ЦИФРОВЫЕ ВИДЫ СВЯЗИ

ГЕННАДИЙ ТЯПИЧЕВ RA3XB

Персональный компьютер все больше становится одним из самых необходимых предметов в жизни современного человека. Компьютер необходим инженеру, студенту, школьнику, он автоматизирует производственные процессы, помогает в ведении домашнего хозяйства.

Компьютер на любительской радиостанции уже давно объединился с приемником и передатчиком и помогает своему владельцу совершенствоваться в освоении новых видов радиосвязи, которые появились только благодаря компьютеру и не могут без этого аппарата существовать. Имеются в виду так называемые «цифровые виды связи», в которых формирование передаваемого и принимаемого радиостанцией сигнала выполняется компьютером.

Предлагаемая читателям журнала статья, по моему мнению, должна сообщить радиолюбителю, начинающему интересоваться применением компьютера на своей любительской радиостанции, все необходимые основные сведения о цифровых видах любительской радиосвязи. Желающим получить более обширные сведения по этому вопросу советую прочитать мою книгу «Компьютер на любительской радиостанции» [1].

 Немного из истории

В книге «Техника любительской однополосной радиосвязи», изданной в 1970 году, авторы этой книги Сергей Георгиевич Бунимович и Леонид Петрович Яйленко впервые в любительской литературе опубликовали сведения о любительской цифровой радиосвязи. Раздел назывался «Передача буквопечатания с помощью однополосного возбудителя», и занимал в книге всего одну страничку.

В нем говорилось, что для работы буквопечатанием по радио радиолюбители используют частотную манипуляцию. Разность по частоте между сигналом токовой и бестоковой посылки – частотная девиация – в то время была принята равной 850 Гц.

Для получения частотной манипуляции в телеграфных передатчиках использовался увод частоты задающего генератора на 850 Гц с помощью реактивной лампы или путем подключения к контуру задающего генератора дополнительной емкости, для чего часто применялись диодные переключатели. Но этот способ имел тот недостаток, что при умножении частоты в передатчике на разных диапазонах получается различная девиация частоты, пропорциональная коэффициенту умножения.

Далее говорилось, что этого недостатка лишены однополосные передатчики, у которых нет умножения частоты. Если однополосный передатчик модулировать попеременно двумя звуковыми тонами с разностью по частоте 850 Гц, то ВЧ сигнал на выходе передатчика будет также частотно-манипулированным с девиацией 850 Гц.

Кстати, в настоящее время так и делается, вот только разность по частоте токовой и бестоковой посылок в настоящее время составляет 170 Гц.

На рис. 1 мною приведена принципиальная схема тонального генератора на транзисторах, взятая из той книги.

Рис. 1. Тональный генератор для работы буквопечатанием

 

Каскад на транзисторе Т1 – генератор звуковых частот. Транзистор Т2 выполняет роль буфера усилителя. При разомкнутом положении передающего распределителя телеграфного аппарата генератор дает частоту 2975 Гц. При замыкании распределителя к контуру генератора подключается конденсатор емкостью С1 посредством диодного переключателя (диоды Д1, Д2). При этом частота генератора изменяется на 850 Гц и становится равной 2125 Гц. Сигнал с выхода тонального генератора подается на микрофонный вход однополосного возбудителя.

В процессе настройки тонального генератора производится точная установка частоты колебаний путем подбора емкостей конденсаторов С1 и С2, а также контроль  за формой выходного напряжения, которая должна быть чисто синусоидальной. Искажение формы выходного напряжения обусловливается неправильным режимом транзисторов Т1 и Т2. В этом случае требуется регулировка их режима по постоянному току.

 

В те годы буквопечатающая связная аппаратура представляла собой довольно громоздкое сооружение в виде письменного стола с укрепленной на его крышке клавиатурой, которая была очень похожа на клавиатуру старых печатающих машинок.

Приобрести такой аппарат для домашнего пользования рядовому радиолюбителю было практически невозможно, да и получить разрешение на работу телетайпом в эфире могли только избранные.

Где то в конце 70-х и середине 80-х годов прошлого столетия получить разрешение на работу телетайпом стало проще, но приобрести необходимую аппаратуру было невозможно. В это время радиолюбители, действуя по принципу «голь на выдумку хитра», стали пытаться разрабатывать электронные датчики телеграфного кода на микросхемах и транзисторах, но все равно эта аппаратура оставалась очень громоздкой и сложной в изготовлении. В то же время западные станции во всю работали в эфире  телетайпом, модным становился новый вид связи – AMTOR. На базе AMTOR’а стали появляться BBS (Bulletin Board System) – станции, через которые радиолюбители могли обмениваться сообщениями или читать бюллетени, находящиеся в памяти этих станций. Все это делалось на базе компьютерной техники, которой у основной массы радиолюбителей нашей страны тогда не было.

В 1986 году в журнале «Радио» была опубликована конструкция очень простого в изготовлении компьютера, который назывался «Радио-86РК». Многие радиолюбители стали изготавливать эти аппараты в домашних условиях. В то же время в журнале «Радио» стали появляться описания языка Ассемблера для этого компьютера и другие вспомогательные программы, которые обучали процессу создания компьютерных программ.

В результате героических усилий радиолюбителей – энтузиастов и коллектива редакции, в журнале «Радио» стали появляться тексты исходных кодов большого числа самых разных радиолюбительских программ, в том числе и программы по радиосвязи.

Первую в нашей стране программу для работы телетайпом разработали московские радиолюбители. Интересной особенностью этой программы была начальная заставка во весь экран в виде букв «RTTY».  Программа стала быстро распространяться среди радиолюбителей.

Потом стали появляться компьютеры на базе процессора Z80, которые работали с программами западных разработчиков.

В те годы мне тоже удалось собрать компьютер «Радио-86РК» и изучить программирование на языке Ассемблера. К 1992 году мною были разработаны программы для приема и передачи с помощью компьютера «Радио-86РК» телеграфных сигналов и сигналов телетайпа.

Новый период в развитии цифровых видов связи в нашей стране начался примерно с 1993 года, когда у многих радиолюбителей стали появляться IBM PC компьютеры на 386 или 486 процессорах. Этот период стал началом  новой, современной истории, в которой компьютер становится одним из самых необходимых аппаратов в повседневной жизни человека. У радиолюбителей постоянно стали появляться новые виды радиосвязи, в которых главная роль в создании передаваемых и принимаемых сигналов выполняется компьютером – это цифровые виды связи.

Телетайп – это первый и пока один из самых распространенных видов любительской цифровой радиосвязи.

 

 Аппаратная реализация цифровой радиосвязи

Применение персонального компьютера для организации работы цифровыми видами связи на любительской радиостанции требует дополнительной аппаратуры, посредством которой можно было бы согласовать ПК с радиостанцией.

Если ввести понятие «технология выполнения цифровой любительской радиосвязи», то можно будет выделить три четко ограниченные технологии, которые отличаются друг от друга основными параметрами.

  1. Первая технология — классическая. Она характеризуется следующими параметрами.
  • Заложенная в компьютер программа только выполняет функции по обслуживанию экрана и файлов с передаваемыми и принимаемыми текстами.
  • Роль согласующего устройства между компьютером и радиостанцией выполняет специальный контроллер — TNC (Terminal Node Controller). TNC представляет собой сложный аппарат, который при передаче принимает от компьютера через COM-порт текстовые строки, производит кодирование каждого символа (буквы) из этой строки в токовые посылки и передает эти посылки в передатчик. При приеме он принимает от радиоприемника аналоговые сигналы, декодирует эти сигналы в буквы, складывает из полученных букв строки и через COM-порт передает готовые строки компьютеру. Переключает радиостанцию для работы на передачу или на прием
  • COM-порт компьютера с подключенным к нему TNC работает в нормальном режиме, соответствующему стандарту RS-232;
  1. Вторая технология — комбинированная. В этой технологии часть функций, которые в первой технологии выполняет TNC, передаются компьютеру.
  • Загруженная в компьютер программа выполняет функции по обслуживанию экрана и файлов с передаваемыми и принимаемыми текстами. Кроме того, она при передаче производит кодирование каждого символа из передаваемой текстовой строки в токовые посылки и передает их модему. При приеме программа принимает от модема токовые посылки, декодирует эти посылки в буквы, складывает из этих букв слова и передает их для дальнейшей обработки.
  • Роль согласующего устройства между компьютером и радиостанцией играет специальный аппарат — модем. Модем значительно проще и дешевле, чем TNC. При передаче он принимает от компьютера через COM-порт токовые посылки, преобразует их в посылки с определенной частотой и передает на вход радиопередатчика. При приеме модем принимает от радиоприемника аналоговые сигналы, преобразует их в токовые посылки и передает компьютеру. Через модем компьютер переключает радиостанцию с приема на передачу и наоборот.
  • COM-порт работает в необычном для него режиме.
  1. Третья технология — работа через звуковую карту компьютера. Эта технология имеет много общего с технологией второй, только роль модема выполняет звуковая карта компьютера.
  • Загруженная в компьютер программа выполняет функции по обслуживанию экрана и файлов с передаваемыми и принимаемыми текстами. Кроме того, она при передаче производит кодирование каждого символа из передаваемой текстовой строки в токовые посылки и передает их на звуковую карту компьютера. При приеме программа принимает от звуковой карты токовые посылки, декодирует эти посылки в буквы, складывает из этих букв слова и передает их для дальнейшей обработки.
  • Роль согласующего устройства между компьютером и радиостанцией играет звуковая карта компьютера. Такой вариант значительно проще и дешевле, чем TNC или модем. При передаче звуковая карта принимает от компьютера токовые посылки, преобразует их в посылки с определенной частотой и передает на вход радиопередатчика. При приеме звуковая карта принимает от радиоприемника аналоговые сигналы, преобразует их токовые посылки и передает компьютеру.
  • COM-порт служит только для переключения радиостанции с приема на передачу и наоборот.

Каждая из этих технологий имеет свои плюсы и свои минусы. Рассмотрим некоторые из особенностей каждой технологии.

q Единственный, на мой взгляд, недостаток первой технологии заключается в значительной стоимости TNC. Преимуществом является отличное качество как при приеме, так и при передаче.

q Вторая технология позволяет иметь достаточно хорошее качество приема и передачи, которое в большой степени зависит от конструкции и настройки модема. Для радиолюбителей, умеющих держать в руке паяльник, это очень хороший вариант. Большинство из имеющихся в настоящее время программ по различным цифровым видам связи предназначены именно для работы с различными модемами, хотя могут отлично работать и с TNC.

q Третья технология имеет специфическую особенность. Дело в том, что в компьютере могут использоваться и очень дешевые звуковые карты, и очень дорогие. При этом дорогие карты, имеющие в своем составе специальный процессор, могут обеспечить хорошее качество сигнала. Но эти карты очень дорогие и не каждый из наших радиолюбителей сегодня в состоянии их приобрести. Дешевые звуковые карты тоже могут во многих случаях удовлетворить потребности некоторых радиолюбителей, но, как показал опыт, не всем этот вариант нравится. С аппаратными модемами получается лучше, это мое мнение.

q Существует и еще одна особенность при работе со звуковыми картами. Под управлением Windows98(95) работают практически все имеющиеся на отечественном рынке звуковые карты, а вот под управлением MS-DOS работают только те карты, драйверы которых имеются в данной программе.

 

Некоторые наблюдения и выводы

Мною проведено большое число экспериментов, во время которых я  сравнивал  качество принимаемых сигналов при применении аппаратного модема и при использовании вместо модема звуковой карты компьютера.

В результате этих экспериментов оказалось, что программой RITTY в режиме телетайпа через звуковую карту я не смог без ошибок принимать те радиостанции, сигналы которых отлично принимались на другую программу, работающую через аппаратный модем. После этого я провел несколько экспериментов по приему сигналов пакетных станций, работавших на диапазоне 14 МГц. При этих экспериментах я использовал WinPack+AGWPE, но в одном случае прием одной и той же станции проводился через аппаратный модем, а в другом случае — через звуковую карту.

Оказалось, что через звуковую карту прием был во много раз хуже или вообще становился невозможным.

Об’яснение этому нашел в книге Тима Кинтцеля «Руководство программиста по работе со звуком», ДМК, Москва, 2000г.

Не вдаваясь в тонкости, сложившиеся обстоятельства, пускай и примитивно, но с достаточной степенью точности, можно объяснить в каждом из этих случаев следующим образом:

q входной фильтр аппаратного модема, выполненный на операционных усилителях,  пропускает через себя без задержки сигналы определенной полосы частот, при этом основополагающим фактором является  только частота поступающего на фильтр сигнала. Форма сигнала не влияет на работу фильтра.

q Фильтр, выполненный на звуковой карте, представляет собой массив цифр, которыми описывается идеальная синусоида. Этот фильтр  все поступающие на его вход  сигналы тут же преобразует в другой массив цифр, а затем сравнивает цифры этих двух массивов на предмет совпадения. Если цифры одного массива совпадают с цифрами другого массива, то сигнал считается нормальным и фильтр его пропускает.

Получается так, что если на вход фильтра, выполненного на базе звуковой карты, поступает сигнал с идеальной (или близкой к идеальной) формой синусоиды, то такой сигнал через фильтр проходит. Так что если вы работаете любым видом цифровой связи через звуковую карту, то выбирайте тех корреспондентов, радиостанции которых излучают близкий к идеальному синусоидальный сигнал. Иначе будут проблемы. Дело в том, что некоторые радиолюбители в своих конструкциях предпочитают использовать сигналы прямоугольной формы, которые через фильтр на звуковой карте нужно «пропихивать» какими-то специальными мерами.

Поэтому советую всем, кто хочет иметь качественный прием сигналов при работе различными видами цифровой радиосвязи, или иметь приличные результаты в соревнованиях по  цифровой связи, не работать через заменители модемов, в качестве которых используются обычные дешевые звуковые карты компьютеров. Нужно устанавливать на своих радиостанциях аппаратные модемы, на входе которых стоят фильтры, выполненные или на операционных усилителях, или на контурах.

Интересующихся этим вопросом советую также прочитать статью Игоря Подгорного (EW1MM), опубликованную в журнале «Радиомир. КВ и УКВ» № 1 за 2005 год.

Далее рассмотрим особенности каждого из цифровых видов связи, наиболее применяемых на любительских радиостанциях в настоящее время.

 

 

—————————————————————————————————————-

Литература:

  1. Г. А. Тяпичев «Компьютер на любительской радиостанции», BHV С.- Петербург, 2002 г, 440 страниц;
  2. Г. А. Тяпичев «Спутники и цифровая радиосвязь», DESS Москва, 2003 г, 284 страницы;

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *