Šířka pásma

Transkript

Šířka pásma

Radioklub OK2KOJ při VUT v Brně: Kurz operátorů
1
DIGITÁLNÍ MÓDY
V AMATÉRSKÉM RÁDIU
Kurz operátorů
Radioklub OK2KOJ při VUT v Brně
2015/2016
Osnova:
•
•
•
•
Vývoj HAM rádiové digitální komunikace
Digitální modulace
Přehled KV digitálních módů
Požadavky na vybavení
Vývoj HAM rádiové digitální kom.
• První experimenty: po 2. světové
válce na různých mechanických
tiskových strojích, především
módy Hellschreiber a dálnopis
RTTY
• Potřebné vybavení: transceiver,
dálnopisná tiskárna, osciloskop,
domácí rozhraní pro ovládání
dálnopisné tiskárny, moře žlutého
papíru a oleje.
• Na začátku 80tých let se objevily první
domácí osobní počítače a možnost
připojení přes rozhraní k radiostanici
• Digitální módy začaly využívat dopřednou
korekci chyb FEC, paměťové boxy pro
uchovávání zpráv, není nutná přítomnost
operátora
• Provozní režimy: AMTOR, Pactor,
Pactor II, G-Tor apod.
• Potřebné vybavení: kmitočtově stabilní
transceiver, PC (např. Commodore 64
nebo 286 nebo 386), terminálový kontrolér (TNCs) použitý přímo jako rozhraní a
software pro interpretaci signálů.
• Koncem 90 tých let se vzestupem
Internetu byl patrný návrat k "živým"
komunikacím.
• Přijatelné náklady vedly k velkému
rozšíření a de facto přijetí digitálních
komunikací jako jednoho z běžných
způsobů navazování QSO vedle CW a
FONE
• Režimy provozu: PSK31, PSK63, FSK,
Hellschreiber, MT-63, JT módy pro MS
a EME apod.
• Potřebné vybavení: stabilní vysílač s
krokem ladění 10 Hz, PC se zvukovou
kartou, rozhraní s ovládáním PTT
Shannonovo schéma komunikačního systému
rádiový kanál
šum AWGN (interference...)
modulátor
modulátor
nosná vlna
demodulátor
demodulátor
kodér
kodérkanálu
kanálu
ochrana přenosu (FEC)
dekodér
dekodérkanálu
kanálu
kodér
kodérzdroje
zdroje
zdroj
zdrojsignálu
signálu
datová
komprese
dekomprese
A/D
D/A
přeměna typu signálu
dekodér
dekodérzdroje
zdroje
koncový
koncovýstupeň
stupeň
Shannonův limit
Eb/N0 = -1,6 dB
Maximální dosažitelná kapacita C0 rádiového kanálu, při působení šumu AWGN:
fb Eb

S

C0 = B log2  1 +  = B log2 1 +
N
B N0




Eb 
  B log2 1 + ηs

N0 


bit/s 
S

C 0 = 3,32 B log10 1 + 
N

C0 - kapacita kanálu; B - šířka rádiového pásma; S - výkon signálu (užitečného); N - výkon šumu; f b - bitová rychlost signálu;
Eb - energie signálu na 1 bit; N0 - výkonová spektrální hustota šumu; s= fb/B - spektrální účinnost přenosu
Různé způsoby ochrany rádiového přenosu:
1) Ochranné kódování FEC (blokové kódy, konvoluční kódy, turbo kódy..); 2) Opakování přenosu ARQ (HARQ); 3) Ekvalizace (korekce frekvenčního
zkreslení kanálu); 4) Diverzita (vytvoření více nekorelovaných přenosových kanálů) ; 5) Prokládání (přeskupení bitů při přenosu v kanálu)
Základní typy digitálních modulací ASK - FSK - PSK
1
0
1
1
0
Tb = 1/fb
a) modulace
PCM/RZ
t
signál ASK
b)
(OOK)
fc
ASK
fb
t
f1
FSK
c) signál FSK
t
fb
f2
fc
d) signál PSK
t
signál BPSK: sBPSK (t )     Uc cos ωc t
PSK
fb
Modulace MFSK
00 01 10 11
f1
f2
000
f1 f2 f3 f4
f
001
010... 011
f1 ........... f8
f
a) 2FSK
f
b) 4FSK
c) 8FSK
Modulace MPSK
Q
M=2
Q
01
0
M=8
M=4
Q
100
1

101
111
001
I
011

00
10
000
d) 2PSK
e) 4PSK
Modulace MQAM
Q
Q 0011
0001
0000 0001 0011 0010
1000 1001 1011 1010

1100 1101 1111 1110 
0100 0101 0111 0110
g) 8PSK/2AM
110
11
h) 16QAM
f) 8PSK
010
Modulace M-PSK
Q
Q
Q
100
01
0
110
11
111
101
1 I
I
I
001
10
00
2PSK
Eb/N0 =
 e-1
[dB]
s = fb/BRF [bit/s/Hz]
1000 1001 1011 1010

010
8PSK
počet modulačních stavů M
Parametr
Q
0000 0001 0011 0010
0100 0101 0111 0110
000
4PSK
modulace 16-QAM
1100 1101 1111 1110
011
2
4
8
16
32
64
10,5
10,5
14,0
18,5
23,4
28,5
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
,
e= energetická účinnost
s = spektrální účinnost
fb = bitová rychlost užitečného signálu (též Rb)
Eb = energie užitečného signálu na 1 bit
N0 = spektrální výkonová hustota šumu
BRF= šířka pásma modulovaného signálu
modulace vyšších řádů M-PSK a zejména M-QAM (16-QAM, 32-QAM...) jsou vhodné pro
televizní kanály s velkým poměrem signál/šum = CNR, jež může spolehlivě zajistit zejména
kabelová televize DVB-C; pro družicovou televizi DVB-S s malým poměrem CNR se
naopak hodí jen modulace QPSK a 8PSK
Závislosti chybovosti BER na poměru C/N
Spektrální účinnost s
2-PSK
4-PSK
10-3
počet stavů s = fb / BRF
10-4
BER
modulací MPSK/MQAM
64-QAM
16-QAM
"waterfall
curve"
10-5
10-6
10-7
10-8
pokles C / N vlivem
Rayleighova úniku ap
10-9
10-10
0
10
14
18
22
26
30
34
C/N (dB)
38
M
[bit/s/Hz]
2
1 bit/s/Hz
4
2 bit/s/Hz
8
3 bit/s/Hz
16
4 bit/s/Hz
32
5 bit/s/Hz
64
6 bit/s/Hz
128
7 bit/s/Hz
256
8 bit/s/Hz
Vliv poměru SNR na chybovost u modulace BPSK
90˚
20 dB SNR
180˚
0˚
270˚
10 dB SNR
2 dB SNR
90˚
180˚
0˚
270˚
Přehled KV digitálních módů
1. RTTY
2. AMTOR
3. Packet
4. PACTOR I, II, III
5. Clover/G-TOR
6. Hellschreiber
7. MFSK
8. PSK31
9. MT63
10. Olivia
a další
KV kmitočtový plán
160 M
Morse
Voice
Digimode(ex Packet)
1810
2000
1838
1842
1840
80 M
3500
3580
3600
3620
3730
3740
3800
3580-3590 Digimode
3590-3600 Digimode(Packet)
3600-3620 Digimode
SSTV&Fax
40 M
Digimode(ex Packet),SSTV&FAX
7000
7035
7040
7045
7100
7200
30 M
Digimode(ex Packet)
10100
10140
10150
20 M
14000
14070
14112
14099/14101
14350
14070-14089 Digimode
14089-14099 Digimode(manual)
International Beacon Project
17 M
Digimode
18068
18100
18109
18168
18109/18111
15 M
21000
21080
21120
21149/21151
21450
12 M
Digimode
24890
24920
28190/28225
28000
28050/28150
28225
24929/24931
24990
10 M
29200
29300
29510
29700
Satellite Down Link
28190-28199 Regional TimeSharing Beacon
28199-29201 World TimeSharing Beacon
28201-28225 Continuous Operating Beacon
Digimode(NBFM Packet)
1. RTTY (Radiodálnopis)
• RTTY je "starý dědek" digitálních komunikací.
V podstatě funguje pomocí 5 bitového kódu
pro písmena, znaky a čísla. Přenáší 2 tóny:
2125 Hz tón je značka (nebo-li "1") a 2295 Hz
tón je mezera prostor (nebo-li "0").
• Šířka pásma: 170 – 200 Hz
RTTY Trace
• Výhody: Lze použít jakékoli rádio, je to stále „modus operandi“ pro
DX a v digitálních soutěžích, má velmi vysokou rychlost přenosu,
může být použit při maximálním výkonu, aniž by to ovlivnilo kvalitu
signálu, a je poměrně spolehlivý mód pro KV komunikaci i za
špatných podmínek.
• Nevýhody: Pracuje jen s velkými písmeny, nemá korekci chyb,
postupně je nahrazována PSK31 při běžných QSO.
2. AMTOR (Amateur Teleprinting
Over Radio)
• AMTOR je první bezchybný/automatický
digitální mód. I když je stále k dispozici i
pro běžné zvukové karty a softwarové
TNC, od roku 1990 je nahrazen
PACTORem.
AMTOR Trace
3. Packet
• Packet je další bezchybný/automatický
digitální mód, data jsou odesílaná v
krátkých dávkách, ARQ technika, velmi
populární na VKV/UKV pásmech, byl první
režim s možností posílat binární data,
takový HAM internet, dnes na ústupu, dnes
používán pro DX clustery a APRS.
• Šířka pásma: 200 Hz - 2 kHz
HF Packet Trace
• Výhody: Běžný mód na VKV/UKV, řešení rozsáhlých paketových sítí
s přístupovými body, poskytuje širokou škálu různých aplikaci s
automatickým použitím, dnes vytlačen internetem, moře Packet
vybavení je dnes za hubičku (OK2ZLK)
• Nevýhody: Velmi citlivé na statiku, rušení a nízkoúrovňové signály,
není moc vhodný pro KV.
4. PACTOR/ PACTOR II & III
• PACTOR, PACTOR II a III jsou hybridy
klasického Packetu s některými charakteristikami
AMTOR pro použití na KV, používá techniku
zpětných oprav chybějících dat při příjmu v QRM,
neopakují se celé pakety proto je rychlejší než
AMTOR
.
PACTOR Trace
• Výhody: Je to nejvhodnější režim pro bezchybný přenos dat na KV,
většinou se používá pro automatické operace, jako je přístup k
internetu nebo e-mailu ze vzdálených míst, je to zjednodušeně KV
paket.
• Nevýhody: Vyžaduje speciální TNC nebo speciální SW pro použití
zvukové karty (není freeware).
5. Clover / G-TOR
• Clover je čtyřtónový mód s výkonnou opravou chyb, původně
navržen jako konkurence k PACTORu.
• G-TOR je velmi podobný, ale používá 2 fázové tóny.
• Šířka pásma: 500 Hz (Clover), 300 – 500 Hz (G-TOR)
• Výhody: Mnohem lepší schopnost opravy chyb, dokáží
zpracovat velké objemy dat, fungují velmi dobře za zhoršených
podmínek na KV.
• Nevýhody: Vyžaduje multimódové procesory, nelze použít
zvukovou kartu. Clover vyžaduje hardwarový řadiče pro instalaci
do počítače. Oba jsou to proprietární digitální módy a poměrně
drahé pro instalaci. Na amatérských pásmech se prakticky
nevyskytují, nahrazen internetem.
6. Hellschreiber
• Hellschreiber je vizuální "textový" digitální mód
velmi podobný faxu. Znaky se zobrazují na
skenovací obrazovku, podobně je to se
snímáním textu pro vysílání. Mód byl propagován
ve 20tých a 30tých letech a široce používán
německou armádou ve druhé světové válce.
• Výhody: Text se tiskne dvakrát přes sebe, což
snižuje vliv QRM. Středně rychlý digital mód s
velmi úzkou šířkou pásma.
• Nevýhody: Dnes už se používá jen příležitostně.
Hellschreiber Trace
7. MFSK
• MFSK je v podstatě rychlý mód super-
RTTY s použitím 16 až 32 různých tónů
namísto pouhých dvou. Mód byl vyvinut v
rozkvětu komerčního dálnopisu na KV.
• Šířka pásma: 300 Hz
MFSK Trace
• Výhody: Perfektní mód pro DX long path a pro QRP. Je velmi odolný
proti QRM, je vhodný pro dolní KV pásma, je středně rychlý (40 WPM).
• Nevýhody: Může být těžké signál synchronizovat, i když má možnosti
korekce chyb, je určen pro „živý“ provoz.
8. PSK31
• PSK31 je zkratka pro PSK modulaci. 31 označuje
bitovou rychlost, což je současně také typická
šířka pásma. Mód byl propagován tvůrcem
AMTORu Peterem Martinezem, G3PLX, jako živá
komunikační alternativa k RTTY i při slabém
signálu. BPSK je standardní binární režim,
zatímco QPSK je verze s automatickou opravou
chyb.
• Šířka pásma: 31 Hz
PSK31 Trace
• Výhody: Nejběžnější digitální režim na KV, úzká šířka pásma
umožňuje desítky signálů v daném kHz audiokanálu, velmi se
hodí pro mizerné podmínky na pásmu a pro QRP.
• Nevýhody: Má velmi nízkou přenosovou rychlost, není tak
efektivní v závodech jako RTTY.
9. MT63
• MT63 využívá 64 různých modulačních
tónů, přenáší velké objemy dat, má
vynikající potlačení impulsního rušení,
používá robustní FEC
• Šířka pásma: 1 – 2 kHz
MT63 Trace
• Výhody: Nabízí velmi rychlé datové přenosové rychlosti na KV
pásmech i se silným impulzním rušením, signál lze snadno
synchronizovat, jakmile je nalezen signál, často bývá součástí
multi-mode softwarů
• Nevýhody: Zřídkakdy k zaslechnutí na pásmech, zabírá velkou
šířku pásma, čímž dráždí některé HAMy, používaný pouze jako
mód živého provozu
10. Olivia
• Olivia je signálově podobný módu MFSK, ale používá 32 různých
tónů na větší šířce pásma. Tento mód je mnohem robustnější, a
proto je používán při velmi špatných podmínkách. Lze jej
dekódovat, i když není slyšitelný lidským uchem.
• Šířka pásma: 250 Hz, 500 Hz nebo 1 KHz
• Výhody: Další výborný mód pro DX s QRP vybavením. Je
kombinací nejlepších vlastností MFSK a PSK31.
• Nevýhody: Je to poměrně nový mód (2005), není moc dosud
používán. Širokopásmovost je často trnem v uchu nevrlých HAMů.
a)
Počítač – Pentium od 133 MHz, OS
Windows 95 a víc (i Linux), zvuková karta
(výhodou je externí), alespoň jeden RS232
port nebo USB port (s převodem na COM),
1 audio výstup (line out), 1 audio vstup
(line in nebo mikrofonní vstup).
b) Monitor – lepší větší
c) KV rádio – jakýkoli KV transceiver s větší
stabilitou kmitočtu (obvykle má zobrazení
kmitočtu s rozlišením na 1 Hz. Rozhraní
pro digimody (audio in, audio out, PTT),
obvykle nějaký MiniDIN konektor,
označený DATA. Nebo alespoň audio
output (external speaker) line, microphone
input line a PTT jack.
POZOR NA NASTAVENÝ VÝKON, U 100 W
TRX STAČÍ 30 W, JINAK SE USMAŽÍ PA.
d) Anténa – to co na FONE a CW
e)
Rozhraní ke zvukové kartě – Obsahuje obvykle galvanickou
izolaci pro audiosignály (2x audiotrafo) a obvod spínání PTT s
galvanickým oddělením optočlenem, ovládá se přes COM, pro
USB je třeba převodník USB-COM. Může být domácí konstrukce,
lze i koupit RIGblaster, MFJ1273, 1275, 1279, Rascal atd. Mnoho
rozhraní má vnitřní propojky, které umožní správně zapojit
interface do každého moderního KV rádia jedním kablíkem.
Pokud máte pouze porty USB, ujistěte se, že bude rozhraní
kompatibilní s USB nebo je nutné přidat převodník USB-RS232.
f) Software – Existuje mnoho různých softwarových programů, mezi
ty nejběžnější patří: MixW, DigiPan a WinPSK. Některé software
jsou specifické pro jeden digitální režimu, zatímco jiné nabízejí
několik modů, automatické logování QSO a další features.

Šířka pásma

Transkript

Podobné dokumenty

Portrét

Portrét - ZŠ a MŠ Kotlářská

Salza 2010 - propozice

Plakát pdf - Huskies.cz