Как правильно настроить ft8
С моменты написания данного материала изменился протокол обмена данными в программе для работы в моде FT-8. Актуальные версии программы WSJT-X находятся здесь.
Приветствую всех любителей цифры. Относительно недавно появилась новая интересная цифровая мода FT8. Разработал её радиолюбитель K1JT. Используется один из протоколов для так называемой «Cлабой сигнальной связи» WSJT. Данная мода очень напоминает JT65-HF, но циклы приёма-передачи проходят в четверо быстрее, что делает данную моду более динамичной. Судя по присутствию станций, работающих в этой моде на диапазоне 80м, на текущий момент, эта мода вызывает больший интерес, нежели JT65-HF в которой работают на 3кГц выше.
Необходимое. Для работы FT8 понадобится трансивер, программа автора и CAT-интерфейс для связи компьютера с трансивером. Я, как и большинство, наверное, использую версию для ОС Windows 32bit. Так же, понадобится программа синхронизации времени в системе. Я использую самодельный SDR-трансивер, поэтому, для коммуникации между ПО трансивера и ПО цифровой моды ещё необходимы виртуальный аудио-кабель VAC и программа виртуальных COM-портов.
Настройки программы WSJT-X. В настройках программы WSJT-X необходимо выбрать «Mode>>FT8», задать свой позывной, QTH-локатор, настроить управление передачей трансивера (например, через COM-порт) и обмен настройками частоты через систему CAT. Всё это делается во вкладке «File>>Settings» или по нажатию клавиши «F2». Скрин-1, скрин-2, скрин-3.
На каждом радиолюбительском диапазоне в программе заданы конкретные частоты, а окно графического отображения рабочей полосы имеет ширину 3кГц.
В левом окне программы отображается вся активность в полосе с теми уровнями, с которыми принимаются станции вашей антенной. В правом — только станции на текущей или выбранной частоте (зелёная скобка в окне графического отображения). Если вы выбирали какую-либо станцию в левом окне, то автоматически настроились на её частоту и весь обмен на этой частоте, независимо от того, с кем он происходит, будет теперь отображаться в правом окне.
Суть работы в моде. Как уже говорилось выше, циклы обмена между корреспондентами (а точнее, между их компьютерами, посредством трансиверов через эфир) происходят в течение 15-ти секунд. Сама передача сигнала идёт 13 секунд и оставшиеся 2 секунды происходит декодирование потоков. Так происходит поочерёдно несколько раз, пока два корреспондента не обменяются QTH-локаторами, рапортами и не попрощаются друг с другом. Возможна передача до 13-ти символов за один цикл передачи (как в JT65-HF).
Работа на поиск. Если вся система настроена правильно и в левом окне программы вы видите станции (кнопка [Monitor] нажата), работающие на общий вызов (они выделяются зелёным цветом), то достаточно выбрать любую из них (чем выше уровень в dB, тем вероятнее вам ответят) и программа сама настроится на частоту передачи дающего вызов корреспондента. Так же, будет не лишним отметить галку соответствия частот приёма-передачи «Lock Tx=Rx». Если вы ответили на сигнал вызывающего корреспондента и он заметил вашу станцию — его программа сама переходит к следующей стадии обмена и передаёт следующую посылку с рапортом на ваш сигнал. Получив ответ корреспондента, ваша программа передаёт корреспонденту следующую посылку уже с рапортом его станции, на третьей посылке вызывающий корреспондент либо подтверждает полученный рапорт, либо сразу прощается с вами, ваша программа делает аналогичную процедуру и на этом можно считать QSO состоявшимся. Можно сохранить данное QSO. Аналогичным образом вы ждёте нового вызывающего корреспондента, который уже будет работать на другой частоте в полосе для данной моды. Собственно, частота настройки вызывающего корреспондента не столь важна, главное — с каким уровнем вы принимаете его станцию и услышит ли этот корреспондент вас.
Работа на вызов. Вы, так же, можете работать на вызов. Выбираете мышью на цифровой шкале окна графического отображения станций в полосе свободный участок на панораме (перемещаете зелёную и красную скобки приёма-передачи), нажимаете кнопки [Enable Tx] и [CQ]. С нового цикла пойдёт передача вашего вызова в эфир. Если кнопку передачи нажать в процессе цикла — передача включится сразу, но посылка будет неполной. Прервать передачу в любой момент можно кнопкой [Halt Tx]. Далее, если кто-то заметил ваш сигнал и пожелал вам ответить — вы получите посылку с указанием локатора отозвавшегося корреспондента. Ваше ПО передаст посылку с рапортом ему, потом он передаёт рапорт вам, ваш компьютер передаёт подтверждение RRR, ответивший вам корреспондент передаёт прощальное 73 и то же самое вы передаёте ему. Чтобы сэкономить чуть времени, можно отправить подтверждение с прощанием — RR73, отредактировав посылку, автоматически предлагаемую к передаче программой. В этом случае, получив в ответ от корреспондента код 73, вы сразу же можете передать CQ, а не пропускать целый цикл.
Когда происходит обмен с корреспондентом — строки выделяются красно-коричневым цветом (в настройках можно задавать любой цвет). Содержимое правого окна можно удалять по кнопке [Erase]. Текст посылок можно редактировать, как и выбирать их последовательность. При работе на передачу, программа будет отправлять строку с кодом до тех пор, пока не получит ответ и не перейдёт к передаче следующего кода. По окончании какого-либо QSO кнопка [Enable TX] отключится автоматически.
Бывают ситуации, когда на ваш вызов отвечает больше одной станции. Как я заметил, если не выбрать опцию «Call 1st» — ваша программа продолжает передавать в эфир посылку с общим вызовом. Отметив данную опцию галкой, программа ответит первой станции в списке отозвавшихся на ваш общий вызов.
QSO на конкретном примере. Вот пример, когда с моей стороны один и тот же код отправлялся несколько раз, пока я не получил ответный код корреспондента:
R7KAZ даёт общий вызов (зелёная строка). Следующая строка — я пытаюсь ему ответить, передавая его позывной, свой позывной и свой локатор (жёлтая строка). Он замечает мой сигнал и передаёт рапорт мне «-15», я принимаю этот рапорт (красно-коричневый цвет), передаю ему свой рапорт «-13», в ответ не получаю сигнала от него — это говорит о том, что корреспондент не принял данную посылку от меня, мой компьютер передаёт рапорт ещё и ещё раз. Наконец, посылка проходит и я получаю код «RRR». Моя программа переводит обмен информацией на заключительную стадию, передавая код «73», но в ответ я снова получаю строку с «RRR» — мой последний код не был принят и я передаю его снова. На этот раз, посылка прошла и я получаю ответный код «73». QSO состоялось. Напомню, всё это происходило в автоматическом режиме. Я только выбрал в левом окне зелёную строку с позывным корреспондента, работающего на вызов и нажал кнопку [Enable Tx]. Поскольку, сделать две этих операции за оставшиеся 2 секунды цикла, в основном, не получается — моя первая передача получается неполной и, если корреспондент продолжает работать на вызов на этой же частоте (за это время он уже может связаться с другим корреспондентом и тогда придётся ждать окончания QSO и его следующего вызова CQ) — аналогичная зелёная строка появляется в правом окне и уже моя следующая ответная посылка идёт в эфир полным циклом. По окончании QSO, сохраняю связь в логе программы по кнопке [Log QSO]. Выбрав в меню «File>>Open log directory» можно увидеть в открывшемся окне папку с файлами программы. Нас интересует файл wsjtx.adi, его можно скопировать и переместить в удобное место, а за тем, подгрузить в рабочий лог. Кстати, я использую UR5EQF, в него данный лог импортируется без проблем, как *.adi-файл и даже мода автоматом отображается корректно.
Из неудобства работы с программой WSJT-X версии 1.8.0 я заметил тот факт, что станции, с которыми уже состоялось QSO не отображаются в левом окне другим цветом (как, например, в программах для JT65-HF), что может приводить к повторным связям. Думаю, этот момент поправят в следующих версиях.
Нюансы. Как и в любой цифровой моде, необходимо следить за уровнем вашего сигнала по индикатору ALC трансивера — он не должен превышать значение «0дБ». В моём случае, это делается настройкой уровня для «Virtual Cable 1» программным фейдером (уровень на скрине превышает оптимальный на 1дБ).
Настройки VAC и com0com для PowerSDR и WSJT-X. Далее, покажу настройки для PowerSDR 2.5.3, что напрямую к данной теме не относится, но возможно, будет полезным, если вы используете аналогичную связку двух программ.
В заключении, могу сказать, что на самодельный трансивер при мощности 3-4Вт и верёвку 41м с согласованием Фукса на диапазоне 80м удаются достаточно дальние связи.
Если вы заметили неточность или ошибку в описании — сообщите, пожалуйста, об этом через форму обратной связи. До встречи на диапазонах, 73!
Источник
Протокол связи FT8 — как это работает
Наверное каждый, кто хоть немного интересовался радиосвязью и радиолюбительством, слышал о цифровом протоколе связи FT8. Этот вид связи появился в 2017, и с тех пор его популярность только растет.
Источник: www.qsl.net/w1dyj/FT8%20for%20web.pdf
Для тех кому интересно, как это работает и зачем это нужно, продолжение под катом.
История
Для тех, кто далек от любительской радиосвязи, краткая историческая справка.
Первые самодельные, а позже и покупные, любительские радиостанции появились примерно 100 лет назад. Единственный сигнал, который они могли принимать и передавать, был простой тон, а передача шла с помощью кода Морзе. Разумеется, предварительно нужно было научиться принимать CW на слух, сей скилл кстати был востребован довольно долго не только у любителей, но и у профи, профессия радиста на флоте была отменена вроде бы только в 60х. Разумеется, была определенная романтика в приеме слабых сигналов на фоне шумов эфира, именно так простой деревенский радиолюбитель из Костромской области сумел в 1928г принять сигнал SOS от терпящей бедствие команды дирижабля Умберто Нобиле.
Следующим шагом была голосовая связь — передача голоса с помощью микрофона в однополосной модуляции сделала радиосвязь более удобной. Такой способ используется и до сих пор.
Наконец, где-то с 90х, у радиолюбителей стали набирать популярность цифровые виды связи. В этом случае сигнал (обычно RTTY или PSK) формирует компьютер, оператор общается с корреспондентом с помощью своего рода текстового чата.
Надо сказать, что технически подобные протоколы очень просты, и набираемые пользователем с клавиатуры символы практически без какой-либо сложной обработки посылались в эфир. И как ни странно, в этом были свои плюсы — оператор должен был сам найти нужную частоту, оценить на слух качество сигнала, увидеть на экране декодируемые символы, набрать ответ, и пр.
Но возможности цифровой обработки росли, и наконец, появился герой нашего обзора — стандарт связи FT8. Название FT8 переводится как Franke and Taylor, 8-FSK modulation. Профессор Steven Franke и астрофизик и нобелевский лауреат Joseph Taylor, создали действительно интересный и эффективный протокол для передачи данных.
- Длина сообщения 15с, сообщения передаются в фиксированные тайм-слоты, что облегчает декодирование.
- Длина сообщения 77 бит + 12-бит CRC.
- Коррекция ошибок FEC LDPC(174,87).
- Частотная модуляция 8-FSK, расстояние между тонами 6.25Гц.
- Ширина полосы 50Гц. При такой узкой полосе может одновременно работать и декодироваться множество станций.
- Порог декодирования -20дБ.
- Опциональная возможность автоматической работы, автоматической отправки ответов и пр.
В общем, авторами сделана хорошая работа по созданию практически полностью автоматизированного протокола связи, способного с одной стороны, передать информацию более эффективно, с другой, убить «дух любительского радио» на корню. Нет больше романтики шумов и замираний эфира, приема слабого сигнала корреспондента с другой стороны океана, есть просто экран ПК, а все остальное делают алгоритмы и математика.
Скриншот программы WSJT-X, поддерживающей FT8 выглядит примерно так:
Источник: 3fs.net.au/ft8-digital-amateur-radio
Лично мне не очень понятно удовольствие от практически полностью автоматической радиосвязи, но раз FT8 пользуется популярностью, значит это кому-то нужно. Посмотрим подробнее, как это работает.
Битовое кодирование
Рассмотрим практический пример — передачу фразы «CQ RA1ABC KO50». Здесь CQ это общепринятый код вызова (подробнее здесь), RA1ABC это радиолюбительский позывной, KO50 это так называемый grid-локатор, определяющий регион откуда вещает радиолюбитель.
На первом шаге общепринятые аббревиатуры заменяются короткими кодами, например CQ получает код 2h. Радиолюбительские позывные имеют строго определенный формат из букв и цифр, что также позволяет записать их в более компактной форме.
Здесь важна сама идея замены символов индексами, что эффективно при небольшом размере словаря. В итоге позывной «RA1ABC» будет записан как 0BF1C2C1h — мы потратили 4 байта вместо 6.
Аналогично, grid-локатор «KO50» записывается в виде 2х-байтового числа 4BFAh. Все это нужно потому, что максимальная длина сообщения составляет 77бит, особо не разгуляешься. Разумеется, может передаваться произвольный текст и даже телеметрия, но с учетом этих ограничений. Длина сообщения в 77бит была выбрана как компромисс между временем передачи (примерно 13 секунд, что не так и быстро), и информационной емкостью — сообщение можно было бы сделать длиннее, но оно тогда передавалось бы дольше.
В итоге, все наше сообщение «CQ RA1ABC KO50» будет сконвертировано в блок данных 00 00 00 26 28 9F D4 92 FE 88. К нему также добавляется 14-битный CRC.
Следующим шагом 91-битное сообщение преобразуется в так называемый LDPC (Low-density parity-check) код длиной 174 бит — в него добавляется избыточность, используемая для коррекции ошибок при приеме. На этом шаге сообщение преобразуется в вид 00 00 00 26 28 9F D4 92 FE 8A CA 0C F3 D1 34 33 88 D0 C2 9C 3D CC.
Частотное кодирование
Здесь все уже довольно просто. На этом шаге мы преобразуем сообщение в последовательность тонов разной частоты. Как известно, у нас возможны 8 тонов (вид модуляции FSK-8), после преобразования мы получаем последовательность вида 31406520 00000001 15353274 61112745 36563140 65201575 76054515 70523040 61407642 3140652 где каждая цифра это номер тона от 0 до 7.
Разнос частот между тонами 6.25Гц, длительность одного тона 0.16с, имея показанную выше последовательность, можно легко сгенерировать WAV-файл или управлять непосредственно синтезатором частоты в случае автономного маяка.
Спектр сгенерированного сигнала нашего сообщения выглядит так:
Конечно, лучше один раз услышать, чем смотреть на спектр, увы, Хабр не позволяет приаттачить wav-файл, а нормального видео в youtube с демонстрацией звука FT8 найти не удалось. Современным радиолюбителям слушать эфир уже не обязательно, за них это делает компьютер. Пример процесса радиосвязи можно посмотреть здесь:
Заключение
Как можно видеть, математически FT8 достаточно интересный протокол. Оригиналы исходников WSJT-X написаны на Фортране, и с ними я до конца так и не разобрался. Отдельно версию энкодера на С++ можно посмотреть на github.com/kgoba/ft8_lib, из неё были взяты приведенные выше фрагменты кода. Желающие также могут просто скачать версию WSJT-X, она бесплатна, попробовать её можно без передатчика, достаточно звуковой карты. Можно даже настроиться на частоты FT8 с помощью http://websdr.ewi.utwente.nl:8901 и перенаправить звук через virtual audio cable, так что посмотреть программу в работе можно и без трансивера и без р/л позывного.
Что касается популярности FT8 в радиолюбительских кругах… Ну лично мне это не совсем понятно, по-моему никакой романтики в таких видах связи уже нет, это ближе к промышленному протоколу, чем к хобби и творчеству. Но у большинства видимо другое мнение, что показывает график, приведенный в начале статьи. Миллионы радиолюбителей ведь не могут ошибаться? Ну а сам FT8 разумеется, технически интересен, и тут пожалуй, процесс изучения протокола куда интереснее чем его использование. Хотя, попробовать программу хотя бы один раз безусловно тоже интересно.
Источник