Автор Тема: 1. Общие сведения о цифровых видах связи  (Прочитано 5656 раз)

Оффлайн Alexey support

  • Супервизор
  • Любитель
  • *****
  • Сообщений: 190
  • Голоса 1
1. Общие сведения о цифровых видах связи

    За период более чем столетней истории развития радио, любительская радиосвязь сделала огромный скачок от первых искровых передатчиков до современных трансиверов нового поколения с прямой оцифровкой сигнала (DDC). Сначала радиолюбители работали только телеграфом (CW), затем появился речевой способ передачи информации с помощью АМ, чуть позже – ЧМ. На рубеже пятидесятых годов радиолюбители повсеместно перешли с АМ на SSB.
   Одним из первых цифровых видов любительской радиосвязи стал RTTY или радиолюбительский телетайп. Однако, несмотря на использование радиолюбительского телетайпа более 50 лет и появлением в последние годы наиболее современных видов цифровой связи, он остаётся популярным и на сегодняшний день. Правда, в первые годы освоения RTTY о его большой популярности говорить не приходилось, так как первоначально для работы использовались громоздкие механические телеграфные аппараты.
   Первые сообщения о передаче радиолюбителями телевизионного изображения по узкополосному каналу появились в конце пятидесятых годов прошлого столетия (QST, 1959 г., № 3).  Новый вид радиосвязи получил название SSTV (от английских слов SLOW SCAN TELEVISION), что означает телевидение с медленной разверткой. Он позволяет не только обмениваться информацией, обычно передаваемой при любительской связи, но и видеть фотографии (картинки) своих корреспондентов на экране монитора.
   Появление в 1983 году первого любительского цифрового вида пакетной связи AMTOR, позволяющий безошибочно передавать текст, положило начало стремительному развитию различных цифровых видов связи. Пакетное радио появилось ещё в середине 80-х, и в течение всего времени это был самый популярный вид любительской цифровой связи. С развитием персональных компьютеров в начале 90-х годов, мы видим дальнейшее развитие таких цифровых видов связи, как CLOVER, PACTOR и G-TOR, которые также были способны безошибочно передавать текст даже при плохих условиях радиосвязи (слабые сигналы, интерференция и т.д.).
    С началом продаж в нашей стране в 90-х годах прошлого столетия персональных компьютеров и созданием специальных модемов, RTTY и SSTV пережили своё второе рождение. Появилась возможность обработки сигнала с помощью звуковой карты персонального компьютера и работа данными видами связи стала возможна практически не только с любого промышленного трансивера, имеющего режим  SSB, но и с самодельных трансиверов.
   В 1998 году, благодаря английскому радиолюбителю Peter Martinez (G3PLX), стал развиваться новый вид модуляции - PSK 31. Первоначально он носил название Varicode, так как в нём  применялся метод кодирования для передачи символов с переменной длиной (код Хаффмана). При этом полоса сигнала занимала всего 100 Гц. В первые годы XXI века появляется MFSK16, ещё один вид цифровой связи на КВ-диапазонах.
      Широкое распространение  цифровых видов связи привело к новому этапу развития не только ставшими уже традиционными видов связи (RTTY, SSTV, PSK), но и  таких уникальных видов, как связь через след от метеоров или радиосвязь с использование Луны в качестве пассивного ретранслятора.
   В ноябре 2003 года вышла в свет программа WSJT («Weak Signal communication by K1JT»), которую написал американский физик, лауреат Нобелевской премии и радиолюбитель  Joe Taylor (K1JT). Она основана на протоколе JT65 и получила широкое распространение во всём мире. Эта программа предназначена для проведения ЕМЕ радиосвязей (Земля-Луна-Земля). В настоящее время доступна новая версия этой программы (WSJT-Х), которая помимо JT65 поддерживает протокол JT9.
     Ещё одним мощным стимулом в развитии цифровых видов связи стал Интернет, который позволяет быстро и надежно получать любую информацию, включая программное обеспечение. Разработка сети WWW создала новый тип издательской публикации, как персональная страница, где каждый радиолюбитель может рассказать о любимых аспектах любительской радиосвязи. Новые идеи и предложения растекаются по сети WWW, компьютеры становятся составными компонентами любительских радиостанций. Так, например, в 2000 году 90% членов ARRL имели компьютеры в составе своих радиостанций и 80% имели подключение к сети Интернет.
   Современные цифровые системы связи базируются на математической теории информации, которая основывается на двух классических работах Клона Шедона, который ещё в 1948 году доказал, что информация может быть передана по сильно зашумлённому каналу с произвольно низкой интенсивностью ошибок  при заданной пропускной способности, зависящей только от ширины канала и от соотношения сигнал/шум (SNR). Достижение низкой интенсивности ошибок требует математического кодирования информации в компактную форму с одной стороны и имеющую структурированную избыточность с другой стороны.
   Компактность необходима для минимизации энергии, излучаемой передатчиком и увеличения объёма информации, передаваемой в единицу времени. Избыточность кода необходима для обеспечения достоверности сообщения в условиях зашумлённого и не стабильного канала передачи данных. Для осуществления передачи кодированное сообщение должно промодулировать несущую. Модуляция может быть реализована разными способами: изменение амплитуды, частоты, фазы или комбинацией того и другого. Современные схемы цифровой модуляции включают ключевание (частный случай амплитудной модуляции), ключевание сдвигом фазы и ключевание сдвигом частоты.
   На рисунке  представлена блок-схема информационных потоков в современных цифровых системах связи.



   Для максимальной эффективности передачи информации при плохом отношении сигнал/шум, сообщения от пользователя подвергается исходному кодированию в компактную форму, имеющую минимальную избыточность. Затем это сообщение дополняется  математически определённой избыточной информацией, позволяющая полностью восстановить  сообщение, даже если  его часть будет искажена шумами или выпадениями битов информации. Этот процесс носит название FEC (прямое исправление ошибок). После этого закодированное сообщение, включающее информацию для коррекции ошибок, модулирует несущую передатчика. Демодуляция сообщения от пользователя на приёмной стороне происходит в обратном порядке.
  Сегодня одни виды цифровой связи (PACKET, AMPOR, PACTOR) постепенно «умирают», другие, как RTTY, SSTV или FIELD HELL наоборот, успешно развиваются, а третьи – только появляются.
    В настоящее время доступны такие цифровые виды радиосвязи, как: AMTOR, PACTOR, PACKET RADIO, CLOVER, G-TOR, FIELD HELL, PSK10, PSK31, PSK63, PSK125, MFSK16, CMK63, WSPR, ROSMF1, Olivia 16/500, HELLSCHREIBER, MT-63, JT9, JT65А… Некоторые из этих видов связи сведены в таблицу:




   Ниже приведён сравнительный анализ по чувствительности некоторых видов цифровой связи. Следует отметить, что все они работают ниже порога шума.

•   WSPR (ROSMF1)................... .-28-33 дБ 
•   JT65В.............. ................... ..-29-30 дБ
•   JT-65А..................................-28 дБ
•   JT9................ ................... ....-26 дБ
•   CMSK63............. ................... -21 дБ
•   MFSK16............. ................... -14  дБ
•   Olivia 16/500.........................-13 дБ
•   PSK63F............. ................... .-12 дБ
•   PSK31.............. ................... ..-10 дБ


   Посмотреть, какие радиостанции, работают цифровыми видами связи активны в реальном времени,  можно  на https://pskreporter.info/pskmap.html Прочитать подрбную информацию о работе этого проекта можно здесь: http://forum.yaesu.ru/index.php?topic=7812.0
   Для того чтобы начать работать цифровыми видами связи необходимо иметь трансивер, компьютер (не ниже 486-го, но лучше Pentium) с ОС Windows (3.1; 95; 98; NT), большой монитор с хорошим разрешением экрана, модем (САТ-интерфейс), с помощью которого будет осуществляться управление трансивером и дополнительный аудиокабель для подключения трансивера к звуковой плате компьютера, на которой и происходит основная обработка и формирование цифрового сигнала. Ну и разумеется, все необходимые программы и драйверы, установленные на компьютер. При этом особого внимания заслуживают программы, написанные под Windows, так как при их использовании, достаточно собственной звуковой платы современного компьютера, на которой происходит основная обработка цифрового сигнала.
   Чаще всего управление трансивером осуществляется по линиям RTS или DTR последовательного порта RS232 через стандартный 9-ти или 25-ти штырьковые разъёмы.



   Для сопряжения трансивера с компьютером можно приобрести уже готовый интерфейс RIG EXPERT, Tiny, Unicom Dual, Ham Comm или YAESU SCU-17 USB Interface unit (http://www.yaesu.ru/yaesu-scu-17.php).


   Если нет возможности купить такой или подобный интерфейс, можно изготовить его самостоятельно. При их самостоятельном изготовлении необходимо учитывать, что:

•   ВСЕ, ЧТО ВЫ ДЕЛАЕТЕ СО СВОЕЙ АППАРАТУРОЙ, ВЫ  ДЕЛАЕТЕ НА СВОЙ СТРАХ И РИСК
•   ЗА ИСПОРЧЕННУЮ АППАРАТУРУ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ НЕСЁТЕ ТОЛЬКО ВЫ САМИ
•   ВСЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ОСУЩЕСТВЛЯЮТСЯ ПРИ ОТКЛЮЧЕННОЙ ОТ СЕТИ АППАРАТУРЕ ПРИ ОТКЛЮЧЕННЫХ ОТ РАЗЕТОК СЕТЕВЫХ ВИЛКАХ
•   КОРПУС КОМПЬЮТЕРА И КОРПУС ТРАНСИВЕРА ОБЯЗАТЕЛЬНО ДОЛЖНЫ БЫТЬ ЗАЗЕМЛЕНЫ  ТОЛСТЫМ МЕДНЫМ ПРОВОДОМ
•   ВО ИЗБЕЖАНИЕ ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ПОРТОВ ПЕРСОНАЛЬНГО КОМПЬЮТЕРА, ВСЕ НЕОБХОДИМЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ПО ПОДКЛЮЧЕНИЮ И ОТКЛЮЧЕНИЮ ИНТЕРФЕЙСА ПРОИЗВОДЯТСЯ ТОЛЬКО ПРИ ВЫКЛЮЧЕННЫХ ТРАНСИВЕРЕ И КОМПЬЮТЕРЕ


   Сопряжение трансивера с компьютером по звуковой частоте не представляет никакой сложности и осуществляется следующим образом: выход принимаемого звукового сигнала трансивера (желательно использовать нерегулируемый выход НЧ) соединяется с линейным входом (Line IN) звуковой карты компьютера, а при его отсутствии – с микрофонным входом. Выходной канал звуковой карты (Line OUT или Speaker) – с микрофонным входом трансивера или, если имеется, с линейным аналоговым входом. Последнее соединение желательно осуществить через делитель напряжения, обеспечивающий уровень на микрофонном входе трансивера не более 10 мВ.



   Делитель напряжения конструктивно лучше всего расположить перед микрофонным разъёмом трансивера. Все соединения должны выполняться только при выключенной аппаратуре и только экранированным проводом. Несоблюдение этого правила приводит к выходу из строя одного из каналов звуковой карты компьютера. 
    Для того чтобы исключить возможные ВЧ наводки на компьютер, всё оборудование должно быть надёжно заземлено, а антенна согласована.
   Все провода, соединяющие компьютер с трансивером, должны быть экранированные и минимальной длины (по крайней мере, не более 0,5 - 1 метра). Еще лучше будет, если на каждый провод одеть небольшое ферритовое кольцо, сделав 3-5 витков провода через кольцо - это исключит влияние высокочастотных наводок и паразитные наводки. Иногда бывает полезно заблокировать провода на землю развязывающими конденсаторами в несколько тысяч пикоФарад.

   Корпус, в котором будут располагаться элементы схемы, должен быть экранированным и заземлённым (его можно спаять из фольгированного стеклотекстолита).  И естественно, общее правило монтажа - все экраны должны соединяться в одной точке, и только с одной стороны подключены к корпусу трансивера (делается это для исключения протекания тока через экраны). Обязательно нужно соединить корпус трансивера и компьютера ОТДЕЛЬНЫМ коротким толстым проводом (сечением 1-2 мм). Эту схему можно ещё больше упростить, если выбросить ту часть схемы, которая связана с транзистором. В этом случае переход с приема на передачу и обратно придется производить стандартными способами (педаль, переключатель) или использовать VOX, что не всегда удобно. Другой вариант схемы, более безопасный и отличается от первого, наличием гальванически развязывающих элементов.



   В этом варианте схемы, корпус трансивера и корпус компьютера должны быть гальванически развязаны и не соединяются вместе на рабочем месте оператора. Конечно, надо помнить, что трансивер и особенно компьютер должны также быть заземлены, но это необходимо сделать отдельными проводами и подключать их только в месте подключения общей шины земли в квартире (отдельное заземление, труба водопровода и т.д.).
   В качестве развязывающих трансформаторов подойдут любые низкочастотные трансформаторы, с коэффициентом трансформации 1:1 и сопротивлением обмоток около 400 - 600 Ом или близким к этому (уровни потом подстраиваются потенциометрами). Очень удобно использовать малогабаритные трансформаторы ТОТ-5.  Естественно, что касается экранировки проводов и корпуса, то рекомендации, изложенные выше, полностью относятся и к этой схеме. Так же рекомендуется на все кабели, включая кабель СОМ порта, надеть несколько ферритовых колечек. Обратите внимание, что на схеме, значки заземлений проводов компьютера и трансивера, обозначены по-разному. Так их и надо подключать.
   Следует учитывать, что при работе цифровыми видами связи, микрофон радиостанции и речевой компрессор, если он имеется, должны быть отключены. В противном случае, весь окружающий шум будет излучаться в эфир. При использовании современных трансиверов зарубежного производства, многие из них имеют аналоговые входы для работы «цифрой». При переходе в режим передачи микрофон и речевой компрессор в них отключаются автоматически. В заключение следует заметить, что такие современные трансиверы, как Yaesu FTdx3000



(http://www.yaesu.ru/tovar_ftdx_3000.php) и FT991 
(http://www.yaesu.ru/tovar_ft991.php) уже не требуют для их управления никаких дополнительных интерфейсов и соединяются с компьютером напрямую, через свои стандартные USB разъёмы, но для подключения к звуковой карте компьютера, возможно, понадобится отдельный кабель.



     Подробную информацию о различных цифровых видах радиосвязи, порядке работы ими в эфире, настройке и использования программ, а так же о технических аспектах проведения цифровой связи с помощи компьютера можно найти в файлах помощи (HELP) программ этих видов связи или на веб-сайте Российского цифрового радиолюбительского клуба «RDRC» http://rdrclub.ru
   Во второй части рассмотрим самодельные САТ интерфейсы для трансиверов Yaesu.
« Последнее редактирование: Май 18, 2016, 04:29:22 pm от Alexey support »