ZL2AFP CMSK - узкополосный протокол для слабых сигналов на низкочастотных диапазонах
MSK (Minimum Shift Keying или Минимальная Частотная Манипуляция) очень похож на PSK, но вместо изменения фазы сигнала при передаче бита данных, достаточно сдвинуть фазу на 180° при передаче одного бита, при этом амплитуда остаётся постоянной. Изменения фазы производится плавно, без каких-либо резких изменений, при этом от сигнала не требуется линейность. Спектр MSK очень похож на PSK, но отличаются соотношением фаз между несущей и данными. MSK известен давно, но мало используется на КВ, однако широко используется на средних и длинных волнах, в частности для DGPS маяков и для связи с подводными лодками. Теперь и у радиолюбителей есть возможность опробовать этот интереснейший режим связи.
разница между PSK и MSK сигналами
Огромным преимуществом MSK над PSK является то, что из-за отсутствия информации об амплитуде сигнала, передатчик не должен быть линейным. Отдача передатчика всегда 100% и не уменьшается как при АМ модуляции. В других отношениях режим MSK похож на PSK, и даже демодулятор приёмника может быть использован тот же, различны только алгоритмы восстановления символов и синхронизации.
Радиолюбительские НЧ диапазоны характеризуются относительно стабильной фазой несущей при приёме сигналов, а также совсем небольшим доплеровским сдвигом. С другой стороны, на НЧ диапазонах очень сильные помехи от молнии и возможен прием отражённых сигналов, особенно на 160м, также затухание сигналов происходит медленно и может быть очень глубоким, а сами сигналы могут быть слабыми. Поэтому режимы типа PSK (BPSK, QPSK) здесь совсем не подходят и для того чтобы проводить интересные и дальние QSO через клавиатуру, на этих частотах, мы должны иметь цифровой режим с очень высокой чувствительностью, узкой полосой, имеющий превосходную толерантность к импульсным помехам. Фазовые искажения и учёт эффекта доплера, в данном случае не сильно критичны.
Не случайно MSK уже давно используют военные и коммерческие структуры на средних и длинных волнах, значит и радиолюбители могут использовать все преимущества этого вида цифровой связи. ZL2AFP создал режим CMSK для проведения QSO и программное обеспечение для него, а также немного усовершенствовал сам протокол для улучшения надёжности и устойчивости связи в режиме MSK.
Новый режим CMSK (разработанный ZL2AFP) может быть описан как коррелированный, свертывающийся, чат-режим MSK, но для краткости будем называть его CMSK. Он использует очень чувствительный кросс-коррелятор в приемнике, чтобы точно определить псевдослучайные последовательности. Он использует свёрточные системы FEC с перемежителями и использует прямую модуляцию MSK.
Помните, что передатчик для CMSK может быть не линейным (класс С, D, E) это не приведёт к увеличению занимаемой полосы. Такие передатчики широко используются для связи на длинных волнах.
ZL2AFP использовал в CMSK varicode который очень похож на используемый в PSK31 - на самом деле они одинаковы для всех ASCII символов. Плюс к этому добавлены ещё 64 символа (вторичный алфавит) и в этом заключается небольшое отличие.
скриншот программы ZL2AFP, во время работы
Любая система в которой необходима синхронизация, должна иметь способ синхронизировать передатчик и приемник чтобы они работали правильно, когда нет данных для передачи (т.е. передатчик включен, но текст не передаётся). В большинстве аналогичных коммерческих и любительских цифровых режимов, это решается отправкой нулевых данных, этот метод достигает требуемого результата, но не посылает ничего полезного в эфир. Более продвинутые режимы (как DominoEX) используют специальные символы во время простоя, для передачи фиксированного (обычно ID) сообщения. Так выполняется требование держать передатчик и приемник в состоянии постоянной синхронизации для правильной работы в момент начала передачи полезной информации.
В CMSK, ZL2AFP применил тот же подход. Пользователь может передавать тексты практически любой длины, а когда информация не передаётся, но передатчик работает, в эфир посылаются специальные символы и заранее записанный текст для постоянной синхронизации. Это может быть одним из способов использования этого программного обеспечения в качестве маяка во время работы передатчика, просто установите текстовое сообщение которое вы хотите и начните передавать, ничего не печатайте на клавиатуре!
Во время приёма такой передачи записанный текст (маяк) будет виден в специальном окне, которое не влияет на основные функции программы.
| Режим | Скорость | Ширина полосы | Скорость передачи текста | Классификация по ITU |
|---|---|---|---|---|
| CMSK8 | 7.8125 | 12.5Hz | 3.75 WPM | 12H5F1B |
| CMSK31 | 31.25 | 50Hz | 15 WPM | 50H0F1B |
| CMSK63 | 62.55 | 100Hz | 30 WPM | 100HF1B |
| CMSK125 | 31.25 | 200Hz | 60 WPM | 200HF1B |
Программа работает со скоростями от 7,8125 до 125бод, скорость по умолчанию (розовый фон в таблице) CMSK63. Низкая скорость действительно полезна только для маяка, но, учитывая очень высокую чувствительность (100% текста при уровне -21дБ С/Ш, при ширине полосы 3кГц), на низких скоростях (наберитесь терпения) можно проводить и реальные QSO! Скорость по умолчанию (62,5бод), имеет вполне разумную скорость передачи символов (30 WPM) и чувствительность около -12дБ, так что вы можете принимать текст со 100% точностью, что было бы нереально при работе в обычном CW.
Даже слабый сигнал хорошо виден на индикаторе настройке (водопаде) программы и на него легко настроиться. При работе в эфире можно использовать самые узкополосные кварцевые или DSP фильтры, что делает сигнал ещё более устойчивым к помехам.
Программа для работы в режиме CMSK написанная ZL2AFP, очень простая в освоении, в ней нет ненужных функций и в ней легко разобраться. Программа была тщательно протестирована в основном на диапазоне 600м, на дальностях 500км и 2500км.
Программа работает под Win2000, WinXP и Win7. Она может работать с Vista на некоторых компьютерах. Программа требует по крайней мере 1-ГГц процессор, SVGA дисплей и звуковую карту с 16-битным звуком. Один последовательный порт (или USB эквивалент), необходимый для управления PTT. Требования к памяти минимальны, а размер программы всего 220kб. Программа состоит из одного файла и не вносит изменения в реестр компьютера. Чтобы удалить программу, просто удалите файлы, созданные во время установки.
Скачать последний стабильный релиз и бета версию программы ZL2AFP CMSK, можно со странички www.qsl.net/zl1bpu/CMSK, в самом низу.
Дополнительная литература:
ZL2AFP CMSK - Narrow-band weak signal mode for LF/MF
ZL2AFP CMSK HELP - Narrow-band weak signal mode for LF/MF
Сигналы с минимальной частотной манипуляцией (MSK)
перевод ua6hjq
опубликован 22.08.2010
обновлен 09.06.2011