Немного о WSPR, или как далеко можно передать сигнал мощностью 1Вт? / Хабр
В настоящее время заметен подъем интереса к беспроводным технологиям, что становится особенно актуальным в эпоху “интернета вещей”, “умных домов”, смарт-гаджетов, различных датчиков и устройств. Действительно, мало кто захочет сверлить стену и тянуть провод к датчику температуры за окном, куда проще, если данные будут передаваться по радио. Решений тут много, например одной из последних разработок является LoRa, трансмиттеры этой системы способны передавать данные на несколько километров при мощности в 10-100мВт.
Как далеко можно передать радиосигнал? Это, пожалуй, наиболее интересный вопрос, который поднимался задолго до появления термина IoT как такового. Наиболее комплексно на этот вопрос попытался ответить Joseph Hooton Taylor, американский астрофизик и лауреат Нобелевской премии, создав в 2008 году программу Weak Signal Propagation Reporter (WSPR). Идея программы проста — передать сигнал, несущий минимум информации, который за счет этого может быть декодирован на максимально большом расстоянии.
Как это работает? Подробности под катом. Как оказалось, WSPR ни разу не описывался на geektimes, пора восполнить этот пробел.
Структура сигнала
WSPR — это максимально простой цифровой сигнал, передающийся со скоростью всего лишь 1.4648 бод (да, лишь чуть больше 1 бита в секунду). Для передачи используется частотная модуляция (4-FSK) с разносом частот 1.4648Гц, так что ширина полосы сигнала всего лишь 6Гц. Передаваемый пакет данных имеет размер всего лишь 50 бит, к нему также добавляются биты коррекции ошибок (non-recursive convolutional code, constraint length K=32, rate=1/2), в итоге общий размер пакета равен 162бит. Эти 162бит передаются примерно за 2 минуты (кто-то еще будет жаловаться на медленный интернет?:).
Сам 50-битный пакет содержит минимальный набор данных, достаточных для использования радиолюбительскими станциями: позывной передающей станции, квадрат местоположения станции (так называемый grid locator) и мощность сигнала.
Более полное описание, включая дистрибутивы под Win/MacOS и Linux, также исходные тексты программы для приема-передачи, доступны по адресу http://physics.princeton.edu/pulsar/k1jt/wspr.html.
Благодаря узкополосному сигналу, система получилась весьма чувствительной. Минимальный уровень сигнал/шум для декодирования составляет –28 dB, что превосходит даже прием азбуки Морзе тренированным оператором. И наконец самое интересное — был создан сайт http://wsprnet.org, куда автоматически отправляются принятые данные, и любой желающий (в том числе владелец станции или принявший сигнал) может посмотреть статистику и визуализацию на карте принятых данных.
Использование для приема
Для приема сигналов WSPR достаточно иметь приемник с возможностью приема однополосной модуляции (Tescun PL-660, Sangean ATS-909x, Sony ICF-SW7600 и др). Использовать WSPR довольно просто — достаточно соединить приемник с линейным входом звуковой карты и выбрать ее в программе как источник сигнала.
На этом практически все настройки закончены. Необходимо настроить приемник на выбранную частоту (список частот можно посмотреть на сайте), включить программу, и можно идти пить чай. Минут через 15 можно проверить окно программы, которое должно выглядеть примерно так:
Если в программе был введен позывной принимающей станции и был установлен флажок “Upload to server”, то зайдя на страницу http://wsprnet.org/drupal/wsprnet/map и введя этот позывной, можно увидеть графическую карту приема, а зайдя на http://wsprnet.org/drupal/wsprnet/spots, можно посмотреть более подробную текстовую информацию.
Использование для передачи
Сервер wspr не проверяет правильность лицензий и позывного, владелец станции решает этот вопрос самостоятельно.В остальном, принцип тот же: радиостанция подключается к компьютеру, сигнал формируется через звуковую карту. Каждый сеанс передачи длится 2 минуты, через какое-то время можно зайти на сайт и посмотреть статистику.
Результаты
Для проверки я попросил знакомого, имеющего соответствующий трансивер, сделать 3 теста:
1) Прием сигналов на частоте 7.038МГц на случайную антенну (кусок провода).
2) Прием сигналов на той же частоте на настроенную антенну
3) Передача сигнала
Прием на случайную антенну
Это самый неэффективный способ с точки зрения качества приема. Уровень сигнала минимален, к тому же антенна принимает много помех от домашних электроприборов. Программа была запущена примерно на 15 минут, результат был сразу виден в виде карты на сайте:Максимальная дальность приема составила около 700км, что в принципе не так уж плохо.
Прием на настроенную антенну
Следующей была испытана на прием антенна magnetic loop, настроенная на ту же частоту. Антенна magnetic loop — это практически единственная антенна, способная работать и на прием и на передачу, которая может быть размещена в квартире, ее размер составляет 1-2м.
Результат работы программы за 10 минут:
Разница очевидна — за меньшее время было принято больше станций, ну и максимальная дальность приема примерно вдвое больше.
Интересно проанализировать результаты в текстовой форме:
Красной чертой было отделено время переключения одной антенны на другую. Видно, что при мощности передачи 1 Ватт, средняя дальность приема на комнатную антенну составляет около 500км. Особняком стоит результат в 1488км при мощности 0.1Вт, но мы не знаем правда ли это — к сожалению, программа не проверяет введенные пользователем значения (можно указать 1Вт а передавать на 100Вт, проверить это невозможно), может тот оператор просто ошибся при вводе параметров.
Передача сигнала
Наконец, последним тестом была передача сигнала с этой же комнатной антенны. Передаваемая мощность была выбрана в 1 и 2Вт. Результаты показаны на карте и в таблице:
Как можно видеть, дальность при мощности 1Вт составила 275км, принял сигнал только один оператор. При 2Вт картинка уже поинтереснее — максимальная дальность составила аж 1200км.
Конечно, комнатные антенны в городских условиях весьма несовершенны по эффективности. За городом, в условиях чистого эфира с минимальным количеством помех, можно принять куда более слабые сигналы.
Заключение
Как можно видеть, wspr представляет собой весьма интересный инструмент, позволяющий наглядно изучать прохождение радиоволн и сравнивать качество антенн. Интересно и то, что вся система работает за счет энтузиастов и сообщества, кто-то передает сигналы, кто-то принимает, а за счет большого количества участников, результаты получаются весьма интересны и наглядны.
Возвращаясь к вопросу заголовка, как далеко можно передать данные с 1 Ваттом мощности. Достаточно далеко, как показывает поиск по базе сайта, на примере радиолюбителя с позывным OE3MUC. Вот его карта передачи с мощностью 1Вт:
Конечно, это еще и вопрос наличия хороших и качественных направленных антенн, но, тем не менее, весьма интересно — с мощностью всего лишь 1Вт (т.е. гипотетически такой передатчик можно запитать прямо от разъема USB), можно безо всяких интернетов и кабелей передать данные через океан из Австрии в Австралию на 15000км. Есть над чем задуматься…
Анализ антенн и прохождения при помощи WSPR
14 мая 2020
Weak Signal Propagation Reporter или WSPR (читается «whisper») — это цифровой протокол связи, используемый радиолюбителями для оценки прохождения, а также сравнения антенн и, возможно, каких-то других задач. Для бывалых коротковолновиков существование WSPR едва ли станет открытием. Но я подумал, что рассказ о нем может быть интересен начинающим радиолюбителям, читающим этот блог.
В отличие от BPSK или FT8, WSPR является маяковым видом связи (beacon mode). То есть, он не предназначен непосредственно для проведения QSO. Чтобы понять суть дела, проще всего зайти на wsprnet.org в раздел Map, и выбрать какой-нибудь популярный диапазон, например, 20 метров (кликабельно, PNG 3072x1920, 2.5 Мб):
Каждый кружочек на карте — это радиолюбительская станция, а каждая дуга означает, что одна радиостанция принимала сигнал от другой. Таким образом, мы можем в реальном времени следить за тем, как меняется прохождение на диапазонах. Задумайтесь об этом. Вы просто открываете сайт и наглядно видите, есть ли прохождение на диапазоне, и если есть, то между какими частями света. Речь идет не о моделях, построенных на прогнозах солнечной активности, К-индексе и так далее, а реальных экспериментах, проведенных вот прямо сейчас. Более того, данные можно агрегировать для последующего анализа. Это просто какой-то клад для радиолюбителя, особенно заинтересованного в проведении дальних связей.
Если вы хотите на какое-то время присоединить свой трансивер к сети WSPR-маяков, то нет ничего проще. Настройка аналогична настройке FT8, только в WSJT-X нужно вместо FT8 выбрать WSPR (кликабельно, PNG 3072x1920, 1.4 Мб):
Чтобы все работало с трансивером Yaesu FT-891, проверьте меню 08-01 DATA MODE. Его значение должно стоять в OTHERS. UPD: Позже я выяснил, что Yaesu FT-991A аналогичным образом требует изменения 062 DATA MODE на значение OTHERS.
Если все было сделано правильно, на водопаде вы начнете видеть характерные сигналы, а в списке слева начнут появляться позывные радиостанций, используемая ими мощность в dBm, QTH, а также расстояние до вас. Передача одного WSPR пакета занимает две минуты, поэтому наберитесь терпения. Если хочется поработать на передачу, то мощность в трансивере ставим 5 Вт, этого будет более чем достаточно. Смещение по частоте выбираем какое-нибудь случайное, я выбрал 1442 Гц. Затем нажимаем Enable Tx и ждем. В указанном проценте случаев (20% по умолчанию) ваша радиостанция будет работать на передачу, а остальное время — на прием.
Можно нажать Tx Next, чтобы в следующий временной интервал радиостанция точно работала на передачу. Если вы используете многодиапазонную антенну, обратите внимание на настройки Band Hopping.
Сейчас самое время сделать небольшой перерыв, минут на 10-15. Вернувшись, открываем wsprnet.org и смотрим, кто и где нас принимал (кликабельно, PNG 3072x1920, 2.1 Мб):
При использовании всего лишь 5 Вт мой сигнал принимали в США, Японии и Австралии. И это на интервале времени в несколько минут. Выглядит так, как если бы моя многодиапазонная дельта вполне сносно работала на 20 метрах. Если использовать поочередно две антенны на коротком интервале времени, то можно составить некоторое представление о том, куда эти антенны излучают и какая из них эффективнее. Такой эксперимент, безусловно, нельзя назвать абсолютно показательным, но чтобы примерно сориентироваться, сойдет.
Fun fact! Аналогичные карты доступны на сайте dxmaps.com. В отличие от wsprnet. org, здесь также аггрегируются данные, получаемые от PSK Reporter, Reverse Beacon Network и DX Cluster. Еще мне нравится карта, которую рисует wspr.aprsinfo.com. Она аналогична той, что рисует wsprnet.org, но позволяет отображать больше точек.
Если вам хочется узнать побольше о WSPR, в том числе об используемой модуляции и полосе, сколько бит подо что используется, и так далее, то эта информация доступна на Википедии. А у меня на этом все. Как обычно, буду рад вашим вопросам и дополнениям.
Дополнение: Прогнозируем прохождение на КВ с помощью VOACAP
Метки: Беспроводная связь, Любительское радио.
Добро пожаловать в сеть репортеров о распространении слабых сигналов
Завтра я внесу изменение, которое перенаправит весь доступ к веб-сайту drupal сообщества wsprnet (этот сайт) с wsprnet.org на www.wsprnet.org. Возможно, вам придется снова войти в систему, чтобы создать новый сеанс. Это подготовка к перемещению интерактивного пользовательского сайта на другой сервер, чтобы повысить производительность и отделить эту функциональность от точечных отчетов.
От W1BW в пт, 2021/08/27 — 02:49
Время и мотивация не всегда сопутствуют друг другу, так что это было медленное обучение. Теперь, когда у меня есть и то, и другое, я учусь оперировать и интерпретировать происходящее. Настоящим ключом к успеху является Ham Radio DX на YouTube. Наблюдение за этой работой помогло улучшить совместную работу программного обеспечения и моего радио, и теперь я начинаю это понимать.
Джон/KE8IGL
By KE8IGL, Вт, 2022/12/06 — 10:38
Заменены желоба. Новая водосточная система имеет очень высокий КСВ. Теперь используется проволочная антенна EFHW 17M с UNUN 49:1. Установка в виде уклона от земли к сосне с запада на восток.
KC9ZO, ср, 2022/11/30 — 16:22
Наслаждаюсь вызовами QRP с FT8 и WSPR на моем Xiegi G1M, голосовых контактов пока нет, но получаю удовольствие от изучения распространения и моей антенны
Автор: M0RLF, вс, 20.
Здесь, в восточной Австралии, сегодня мы отлично провели время на 6 м WSPR благодаря Jh2GYE и HL3AMO.
Большое спасибо ребятам за сигналы WSPR.
Я бы призвал больше операторов в этом районе попробовать.
Автор VK2KRR в пт, 2022/11/04 — 07:00
Привет всем,
несколько месяцев я не пользовался WSPR, потому что в начале этого года мое устройство Zachtek было потеряно во время курьерской перевозки, оно было в складском центре в Швеции, когда оно было потеряно.
Автор: i5fip, сб, 29.10.2022 — 18:11
Вчера я протестировал свой трансивер QDX с wspr на 20 метрах.
Я использую программное обеспечение WSJTX на своем старом ноутбуке Asus.
Моя выходная мощность составляет около 4 Вт на полуволновом диполе на расстоянии 10 футов на заднем дворике.
Я был удивлен, увидев, что мой сигнал был услышан в Антарктиде! 🙂
Автор: N8WQ, Чт, 27. 10.2022, 14:36
Привет, ОМ,
Добро пожаловать в мой блог. Меня зовут Генри.
Я настоящий любитель радиолюбителей на Тайване.
Очень нравится самодельная антенна, под страничкой антенны все сделал сам.
BX6ABC, Чт, 27.10.2022, 10:41
KD2OM, KP4MD и N6GN теперь передают FST4W-300 на частоте 14 МГц, частота GPS заблокирована для наблюдения за спектральным расширением ионосферы.
Прочтите FST4W на КВ-диапазонах: почему – чего ожидать: http://wsprdaemon.org/ewExternalFiles/FST4W_on_HF_bands_V1-3.pdf
Более широкое использование FST4W на КВ-диапазонах может принести несколько преимуществ, предельное увеличение чувствительности в 1,4 раза. дБ по сравнению с WSPR для 120-секундного варианта, вероятно, является наименее ценным. Другими потенциальными преимуществами являются большая устойчивость к доплеровскому разбросу и значительное повышение чувствительности при использовании более длинных последовательностей.
Автор KP4MD в ср, 2022/10/26 — 20:49
2314 -15 -0.0 7.040004 0 W3DIY FM19 23 6138
2314 -25 0.2 7.040050 0 KD4EG EM97 23 6550
2314 -12 0.5 7.040104 -3 KC2TER FN20 30 5934
2314 -20 0.1 7.040105 0 AA1AH FN43 23 5477
2314 — 23 0,0 7,040112 0 DG0KS JO64 37 1217
2314 -17 0,9 7,040131 0 W2RCL FM1923 6138
2314 -20 0,1 7,040134 0 WF1L FM29 23 5996
2314 -19 0,4 7,040173 0 OH6CR KP12 17 2245
F8MGW в сб, 2022/10/22 — 07:22
2022-10-19 21:08 F8MGW 14. 097098 -14 0 JN06mp 2 WA2TP FN30lu 5763 292 2
2022-10-19 21:08 F8MGW 14.097098 -17 0 JN06mp 2 W3ENR FM28jh 6075 291 2
2022-10-19 21 :08 F8MGW 14.097099 -8 0 JN06mp 2 TF4M HP85fp 2568 334 2
2022-10-19 21:08 F8MGW 14.097098 -20 0 JN06mp 2 N2HQI FN13sa 5870 296 2
2022-10-19 21:08 F8MGW 14.097098 -20 0 JN06mp 2 K1RA-PI FM18cr 6231 293 2
Автор: F8MGW, Чт, 20.10.2022, 04:03
Resistencia, Чако, Аргентина 12.01.2021
PRIMER CERTIFICADO DE LA ISS, (SSTV) для станции радио LU1GAS
Logre captar Imagen de la ISS (Estacion Espacial Internacional) от 12.01.2021. logre tener mi primer Certificado de la ISS, otorgado por la ECRA SSTV BRASIL y Otras Entidades de otros Países como se Observa.Estoy muy contento de представителя mi CHACO Radio Club LU4GF -Argentina
* Tambien Quiero agradecer al Colega LU2LAR / A por darme su apoyo total en esta nueva experiencia como radio ficionado. 73
Автор lu1gas в ср, 2022/10/12 — 14:18
Yup
RYRYRYRY
ryryryry
5×5
🙂
от KS4ML
By KS4ML в Вт, 2022/10/04 — 20:08
Страницы
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- …
- следующий ›
- последний »
Доступны другие инструменты просмотра, картирования и анализа WSPR — GM4EAU
Перейти к содержимому
Энтузиасты WSPR продолжают разрабатывать инструменты просмотра, составления отчетов и анализа, каждый из которых вносит свой уникальный вклад. В приведенной ниже таблице (декабрь 2021 г.) показаны те, которые работали во время разработки программного обеспечения WATT и в последующий период. Некоторые из них работают путем «очистки экрана» сайта wsprnet. org или путем загрузки ежемесячных архивных файлов в локальную базу данных: другие — в режиме реального времени. Ряд проектов API находится в стадии реализации, и данные доступны в режиме онлайн и доступны через инструменты внешнего интерфейса базы данных, и по состоянию на декабрь 2021 года они содержат весь набор данных из почти 3,6 миллиарда точек данных с прибл. Каждый час добавляется 160 000 роликов! Приведенные ниже сайты не перечислены в каком-либо определенном порядке, являются некоммерческими, и все они работали в декабре 2021 года в стандартном браузере, Microsoft Excel или, в одном случае, с помощью скриптов Python. Github также содержит множество проектов и кода WSPR.
