторые нет. Когда вы работаете в подключённом состоянии, всё меняется. Ваша станция в иносказательном сысле подключена к другой. В подключённом состоянии каждый отправляемый вами пакет адресован конкрентному получателю (хоть другие и могут его видеть). Когда вы отправляете пакет, он ожидает подтверждения о приёме. Если такого подтверждения не будет, пакет будет послан вновь, а после подтверждения будет послан следующий пакет. Другая станция может одновременно отправлять свои пакеты вам.

Большое преимущество подключённого состояния в том, что оно избавляет от ошибок. Одна пакетная станция может контактировать с другой напрямую либо через посредников. Свобода от ошибок может быть также и недостатком. Конкретно, подключённое состояние работает лучше всего с сильными сигналами и незначительными помехами. Помните, когда слишком много пакетов потеряно - из-за их недоставки или доставки с ошибками - соединение рвётся. Вот почему протокол AX.25 недостаточно хорошо работает на КВ. Со всеми шумами, замираниями и помехами, пакеты часто теряются по пути.

Неподключенное состояние предпочтительно, когда вы передаёте одну и ту же информацию снова и снова. Поскольку неподключённые пакеты могут быть декодированы любой станцией, это отличный способ вещания некритичной информации (то есть которая не нуждается в безошибочной доставке) на данной территории. Если станция проваливает декодирование одного пакета, она попросту ждёт следующий. APRS использует именно такой подход.
Аватара пользователя
GoBlin
Ц.И.А.Н.
Ц.И.А.Н.
 
Сообщения: 9243
Зарегистрирован: 17.11.2007, 21:55
Откуда: -. --- / --. .... --- ..- .-.. ... / .- .-.. .-.. --- .-- . -..

Сообщение GoBlin » 01.01.2015, 22:32

APRS

< ... >

PACTOR

Обеспечивает безошибочную передачу текста и файлов. Представляет собой разновидность пакета, т.к. устанавливает соединение между двумя станциями. Сложным кодированием обеспечивается работа даже в условиях шума, замираний и помех. PACTOR I и II занимают полосу сигнала в 500 Гц, PACTOR III за эффективность платит расширением полосы до 2000 Гц. Станции, работающей PACTOR-ом, требуется SSB-Трансивер, способный переключаться с приёма на передачу в пределах 50 мс. Вид модуляции AFSK, PACTOR I способен работать FSK.

Winlink 2000

Это радиолюбительская цифровая сеть с составляющими на КВ и УКВ. Обе обеспечивают передачу электронной почты в интернет и из него.

Winlink 2000 функционирует как полноценная шлюзовая система по схеме "звезда". КВ-часть системы состоит из станций RMS HF - Radio Message Server HF - радиосервер сообщений на КВ. К этим станциям осуществляется доступ с помощью протоколов PACTOR I, II или III, или WINMOR. УКВ-часть системы обеспечена пакетными RMS. Эти пакетные станции доступны с использованием обычного пакетного протокола.

Большая часть УКВ станций постоянно в эфире. На КВ же RMS по всему миру отслеживают определённые частоты, останавливаясь на каждой на две секунды. Сканируя эти частоты, RMS обеспечивают возможность подключиться к ним в каждый отдельный момент на любом диапазоне.

Все станции подключены к группе центральных Common Message Servers. Поскольку все сообщения почты из инета и в инет хранятся на этих серверах, а все RMS подключены к ним, то пользователю системы нет нужды назначать "домашнюю" BBS, как в обычной практике пакетной связи. Вы можете отправить письмо в интернет с УКВ-станции в Америке и оно будет принято с КВ-станции в Африке.

Winlink 2000 способен работать и с вложениями, например картинками. Однако, чем больше вложения, тем дольше оно прикрепляется. Это непросто на скорости 1200 бод.

Сайт: http://www.winlink.org

High Speed Multimedia

< ... >

ALE

Также см. viewtopic.php?p=50964#p50964

Automatic link establishment (российский аналог, автоматизированное вхождение в связь, реализовано, например, в комплексе радиосвязи "Арбалет") представляет собой цифровую технологию, обеспечивающую успешное установление связи. ALE не является цифровым режимом как таковым, но основное программное обеспечение задействует звуковую карту.

Чтобы понять работу ALE, рассмотрим, как происходит распространение коротких радиоволн. Диапазон может быть открыт по определённому пути на час, и затем закрыться. Сигнал может быть полностью читаемым на одном диапазоне, и неслышимым на другом. Представим две станции, одну в Калининграде и другую в Петропавловске-Камчатском, желающих установить связь на КВ. Основные представления о прохождении дадут понятие о том, какие диапазоны подойдут лучше, но операторы с обеих сторон вынуждены пробовать, звать на разных диапазонах, пока найдётся подходящий, обеспечивающий в данный момент связь через континент.

ALE автоматизирует этот процесс, позволяя радиостанцием под управлением компьютеров автоматически звать друг друга на определённых частотах на разных диапазонах, установив наконец контакт. В нашем примере, оператор в Калининграде инициирует ALE-вызов, введя позывной собеседника в свою программу ALE, вместе с рядом возможных частот. Позывной становится избирательным вызовом, Selective Call, или SELCAL. Программа ALE переключает трансивер на первую частоту и передаёт выбранный SELCAL. Если ответа нет, программа переключает трансивер на новую частоту и пробует снова.

В то же самое время, станция в Петропавловске-Камчатском автоматически перебирает конкретные частоты, прослушивая их с целью услышать свой позывной. Когда она наконец принимает нечто похожее, она перестаёт перебирать и слушает, поскольку вызов ALE содержит несколько повторений позывного. Когда она наконец принимает свой полный позывной, она передаёт сигнал о "рукопожатии" станции-собеседнику о том, что контакт установлен. Перебор частот с обеих сторон прекращается и программы подают сигнал операторам, призывая их к трансиверам.

ALE - надёжный инструмент для работы в коротковолновых радиосетях как в обычном режиме, так и в аварийном, когда много станций ожидает вызова. Используя ALE, вы можете вызывать одну станцию или группу станций.

Также ALE может быть использована как цифровой режим для обмена текстом и изображениями.

ALE долгое время использовалась военными и госдепартаментом, и радиолюбители использовали существующие стандарты - FED-STD-1045, или MIL-STD 188-141. В 2001 году Чарльз Брейн, G4GOU, выпустил программу PCALE, управляющую трансивером и посредством звуковой карты создающую и расшифровывающую сигналы ALE.

С точки зрения обустройства радиостанции для связи ALE, есть два необходимых условия: 1) многодиапазонная антенна и 2) возможность управления КВ трансивером с компьютера. Хотя вы можете использовать ALE и всего на одной частоте, её возможности полно раскрываются только при использовании на нескольких диапазонах под управлением компьютера. Руководимая PCALE, ваша радиостанция меняет частоты, контролируя столько диапазонов, сколько вы запрограммировали.

Список любительских каналов ALE можно увидеть на http://www.hflink.com
Обратите внимание, что все передачи ALE осуществляются верхней боковой полосой, USB.

D-STAR

< ... >

APCO-25

< ... > viewtopic.php?t=5143

Цифровой голос на КВ

В то время, как D-STAR занимает лидирующие позиции среди цифровых систем передачи голоса и данных на УКВ, на КВ диапазонах можно обнаружить три очень различные системы. Одной нужно особое железо, две других работают через звуковую карту. Все используют SSB-трансиверы, и легко могут быть сипользованы на УКВ в SSB или FM по желанию.

корпорация AOR и AMBE

< ... >
* убедитесь, что обе станции точно на одной частоте, в пределах 100 Гц
* установите фильтры по ПЧ на 3 кГц или шире
* не перегружайте модемный аудиовход
* отключите сжатие речи в трансивере
* не перегружайте радио, если ALC-метр показывает какую-либо активность, понизьте выход с модема
Нагрузка на трансивер значительно выше при работе цифровым голосом, чем при обычном SSB. Во избежание повреждения трансивера, полезно уменьшить мощность до 25-50% от максимальной.

WinDRM

WinDRM начинался с Dream, открытого ПО Фолькера Фишера и Александра Курпица для приёма DRM, Digital Radio Mondiale. Коммерческий DRM-сигнал содержит высококачественный звук наряду с текстом и иногда изображениями. Франческо Ланца, HB9TLK, приспособил Dream для использования в любительском радио, пожертвовав ради сужения полосы до 2,5 кГц качеством сигнала и возможностью передавать изображения.

Как и гласит название, WinDRM является шиндошс-приложением. Для приёма любительского DRM вам нужно только соединить аудиовыход радио и LINE INPUT, а затем в системном аудиомиксере убедиться, что линейный вход включён. Если водопад слишком ярок, нужно понизить уровень приёма.

А вот передача DRM гораздо сложнее, особенно с одной звуковой картой. Аудиовыход с карточки должен быть заведён на наушники или колонки при приёме, но _тот_же_самый_ выход должен быть заведён на трансивер для передачи, поэтому требуется переключатель. Более элегантным решением является использование двух звуковых карт, как показано на рисунке.

digi_drmsetup.png


Как и с модемами AOR, избегайте перегрузки трансивера.

FDMDV: Frequency Division Multiplex Digital Voice

Как и WinDRM, FDMDV представляет собой программный подход к цифровому голосу. ПО доступно по адресу http://www.n1su.com/fdmdv , подключение идентично WinDRM. Он не основан на WinDRM.

У FDMDV есть два преимущества перед WinDRM: 1) декодирование более слабых сигналов и 2) занимаемая полоса всего 1100 Гц.

От переводчика: FreeDV - http://www.freedv.org

EchoLink, IRLP and WIRES-II

< ... >

Выше приведён значительно сокращённый перевод главы 31 книги "Руководство АРРЛ по радиосвязи" (The ARRL Handbook for Radio Communications) 2011го года издания.
Аватара пользователя
GoBlin
Ц.И.А.Н.
Ц.И.А.Н.
 
Сообщения: 9243
Зарегистрирован: 17.11.2007, 21:55
Откуда: -. --- / --. .... --- ..- .-.. ... / .- .-.. .-.. --- .-- . -..



Вернуться в Радиотехнический центр



Кто сейчас на конференции

Зарегистрированные пользователи: GoBlin, Google Feedfetcher [Bot], Yandex [Bot]