Модуля́ция [лат

ЗАНЯТИЕ 2
Цели:
Темы:
1) Ознакомление с основными видами связи, применяемыми в радиолюбительской практике
1) Понятие модуляции
2) Амплитудная модуляция (АМ)
3) Однополосная модуляция (SSB)
4) Частотная модуляция (FM)
5) Фазовая модуляция (PM)
6) Телеграфия (CW)
7) Частотная манипуляция (FSK)
8) Фазовая манипуляция (PSK)
9) Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK)
10) Фазовая манипуляция (PSK31)
11) Фазовая манипуляция (BPSK)
12) Модуляция JT65
13) Модуляция WSPR
14) Модуляция OLIVIA
15) Модуляция RTTY
1. Понятие модуляции
Модуля́ция [лат. modulatio мерность, размерность] — процесс изменения одного или нескольких параметров
высокочастотного модулируемого колебания под воздействием относительно низкочастотного управляющего
модулирующего сигнала. В результате спектр управляющего сигнала переносится в область высоких частот, где передача
электромагнитных сигналов посредством излучения более эффективна. Передаваемая информация заложена в
управляющем сигнале. Роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим. В
качестве несущего могут быть использованы колебания различной формы (прямоугольные, треугольные и т. д.), однако
чаще всего применяются гармонические колебания. В зависимости от того, какой из параметров несущего колебания
изменяется, различают вид модуляции (амплитудная, частотная, фазовая и др.). Модуляция дискретным сигналом
называется цифровой модуляцией или манипуляцией.
2. АМ – Амплитудная модуляция
Амплиту́дная модуляция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его
амплитуда.
Радиосигнал состоит из несущего колебания и двух
синусоидальных колебаний, называемых боковыми
полосами, каждое из которых имеет частоту немного
отличную от
. Для синусоидального сигнала,
использованного здесь, частоты равны
и
. Пока несущие частоты соседних
радиостанций достаточно разнесены, и боковые
полосы не перекрываются между собой, станции не
будут влиять друг на друга.
3. SSB – Однополосная модуляция
Амплитудная модуляция с одной боковой
полосой (однополосная модуляция) (АМсОБП
(ОМ), англ. Single-sideband modulation, SSB) —
разновидность амплитудной модуляции (AM),
широко применяемая в радиосвязи для уплотнения
каналов и эффективного использования мощности
передающей радиоаппаратуры.
Принцип
Сигнал с однополосной модуляцией получают из спектра сигнала с АМ, подавляя сигнал несущей частоты и одну из
боковых полос. Для передачи несущей частоты обычного радиосигнала с АМ используется большая часть мощности
передающей аппаратуры (более 90 %), поэтому отсутствие в сигнале АМсОБП сигнала несущей частоты, а также одной из
боковых полос дает возможность использовать всю мощность передающей аппаратуры для передачи только полезного
сигнала.
Применение
АМсОБП (SSB) ввиду своей эффективности используется в профессиональной и любительской радиосвязи на коротких и
ультракоротких волнах.
1
Использование АМсОБП (SSB) приводит к существенному усложнению и удорожанию приёмной радиоаппаратуры,
поэтому в бытовом радиовещании в последнее время вещание на однополосной модуляции свернуто[источник?] и введено
цифровое вещание в стандарте DRM.
АМсОБП в настоящее время используют для передачи речевого и цифрового сигнала в любительской и
профессиональной радиосвязи, типичный сигнал с однополосной модуляцией занимает в радиоэфире полосу частот не
более 2,7 кГц что позволяет более эффективно использовать частотный ресурс и повысить дальность связи (QSO).
Другие обозначения
Нижнюю боковую полосу частот в англоязычной терминологии обозначают аббревиатурой LSB (Lower Sideband), верхнюю
полосу — USB (Upper Sideband).
4. Частотная модуляция (FM)
Частотная модуляция (ЧМ) — вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой
несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной.
Частотная модуляция была предложена американцем Эдвином Армстронгом и запатентована им 26 декабря 1933 года.
Применение
Частотная модуляция применяется для высококачественной передачи звукового (низкочастотного) сигнала в
радиовещании (в диапазоне УКВ), для звукового сопровождения телевизионных программ, передачи сигналов цветности в
телевизионном стандарте SECAM, видеозаписи на магнитную ленту, музыкальных синтезаторах.
Высокое качество кодирования аудиосигнала обусловлено тем, что при ЧМ применяется большая (по сравнению с
шириной спектра сигнала АМ) девиация несущего сигнала, а в приёмной аппаратуре используют ограничитель амплитуды
радиосигнала для ликвидации импульсных помех.
Пример частотной модуляции. Вверху — информационный сигнал на
фоне несущего колебания. Внизу — результирующий сигнал
5. Фазовая модуляция (PM)
Фазовая модуляция — один из видов модуляции колебаний, при которой
фаза несущего колебания управляется информационным сигналом.
Фазовая модуляция, не связанная с начальной фазой несущего сигнала,
называется относительной фазовой модуляцией (ОФМ).
В случае, когда информационный сигнал является дискретным, то говорят
о фазовой манипуляции. Хотя, строго говоря, в реальных изделиях
манипуляции не бывает, так как для сокращения занимаемой полосы
частот манипуляция производится не прямоугольным импульсом, а
колоколообразным. Несмотря на это, при модуляции дискретным
сигналом говорят только о манипуляции.
По характеристикам фазовая модуляция близка к частотной модуляции. В
случае синусоидального модулирующего (информационного) сигнала,
результаты частотной и фазовой модуляции совпадают.
Способы фазовой модуляции (манипуляции)






Изменение фазы несущего сигнала путем изменения, например, ёмкости колебательного контура.
Изменение фазы несущего сигнала путем переключения генераторов несущего сигнала.
Изменение фазы несущего сигнала путем переключения каналов несущего сигнала. При этом в каждом канале
сигнал берется от одного и того же генератора, но с заданным сдвигом по фазе.
Квадратурно-фазовая модуляция несущего сигнала.
Фазовая модуляция получаемая изменением частоты несущего сигнала.
Цифровой синтез фазоманипулированного сигнала без использования фазосдвигающих цепей и изменения
реактивных параметров колебательного контура.
2
6. Телеграфия (CW)
Непрерывной волны или непрерывного сигнала
(CW) является электромагнитная волна постоянной
амплитуды и частоты, и в математическом анализе,
бесконечной продолжительности. Непрерывные волны
также имя, данное начале метода радио передачу, в
которой перевозчик волны включаться и выключаться.
Информации осуществляется в различной
продолжительности и вне периодов сигнала. В радиопередачи, CW волны, также известные как
"незатухающее волны", чтобы отличать этот способ от
затухающие волны передачи.
7. Частотная манипуляция (FSK)
Частотная манипуляция (FSK) является частотной
модуляцией, которая применяет схему, в которой
цифровая информация передается через дискретные
частоты изменений несушей. С этой схемой, "1",
называется частотой и знак "0" называется
пространство частоты.
Другие формы FSK
Минимальная манипуляция
Минимальная частотная манипуляция (MSK), является особенно эффективной формой спектрально согласованной FSK.
В MSK разница между верхней и нижней частота совпадает с половиной битрейтом. Таким образом, сигналы
используются для представления 0 и 1 бит отличаются ровно половина перевозчика период. Это самый маленький FSK
индекс модуляции, которые могут быть выбраны таким образом, чтобы сигналы для 0 и 1 являются ортогональными.
Вариант MSK создал вид модуляции GMSK , который используется как вид связи, применяемый в сотовых сетях.
FSK является широко используемым в Caller ID и удаленных измерительных приложениях.
Аудио FSK
Аудио частотная манипуляция (AFSK) является видом модуляции, в которой цифровые данные представлены в виде
изменения частоты звукового сигнала, при этом сигнал кодируется для передачи по радио или по телефону. Как правило,
передающиеся сигналы представляют аудио смесь двух тонов: во-первых, "Марк", представляет собой двоично один,
другой, "пространство", представляет собой двоичный ноль.
AFSK отличается от обычной частотной манипуляции в том случае, если она использует модуляцию основной частоты.
В радиопередающих устройствах, AFSK-модулированный сигнал, как правило, используется для модуляции РЧ несущей
(с использованием обычной техники, как, например, AM и FM) для передачи.
AFSK не всегда используется для скоростной передачи данных, поскольку она является гораздо менее эффективным
видом в плане использования мощности и пропускной способность по сравнению с большинством других способов
модуляции. В дополнение к своей простотой, однако, AFSK имеет то преимущество, что кодировка сигналов проходит по
аудио цепям, которые имеются в большинстве передающего оборудования, изначально предназначенных для передачи
музыки или речи.
Приложения
Большинство ранних модемов, используемых для телефонных линий, применяло звуковые частоты манипуляция для
передачи и приема данных со скоростью около 300 бит в секунду. Некоторые ранние микрокомпьютерами использовали
особую форму AFSK модуляции, Канзас-Сити стандарта для хранения данных на аудио-кассетах. AFSK по-прежнему
широко используется в любительской радиосвязи, так как позволяет передачу данных через неизмененную звуковую
полосу.
8. PSK - Фазовая манипуляция
Фазовая манипуляция (англ. phase-shift keying (PSK)) была разработана в начале развития программы исследования
дальнего космоса; сейчас схема PSK широко используется в коммерческих и военных системах связи.
3
Двоичная фазовая манипуляция
BPSK — самая простая форма PSK. Работа схемы модуляции заключается в смещении фазы несущего колебания на
одно из двух значений, нуль или π (180°). Эта модуляция является самой помехоустойчивой из всех видов PSK, то есть в
бинарной PSK вероятность ошибки при приёме данных наименьшая. Однако каждый символ несет только 1 бит
информации, что обуславливает наименьшую в этом методе модуляции скорость передачи информации.
9. Квадратурная фазовая манипуляция
Иногда называется 4-PSK. В QPSK (англ. Quadrature Phase Shift Keying) используется созвездие из четырех точек,
размещенных на равных расстояниях на окружности. Используя 4 фазы, QPSK может кодировать два бита на символ, как
показано на рисунке, для минимизации BER — удвоенная вероятность для BPSK. Анализ показывает, что скорость может
быть увеличена в два раза относительно BPSK при той же полосе сигнала, либо оставить скорость прежней, но
уменьшить полосу вдвое.
Хотя QPSK может рассматриваться как квадратурная модуляция, ее проще рассматривать в виде двух независимых
модулированных несущих, сдвинутых на 90°. При таком подходе четные (нечетные) биты используются для модуляции
синфазной составляющей, а нечетные (четные) — квадратурной составляющей несущей. Так как BPSK используется для
обеих составляющих несущей, то они могут быть демодулированы независимо.
10. Основы PSK31
PSK31 является результатом восполнения пробелов, которые были допущены в распространенных режимах передачи
"данных" в радиолюбительской связи. Этот режим передачи должен занять место, которое прежде занимал AMTOR или
подобный, традиционный RTTY, в которых два или более операторов беседуют друг с другом в открытом канале. Режимы,
такие как пакетное радио, Pactor, и другие, имеют ряд комплексов и непригодны в многоканальных переговорах. А
конкретно, размеры передаваемых блоков (пакетов) вносят неприемлемую задержку при обработке текста так, что
нормальная беседа не получается и быстрые переговоры типа вопрос-ответ невозможны. PSK31 это попытка исправить
подобную ситуацию с помощью простой, но эффективной структуры кодов, возможности которой ограничены лишь
шириной полосы частот и достаточной степени коррекции ошибок. В результате получается сочетание типичных
показателей внесения ошибок, и без значительных затрат по времени на синхронизацию, и процессы ARQ.
11. BPSK
BPSK система модуляции, используемая в PSK31, позволяет получить скорость 31 Бод, что подтверждено практикой
SP9VRC в его SLOWBPSK программе, написанной для EVM. Вместо традиционного автоматического частотного сдвига,
информация передается путем изменения полярности сигнала (иногда вызывает 180-градусный сдвиг фазы). Этот
процесс легче представить в виде передачи информации путем переключения двух проводов в антенне, хотя, конечно
переключение обычно делается в звуковой составляющей сигнала приемопередатчика. Хорошо разработанная система
PSK (Phase Shift Key) даст лучшие результаты, чем стандартные системы FSK (Frequency Shift Key), которые любители
использовали уже довольно долго. А также, преимуществом PSK является высокая потенциальная возможность работы в
значительно более узкой полосе частот, чем FSK. Передача данных со скоростью 31 бод выбрана так, что система легко
работает при обычной скорости набора текста на клавиатуре.
Но здесь есть проблема с переключением в PSK режиме, которая не появляется в FSK, и это называется эффектом
дребезга. Изменения полярности эквивалентны одновременному переключению с одного передатчика на другой такой же
в противофазе. Таким образом, если мы используем компьютерную логику в BPSK модуляции 31, например
избирательный шлюз, смесь сигнала должна получится чрезвычайно широкой. Фактически, при скорости 31 бод, уровень
сигнала стал бы меньше на 10dB при 3-х кратной ширине спектра, на 14dB при 5-ти кратной, на 17dB при 7-ми кратной, и
так далее. Фактически - квадратичная последовательность Фурье.
Решение в фильтрации на выходе, или при формировании группы для каждого бита, что в сумме одно и тоже. В PSK31
использована форма косинуса. Для того, чтобы представить, что получается в волновом и спектральном виде,
рассмотрим передачу непрерывной последовательности изменений полярности со скоростью 31 бод. С косинусовым
формированием, в конечном виде посылка выглядит похожей на полволны от 31Hz. Это не только похоже на двух
тональный сигнал, это и есть двух тональный сигнал, и спектр состоит из двух чистых тональностей в +/-15Hz от центра, и
никакого дребезга. Подобно двух тоновому сигналу и, тем не менее в отличии от FSK, если мы передаем его через
передатчик, то получаем продукты взаимной модуляции, по сколько это не линейно. Таким образом, мы должны
тщательно следить за перегрузкой звука. Тем не менее, даже наихудший линейный сигнал даст продукты третьего
порядка 25dB при +/-47Hz (3-х кратная ширина) и продукты пятого порядка 35dB при +/-78Hz (5-ти кратная ширина). Это
значительно лучше, чем в случае жесткого переключения. Если мы бесконечно перегрузим линейный сигнал, то это
выйдет на те же уровни, что в системе жесткого переключения.
Есть аналогичная аргументация со стороны приемника. Аналогичный "жестко переключаемому" сигналу в приемнике BPSK приемник открывает шлюз в начале бита, собирает и загружает весь полученный сигнал и шум, в течение бита, и
затем "щелчком" шлюз закрываются. Этот процесс вызывает аналогичный эффект, как и при формировании "боковых
4
выбросов" в полосе пропускания приемника. Так, хотя этот метод 100% эффективен в задаче выборки сигнала из шума, он
выделит сигнал только 10dB при 3-х кратной ширине и так далее. Так же, случайным отказом считается, что мы приняли
случайную смесь сигнала и считаем ее сигналом передачи. Прием PSK31 борется с этим, фильтруя приемный сигнал и
плюс к этому, формируя получаемый бит. Такой метод имеет больше проблем, чем метод косинуса использованный в
передатчике: если бы мы использовали косинус в приемнике, мы в результате получили бы сигнал от одного бита
"наложенный" на следующий бит. Это неизбежный результат двойного фильтрования. Более сложный метод
формирования в приемнике преодолевает это, путем формирования 4 битов за один раз и компенсируя этим
межсимвольную интерференцию, но конечный результат отражается на полосе пропускания, которая должна быть
ограничена, по крайней мере, 64dB в пределах +/-31Hz и далее. И не должна вносится межсимвольная интерференция
при приеме косинусо-формированной передачи.
Имейте в виду, что передатчик и фильтр приемника должны "сочетаться" друг с другом для исключения ISI
(межсимвольной интерференции). Некоторые системы, подобные этой, используют пару идентичных приемных и
передающих фильтров. Если кто-то захочет еще улучшить параметры подобной системы, они должны изменить фильтры
на передаче. И если использовать простую форму косинуса для передатчика и сочетать это с фильтром приемника, это
оставит путь для улучшения параметров приемника, без изменения передатчиков, которые в старом случае будут не
совместимы. Это немного отлично от метода SP9VRC.
В общем, режим PSK31 разработан не только для того, чтобы дать большой выигрыш в приеме слабых сигналов типа
белого шума, но и должен положить основы дальнейшего развития и оптимизации алгоритмов обработки сигналов при
наличии всевозможных помех, исключить их в приемнике и не создавать помех при передаче. В настоящее время режим
PSK31 наиболее подходит для использования на HF диапазонах.
QPSK Режим
В Декабре 1997, в PSK31 добавлен QPSK режим. В этом режиме, вместо коммутации фазы (что дает сдвиг на 180
градусов), дополнительно введено два вида сдвига фазы в 90 и 270 градусов. Если представить BPSK как восстановление
полярности сигнала, то QPSK затем может быть представлен как два BPSK передатчика на той же частоте, но сдвинутых
друг относительно друга на 90 градусов. Т.е. приемник должен иметь два BPSK демодулятора со смещением в 90
градусов, так у нас появляется два канала на одной частоте, но конечно с половинной мощностью для каждого.
Следовательно, мы имеем двух битовую посылку, но на 3dB меньше уровня шума. Мы могли бы использовать эту
характеристику, чтобы передать данные с двойной скоростью с напряженностью поля на 3dB ниже.
В основе развития режим PSK31 должен сохранить скорость, необходимую для нормальной работы оператора при наборе
текстов от руки. PSK31 это как бы ответ на то, что мы можем использовать дополнительные возможности по уменьшению
ошибок, сохраняя при этом полосу частот и скорость трафика. Имейте в виду, что надо исходить из того, что у нас есть
запас при 3dB SNR (отношение сигнал-шум) с QPSK, любая схема коррекции ошибок должна быть достаточной для того,
чтобы корректировать ошибки, которые вносятся при 3dB SNR, и предпочтительно в гораздо более худших условиях.
Иначе это занятие не будет иметь смысла. Делая моделирование на компьютере, и тестируя с генератором шума,
становится видно, что количество ошибок менее чем 1% с BPSK, то с применением QPSK количество ошибок
уменьшается. Но, когда BER (английское сокращение "коэффициент ошибок") хуже 1% при использовании BPSK режима,
QPSK режим становиться менее предпочтителен, чем BPSK.
Тем не менее, все проверки в эфире показали, что QPSK с выбранной схемой уменьшения ошибок лучше, чем BPSK,
кроме тех случаев, когда в сигнал умышленно вносилось затухание. Типичные колебания уровня радиосигналов, при
дальних радио связях, происходят (как правило) последовательно (изменяются условия распространения), и схемы
уменьшения ошибок могут дать существенное преимущество в подобной ситуации, по отношению к тому, что мы можем
достичь в линейных системах передачи данных. С кодом, применяемым в PSK31, типовое улучшение составляет 5:1, но
это зависит от условий распространения в каждом конкретном случае. По этой причине имеет смысл сохранять разные
режимы и помнить, что может придти время, когда один режим работает лучше, чем другой.
Метод кодирования для уменьшения ошибок выбран один из известных, типа конволюционного. Системы кодирования,
применяемые в прошлом, заключались в блочном кодировании, где каждый символ состоял из кода фиксированной
длины. А теперь к этому битовому коду добавлялся заранее известный код и в итоге получался более длинный блок. Этот
более длинный блок способен корректировать ошибки в пределах себя. Эти расширенные блоки затем передаются в
последовательном потоке. В конволюционном коде символы преобразуются в битовый поток, а затем этот поток
подвергается дополнительной обработке, чтобы увеличить способность исправления ошибок. В данном случае нет
влияния между границами символов и процессом исправления ошибок. С тех пор, как известен способ исключения ошибок
на межсимвольных границах, конволюционное кодирование подходит лучше для последовательных связей, чем блочные
коды, которые первоначально разрабатывались для защиты от ошибок в банках памяти и аналогичных структурах.
В PSK31, исходные данные превращается из двойного вида (1 2) в четверной вид (1 4), что дает точно известный образец
в последовательности четверичных символов. В коде, использованном в PSK31, образец четверичных символов есть
производная от полученных 5 последовательностей битов данных. Например, мы помечаем четыре сдвига фазы как A, B,
C, и D, и полагаем, что передатчик будет посылать непрерывно A, в то время как поток данных посылает непрерывный
0(ноль). Поскольку конволюционный шифратор работает на основе данных от пяти битов, поток данных выглядит как
..000010000..., а в действительности передатчик посылает ..AAAADCCBDAAAA.... . Так что, каждый двойной бит, который
должен передаваться в результате уникальной 5-символьной последовательности, перекрывается последовательностью
смежных битов на предполагаемом пути, который приемник может использовать для оценки правильной
последовательности даже в присутствии нарушений в частях последовательности.
5
Дешифратор, известный как "дешифратор Витерби" названный в честь человека который его продумал, в
действительности совсем не дешифратор, а целый комплекс параллельных шифраторов, каждый использует одно из
возможных "предположений" в последовательности передачи данных. На выходе, этих шифраторов, все полученные
символьные потоки сравниваются. Каждый раз, когда принимается новый символ, шифраторы добавляют
дополнительный бит к их последовательности, предполагая, что новый бит может быть 0 или 1. Количество этих
предположений допускается в половине всей последовательности, это означает, что количество отслеживаемых
предположений, в какой то момент, становится постоянным. После того, как принято много символов, шансы ложных
предположений в первом символе стремятся к нулю, так что дешифратор считает, что первый бит принят правильно и
можно отправить его на выход. На практике это означает, что дешифратор, для декодирования битов данных, всегда
занимает некоторое время на обработку, после его приема. Эта задержка в PSK31 составляет 20 бит (640mS), что почти
не сказывается на восприятии человеком символов, при приеме текстов.
Как происходит кодирование передаваемых последовательно битов данных (Вари кодирование). Обычное асинхронное
кодирование ASCII символов использовалось в начальной версии системы SP9VRC, а также асинхронная система
кодирования применяется в RTTY, уже в течение последних 50 лет. Для этого, в потоке передаваемых данных,
фиксированное количество битов разделяется старт-стоповыми посылками. Стартовый бит имеет всегда
противоположную стоповому биту полярность. Когда в сигнале отсутствует трафик, то постоянно посылается стоповая
полярность. Это позволяет приемнику начать декодирование сразу после смены полярности, т.е. стартового бита.
Первый недостаток такого процесса в том, что если в течение длительной трансляции трафика происходит ошибка на
стоповом или стартовом бите, то приемник потеряет синхронизацию, и потребуется некоторое время для того, чтобы
поймать синхронизацию снова. В зависимости от типа передаваемых символов, в некоторых ситуациях, приемник может
даже поймать ложную синхронизацию.
Следующий недостаток этой системы проявляется, когда требуется передавать символы отличные от ASCII, т.е.
расширенную кодировку. Во всех языках есть некоторые символы, которые встречаются более часто, чем другие и есть
символы, которые почти никогда не используются. В CW режиме это успешно реализовано путем коротких кодов для
основных букв и более длинных кодов для остальных. В асинхронной старт-стоповой системе все символы имеют
одинаковую длину, следовательно, общая скорость передачи не изменяется.
Кодирование с переменной длиной битовых посылок на один символ, применяемая в BPSK системе, лишена этих
недостатков и работает таким образом:
1.
2.
Все символы отделены друг от друга двумя последовательными нулевыми битами.
Ни один символ не содержит более одного нулевого бита в последовательности.
Из этого следует, что все символы должны начинать и заканчиваться единицей.
С таким кодированием приемник, обнаружив код вида 00, распознает конец и начало посылки, и это никогда не
встречается в коде символа. Это решает проблему "сбоев синхронизации", что иногда происходит с асинхронными
системами.
12. Модуляция JT65
JT65 является цифровым протоколом, предназначенным для любительской радиосвязи с использованием очень слабых
сигналов. Он был разработан для повышения эффективности радиосвязи Земля Луна Земля (EME) на УКВ диапазонах и
соответствует установленным стандартам и процедурам для таких QSO. JT65 включает возможность коррекции ошибок,
что делает его устойчивым и работоспособным даже при сигналах настолько слабых, что их нельзя услышать. Этот
документ обобщает технические спецификации на JT65 и содержит дополнительную информацию по обоснованию и
философии дизайна этого протокола. Кроме того, здесь представлены некоторые детали реализации JT65 в
компьютерной программе, называемой WSJT, а также результаты измерений полученной чувствительности и
интенсивности ошибок.
Современные цифровые системы связи базируются на математической теории информации. Эта область в основном
была создана двумя классическими работами 1948 года, в которых Клод Шеннон доказал, что информация может быть
передана по зашумленному каналу с произвольно низкой интенсивностью ошибок при заданной пропускной способности,
которые зависят только от ширины канала и соотношения сигнал/шум (SNR). Достижение низкой интенсивности ошибок
при плохом соотношении сигнал/шум требует математического кодирования информации пользователя в такую форму,
которая является компактной и в то же время содержит аккуратно структурированную избыточность. Компактность
необходима для минимизации энергии, излучаемой передатчиком и максимизации объема информации, передаваемой в
единицу времени; избыточность необходима для обеспечения целостности сообщения в условиях шумного и
нестабильного канала передачи данных. Чтобы быть переданным по радио, кодированное сообщение должно быть
«посажено» на несущую частоту использованием некоторого вида модуляции. Возможности почти безграничны:
информация может быть передана с помощью изменения амплитуды, частоты или фазы несущей, или комбинацией и
того, и другого. Широко используемые схемы цифровой модуляции включают ключевание вкл/выкл (частный случай
амплитудной модуляции), ключевание сдвигом фазы и ключевание сдвигом частоты. Протокол JT65 использует 65тоновую FSK с постоянной амплитудой колебаний и без фазовых скачков. Такой тип модуляции более эффективен, чем
амплитудное ключевание, особенно в комбинации с оптимальной схемой кодирования. Кроме того, он более устойчив при
нестабильности частоты, чем ключевание изменением фазы.
JT65 использует минутные последовательности прием/передача и требует точной синхронизации времени и частоты
между приемником и передатчиком. Обычное радиолюбительское оборудование не может обеспечить выполнения этой
задачи с достаточной точностью в открытом контуре, так что сигнал JT65 должен содержать собственную информацию о
6
синхронизации. Поэтому в сигнале в промежутки между информационными битами вставлен псевдослучайный "вектор
синхронизации". Он позволяет точно определить относительные ошибки по времени и частоте, таким образом
устанавливая точную структуру, в которой может работать декодер сигнала. Кроме того, он позволяет усреднять успешно
принятые сигналы, так что декодирование становится возможным, даже если сигналы настолько слабы, что не поддаются
декодировке по отдельности.
13. Вид модуляции – WSPR
Вид связи WSPR был создан в марте 2008 г. Название нужно произносить как "уиспер," (прим. Переводчика - «Шепот» на
Английском языке) которое неплохо подходит для вида связи, который создан для приема сигналов с очень низким
уровнем; название является аббревиатурой "Weak Signal Propagation Reporter" (прим. Переводчика - Малосигнальный
Информатор Прохождения) и стало использоваться как для самого вида связи так и для программы, которая его
реализует. Протокол был разработан для маяковых сигналов, посылаемых QRP передатчиками на длинных, средних и
коротких волнах, однако он также пригоден для проведения QSO с очень слабыми сигналами. WSPR использует
структурированные сообщения с высоким уровнем сжатия, прямым исправлением ошибок, встроенным вектором
синхронизации для установки точного расхождения между временем и частотой передатчика и приемника, и четырехтоновой частотной манипуляцией со скоростью 1.46 бод. Передачи длятся немного меньше 2 минут. Общая полоса
сигнала 6 Гц, так что сигналы WSPR имеют приблизительно ширину 1/60 от сигналов JT65B и 1/4 ширины полосы
сигналов CW с скоростью 20 слов/минуту. Множество сигналов WSPR может поместиться в ширину полосы в несколько
сотен Гц без каких-либо наложений. Программа WSPR передает в установленной части двух минутного слота, и
принимает все оставшееся время; обычной "передающее процентное соотношение" 25%. Передаваемые сообщения
состоят из позывного сигнала, QTH локатора, мощности передатчика в дБм; на КВ диапазонах большинство операторов
используют мощности от 100 милливатт до 5 Ватт. Сигналы WSPR можно декодировать при отношении сигнал/шум -29
дБ в стандартной полосе 2500 Гц. Как в JT65, жесткий механизм прямого исправления ошибок обеспечивает, что
сообщения почти всегда принимаются именно так как передаются или вообще не принимаются.
14. Вид модуляции - OLIVIA
В цифровой режим OLIVIA, заложены интересные возможности, которые позволяют использовать его как реальную
замену таким популярным видам связи как MFSK, RTTY, MT63, THROB и др. Можно сказать что OLIVIA является
универсальным цифровым протоколом, пригодным для широкого спектра применений.
Описание
Автор протокола Pawel Jalocha (SP9VRC), задумал его как гибрид MFSK. В качестве названия, он использовал имя своей
дочки, которую зовут Olivia. Создан протокол был в ноябре - декабре 2004 года. В проведении экспериментов, автору
активно помогали радиолюбители, имена которых можно посмотреть на его страничке. Протокол был задуман для работы
на КВ, в условиях плохого прохождения и для сверхдальних связей. Автор учёл недостатки протоколов MFSK8 и MFSK16.
Протокол позволяет менять кол-во тонов от 2 до 256 и регулировать ширину полосы от 125 до 2000Гц. В зависимости от
кол-ва тонов и полосы, меняется скорость передачи информации и помехоустойчивость. Стандартным режимом
считаются 32 тона в полосе 1000Гц. ( и как мы убедимся далее, это далеко не лучший вариант). В OLIVIA, используется
метод прямой коррекции ошибок FEC. Благодаря этому и ещё некоторым оригинальным усовершенствованиям, OLIVIA
позволяет работать когда сигнал уже не слышен в динамике и не виден на 'водопаде'.
Применение на КВ
Автор предлагает использовать режим 32 тона с шириной 1000Гц. При этом скорость передачи составляет 2.5 символа в
секунду, а само QSO можно проводить даже когда уровень сигнала меньше уровня шума на 10дб., что в целом очень даже
хорошо. Таким образом, OLIVIA с такими настройками превосходит BPSK, RTTY, THROB, DOMINO по
помехозащищенности, но немного проигрывает режиму MFSK. Однако, если вы будете использовать режим работы
шириной 1000Гц с 64 и 128 тонами, то OLIVIA уже будет значительно превосходить даже MFSK8! Причем это
превосходство на практике, настолько очевидно, что там где MFSK8 работать не может, OLIVIA 128/1000 продолжает
уверенно принимать сигналы!
Рекомендуемые частоты
Западные радиолюбители рекомендуют использовать частоту 14108.5kHz как вызывную и по возможности, использовать
частоты 14104.5, 14105.5, 14106.5, 14107.5 и другие, для проведения QSO. Везде подразумевается режим USB и 32тона
при ширине полосы 1кГц. Наличие заранее оговоренных частот рекомендуется потому что слабый OLIVIA сигнал не виден
на индикаторе настройки. Поэтому прежде чем давать вызов, на одной из указанных частот, убедитесь в течении 20 - 40
секунд, что она свободна (это необходимо потому что декодирование происходит с задержкой). Когда вы передаете
CQ, выключайте автоподстройку частоты AFC, чтобы ваш сигнал не ёрзал по частоте.
Частоты на других диапазонах где можно услышать OLIVIA 32/1000, следующие: 3582.5, 3583.5, 3586.5, 7038.5, 7072.5,
10136.5, 10137.5, 10138.5, 14104.5, 14105.5, 14106.5, 14107.5, 14108.5, 14109.5, 14111.5, 18102.5, 18103.5, 18104.5,
21129.5кГц, а на частоте 14076.5кГц OLIVIA 8/250.
Работа малой мощностью (QRP)
Для работы малой мощность протокол OLIVIA подходит просто идеально. Там где BPSK будет работать мощностью 100Вт
с ошибками, а MFSK8 мощностью 10Вт, в OLIVIA 16/250 вы будете проводить QSO мощностью 3Вт! Это проверено
экспериментально, убедитесь в этом сами и получите удовольствие. Пожалуй, на сегодняшний день это лучший QRPпротокол. Также OLIVIA открывает просторы для экспериментирования в QRPP! На частоте 14076.5 можно услышать
сигналы OLIVIA 8/250 или OLIVIA 16/500, а на 14090.5 OLIVIA 8/250.
Сравнение чувствительности этого вида связи с другими популярными цифровыми видами
7
уровень сигнала 1

BPSK = 0%

RTTY = 0%

MFSK16 = 12%

OLIVIA 8/250 = 20%

OLIVIA 16/250 = 87%

OLIVIA 32/250 = 100%
уровень сигнала 2

BPSK = 0%

RTTY = 0%

MFSK16 = 0%

OLIVIA 8/250 = 10%

OLIVIA 16/250 = 57%

OLIVIA 32/250 = 93%
15. Вид модуляции – RTTY
Радиотелетайп (RTTY) является протоколом, состоящим из двух или более частот, использующим радио, как способ
передачи информации.
Радиотелетайп как термин используется для обозначения:
 или всего семейства систем, соединяющая два или несколько телетайпов по радио, независимо от алфавита,
системы связи и модуляции,
 или конкретно оригинальные радиотелетайпные системы, которые иногда называют системами "Бодо".
Техническое описание RTTY
Радиотелетайпная станция состоит из трех отдельных частей: В Телетайп или телетайпа, модем и радио.
Телетайп или телетайпа является либо электромеханическим либо электронным устройством. Слово "Телетайп" является
товарным знаком корпорации Телетайп, поэтому термины "TTY", "RTTY", "RATT" и "телетайп" обычно используется для
описания общего устройства без указания конкретного производителя.
Электромеханические телетайпы были довольно тяжелыми, сложными и шумными, и они были заменены электронными
аппаратами. Телепринтеры включает в себя клавиатуру, которая является основным средством ввода текста и принтер
или устройство визуального отображения (VDU). Альтернативные устройства ввода используют перфорированную ленту
чтения, а в последнее время, компьютерные носители информации (например, дискеты). Альтернативные устройства
вывода включают в себя ленточные перфораторы и компьютерные носители информации.
Выходной сигнал на линии телепринтеров может быть в любым в соответствие с уровнями цифровой логики (+5 V
означает логическую "1" или марк и 0В означает логический "0" или пробел) или при наличии уровня на линии (-80V
означает "1" и +80 V "0"). В тех случаях, когда трафик не передается, то строка переходит в состояние "знак".
Когда нажимается клавиша телепринтера или клавиатуры, 5-битный символ генерируется. Телепринтер преобразует его
серийный формат и передает последовательность стартовых бит (логический 0 или пробел), а затем один за другим 5
бит данных, заканчивая стоповый бит (1 или логический знак прочного 1, 1,5 или 2 бита). Когда последовательность
стартовых бит, 5 бит данных и стоп-бит прибывает на вход телепринтера, она будет преобразован в 5-разрядные слова и
передана на принтер или VDU. В электромеханических телетайпах для этих функций необходимы сложные
электромеханические устройства, но они легко осуществляется со стандартной цифровой электронике с использованием
регистров сдвига. Специальные микросхемы были разработаны для этой функции, например, 6402 и 6403. Эти
автономные UART устройства, аналогичные компьютерным периферийным устройствам последовательного порта.
5 битов данных позволяют передавать лишь 32 различных кодов, которые не могут разместить 26 букв, 10 цифр, площадь,
несколько знаков препинания, и требуются управляющие коды, такие как возврат каретки, новая строка, колокола и т.д.
Чтобы преодолеть это ограничение, телепринтеры имеет два состояния, unshifted или состояние букв и shifted либо цифр
или показатели состояния. Переход от одного состояния к другому происходит, когда специальные коды управления букв
и цифр посылаются с клавиатуры или принимаются от линии. В буквах телепринтеры печатают буквы и пробелы, а
перейдя в другое состояние он печатает цифрами и знаками препинания.
Иногда используется оконечное устройство и электронные устройства (модемы), которые подключается между
телепринтером и радиопередатчиком. Передающая часть модема преобразует цифровые сигналы, передаваемые по
телетайпу или ленты считывателя одной или другой парой звуковых частот-тонов. Один из тонов соответствует состоянию
знака, а другой в состоянию пробелу состояния. Эти звуковые сигналы, затем, модулируют SSB передатчика для
получения окончательного сигнала аудио-частотная манипуляцими (AFSK). Некоторые передатчики способны к прямой
частотной манипуляции (FSK), поскольку они могут непосредственно принимать цифровой сигнал, и изменение их
частоты передачи в зависимости от получения состояния знака или пробела.
При приеме, FSK сигнал преобразуется к первоначальному набору тонов, смешивая FSK сигнал с одной из местных
осциллятора называют BFO или частотой генератора биений. Эти сигналы подаются в демодулятор модема, который
обрабатывает их через ряд фильтров и детекторов для воссоздания оригинального цифрового сигнала.
Сегодня обе эти функции могут выполняться с современными компьютерами оснащены цифровой сигнальный процессор
или звуковой карты. Звуковая карта выполняет функции модема и процессора выполняет обработку цифровых битов.
Такой подход весьма распространен в любительской радиосвязи, с помощью специализированных компьютерных
программ, как MMTTY или MixW.
8