Der 50-Dollar-Schinken: Digitale Modi mit WSJT

Wie es allgemein üblich ist, ist Amateurfunk ein bisschen so, als würde man in den Supermarkt gehen und mit jedem, dem man auf dem Weg durch die Gänge begegnet, ein Gespräch beginnen. Nur dass der Lebensmittelladen die Größe des Planeten hat und jeder seinen eigenen Einkaufswagen mitbringt, der zum Teil stark umgebaut und richtig teuer ist. Und so gut wie jedes Gespräch dreht sich um besagte Einkaufswagen oder um den Lebensmittelladen selbst.

Mit dieser zugegebenermaßen zweifelhaften Analogie im Hinterkopf: Wenn Sie nicht zu der Art von Person gehören, die normalerweise beim Einkaufen ein Gespräch mit jemandem anfängt, könnten Sie denken, dass Sie nicht für den Amateurfunk geeignet sind. Aber nur weil die meisten Menschen auf diese Weise ihre Amateurfunkrechte ausüben, heißt das nicht, dass dies die einzige Möglichkeit ist. Dabei geht es vor allem darum, einige der gängigeren Möglichkeiten zur Nutzung der Hochfrequenzbänder (HF) zu erkunden und zu sehen, was mit einem begrenzten Budget erreicht werden kann, sowohl im Hinblick auf die Kosten für die Ausrüstung als auch auf die verbrauchte Energiemenge Folge von The $50 Ham. Willkommen in der Welt des Amateurfunks mit Mikrofon: Digitale Modi für schwache Signale.

Das Wichtigste zuerst: Lassen Sie mich klarstellen, dass Amateurfunklizenznehmern eine Menge Modi zur Verfügung stehen, bei denen kein Sprechen in ein Mikrofon erforderlich ist. Ich kehre zurück zu den Anfängen des Radios mit Dauerstrichmodi (CW). Das Aussprechen von Dits und Dahs mit einer geraden Taste ist möglicherweise der ursprüngliche digitale Modus, wenn wir die Bedeutung des Begriffs ein wenig von seiner aktuellen modernen Konnotation des Sendens und Empfangens verschlüsselter Nachrichten mithilfe von Computern erweitern, die entweder in das Radio eingebaut oder daran angeschlossen sind eine separate Komponente. Ich verwende dies als meine Definition des „digitalen Modus“ für die Zwecke dieses Artikels.

Aber selbst mit dieser strengeren Definition gibt es immer noch ein riesiges Ökosystem digitaler Modi, die im Laufe der Geschichte des Amateurfunks entstanden sind; Der Wunsch nach Kommunikation ohne die Notwendigkeit, ein Gesprächspartner sein zu müssen, hat offenbar eine lange Geschichte. Aber in diesem Artikel werde ich mich auf einige Modi innerhalb der Familie der „Schwachsignale“-Modi konzentrieren, vor allem weil ich sie faszinierend und unglaublich nützlich finde und es mir richtig Spaß macht zu sehen, welche Arten von Kontakten möglich sind Es verbraucht weniger Strom, als eine LED-Glühbirne zum Leuchten bringt.

Wenn man sich mit schwachen Signalen beschäftigt, taucht immer wieder ein Name auf: Joe Taylor (K1JT). Joe ist ein Funkamateur mit Sitz in New Jersey, und wenn man zum ersten Mal von ihm hört, denkt man, er sei nur ein ganz normaler Joe, ein Funkamateur der alten Schule, der sich eine clevere Software ausgedacht hat, um das Ziehen von Signalen mit geringer Leistung einfacher zu machen aus einer Umgebung mit hohem Lärmpegel. Und obwohl das sicherlich wahr ist, wird schnell klar, dass Joe noch viel mehr ist. Joseph Hooton Taylor, Jr. erlangte seinen Ph.D. Er erlangte 1968 seinen Abschluss in Astronomie in Harvard. 1980 wechselte er an die Fakultät für Physik in Princeton und gewann so ziemlich alle wichtigen Preise in Physik und Mathematik, darunter die Draper-Medaille, den Wolf-Preis und 1993 den Nobelpreis für Physik.

Trotz all dieser herausragenden Leistungen ist Joe in vielerlei Hinsicht ein echter „Schinken“, und seit seiner Pensionierung im Jahr 2006 hat er seine beträchtliche Erfahrung in der digitalen Signalverarbeitung in ein allumfassendes Paket für schwache Signale namens „WSJT“ gesteckt „Schwache Signale, Joe Taylor.“ Eigentlich wurde das Programm erstmals im Jahr 2001 geschrieben und von Joe und einem Kader von Digitalmodus-Enthusiasten nahezu ständig überarbeitet und aktualisiert. Die neueste Version, WSJT-X, implementiert zehn verschiedene digitale Modi für schwache Signale.

Wir verzichten auf einen tieferen Einblick in die DSP-Techniken, die WSJT-X zugrunde liegen – auch wenn das faszinierend ist und wahrscheinlich einen eigenen Artikel wert wäre – und es genügt zu sagen, dass das Paket verschiedene Modulationsmethoden mit Mehrfachfrequenzumtastung (MFSK) implementiert , die jeweils für den Einsatz unter unterschiedlichen Ausbreitungsbedingungen optimiert sind. Die derzeit implementierten zehn Modi decken alles ab, von der rauschintensiven Ausbreitung der Ionosphäre bis hin zur Streuung der Troposphäre. Die Modi unterstützen das Abprallen von Signalen von Meteor-Ionisationsspuren oder sogar das Abhören Ihrer eigenen Signale, die vom Mond abprallen.

Auch wenn die WSJT-X-Modi in die großen Kategorien „schnell“ und „langsam“ unterteilt sind, sind sie nach modernen Netzwerkstandards alle ziemlich langsam. Typische Bitraten reichen von einem Dutzend Zeichen pro Sekunde bis etwa 400 Baud. Der niedrige Durchsatz dieser Modi ist völlig beabsichtigt; Indem WSJT-X nicht versucht, rasante Geschwindigkeiten zu erreichen, nutzt es das Spektrum sehr effizient. Einige Modi benötigen nur wenige Hertz Bandbreite, allerdings kann die Übertragung selbst sehr kurzer Nachrichten mehrere Minuten dauern.

Der Modus, mit dem ich in letzter Zeit gespielt habe, FT8, ist eine relativ neue Ergänzung der WSJT-X-Suite. FT8 wurde von Joe Taylor und Steve Franke (K9AN) geschrieben, daher das „FT“ im Spitznamen. Die „8“ bezieht sich auf „8-FSK“, was bedeutet, dass das Modulationsschema acht verschiedene Töne im Abstand von 6,25 Hz verwendet. Jedes FT8-Signal belegt daher 50 Hz, ein riesiger Teil der Bandbreite im Vergleich zu anderen Schwachsignalmodi, aber immer noch ziemlich kompakt. Diese zusätzliche Bandbreite bedeutet, dass FT8-Übertragungen viel kürzer sein können als beispielsweise eine 30-minütige Übertragung auf JT9. Dadurch eignet sich FT8 für schnelle QSOs und Wettkämpfe, eine Art Kontaktsport des Amateurfunks.

Obwohl FT8 schnell ist, besteht der Nachteil in der Nachrichtenlänge. Jede FT8-Übertragung kodiert nur 75 Bit mit einer 12-Bit-Zyklusprüfung (CRC). Dies und die schnelle Bearbeitungszeit führen dazu, dass die meisten Betreiber bei der Herstellung ihrer FT8-Kontakte auf die in WSJT-X integrierte Automatisierung sowie standardisierte Nachrichten angewiesen sind.

Das Einrichten von WSJT-X und die Vorbereitung eines Transceivers für FT8 hängt stark von Ihrem Computer und Ihrem Funkgerät ab. In meinem Fall habe ich einen dedizierten Raspberry Pi 4 für meinen Amateurfunkbetrieb gebaut und dabei das hervorragende Ham Pi-Image von Dave Slotter (W3DJS) verwendet. Ich habe auch versucht, das ebenso hervorragende Build-a-Pi-Image von KM4ACK zu verwenden, aber ich hatte Probleme, meinen Icom IC-7200-Transceiver mit WSJT-X zu kommunizieren, und anstatt viel Zeit in die Fehlerbehebung zu investieren, habe ich einfach den Ham Pi-Build ausprobiert. Beide Bilder verfügen über hervorragende Communities, die Ihnen dabei helfen, sich zu entfalten, ebenso wie WSJT-X, das über ein Forum verfügt, in dem Sie häufig Joe Taylor vorbeischauen sehen, um Fragen zu beantworten. Eine Gemeinschaft, in der ein Nobelpreisträger regelmäßig Beiträge leistet, ist in der Tat eine starke Gemeinschaft.

Das Video oben zeigt, warum ich FT8 „das Speed-Dating des Amateurfunks“ nenne. Die Wasserfallanzeige oben zeigt einen Durchlassbereich von etwa 2.500 Hz – der Transceiver muss so eingerichtet sein, dass er ein möglichst breites Frequenzband bis zum WSJT-X zulässt (ein Tipp an Josh KI6NAZ für die Hilfe, das richtig zu machen). Der FT8-Algorithmus dekodiert jedes 50 Hz breite FT8-Signal im Durchlassband auf einmal; Dies führt zusammen mit der Tatsache, dass jede Übertragung 15 Sekunden dauert, gefolgt von 15 Sekunden Leerlauf, zu dem charakteristischen Schachbrettmuster auf der Wasserfallanzeige.

Dekodierte Nachrichten werden im linken Fenster von WSJT-X angezeigt, wobei die Betreiber im Allgemeinen nach Stationen suchen, die CQ anrufen. Durch Klicken auf einen Eintrag im Bandaktivitätsfenster wird eine Reihe automatischer Nachrichten gestartet, wobei WSJT-X den Sender hochschaltet und ein minimales QSO sendet – im Grunde nur die beiden Rufzeichen, einen quadratischen Ortungsplan und die Stärke des empfangenen Signals. Es ist wichtig zu beachten, dass die beiden Seiten des Gesprächs nicht auf derselben Frequenz sein müssen und dies auch nicht tun sollten – die Kopie von WSJT-X des anderen Betreibers dekodiert das gesamte Durchlassband, wenn dies möglich ist. Sobald die Bestätigung des CQ von der anderen Station empfangen wird, erfolgt der Nachrichtenaustausch vollständig automatisch, bis die letzten 73 gesendet werden und WSJT-X beiden Seiten die Möglichkeit gibt, das QSO zu protokollieren.

Seitdem ich meine endgespeiste Halbwellenantenne für die HF-Bänder eingerichtet und WSJT-X installiert habe, habe ich einige Kontakte geknüpft. Die meisten davon fanden in den kontinentalen USA und in Kanada statt, aber ich habe es letzte Woche geschafft, Japan über 30 Meter zu besiegen, was ein Vergnügen war. Die Tatsache, dass ich das alles tun konnte, ohne einmal das Mikrofon in die Hand zu nehmen und mir nicht vorstellen zu können, was ich sagen könnte, ist für mich ein Geschenk des Himmels, und die Tatsache, dass WSJT-X in der Lage ist, Signale zu dekodieren, die so weit im Rauschen liegen Boden ist eine berauschende technische Meisterleistung. Es ist auch wirklich schön, sich vor dem Abendessen etwa eine halbe Stunde hinzusetzen und ein paar QSOs mit geringem Aufwand zu machen, ohne zu viel in den Prozess investieren zu müssen.

Wie bereits erwähnt, ist FT8 nicht der einzige Modus für schwache Signale, den Joe Taylor und seine Mitarbeiter in WSJT-X integriert haben. Beim nächsten Mal bei „The $50 Ham“ werfen wir einen Blick auf den ebenso süchtig machenden WSPR-Modus und sehen, wie Sie HF-Bänder tatsächlich für weit weniger als 50 US-Dollar betreiben können, inklusive Sender.