Записки программиста

Существует три основных способа увеличения дальности связи — это использование усилителя, использование направленных антенн, а также использование более эффективных видов связи. Самым доступным способом, естественно, является последний. Так получилось, что в качестве первых цифровых видов связи я решил попробовать BPSK31 и BPSK63. Поэтому о них далее и пойдет речь.

BPSK означает способ модуляции — binary phase-shift keying, или двоичная фазовая модуляция. Цифры 31 и 63 означают количество бит, передаваемых в секунду. Существуют и более высокоскоростные варианты BPSK, но в любительском радио чаще всего используются BPSK31 и BPSK63. В данных протоколах отсутствует коррекция ошибок, поэтому с ростом скорости начинает теряться информация. Первую букву в названии часто опускают, и говорят просто PSK31 или PSK63. Далее я буду писать BPSK, имея ввиду любой из этих протоколов.

Обмен информацией в BPSK осуществляется подобно тому, как это происходит в текстовом чате. При этом BPSK является далеко не первым и не единственным подобным протоколом. Например, многие годы большой популярностью пользовался протокол RTTY. Но сейчас RTTY редко слышан в эфире. В основном, его продолжают использовать в соревнованиях. Из всех протоколов подобного рода на сегодняшний день BPSK является наиболее популярным.

Примечание: Чуть подробнее про RTTY ранее было рассказано в посте Слушаем коротковолновиков при помощи RTL-SDR.

Для использования BPSK требуется подключить трансивер к компьютеру. Разные трансиверы подключаются немного по-разному, но принцип везде один и тот же. Я расскажу на примере моего трансивера Yaesu FT-891. Если у вас другой трансивер, вы сможете найти информацию о подключении его к компьютеру в документации, или в интернете. Первым делом я бы советовал проверить YouTube. Многие радиолюбители выкладывают туда подобные инструкции.

Во-первых, с компьютера потребуется как-то переключать частоты в трансивере, а также менять мощность, включать / выключать фильтры, и так далее. Это делается через так называемый CAT-интерфейс. Мой трансивер имеет USB-порт, который подключается к компьютеру самым обычным USB-кабелем. В других трансиверах может требоваться специальный кабель. Так или иначе, в системе появляется виртуальный COM-порт, по которому и осуществляется управление трансивером. В FT-891 используется USB-UART чип CP2102, который без проблем определяется в Linux. В случае с MacOS потребуется установить соответствующий драйвер.

Затем управление трансивером осуществляется с помощью открытой программы Flrig. Программа настраивается тривиально, поэтому на данном моменте я останавливаться не буду. Главное — выбрать в настройках правильный COM-порт и вашу модель трансивера.

Во-вторых, для передачи данных требуется подключить к компьютеру аудио-выход и аудио-вход трансивера. Фактически, трансивер будет все также работать в режиме SSB. Просто программа будет очень особым образом «насвистывать» цифровой сигнал через микрофонный вход, и аналогично декодировать сигналы, полученные через выход для наушников. При сильном желании не составит большого труда спаять соответствующий переходник самому. Но чтобы не занимать аудиокарту компьютера, удобнее воспользоваться специализированной внешней аудиокартой.

Популярной среди радиолюбителей аудиокартой является SignaLink USB. Ее версия для моего трансивера была найдена на eBay по запросу «signalink usb 6-pin». Вот так она выглядит:

Перед использованием требуется вскрыть корпус SignaLink USB и установить перемычки для вашего трансивера согласно инструкции. Затем одним концом аудиокарта втыкается в 6-и пиновый разъем трансивера. Вторым концом она втыкается в USB-порт компьютера. После этого в системе появляется вторая звуковая карта. Устройство без проблем определилось как в Linux, так и в MacOS.

Отмечу, что недорогие аудиокарты китайского производства в принципе тоже будут работать. Однако они имеют ряд проблем — отсутствие гальванической развязки, отсутствие нормального экранирования, использование аудиокарты непонятного качества, и так далее. Некоторый радиолюбительский софт может отказаться с ними работать. Наконец, они всегда изготавливаются под один трансивер. SignaLink имеет разъем RJ45, что позволяет использовать его с разными трансиверам, если обжать под каждый свой кабель. Также вместо припаянного USB-кабеля в SignaLink используется разъем USB тип B. Это позволяет использовать кабель той длины, какой вам удобно, и при необходимости легко его заменить.

Дополнение: Самодельный интерфейс для работы в цифровых видах связи.

Непосредственно кодирование и декодирование сигнала осуществляется с помощью открытой программы Fldigi. На настройке и использовании Fldigi также не будем подробно останавливаться. Там нет ничего сложного, и вы без труда во всем разберетесь. Главное — выбрать правильную звуковую карту, а также включить интеграцию с Flrig.

Для работы в цифровых видах связи трансивер может быть переведен как в режим SSB, так и в режим DATA. Последний использовать чуть удобнее, поскольку не придется переключать BFO в зависимости от диапазона. Всегда будет использован USB — так принято в цифровых видах связи. Кроме того, в режиме DATA трансивер использует мощность, указанную в настройке HF PWR, а не HF SSB PWR. За счет этого не приходится постоянно менять мощность, это происходит автоматически при изменении режима. По умолчанию в режиме DATA у моего трансивера используется довольно узкая полоса, но ее можно изменить, отрегулировав WDH. Одновременно изменяя SFT и WDH можно выделить отдельный сигнал, если он слаб. При необходимости дополнительные настройки доступны в меню с 08-01 по 08-12, но я их вроде не трогал.

Отмечу, что автоматическую регулировку усиления (AGC), шумоподавитель (ручка RF/SQL), а также цифровые фильтры, такие, как DNR и DNF, при использовании цифровых видов связи необходимо выключать всегда и в любом трансивере.

На следующей картинке изображен пример типичного QSO в BPSK31 (кликабельно, PNG, 2880x1800, 1.3 Мб):

Общение, если его можно так называть, в режиме BPSK осуществляется преимущественно при помощи кнопок-макросов. Здесь принято обмениваться большим количеством информации, чем типично передается в SSB. Помимо рапорта, имени радиолюбителя и названия населенного пункта, также обязательно передается точный QTH locator, а для операторов из России еще и RDA. Практически в каждом QSO операторы обмениваются информацией о своем возрасте и годе получения лицензии, используемых ОС и ПО, а также трансивере, мощности и антенне. Некоторые операторы не используют макросы и пишут в свободной форме. При желании с ними можно душевно пообщаться на произвольные темы.

Fun fact! Если на компьютере поднять VNC, трансивером можно будет управлять удаленно, через интернет.

На скриншоте видно, что я использую мощность 40 Вт. Как будет показано далее, работать с большей мощностью лишено всякого смысла. Вы лишь сократите срок службы вашего трансивера и создадите помехи другим радиолюбителям. Многие вообще используют мощность 10-25 Вт, или того меньше. Впрочем, здесь речь идет о мощности, излучаемой в эфир. Например, если вы используете компромиссную антенну с небольшой эффективностью, или если на частотах, типично используемых для BPSK, антенна имеет высокий КСВ, может иметь смысл и подбавить мощности.

Еще на скриншоте можно заметить цифровой журнал, встроенный в Fldigi. Он оказался крайне удобным. Теперь я использую его в качестве моего основного журнала. Журнал ведется в формате ADIF, что позволяет загружать его на eQSL.cc и qrzcq.com, а также держать резервную копию в Git.

Важно! Необходимо указать имя файла журнала в Logbook → Files → Save. После этого все записи в логе будут автоматически сохранятся в указанный файл. Иначе журнал хранится только в памяти.

Так что же на счет эффективности BPSK? Я вам так скажу — вся Европа как на ладони. Ты просто такой заходишь на диапазон и говоришь CQ. Подходят Румыния (1300 км), Германия (2000 км), Болгария (1600 км), Греция (2000 км), Великобритания (2500 км), Дания (1700 км), Италия (2400 км), Норвегия (1750 км), Чехия (1600 км), Турция (1900 км), Польша (1100 км), Украина (1100 км), Венгрия (1400 км), Австрия (1750 км), Нидерладны (2100 км), Бельгия (2300 км), Франция (2800 км)… Только успевай кнопки нажимать. Из городов России операторов подходило так много, что я просто перестал вести список. Это не идет ни в какое сравнение с моим опытом работы в SSB.

Вот несколько особенно запомнившихся радиосвязей. Вечером на 40 метрах был проведен QSO с оператором из Великобритании, который работал на самую обычную inverted vee при мощности 10 Вт. Оператора из Польши, также работающего на inverted vee, но теперь уже с мощностью 4 Вт, я без труда принимал в условиях городского шума на антенну «длинный провод». В диапазоне 20 метров был проведен QSO с оператором из западной Германии, использующего 20 Вт и укороченный вертикал типа OPEK HVT-400B на крыше автомобиля (напомню, эффективность не более 40%). Безусловно, все эти радиосвязи было бы крайне непросто провести при использовании SSB.

Высокая эффективность BPSK в первую очередь связана с узкой полосой сигнала, которая у BPSK31 составляет не более 100 Гц. В этих 100 герцах концентрируется та же энергия, которую SSB размазывает по полосе 2500 Гц. Таким образом, BPSK31 имеет в 25 раз большую спектральную плотность мощности. Грубо говоря, работа с мощностью 40 Вт в BPSK31 эквивалентна работе с мощностью 1000 Вт в SSB.

Но к этому добавляются и другие факторы. На заданном диапазоне все пользователи BPSK пристально смотрят в одни и те же 2500 Гц спектра, имея перед глазами панадаптер и декодируя все сигналы параллельно. Таким образом, ваш сигнал просто не может пройти незамеченным, как это происходит с SSB. Также BPSK передает ровно два символа (ноль и единицу) с известной скоростью, тогда как SSB передается сильно больше возможных «символов», и длина их неизвестна. За счет этого BPSK намного проще декодировать. Любой радиолюбитель не раз бывал в ситуации, когда корреспондент, к примеру, никак не может разобрать одну букву позывного. Это как раз наглядно иллюстрирует данную проблему.

Есть у BPSK еще одно важное преимущество, о котором не стоит забывать. Этим видом связи могут работать люди, для которых в силу тех или иных причин использование SSB попросту невозможно. Так один радиолюбитель, с кем мне довелось работать в BPSK31, сообщил, что он глухой.

В общем и целом, от использования BPSK31 и BPSK63 у меня исключительно положительные эмоции. У данных видов связи есть только один недостаток. Попробовав их один раз, вам больше не захочется использовать устаревший и неэффективный человеческий голос.

Дополнение: См также заметки Знакомство с WSJT-X и цифровой радиосвязью в FT8, SSTV: обмен картинками на коротких волнах и Мои первые скромные успехи в работе телеграфом.

Метки: Беспроводная связь, Любительское радио.