Что слышно в радиоэфире
Что слышно в радиоэфире? Принимаем и декодируем наиболее интересные сигналы
На дворе уже 21й век, и казалось бы, передать данные можно в HD-качестве даже на Марс. Однако, до сих пор в радиоэфире работает немало интересных устройств и можно услышать немало интересных сигналов.
Все из них рассмотреть разумеется, нереально, попробуем выбрать самые интересные, те которые можно принять и декодировать самостоятельно с помощью компьютера. Для приема сигналов мы воспользуемся голландским онлайн-приемником WebSDR, декодером MultiPSK и программой Virtual Audio Cable.
Для удобства рассмотрения будем приводить сигналы по возрастанию частоты. Вещательные станции я рассматривать не буду, это скучно и банально, послушать Радио Китая в АМ желающие могут и самостоятельно. А мы перейдем к более интересным сигналам.
Сигналы точного времени
На частоте 77.5КГц (диапазон длинных волн) передаются сигналы точного времени немецкой станции DCF77. По ним уже была отдельная статья, так что можно лишь кратко повторить, что это простой по структуре сигнал в амплитудной модуляции — разными длительностями закодированы «1» и «0», в итоге за одну минуту принимается 58-битный код.
130-140КГц — телеметрия электросетей
На этих частотах, если верить сайту radioscanner, передаются сигналы управления электросетями Германии.
Сигнал достаточно сильный, и по отзывам, принимается даже в Австралии. Декодировать его можно в MultiPSK, если выставить параметры, как показано на скриншоте.
На выходе мы получим пакеты данных, их структура разумеется, неизвестна, желающие могут поэкспериментировать и заняться анализом на досуге. Технически, сам сигнал очень прост, метод называется FSK (Frequency Shift Keying) и заключается в формировании битовой последовательности путем смены частоты передачи. Тот же сигнал, в виде спектра — биты можно посчитать даже вручную.
Метеотелетайп
На спектре выше, совсем рядом, на частоте 147КГц виден еще один сигнал. Это (также немецкая) станция DWD (Deutscher Wetterdienst), передающая сводки погоды для судов. Помимо этой частоты, сигналы передаются также на 11039 и 14467КГц.
Результат декодирования показан на скриншоте.
Принцип кодирования телетайпа такой же, FSK, интерес тут представляет кодирование текста. Оно 5-битное, с помощью кода Бодо, и имеет практически 100-летнюю историю.
Вроде бы аналогичный код использовался и на перфолентах, ну а телетайпы погоды рассылаются где-то с 60х годов, и как можно видеть, работают до сих пор. Разумеется, на реальном корабле сигнал не декодируется с помощью компьютера — существуют специальные приемники, которые записывают сигнал и выводят его на экран.
В общем, даже при наличии спутниковой связи и Интернета, передача данных таким способом до сих пор остается простым, надежным и дешевым средством. Хотя конечно, можно предположить что когда-то и эти системы уйдут в историю и будут заменены полностью цифровыми сервисами. Так что желающим принять подобный сигнал не стоит очень уж затягивать.
Метеофакс
Еще один legacy-сигнал примерно с почти такой же давней историей. В этом сигнале изображение передается в аналоговом виде со скоростью 120 линий в минуту (бывают и другие значения, например 60 или 240 LPM), для кодирования яркости используется частотная модуляция — яркость каждой точки изображения пропорциональна изменению частоты. Такая простая схема позволяла передавать изображения еще в те времена, когда про “цифровые сигналы” мало кто слышал.
Популярной в европейской части и удобной для приема является уже упомянутая немецкая станция DWD (Deutche Wetterdienst), передающая сообщения на частотах 3855, 7880 и 13882КГц. Другая организация, факсы которой несложно принять — британская Joint Operational Meteorology and Oceanography Centre, они передают сигналы на частотах 2618, 4610, 6834, 8040, 11086, 12390 и 18261КГц.
Чтобы принять сигналы HF Fax, нужно использовать режим приемника USB, для декодирования можно использовать MultiPSK. Результат приема через websdr-приемник показан на рисунке:
Эта картинка была принята прямо во время написания текста. Видно кстати, что вертикальные линии съехали — протокол аналоговый, и точность синхронизации здесь критична, даже небольшие задержки при передаче звука онлайн вызывают сдвиг изображения. При использовании “настоящего” приемника такого эффекта не будет.
Разумеется, как и в случае с метеотелетайпом, на судах никто не декодирует факсы с помощью компьютера — существуют специализированные приемники (пример картинки из начала статьи), которые делают всю работу автоматически.
Правка: как подсказали в комментариях, с помощью факсов передаются не только метеосводки, но и даже газеты. Частоты и расписание передачи разных стран и регионов можно найти в pdf.
STANAG 4285
Рассмотрим теперь более современный стандарт передачи данных на коротких волнах — модем Stanag 4285. Этот формат разрабатывался для NATO, и существует в различных вариантах. В основе лежит фазовая модуляция, параметры сигнала могут варьироваться, как можно видеть из таблицы, скорость может составлять от 75 до 2400бит/с. Это может показаться немного, но учитывая среду передачи — короткие волны, с их замираниями и помехами, это вполне хороший результат.
Программа MultiPSK может декодировать STANAG, но в 95% случаев результатом декодирования будет лишь “мусор” — сам формат предоставляет лишь побитовый протокол нижнего уровня, а собственно данные могут быть зашифрованы или иметь какой-то свой формат. Некоторые сигналы впрочем, декодировать можно, например, приведенная ниже запись на частоте 8453КГц. Декодировать хоть какой-то сигнал через websdr-приемник у меня не получилось, видимо все же онлайн-передача нарушает структуру данных. Желающие могут скачать файл с реального приемника по ссылке cloud.mail.ru/public/JRZs/gH581X71s. Результаты декодирования в MultiPSK показаны на скриншоте ниже. Как можно видеть, скорость для данной записи составляет 600bps, в качестве содержимого видимо, передается текстовый файл.
Интересно, что как можно видеть на панораме, таких сигналов в эфире реально очень много:
Разумеется, не все из них возможно, принадлежат именно STANAG — на похожих принципах существуют и другие протоколы. Для примера, можно привести разбор сигнала Thales HF Modem.
Как и в случае с другими рассмотренными сигналами, для реального приема и передачи используются специализированные устройства. К примеру для показанного на фото модема NSGDatacom 4539 заявлена скорость от 75 до 9600bps при полосе сигнала 3КГц.
Скорость в 9600 конечно, не очень внушает, но учитывая что сигналы можно передавать даже из джунглей или из корабля в океане, причем ничего не платя за траффик оператору связи, это не так уж плохо.
Посмотрим кстати, внимательнее на панораму выше. Слева мы видим… правильно, старую добрую азбуку Морзе. Итак, переходим к следующему сигналу.
Код Морзе (CW)
На частоте 8423КГц мы слышим именно его. Искусство слухового приема азбуки Морзе сейчас практически утрачено, поэтому мы воспользуемся MultiPSK (впрочем, декодирует она так себе, программа CW Skimmer справляется гораздо лучше).
Как можно видеть, передается повторяющийся текст DE SVO, если верить сайту radioscanner, станция расположена в Греции.
Разумеется, таких сигналов уже мало, но они еще есть. Как пример, можно привести давно работающую станцию на 4331КГц, передающую повторяющиеся сигналы “VVV DE E4X4XZ”. Как подсказывает Гугл, станция принадлежит израильским ВМС. Передается ли на этой частоте что-то еще? Ответ неизвестен, желающие могут послушать и проверить самостоятельно.
The Buzzer (УВБ-76)
Завершает наш хит-парад самый наверное, известный, сигнал — известный и в России и за ее пределами, сигнал на частоте 4625КГц.
Сигнал используется для оповещения войск, и представляет собой повторяющиеся гудки, в перерывах между которыми иногда передаются кодовые фразы из шифроблокнота (абстрактные слова типа «КРОЛИСТ» или «БРАМИРКА»). Одни пишут что видели такие приемники в военкоматах, другие говорят что это часть системы «мертвая рука», в общем, сигнал является меккой для любителей Сталкера, теорий заговора, «холодной войны» и прочего-прочего. Желающие могут набрать в поиске «УВБ-76», и уверен, занимательное чтиво на вечер гарантировано (впрочем, не стоит ко всему написанному относиться серьезно). В то же время, система достаточно интересна, хотя бы тем что работает до сих пор со времен «холодной войны», хотя нужно ли это кому-то сейчас, сказать сложно.
Завершение
Данный список далеко не полон. С помощью радиоприемника можно услышать (а точнее увидеть) и сигналы связи с подводными лодками, и загоризонтные радары, и быстро меняющиеся frequency hopping сигналы, и много чего еще.
Вот для примера картинка, сделанная прямо сейчас на частоте 8МГц, на ней можно насчитать минимум 5 сигналов различных видов.
Что они из себя представляют — зачастую неизвестно, по крайней мере, в открытых источниках найти можно далеко не все (хотя есть такие сайты как www.sigidwiki.com/wiki/Signal_Identification_Guide и www.radioscanner.ru/base). Изучение таких сигналов вполне интересно как с точки зрения математики, программирования и ЦОС, так и просто как способ узнать что-то новое об окружающем мире.
Интересно и то, что несмотря на развитие Интернета и коммуникаций, радио не только не сдает позиции, а пожалуй, даже наоборот — современные процессоры и АЦП позволяют кодировать и декодировать сигналы любой сложности практически на одном чипе. Наконец, возможность передачи данных напрямую от отправителя получателю, без цензуры, контроля траффика и отслеживания пакетов, может стать (хотя будем надеяться что все же не станет) снова актуальной…
В российском эфире обнаружилось тайное радио с «нечеловеческими» голосами
Кто населяет пустеющие «аналоговые» радиоволны
Давно ли вы слушали радио на длинных, средних и коротких волнах? Наверное, давно (а те, кто помоложе, может, и вовсе никогда). Что там было раньше, понятно: множество станций, разговорных и музыкальных. За 2010-е годы большинство этих станций тихо умерло — глупо тратить большие деньги на содержание передатчиков, которые мало кто слушает. Но, во-первых, самые упорные все-таки остались, а во-вторых, в эфире постоянно появляются все новые и новые вещатели, не всегда законные.
Скажем сразу: привычных нам вещателей на длинных волнах не осталось вовсе (с 2014 года в России соответствующие передатчики выключены), на средних — остались только «Всемирная радиосеть» (738 КГц) и «Радонеж» (612 КГц, с 7 до 11 часов вечера). Так что слушать на старых приемниках почти что и нечего. Короткие волны — благо в КВ-диапазоне можно поймать даже небольшие станции со всего мира — более «населенные», там (особенно ночью и за городом) можно найти национальные или религиозные разговорные радио на разных языках. И всё? Практически да.
Но это если не искать. А те, кто потратит немного сил и времени, чтобы оснастить приемник хорошей антенной, и хорошенько поищет в Интернете, — могут услышать кое-что интересное. Ведь радиоэфир только внешне выглядит заброшенным. На самом деле там с разными целями обитает множество людей, объединенных двумя вещами: знанием технологий радиосвязи и потребностью передать другим информацию в обход стандартных для нынешнего времени цифровых каналов.
Последние из могикан
— Кое-кого на коротких волнах все-таки можно услышать, — рассказывает любитель исследовать ночной радиоэфир пенсионер Андрей Рысев. — Правда, для уверенного приема максимального числа станций необходимо уехать на дачу; в Москве я давно уже не пытаюсь ничего поймать даже ночью. А вот в Талдомском районе эфир чистый. Крутишь ручку и слышишь голоса со всего света — это настоящее чудо, поэтому я до сих пор этим и занимаюсь!
Среди станций, которые регулярно слышно в Подмосковье, по словам Рысева, — «Голос Кореи» (КНДР), «Международное радио Китая» (КНР), «Голос Турции», национальная радиослужба Ирана и религиозные радиостанции: «Голос надежды» и другие. Качество для разговорных станций вполне адекватное — голоса звучат четко и звонко, а вот качество передачи музыки уже не соответствует современным стандартам: мы слишком привыкли к безупречному качеству со стереозвуком в FM-диапазоне.
— Двадцать лет назад было гораздо больше всего интересного на волнах: и ВВС, и «Голос Америки», и «Немецкая волна», и отечественные станции, — вспоминает любитель радио. — Я ведь слушал эти «голоса» с советской эпохи, как только купил первый КВ-радиоприемник «Океан», придя из армии. Узнавал новости, о которых никогда не расскажут по телевизору. Сейчас все это, получается, совершенно не нужно — время Интернета. Так тому и быть, но мне грустно.
Номерные станции: по секрету всему свету
В диапазоне коротких волн порой можно наткнуться на странную радиопередачу: ровный голос диктора читает последовательность чисел, букв и даже слов. Голоса на этих радиостанциях часто «нечеловеческие» — синтезированные или прошедшие компьютерную обработку ради неузнаваемости. Национальная принадлежность, таким образом, не определяется — а что касается пола и возраста, возможны варианты: на таких радиостанциях слышали и мужские, и женские, и даже детские голоса.
— Когда мне было лет пятнадцать и дед подарил мне свою «Спидолу» — первый взрослый приемник с полноценным КВ-диапазоном, я каждую ночь его крутил и слушал эфир, — вспоминает московский радиоинженер Михаил Кротман. — Не один и не два раза натыкался на эти радиостанции, где голос заунывно читал цифры и буквы. Спрашивал отца, что это такое, — он ответил, что, должно быть, какие-то шпионские шифровки. Я тогда поразился изяществу технологии: ведь во всех шпионских детективах фигурировали специальные рации, а это мощная улика. А тут — пожалуйста, лови шифровки на любой бытовой приемник. Пробовал, конечно, выписывать последовательности и пытался расшифровывать — совершенно бесполезно.
В 1980–1990-х годах появились, хоть и косвенные, доказательства назначения номерных радиостанций. Цитируется, в частности, высказывание представителя министерства торговли и промышленности Великобритании, который в 1988 году подтвердил журналистам, что данный вид радиовещания «не предназначен для общественного потребления». Позже удалось локализовать некоторые такие станции — это произошло уже в эпоху интернет-форумов, послуживших хорошим инструментом для объединения коротковолновиков. Так, станция, передачи которой начинаются с испанского Atención, предположительно, находится на Кубе.
— Позже, когда я собрал любительский коротковолновый передатчик, у меня была мысль сыграть в номерную станцию, передавать в эфир «загадочные» сообщения из символов, — признается Михаил Кротман. — Но один из друзей, которому я рассказал о своей идее, возразил: это слишком опасно, могут принять за настоящего шпиона. Так мы эту идею и не осуществили тогда.
Ловить номерные станции нужно в начале каждого часа, перед началом передачи собственно сообщения идут текстовые или музыкальные фрагменты, сообщающие о начале передачи и позволяющие настроиться точнее. Чаще всего само сообщение передается группами из 4–5 символов. Завершение передачи тоже маркируется специально — обычно соответствующими словами (end of message, final, «конец»). Предположительно, расшифровать такие сообщения можно только с помощью одноразовых шифровальных блокнотов.
Пираты из ХХ века
— Когда я учился еще в школе, классе в седьмом, у меня появился дешевый китайский FM-радиоприемник, — вспоминает житель Санкт-Петербурга Денис В. — Я радовался, ходил и постоянно слушал музыку с радио. Однажды, прохладным осенним вечером, перед сном листая радиостанции в надежде уснуть, я наткнулся на какой-то, как мне сперва показалось, телефонный разговор. Я начал слушать, вникать, а через несколько часов прослушивания понял, это вовсе не по телефону говорят. Оказалось — молодой парень, немного старше меня, собрал у себя дома FM-радиопередатчик, поставил антенну на крышу, протянул кабель к себе в квартиру и стал ночами вещать свое радио. Эфир его радиостанции сильно отличался от привычного нам эфира коммерческих радиостанций. Он подключил свой домашний телефон к линии, и любой желающий мог дозвониться в эфир. На один звонок давался лимит 3 минуты, а на фоне играла ненапрягающая музыка. Вся эта тема меня быстро заинтересовала — оказалось, на тот момент в нашем городе вещало около 20 таких некоммерческих, свободных, пиратских радиостанций. Мне захотелось заиметь свою собственную. Через пару лет прогуливания школы и изучения принципов построения радиопередатчиков я запустил новую некоммерческую радиостанцию.
По словам Дениса, во второй половине 2000-х годов покрытие радиостанции составляло примерно 40% площади Питера — а мощность передатчика составляла всего 50–70 ватт. Появился и стереозвук, и другие признаки «серьезной» радиостанции. Но популярность Интернета в какой-то момент привела к тому, что звонки слушателей сошли на нет — вещать «в пустоту» стало неинтересно, и Денис, как и многие его «независимые» коллеги, исчез из эфира.
— В наши дни основное количество людей, слушающих FM-радиостанции, это, конечно, автомобилисты, едущие на работу или еще куда, — рассуждает Денис. — Тогда в надежде хоть как-то найти своих радиослушателей я перевез свое оборудование на дачу, благо садоводческий массив большой. Но все это было уже не то, о радиопиратстве пришлось забыть, хотя тема радиосвязи меня интересует и до сих пор.
Если в FM-диапазоне, где конкуренция за частоты очень жесткая, в наши дни быть «пиратом», пожалуй, невозможно (особенно в большом городе), то на других диапазонах контроль не столь сильный. Старое, но мощное оборудование энтузиастов работает прежде всего на границе средних-коротких волн, 2800–3200КГц, в АМ. «Это пиратство больше похоже на радиолюбительство, только с матом и без лицензии, — отмечают на ведущем радиолюбительском форуме России. — А вот чуть ниже, на 1600–1800КГц, очень редко слышно именно вещателей, там музыка в основном».
На пике популярности — около 20 лет назад — существовало не только пиратское радио, но и пиратское ТВ. «Дело было в военном городке в 90-х, — вспоминает пенсионер Виктор Аграновский. — Транслировал это все дело кто-то из Дома офицеров. Сначала транслировали пиратские видеокассеты (преимущественно американские фильмы). Контент был неплох. Второй этап — делали телепередачи собственного производства (типа «новостей нашего городка»). Было интересно, но качество, даже по меркам 90-х, было ужасным. Наконец, третий этап — до кого-то «сверху» дошло, что народ смотрит это ТВ. Начали делать «заказухи». Например, была передача о том, что группа Prodigy — это адепты какой-то секты. Потом купили «тарелку» и начали ретранслировать спутниковые каналы. Но в начале 2000-х появился «обиженный», который накатал письмо спутниковому провайдеру о том, что их продукт пиратят. Приставки забанили, канал запустили (уже никому ничего не нужно было), а спустя некоторое время пришел Интернет».
Форменное нарушение
Технический прогресс в 2000-х годах шагал рука об руку с «восстановлением законности» — и убивал пиратское и просто свободное вещание на корню. Потому что вообще-то использование радиоэфира регламентируется в России федеральным Законом о связи. А в соответствии с этим законом, хотя «сети связи и средства связи могут находиться в федеральной собственности, собственности субъектов Российской Федерации, муниципальной собственности, а также в собственности граждан и юридических лиц», регулирование использования радиочастотного спектра «является исключительным правом государства».
Закон утверждает разрешительный порядок доступа пользователей к радиочастотному спектру — это означает, что для начала собственного вещания необходимо получить лицензию (если речь не идет о гражданских диапазонах 27 и 433 МГц). Для вещательных частот (то есть тех, что может принимать обычный гражданский «транзистор») эта лицензия часто получается по конкурсной процедуре, а соответствующий передатчик также подлежит регистрации.
— Мы такое делали в среднем диапазоне в 1963 году в Казахстане, — вспоминает пенсионер Валерий Понасенко. — Нас накрыла милиция и заставила уничтожить ламповые передатчики.
— В Угличе у одного из коллег из гаража конфисковали передатчик и даже штраф выписали, — отмечает пользователь форума радиолюбителей. — Похоже, в соответствующем отделе полиции сидели без дела лет пять, а тут премия нарисовалась!
Практика правоохранительных органов, рассказывает инженер Михаил Кротман, обычно такая: первый визит к запеленгованному радиопирату — предупреждение, второй — конфискация оборудования и небольшой штраф, третий раз уже серьезное наказание, крупный штраф либо вплоть до уголовной ответственности. Она может наступить по статьям о создании помех экстренным службам, а поскольку у многих радиолюбителей дома имеется и «негражданская» приемо-передающая техника — возможно и обвинение в госизмене, шпионаже.
— Представители радиочастотного центра с полицией заявились в гости, — рассказывает Филипп Р., посетитель радиофорума. — Любезно замерили все уровни. Мужики по жалобе «коммерсов» ехали, из большого города, наверное, голодные, подумал я, ну и потому всех любезно пригласил за стол. Ничего у меня конфисковывать не стали, ну а если я задумаю открыть радиостанцию, то дали свои контакты, мол, приходи, поговорим, и уехали.
В разных регионах радиочастотные центры имеют свои особенности. Так, в среде радиолюбителей есть «поверье», что в Санкт-Петербурге РЧЦ — «структура дико неповоротливая и погрязшая в бумажках, вытрясти из них выезд мобильной группы на пеленгацию всегда было делом крайне сложным». Быстро чиновники реагировали только тогда, когда возникла помеха в авиадиапазоне аэропорта «Пулково»: виновника быстро нашли и отключили.
Чем все это закончится
Завсегдатаи радиофорумов и коротковолновики вздыхают: радиосвязь как увлечение стремительно «стареет», становится каким-то странным на цифровом празднике жизни артефактом из аналогового мира. Даже в официальном вещательном FM-эфире, хотя он по-прежнему заполнен до отказа в крупных городах, уже почти не чувствуется драйва развития. Кому нужны «свободные» радиостанции, которые работают далеко не круглые сутки, — не так уж понятно: за свободной информацией нынче ходят в Интернет.
Что слышно в радиоэфире? Часть 3, радиолюбители/ham radio
В первой части статьи про то что слышно в эфире было рассказано про служебные станции на длинных и коротких волны. Отдельно стоит рассказать о радиолюбительских станциях. Во-первых, это тоже интересно, во-вторых, присоединиться к этому процессу, как на прием, так и на передачу, может любой желающий.
Как и в первых частях, упор будет делаться на «цифру» и на то, как устроена обработка сигналов. Для приема и декодирования сигналов мы также будем пользоваться голландским онлайн-приемником websdr и программой MultiPSK.
Для тех, кому интересно как это работает, продолжение под катом.
После того, как более 100 лет назад стало известно, что на коротких волнах можно связаться со всем миром, используя передатчик буквально из двух ламп, процессом заинтересовались не только корпорации, но и энтузиасты. В те годы выглядело это примерно так, ну и до сих ham radio остается вполне интересным техническим хобби. Какие виды связей доступны современным радиолюбителям, попробуем разобраться.
Частотные диапазоны
Радиоэфир весьма активно используется служебными и вещательными станциями, поэтому радиолюбителям выделены определенные частотные диапазоны, чтобы они не мешали другим. Этих диапазонов довольно много, от сверхдлинных волн на 137КГц до СВЧ на 1.3, 2.4, 5.6 или 10ГГц (подробнее можно посмотреть здесь). В общем, каждый может выбрать, в зависимости от интересов и технической оснащенности.
С точки зрения простоты приема, наиболее доступными являются частоты с длинами волн 80-20м:
Теперь, когда все готово, посмотрим, что там можно принять.
Голосовая связь и азбука Морзе
Если посмотреть через websdr на весь любительский радиодиапазон целиком, легко увидеть сигналы азбуки Морзе. В служебной радиосвязи она уже практически не осталась, но некоторые радиолюбители-энтузиасты ею вполне активно пользуются.
Раньше для получения позывного нужно было даже сдать экзамен по приему сигналов Морзе, сейчас это вроде осталось только для первой, высшей, категории (отличаются они в основном, только максимальной допустимой мощностью). Мы же будем декодировать сигналы CW с помощью CW Skimmer и Virtual Audio Card.
Радиолюбители, чтобы сократить длину сообщения, используют укороченный код (Q-код), в частности, строка CQ DE DF7FF означает общий вызов всем станциям от радиолюбителя DF7FF. Каждый радиолюбитель имеет свой позывной сигнал, префикс которого образуется от кода страны, это достаточно удобно т.к. сразу понятно откуда вещает станция. В нашем случае позывной DF7FF принадлежит радиолюбителю из Германии.
Что касается голосовой связи, то с ней никаких сложностей нет, желающие могут послушать самостоятельно на websdr. Когда-то во времена СССР не все радиолюбители имели права проводить радиосвязи с иностранцами, сейчас таких ограничений нет, и дальность и качество связи зависит только от качества антенн, аппаратуры и терпения оператора. Для тех кто заинтересуется, почитать подробнее можно на радиолюбительских сайтах и форумах (cqham, qrz), мы же перейдем к цифровым сигналам.
К сожалению, для многих радиолюбителей работа «цифрой» это просто соединение звуковой карты компьютера с программой-декодером, мало кто вникает в тонкости того, как это работает. Еще меньше проводящих собственные эксперименты с цифровой обработкой сигналов и разными видами связи. Несмотря на это, за последние 10-15 лет появилось достаточно много цифровых протоколов, некоторые из которых интересно рассмотреть.
Достаточно старый вид связи, использующий частотную модуляцию. Сам метод называется FSK (Frequency Shift Keying) и заключается в формировании битовой последовательности путем смены частоты передачи.
Данные кодируются быстрым переключением между двумя частотами F0 и F1. Разница dF = F1 — F0 называется разносом частот, и может быть равна, например, 85, 170, или 452Гц. Второй параметр — это скорость передачи, которая тоже может быть разной, и составлять например, 45, 50 или 75 бит в секунду. Т.к. у нас есть две частоты, то нужно определиться какая будет “верхней”, какая “нижней”, этот параметр обычно называется “инверсия”. Вот эти три значения (скорость, разнос и инверсия) полностью определяют параметры RTTY-передачи. В практически любых программах декодирования можно найти эти настройки, и подобрав даже “на глаз” эти параметры, можно декодировать большинство таких сигналов.
Более подробно про телетайп и сигналы этого типа было написано в первой части статьи.
PSK31/63
Другой вид связи — фазовая модуляция, Phase Shift Keying. Здесь меняется не частота, а фаза, на графике это выглядит примерно так:
Битовое кодирование сигнала заключается в смене фазы на 180 градусов, а сам сигнал представляет собой фактически чистый синус — это обеспечивает неплохую дальность передачи при минимальной передаваемой мощности. Фазовый сдвиг сложно увидеть на скриншоте, его можно заметить если увеличить и наложить один фрагмент на другой.
Само кодирование относительно просто — в BPSK31 сигналы передаются со скоростью 31.25 бод, изменение фазы кодирует «0», отсутствие изменения фазы «1». Кодирование символов можно посмотреть в Википедии.
Визуально на спектре сигнал BPSK виден как узкая линия, и на слух слышен как довольно чистый тон (чем он в принципе и является). Услышать сигналы BPSK можно например, на 7080 или 14070МГц, декодировать их можно в MultiPSK.
Интересно отметить, что и в BPSK и в RTTY по «яркости» линии можно судить силе сигнала и о качестве приема — если какая-то часть сообщения пропадает, то в этом месте сообщения будет «мусор», но общий смысл сообщения часто остается все равно понятным. Оператор сам может выбирать, на какой сигнал навестись чтобы его декодировать. Поиск новых и слабых сигналов от дальних корреспондентов сам по себе довольно-таки интересен, также при общении (как можно видеть на картинке выше) можно использовать произвольный текст, вести «живой» диалог. В отличие от этого, следующие протоколы гораздо более автоматизированы, и практически не требуют участия человека. Хорошо это или плохо, вопрос философский, но определенно можно сказать, что какая-то часть ham radio spirit в таких режимах определенно утрачена.
FT8/FT4
Для декодирования следующего типа сигналов нужно установить программу WSJT. Сигналы FT8 передаются с помощью частотной модуляции из 8 частот со сдвигом всего в 6.25Гц, так что сигнал занимает полосу всего лишь в 50Гц. Данные в FT8 передаются «пакетами» длительностью около 14 секунд, так что точная синхронизация времени компьютера довольно актуальна. Прием почти полностью автоматизирован — программа декодирует позывной, силу сигнала.
В новой версии протокола FT4, который появился недавно на днях, длительность пакета уменьшена до 5с, используется 4-тоновая модуляция при скорости передачи 23бод. Ширина занимаемой полосы сигнала составляет примерно 90Гц.
WSPR — это протокол, специально ориентированный на прием и передачу слабых сигналов. Это сигнал, передающийся со скоростью всего лишь 1.4648 бод (да, лишь чуть больше 1 бита в секунду). Для передачи используется частотная модуляция (4-FSK) с разносом частот 1.4648Гц, так что ширина полосы сигнала всего лишь 6Гц. Передаваемый пакет данных имеет размер 50 бит, к нему также добавляются биты коррекции ошибок (non-recursive convolutional code, constraint length K=32, rate=1/2), в итоге общий размер пакета равен 162бит. Эти 162бит передаются примерно за 2 минуты (кто-то еще будет жаловаться на медленный интернет?:).
Все это позволяет передавать данные фактически ниже уровня шумов, с почти фантастическими результатами — например, сигналом 100мВт с ножки микропроцессора, с помощью комнатной рамочной антенны удавалось передать сигнал на 1000км.
WSPR работает полностью автоматически, и не требует участия оператора. Достаточно оставить программу работать, и через какое-то время можно посмотреть лог работы. Данные также могут отправляться на сайт wsprnet.org, что удобно для оценки прохождения или качества антенны — можно передать сигнал, и тут же посмотреть онлайн, где он был принят. Программу удобно использовать и для тестирования приемных антенн — можно оставить приемник, например, на сутки, и посмотреть сколько сигналов было принято, их мощность и направление.
Кстати, присоединиться к приему WSPR может любой желающий, даже без радиолюбительского позывного (для приема он не требуется) — достаточно приемника и программы WSPR, причем все это может работать даже автономно на Raspberry Pi (разумеется, нужен реальный приемник, отправлять данные с чужих онлайн-приемников смысла нет). Система интересна как с научной точки зрения, так и для экспериментов с аппаратурой и с антеннами. К сожалению, как видно из картинки ниже, по плотности приемных станций Россия ушла недалеко от Судана, Египта или Нигерии, так что новые участники всегда полезны — есть возможность быть первым, и одним приемником можно «накрыть» территорию в тысячу км.
Весьма интересным и довольно-таки сложным, является передача WSPR на частотах выше 1ГГц — стабильность частоты приемника и передатчика тут является критичной.
На этом я закончу обзор, хотя перечислено разумеется, далеко не все, только наиболее популярное. Есть много других стандартов, как цифровых, так и аналоговых — Olivia, Hellschriber, SSTV, JT65 и пр.
Заключение
Если кому-то захотелось тоже попробовать свои силы, то это не так уж сложно. Для приема сигналов можно воспользоваться либо классическим (Tecsun PL-880, Sangean ATS909X и пр), либо SDR-приемником (SDRPlay RSP2, SDR Elad). Далее, достаточно установить программы, как показано выше, и можно изучать радиоэфир самостоятельно. Цена вопроса составляет 100-200$ в зависимости от модели приемника. Можно также воспользоваться онлайн-приемниками и вообще ничего не покупать, хотя это все же не так интересно.
Для тех, кто захочет работать еще и на передачу, придется приобрести трансивер с антенной, и оформить радиолюбительскую лицензию. Цена трансивера примерно равна цене айфона, так что при желании это вполне доступно. Нужно также будет сдать несложный экзамен, и уже где-то через месяц можно полноценно работать в эфире. Конечно, это все не просто — придется изучить виды антенн, придумать способ установки, разобраться с частотами и видами излучения. Хотя слово «придется» тут наверно неуместно, ведь на то оно и хобби, что делается для интереса а не по принуждению.
Кстати, попробовать цифровые связи любой желающий может прямо сейчас. Для этого достаточно поставить программу MultiPSK, и можно через звуковую карту и микрофон прямо «по воздуху» провести связь с одного компьютера на другой любым интересующим видом связи.
Всем удачных экспериментов. Может кто-то из читателей создаст новый цифровой вид связи, и я с удовольствием включу его обзор в этот текст 😉