Цифровая связь на коротких волнах

Геннадий ТЯПИЧЕВ

RA3DOA

Во всей этой статье под термином «цифровая связь» подразумеваются такие виды связи, в которых полезная информация передается с помощью дискретного, скачкообразного изменения характеристик (амплитуды, фазы, частоты) радиосигнала. Напротив, в аналоговых видах связи эти характеристики изменяются непрерывно, плавно. С такой точки зрения самым давно и широко известным видом цифровой связи является обычная морзянка. Действительно, частота и фаза сигнала вообще не изменяются (по-крайней мере, не учитываются, не участвуют в передаче информации), а амплитуда сигнала во время всей передачи имеет всего два значения: максимальное и ноль. Наверное, именно комбинация простейшего вида модуляции (сигнал либо есть, либо его нет) и мощнейшего ‘компьютера’ — мозга человека и обуславливает непревзойденную до сих пор ‘пробивную силу’ этого вида связи!

Цифровые виды связи (как и любые другие) характеризуются занимаемой полосой частот, видом модуляции, способом кодирования и правилами обмена.

Полоса частот влияет на скорость передачи информации и на защищенность канала от помех. Чем шире полоса рабочих частот, тем быстрее может быть передана информация, но и тем хуже защищен канал от неизбежно возникающих помех.

Вид модуляции до некоторой степени позволяет уменьшить влияние помех. Если для передачи информации выбрать такой вид модуляции, которого нет в существующих помехах, то защищенность канала связи от помех сильно улучшится. Беда в том, что в настоящем случайном шуме в той или иной степени присутствуют все виды «модуляций». Тем не менее с одним из удачных случаев применения этого принципа практически все из вас сталкиваются каждый день! Сравните качество передачи на средних волнах (амплитудная модуляция) и на УКВ! Обычные шумы эфира «модулированы» в основном по амплитуде, а не по частоте, и поэтому на УКВ оказалось возможным добиться более высокого соотношения сигнал/шум.

Способ кодирования может еще больше увеличить помехозащищенность канала передачи информации, так как при соответствующем кодировании принимающая станция сможет сама решить, правильно или неправильно принята информация. Мало того, существуют такие способы кодирования, когда принимающая станция сможет не только обнаруживать ошибки, но и (по крайней мере частично) исправлять их. Такие методы кодирования называются «избыточное кодирование». Простейший (но далеко не самый лучший) пример избыточного кодирования — передача одного и того же байта несколько раз подряд. Именно этот способ кодирования используется радиолюбителями для того, чтобы избежать переспрашивания даже при проведении обычного QSO. Сознательно или нет, но каждому из вас приходилось несколько раз повторять RST, имя и QTH (особенно при работе CW). Другой пример «избыточного кодирования» при проведении обычных QSO — передача позывного «по буквам». «Роман Антон Три Дмитрий Ольга Анна» — кто из вас не слышал подобные сочетания в эфире? А это и есть самое настоящее избыточное кодирование. Полезная информация (первая буква произносимых слов) сопровождается дополнительной информацией, которая делает каждую букву непохожей ни на что, кроме самой себя. Естественно, дополнительная информация требует дополнительного времени на передачу, но в тяжелых условиях кажущийся проигрыш оборачивается выигрышем, так как исчезает необходимость повторять одно и то же помногу раз!

Правила обмена. Даже при проведении обычных QSO существуют определенные правила: всем известное правило обмена — в начале передачи принято называть позывной корреспондента, которому адресована информация, а затем называть свой позывной. Еще одно правило — подтверждать прием очередного куска информации словом «принял». В цифровой связи правила обмена еще важнее. Например, если требуется гарантированная передача достоверной информации (информации без ошибок), передающая станции дробит всю информацию на куски, а принимающая сторона обязательно подтверждает прием каждого куска или запрашивает повторную передачу принятого с ошибкой куска информации.

Собственно, отсутствие всяких правил (как в случае передачи циркулярного сообщения — для всех сразу) тоже является правилом! Просто оно несколько необычно звучит: «Я передаю, а вы принимайте как хотите!»

Но вернемся к случаю, когда какие-то конструктивные правила все-таки есть. Естественно, что и передающая и принимающая стороны должны договориться об этих правилах до передачи полезной информации. Этот процесс договаривания и называется «вхождением в соединение». А о «договорившихся» станциях говорят, как о «установивших соединение». После вхождения в соединение начинается процесс передачи полезной информации. Ясно, что вхождение в соединение, т.е. договор о правилах передачи просто необходим, если предполагается автоматическая (без участия человека) передача информации.

Одна из самых важных частей правил обмена — способ исправления возникших при передаче информации ошибок. Если такой способ есть, то можно гарантировать достоверность переданной информации, если такого способа нет, то ничего гарантировать нельзя! Но ничего бесплатного не бывает! Так и в этом случае. За достоверность полученной информации приходится платить большими неудобствами при проведении связей по типу «круглого стола», т.е. когда и «говорить» и особенно «слушать» будут сразу несколько станций. Представьте себе — вы передаете информацию, а 10 других станций ее слушают. Это означает, что одну и ту же информацию придется передать 10 раз – каждой станции отдельно (именно таковы правила в пакетном радио – информация передается от одной станции к другой, а не всем сразу). Значит время передачи увеличивается в 10 раз.

Пусть теперь условия в эфире таковы, что при передаче каждого куска у половины (в среднем) станций возникают ошибки. В отличие от людей ни одна станция не может «догадаться» о том, какой байт должен быть на месте ошибочного (люди часто догадываются о пропущенной информации исходя из смысла сообщения). Значит придется повторно послать этот кусок еще раз каждой из них в отдельности. Половина из половины опять не примет (таковы законы статистики), значит для двух — трех станций придется повторить передачу третий раз. Значит надо повторять, повторять, повторять…! Получается не круглый стол, а что-то ужасное! А ведь мы разобрали не самый трудный случай. Вспомните, что у других станций тоже есть «право голоса»! Они тоже хотят что-нибудь передать! Ясно, что те виды связи, которые допускают, а тем более требуют исправления ошибок путем автоматического (без участия человека) повторения передачи неправильно принятой информации, очень плохо подходят для «живого» общения, особенно нескольких станций сразу.

Замечание: термин ‘гарантированная передача достоверной информации’ вовсе не означает, что информация будет обязательно передана. Он означает всего лишь, что если информация передана, то она не содержит ошибок.

Ниже приведена сводная табличка, в которой для разных видов цифровой связи указаны те характеристики, о которых мы только что говорили (имейте ввиду, что 1 буква=1 байт=8 бит):

*** — способ кодировки весьма оригинален.

Смысл терминов в колонке «Тип кодировки» будет пояснен в статьях, посвященных соответствующим видам цифровой связи.

Если в таблице какой-то вид связи встречается несколько раз, значит существует несколько вариантов этого вида связи.

Оценивая тот или иной вид связи с точки зрения проведения ‘живого’ QSO, помните о том, что набирать текст вы будете с клавиатуры. А всего 4 буквы в секунду — это 240 букв в минуту! Вполне нормально даже для профессиональной машинистки, а для непрофессионала очень даже «не слабо»! С другой стороны это всего 32 бита в секунду, так что даже PSK31 (самая медленная связь в таблице) будет, скорее всего, передавать быстрее, чем вы будете набирать на клавиатуре.