F6ECI Station Radio Amateur

 

 

 

 

 

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  L'' emission en tout ou rien ( CW ) a cédé sa place à l'onde continue vers 1920. Plus ou moins par défaut, l'Alphabet morse international avec le mode tous ou rien  a été le mode choisi dans la plupart des cas  pour les faibles sigaux   dans le monde  radio amateur . Le morse est commode, polyvalent et aisément codé et decodé par les OM. Le fonctionnement en tous ou rien  avait l'avantage d'avoir une bande passante réduite . Le choix a été  facile. Il est aisé de montrer, cependant, que ni le codage ni la modulation de CW n'est optimum. Quand chaque dB  compte dans le rapport signal sur bruit. Dans le monde amateur les signaux sont souvent de tres faibles niveau comme dans les transmiision par réflexion sur la lune pu sur des longues distances. il y a de très bonnes raisons pour explorer d'autres options. Les ordinateurs individuels équipés de cartes son fournissent une occasion magnifique pour expérimenter avec la vaste gamme de possibilités.  Les mathématicien ont également  définis des algorhytmes êrmettant de compresser le signaux et d'extraire le signal du bruit

Des systèmes de communication digitaux modernes sont basés sur les mathématiques de théorie de l'information. Ce domaine essentiellement  basé sur deux documents de 1948  dans lequel Claude Shannon a prouvé que l'information peut être transmise sur un canal bruyant avec le taux d'erreur arbitrairement bas et un signal apreès qui dépend seulement de la largeur de bande de canal et le rapport  signal-à-bruit (SNR). La réalisation d'un taux d'erreur bas à SNR très bas exige le codage mathématique de l'information , compacte le signal  et  inclut de la redondance soigneusement structurée. La compacité est nécessaire pour réduire au minimum (la puissance de l'émetteur et maximiser la sortie; la redondance est nécessaire pour assurer l'intégrité de message dans un canal bruyant et variable.

Modes WSJT

C'est une suite de formes d'ondes destinée à réaliser  des liaisons radioélectriques en fonction des fréquence et mode de réflexions. Le mode est différent suivant les fréquences

Depuis quelques années compte tenu de l'évolution informatique temps de calcul réduit. Quelques OM passionneés ont cherchés à améliorer le bilan de liaison des communications radio amateur.

Joe TAYLOR  K1JT  astrophicien et prix NOBEL de physique en 1993 a défini de nouveaux modes de transmissions numérique. Ces techniques modernes permettent d'apporter de nouvelles solutions.

Mode FSK441

Le premier mode de transmissions introduit en 2001 que joe à analyser est le haut débit CW utilisé en meteor scatter. Pour rappel le meteor scatter consiste à realiser des liaisons par réflexion sur les zones ionisées provoqué par les meteorites qui entrent dans la ionosphère et principalement sur les couches D et E entre 50 et 150 km d'altitude. Les bandes de fréquences permettant d'utiliser ce ce mode de rélexion sont 28 MHz , 50 MHz, 70 MHz ,144 MHz et 432 MHZ. Les bandes les plus utilisées sont le 50 et 144 MHz sur 28 Mhz c'est interessant lorsque la zone d'activité solaire est tres basse et ne permet aucune liaison par les propagations normale. Sur 432 MHz les liaisons sont tres difficiles à réaliser.

La particularité du meteor-scatter est que la duré de ionisation est souvant tres courte et avec peu de réflexion. Lorsque l'on veut réaliser des liaisons par ce mode  il faur regarder les éphémerides des essains de meteorites , mais il est possible en dehors de ces période de réaliser des liaisons mais il faut êtte pacient. Un site permet de visauliser en temps réel le parcours des essains ainsi que de savoir dans quelle direction la réflexion sera optimum  VIRGO. lBeaucoup de QSO sont maintenant réalisés en random mais il est possible de prendre rendez vous sur certain site dédiés. Un site beaucoup utisé ON4KST  pour l'europe qui permet de faire un chat destiné aux VHF SHF dans tous modes de modulation et propagation ( MS , Transequoitoriale, EME , ...)

La bande des 6m (50 MHz) est la meilleure bande pour travailler car les signaux MS y sont les plus forts et leur durée est également plus longue que dans la bande des 2m (144 MHz).

Sur 28 MHz un burst dure 25 fois plus longtemps que sur 144 MHz et l'énergie potentielle du signal est 120 fois plus importante que sur 144 MHz. En revanche, sur 432 MHz le même burst durera 10 fois moins longtemps que sur 144 MHz mais il sera jusqu'à 30 fois plus faible. Les signaux recus sont souvent tres confortables au environ de S9. il est possible de réaliser des QSO de 800 à 2500 Km

La procédure normale pour établir une liaison consiste soit à travailler sur rendez vous  (prendre un rendez-vous en HF) ,ou  en Random.soit en établissant un QSO  directement la bande concernée (ce qui est long et fastidieux) soit par le biais du  European Net sur 14.345 MHz ou 28.345 MHz ± 10 kHz durant les week-end et toute la semaine qui précède les essaims principaux de 11 à 14h UTC. La prise de contact dure moins de 5 minutes en CW et 1 minute en phonie.

 

Par le passer les moyens que l'on utilisaient pour réaliser ce type de liaison compte tenu que les burst de réflexion ont tre souvent des durées de 1 à 2 secondes et cela avec 10 à 50 burts par heure, réaliser une liaison n'étair pas évident. La CW est trop lente donc l'idée était de faire de la CW rapide. Pour cela on enregistrait les messages CW à 20 C/mn sur un magnetophone puis apres avoir modifié le magnetophone pour le faire fonctionner en accéleré vitesse multipliée jusq'à 400 ( difficile à réaliser avec un magnétophone sans dégrader le signal) les vitesses étaient plutot de l'orde de 40 fois la vitesse normal  on transmet le signal à 8000 c/mn. Une durée de 100 mS permet de transmetre 13 caractères  suffisant pour l'indicatif . En réception methode inverse enregistrement du signal en rapide puisq lecture à vitesse lente. Méthode tres laborieuse mais qui ont permis pendant de longue années à réaliser des liaisons une durée.

Joe à eu l'idée de créer un codage qui permet d'augmenter l'efficacitée tous en corrigeant  les phénomènes de doppler.  Un logiciel permettant de réaliser ce mode de transmissions mais en utilisant un ordinateur

Le progamme informatique s'appel WSJT et le protocole de communication FSK441. vous pourrez réaliser des liaisons avec 100 W et une antenne 9 élements sur le 144 MHz.

Les contraintes du canal de propagations

La solution à été de réaliser une modulation MDF4  ( 4 fréquences) et un débit de 441 bauds.La fréquence la plus élevée  n'est jamais utilé en début de caractère.

Les fréquences sont séparées de 441 Hz   ( 882 Hz 1323 Hz 1764 Hz et 2205 Hz ). Afin d'avoir le minimum de temps pour transmettre les données d'un QSO, un codage permet de limiter le nombre de bits à transmettre.

Le fait d'utiliser 3 fréquences permet d'avoir 4  combinaisons possibles. exemple donnons à chaque fréquence un numéro

Fréquence Numéro
882 0
1323 1
1764 2
2205 3

Afin d'avoir un minimum de combinaison , un caractère sera défini avec une suite de trois données chaque donnée utilisera une des fréquences  du tableau, cela nous donne un nombre de 4 pour les fréquences multiplié par 4 pour la deuxième séquence et par 4 pour la troisième séquence les trois séquences sont envoyées  séquentiellement soit 64 combinaisons possible. Le code  pour le FSK441 est le suivant: soit 43 caratères . C'est de la compression de donnée mais sans perte d'information

Caractère code caractére code
1 001 H 120
2 002 I 121
3 003 J 125
4 010 K 123
5 011 L 130
6 012 M 131
7 013 N 132
8 020 O 133
9 021 P 200
. 022 Q 201
, 023 R 202
? 030 S 203
/ 031 T 210
# 032 U 211
<space> 033 V 212
$ 100 W 213
A 101 X 220
B 102 Y 221
C 103 0 223
D 110 E 230
F 112 Z 231
G 113    
 

Remarque: Le code space est 33 ,

La synchronisation utilise toujours  la fréquence la plus élevé ainsi que le caractère space cela permet d'avoir un prise de synchronisation plus sensible que les données utilie

La vitesse de transmission est très rapide exemple:

Pour transmetre un indicatif , la vitesse et de 441/3 = 147c/s  pour transmettre l'indicatif TM1EPC il faut 41 ms et pour un échange  moins de 150 ms

Ce mode de transmission utilise une bande audio phonie

La synchronisation nécessaire pour décodage du message se produit en deux étapes. Le programme identifie d'abord le point de départ des séquences de 25 échantillons de formes d'onde successives La tonalité unique permet de se synchroniser a un tres bas niveau ( methode de pic de correlation)  Une fois cette synchronisation acquise; synchronisation sur le début de message. puis décodage es données

Le logiciel WSJT est téléchargeable sur le site WSJT et intègre les formes d'onde FSK441 JT6M  JT65

Mode JT6M

C'est mode dérivé du FSK441 introduit en 2002 mais spécialement adapté pour les liaisons par rélexion sur les ionisations que provoquent les météorites  sur la bande des 6 metres ( 50 Mhz)  et 4 m (70 MHz) Les bursts étant d'une duré plus longue que sur le 2 mètres. Vous pouvez réaliser des liaison avec un dipole et 50 W sur 50 MHz  et sur 70 MHz  une 4 éléments  et 50 W

C'est une modulation FSK de 44 fréquences dont une fréquence sert de synchronisation et le débit de 21,53 Baud.

Les frequences d'appels  NA 50.260 MHz  et EU 50.230 MHz

 

Mode JT65

Ce mode introduit en 2003 est dérivé des modes précédent  mais plus adapté aux transmissions en HF et en troposacatter  VHF SHF.

C'est un mode FSK avec 64 fréquences dont une fréquence  de synchronisation. Comme on a pu le voir sur la partie théorie plus le nombre de fréquence est important  meilleur sera la sensibilité mais aller au dela de 64 le gain serait faible. De plus le fait d'avoir un encombrement spectrale permet d'être plus efficace par raport au fading sélectif

Dans ce type de transmission la synchronisation est le point essentiel pour établir une liaison. Pour cela la porteuse de synchronisation  est utilisée 50% du temps du slot  ce qui permet avec une procédure de pic de correlation d'avoir une prise de synchronisation de plusieurs dB en dessous de la limite de réception.

Le protocole d'échange est tres proche de celui défini pour les liaisons EME. Ce protocole permet de faire de la compression données donc de transmettre plus d'informations dans un temps donné. Un compromis sera donné entre la vitesse de transmission et le nombre de données à transmettre

Protocole de communication

CQ F6ECI  JN05

F6ECI UR7QM  - 15

UR7QM F6ECI -18

F6ECI  10 W  -12

UR7QM    RRR

F6ECI UR7QM    73

A partir de ce protocole il peut être défini 3 champs 2 champs ,indicaif et un champ locator ou report

Pour les deux premiers champs; l'indicatif  sur la partie prefix il peut  y avoir  1 2 ou 3 caractères alphanumériques 26 caractères et 10 chiffres et applicables sur chaque caractère alpha numérique. Pour les suffixes seulement les 26 caractères de l'alphabet. auquel il faut ajouter espace pour le chiffre qui dans le l'indicatif 10 caractères sont suffisant.

Le nombre de combinaison  pour le champ indicatif est au maximum  de  37*36*10*27*27*27 = 262177560 avec 28 bits l'on peut avoir 268 000 000 combinaison si nous comparons avec un code ascii  54 bits serait nécessaire. il y a bien compression de donnée. Pour le QTH locator  le de possibilité est  18 lettre latitude et 18 lettre longitude  ainsi que 10 chiffres longitude et 10 chiffre latitude soit 180 par 180 possibilité = 32400 avec 15 bits nous avons 32768 possible

 

Le méssage de base avant l'intégration du FEC et synchronisation  28 ( indicatif) + 28 bits ( Indicatif) + 15 bits locator soit un nombre de 72 bits utile, 1 bit complémentaire est ajoué pour le type de message   Dans les champs indicatifs il y a des combinaisons qui ne sont pas utilisé et donc peuvent être attribués a des messages spécifiques On peut remplacer les indicatifs par des messages courts.

10 W  AN VERT par exemple

FEC  code correcteur d'erreur

Afin d'avoir redondance sur les message ce qui permet à la réception de corriger les erreurs il est ajouté 306 bits de code correcteur ce qui nous donnes un rapport de codage de 72/306 =0.19  ou rapport de redondance de 5.25.

Le code correcteur choisi est un REED SALOMON RS(63,12) qui encode les 72 bits utile  en 63 6 bits ( 378 bits du message complet) et qui correspond aux 63 fréquences la 64 e etant la synchronisation.

 

 

Entrelacement

Dans le cas d'un parasite ou d'un creux de fading plusieurs bit successif peuvent être détruit.

 Pour que le code correcteur soit efficace il faut qu'il n'y pas de gros pacquet de bit deffectueux, c'est pour ça que l'on rélasise un entrelacement des données , C'est à dire que les données ne sont pas envoyées dans l'ordre du message mais répartie dans la duré du slot inconvéniant il faut attendre d'avoir reçue tous le message avant de le reconstituer.

Codage de Gray

Dans le mode FSK 64  Si l'on utilise un code binaire naturel ex:

15   001111  et que l'on passe à 16  010000  il y a 5 bits qui sont modifies un parasites provanquant le passage 15 à 16 va provoquer 6 erreurs au lieu d'une. Le code de gray consiste a ce que le passage d'un état à l'autre ne provoque qu'une seule erreure donc un seul bit modifié

Synchronisation et modulation

La séquence de réception ou d'emission est de 1 minutes et synchronisé avec le top 0 de la minutes d'ou nécessité d'avoir une precision sur le temps une synchronisation périodique du PC est nécessaire Dimension 4 est un logiciel qui synchronise le PC a quelques centaines de millisecondes ( Connexion internet indispensable) ou autre méthode de synchronisation.

La synchronisation est réalisée avec la 64e fréquence qui permet d'avoir un synchronisation Temporel avec l'acquisition du pic de synchro et de la fréquence.

Le top départ commence 1 seconde après 0 minutes UTC et se termine à 47.8 Secondes après le TO ce qui laisse plus de 10 secondes au PC pour décoder le signal ainsi qu'a l'opérateur pour répondre sur le prochain slot. Le débit est de 2.68 Bauds ( il y a 6 bits par baud)

La synchronisation est réalisée par autocorrelation c'est une suite de 0 est de 1

 

Logiciels

Il existequatres logiciels pour ce mode issue du  mode défini par K1JT

WSJT9 qui possede tous les  modes  décrient ci dessus

 

Pour le mode d'empoi voir le site  du logiciel

JT65 HF ce mode est dédié au JT65A pour le mode HF c'est le plus utilisé actuelement en HF à la particularité est de voir l'ensemble du traffic sur une bande de 2 Khz tres convivial

 

Le dernier logiciel est MulTiPSK de F6CTE qui intègre les modes JT65 A B et C

 

Le Logiciel JT64-HF HB9HQX Edition est issue de JT65-HF avec quelques fonctions supplémentaires

 

Les deux premiers  ainsi que dernier semblent meilleurs en sensibilité seuil à - 25 dB. Pour un maximum de reussite pour le décodage je conseil d'utiliser deux logiciels ( JT65 HF et WSJT 9 ou JT65-HF version HB9HQX) si la puissance du PC le permet  ils ont un comportement différents sur le bruit et et en présence de perturbateur  cela améliore la pourcentage de décodage mais il faut jongler avec les deux logiciels

 

Les inconvénients de  ce mode

Les avantages de ce mode

Je conseille ce mode pour les bandes basses 160 et 80 m   sur 160 m il est tres facile de réaliser des liaisons Europe Etatsunis avec 30 w et Dipole. Sur 80 m  Liaison Europe et VK ZL assez facile avec 30 W et Dipole

Mode JT9

Il existe quelques forme d'onde pour les bande bandes basses ( 137  , 437 et 1800 Khz ( QRSS OPERA ) dont l'efficacité peut-être nettement améliorée. Joe à définie un nouveau mode  avec un nouveau logicièl WSJT X . Ce logiciel permet de faire des qso dans les deux modes JT65 et JT9. Pour ceux qui possede un transceiver SDR ou un récepteur permettant de recevoir au moins 4 KHz de bande peuvent voir les deux modes en même temps et répondre a une station dans l'un ou l'autre mode

Sur les bandes basses le bilan de liaison est faible,  forte atténuation  du signal ainsi que le bruit  atmophérique et industriel tres élevé. pour palier à ce problème la solution proposée est de diminuer le débit ce qui est déja le cas pour les modes QRSS et OPERA mais aussi d'utliser une forme d'onde plus efficace ainsi que des codes correcteur d'erreur. Ce mode utilise une même structure de message que le JT65 mais avec un débit plus faible. Le seuil de sensibilité est amélioré par rapport au JT65

Le dernier logiciel permettant les modes JT65 et JT9