Небагато про WSPR, або як далеко можна передати сигнал потужністю 1Вт
Як далеко можна передати радіосигнал? Це, мабуть, найцікавіше питання, яке порушувалося задовго до появи терміну IoT як такого. Найбільш комплексно на це питання спробував відповісти Joseph Hooton Taylor, американський астрофізик та лауреат Нобелівської премії, створивши у 2008 році програму Weak Signal Propagation Reporter (WSPR). Ідея програми проста - передати сигнал, що несе мінімум інформації, який за рахунок цього може бути декодований на великій відстані.
Як це працює? Деталі під катом. Як виявилося, WSPR жодного разу не описувався на geektimes, час заповнити цю прогалину.
Структура сигналу
WSPR - це максимально простий цифровий сигнал, що передається зі швидкістю лише 1.4648 бод (так, лише трохи більше 1 біта в секунду). Для передачі використовується частотна модуляція (4-FSK) з рознесенням частот 1.4648Гц, отже ширина смуги сигналу лише 6Гц. Переданий пакет даних має розмір лише 50 біт, до нього також додаються біти корекції помилок (non-recursive convolutional code, constraint length K=32, rate=1/2), у результаті загальний розмір пакета дорівнює 162біт. Ці 162біт передаються приблизно за 2 хвилини (хтось буде скаржитися на повільний інтернет?:).
Завдяки вузькосмуговому сигналу система вийшла досить чутливою. Мінімальний рівень сигнал/шум для декодування становить -28 dB, що перевершує навіть прийом абетки Морзе тренованим оператором. І нарешті найцікавіше — було створено сайт http://wsprnet.org, куди автоматично відправляються прийняті дані, і будь-який охочий (зокрема власник станції або сигнал) може подивитися статистику та візуалізацію на карті прийнятих даних.
Використання для прийому
Для прийому сигналів WSPR достатньо мати приймач із можливістю прийому однополюсної модуляції (Tescun PL-660, Sangean ATS-909x, Sony ICF-SW7600 та ін.). Використовувати WSPR досить просто – достатньо з'єднати приймач з лінійним входом звукової карти та вибрати її у програмі як джерело сигналу. Далі в налаштуваннях необхідно вказати розташування у вигляді grid locator, дізнатися який можна на сайті https://www.qrz.com/gridmapper. Можна використовувати оригінальну версію WSPR, але краще використовувати новішу WSJT, інтерфейс якої більш зручний.
На цьому практично всі налаштування закінчено. Необхідно налаштувати приймач на вибрану частоту (список частот можна переглянути на сайті), включити програму, і можна пити чай. Хвилин через 15 можна перевірити вікно програми, яке має виглядати приблизно так:
Якщо в програмі було введено позивної приймаючої станції та встановлено прапорець “Upload to server”, то зайшовши на сторінку http://wsprnet.org/drupal/wsprnet/map і ввівши цей позивний, можна побачити графічну карту прийому, а зайшовши на http ://wsprnet.org/drupal/wsprnet/spots, можна переглянути докладнішу текстову інформацію.
Використання для передачі
Для передачі необхідні радіоаматорський трансівер (наприклад Yaesu 857) та радіоаматорська ліцензія (при отриманні якої видається і позивної станції). Сервер wspr не перевіряє правильність ліцензій та позивного, власник станції вирішує це питання самостійно.
В іншому принцип той самий: радіостанція підключається до комп'ютера, сигнал формується через звукову карту. Кожен сеанс передачі триває 2 хвилини, через якийсь час можна зайти на сайт та подивитися статистику.
Результати
Для перевірки я попросивзнайомого, що має відповідний трансівер, зробити 3 тести: 1) Прийом сигналів на частоті 7.038МГц на випадкову антену (шматок дроту). 2) Прийом сигналів на тій же частоті на налаштовану антену 3) Передача сигналу
Прийом на випадкову антену
Це найнеефективніший спосіб з погляду якості прийому. Рівень сигналу мінімальний, до того ж, антена приймає багато перешкод від домашніх електроприладів. Програма була запущена приблизно на 15 хвилин, результат був відразу видно у вигляді карти на сайті:
Прийом на налаштовану антену
Наступною була випробувана на прийом антена magnetic loop, налаштована на ту саму частоту. Антена magnetic loop - це практично єдина антена, здатна працювати і на прийом та на передачу, яка може бути розміщена у квартирі, її розмір складає 1-2м. Результат роботи програми за 10 хвилин:
Цікаво проаналізувати результати в текстовій формі:
Передача сигналу
Нарешті, останнім тестом була передача сигналу з цієї кімнатної антени. Передача потужності була обрана в 1 і2Вт. Результати показані на карті та в таблиці:
Висновок
Як можна бачити, wspr є дуже цікавим інструментом, що дозволяє наочно вивчати проходження радіохвиль і порівнювати якість антен. Цікаво й те, що вся система працює за рахунок ентузіастів та спільноти, хтось передає сигнали, хтось приймає, а за рахунок великої кількості учасників результати виходять дуже цікавими та наочними.
Повертаючись до питання заголовка, як далеко можна передати дані з 1Вт потужності. Досить далеко, як показує пошук на базі сайту, на прикладі радіоаматора з позивним OE3MUC. Ось його карта передачі з потужністю 1Вт:
