Малко за WSPR или колко далеч може да бъде предаден 1W сигнал

Докъде може да се предава радиосигнал? Това е може би най-интересният въпрос, който беше повдигнат много преди появата на термина IoT като такъв. Джоузеф Хутън Тейлър, американски астрофизик и носител на Нобелова награда, се опита да отговори най-изчерпателно на този въпрос, като създаде програмата Weak Signal Propagation Reporter (WSPR) през 2008 г. Идеята на програмата е проста - да предава сигнал, който носи минимум информация, която поради това може да бъде декодирана на възможно най-голямо разстояние.

Как работи? Детайли под кройката. Както се оказа, WSPR никога не е бил описван в geektimes, време е да запълним тази празнина.

Структура на сигнала

WSPR е най-простият възможен цифров сигнал, предаван само при 1,4648 бода (да, малко над 1 bps). Предаването използва честотна модулация (4-FSK) с честотно разстояние от 1,4648Hz, така че честотната лента на сигнала е само 6Hz. Предаваният пакет данни има размер само 50 бита, към него се добавят и битове за коригиране на грешки (нерекурсивен конволюционен код, дължина на ограничение K=32, скорост=1/2), в резултат на това общият размер на пакета е 162 бита. Тези 162 бита се прехвърлят за около 2 минути (някой друг ще се оплаче от бавен интернет? :).

Благодарение на теснолентовия сигнал системата се оказа много чувствителна. Минималното ниво сигнал/шум за декодиране е -28 dB, което надхвърля дори приемането на морзовата азбука от обучен оператор. И накрая, най-интересното е, че е създаден сайтът http://wsprnet.org, където получените данни се изпращат автоматично и всеки (включително собственикът на станцията или този, който е получил сигнала) може да види статистиката и визуализацията на картата на получените данни.

Използвайте за получаване

За получаване на WSPR сигнали е достатъчно да имате приемник, способен да приема еднополюсна модулация (Tescun PL-660, Sangean ATS-909x, Sony ICF-SW7600 и др.). Използването на WSPR е съвсем просто - просто свържете приемника към линейния вход на звукова карта и го изберете в програмата като източник на сигнал. След това в настройките трябва да посочите местоположението под формата на локатор на мрежата, който можете да намерите на сайта https://www.qrz.com/gridmapper. Можете да използвате оригиналната версия на WSPR, но е по-добре да използвате по-новата WSJT, която има по-удобен за потребителя интерфейс.

С това почти всички настройки са завършени. Необходимо е да настроите приемника на избраната честота (списъкът с честоти можете да намерите на уебсайта), да включите програмата и можете да отидете да пиете чай. След 15 минути можете да проверите прозореца на програмата, който трябва да изглежда така:

Ако позивната на приемащата станция е въведена в програмата и е поставена отметка в квадратчето „Качване на сървъра“, тогава, като отидете на страницата http://wsprnet.org/drupal/wsprnet/map и въведете тази позивна, можете да видите графична карта за приемане, а като отидете на http://wsprnet.org/drupal/wsprnet/spots, можете да видите по-подробна текстова информация.

Използване на трансфер

За да предавате, ви е необходим радиолюбителски приемо-предавател (напр. Yaesu 857) и радиолюбителски лиценз (при получаването на който се издава и позивната на станцията). Сървърът на wspr не проверява коректността на лицензите и позивната, собственикът на станцията решава този проблем сам.

В противен случай принципът е същият: радиостанцията е свързана към компютър, сигналът се генерира чрез звукова карта. Всяка сесия на трансфер продължава 2 минути, след известно време можете да отидете на сайта и да видите статистиката.

резултати

За проверка попитахприятел, който има подходящия трансивър, направете 3 теста: 1) Приемане на сигнали на честота 7,038 MHz на произволна антена (парче жица). 2) Получаване на сигнали на същата честота към настроената антена 3) Предаване на сигнал

Случайно приемане на антена

Това е най-неефективният начин по отношение на качеството на приемане. Нивото на сигнала е минимално, освен това антената получава много смущения от домакински електрически уреди. Програмата беше стартирана за около 15 минути, резултатът беше видим веднага под формата на карта на сайта:

Максималният обхват на приемане беше около 700 км, което по принцип не е толкова лошо.

Приемане на настроена антена

Магнитната рамкова антена, настроена на същата честота, беше след това тествана за приемане. Магнитната рамкова антена е практически единствената антена, способна както да приема, така и да предава, която може да бъде поставена в апартамент, нейният размер е 1-2m. Резултатът от програмата за 10 минути:

Разликата е очевидна - повече станции са приети за по-малко време, а максималният обхват на приемане е около два пъти по-голям.

Интересно е да се анализират резултатите в текстова форма:

Времето за превключване на една антена към друга беше разделено с червена линия. Вижда се, че при предавателна мощност от 1 ват средният обхват на приемане на една стайна антена е около 500 км. Резултатът от 1488 км при мощност от 0,1 W се отличава, но не знаем дали това е вярно - за съжаление програмата не проверява въведените от потребителя стойности (можете да посочите 1 W и да предавате при 100 W, невъзможно е да проверите това), може би операторът просто е направил грешка при въвеждане на параметрите.

предаване на сигнал

И накрая, последният тест беше предаване на сигнал от същата вътрешна антена. Мощността на предаване е избрана на 1 и2W. Резултатите са показани на картата и в таблицата:

Както можете да видите, обхватът при 1W мощност беше 275 км, само един оператор получи сигнала. При 2W картината вече е по-интересна - максималният обхват беше до 1200 км. Разбира се, вътрешните антени в градските райони са много несъвършени по отношение на ефективността. Извън града, в условия на чист въздух с минимално количество смущения, могат да се приемат много по-слаби сигнали.

Заключение

Както можете да видите, wspr е много интересен инструмент, който ви позволява визуално да изучавате преминаването на радиовълни и да сравнявате качеството на антените. Интересно е също, че цялата система работи за сметка на ентусиастите и общността, някой предава сигнали, някой получава и поради големия брой участници резултатите са много интересни и визуални.

Връщайки се към въпроса от заглавието, колко далеч могат да се предават данни с 1 ват мощност. Доста далеч, както показва търсенето в базата данни на сайта, използвайки примера на радиолюбител с позивна OE3MUC. Ето неговата 1W карта на предаване:

Разбира се, става въпрос и за наличието на добри и качествени насочени антени, но въпреки това е много интересно - с мощност от само 1W (т.е. хипотетично такъв предавател може да се захранва директно от USB конектора) можете да прехвърляте данни през океана от Австрия до Австралия за 15 000 км без интернет и кабели. Има за какво да се замислим...