1. TRANSMISJE CYFROWE


  Transmisja informacji w postaci cyfrowej nie jest zasadniczo nowością. W początkowym okresie, jeszcze przed rozpowszechnieniem się telefonu i radiowych łączności fonicznych stosowana była telegrafia Morse'a. Następnym, do dziś rozpowszechnionym systemem była transmisja dalekopisowa a także transmisja faksymile. Systemy łączności fonicznych rozwinęły się dopiero w nieco późniejszym okresie - częściowo wypierając lub ograniczając znaczenie obu wspomnianych systemów. Dopiero w ostatnim czasie w związku z rozpowszechnieniem się komputerów systemy łączności cyfrowych zyskują ponownie na znaczeniu. Z jednej strony opracowano nowsze i doskonalsze systemy łączności, z drugiej - techniki cyfrowe wkroczyły w dziedziny transmisji analogowych pozwalając na zastąpienie tradycyjnych metod generacji, filtracji i transmisji sygnałów przez ich cyfrowe przetwarzanie. Techniki te znane są jako cyfrowa obróbka sygnałów - COS. Cyfrowe metody transmisji pozwalają także na lepsze wykorzystanie widma częstotliwości i zwiększenie odporności transmisji na szumy i zakłócenia. Przykładem może tu być omówiona dalej transmisja z rozpraszaniem widma.
    Komunikacja telegraficzna i dalekopisowa uległy w ostatnich czasach daleko idącym przemianom. W związku ze wzrostem ilości informacji wymienianych w sieciach komputerowych lub ogólnie za pośrednictwem komputerów zostały one wyposażone w mechanizmy wykrywania i korekcji błędów i przekłamań przez dodanie odpowiednich sum kontrolnych, kwitowanie i w miarę potrzeby powtarzanie błędnie odebranych bloków danych (systemy X.25, AX.25 - pakiet radio) lub zastosowanie odpowiednich alfabetów (systemy ARQ - SITOR, AMTOR).
    Oprócz transmisji tekstów i danych coraz większego znaczenia nabiera również transmisja obrazów. Mogą być one przesyłane w postaci zbiorów danych (po ich odpowiednim przetworzeniu) lub bezpośrednio jako faksymile. Technika faksymile - również znana od dłuższego czasu - uległa znacznym przemianom dzięki wprowadzeniu komputerów. To samo dotyczy także amatorskiego systemu telewizji wąskopasmowej - SSTV. W miarę wzrostu szybkości przetwarzania i pojemności pamięci komputerów techniki cyfrowe wkroczą także w dziedzinę telewizji szerokopasmowej.
    Wybór schematów i programów przedstawiony czytelnikowi w następnych rozdziałach zawiera przykłady spotykanych rozwiązań i ma stanowić pomoc dla własnej inwencji twórczej, względnie ułatwić orientację w wyborze gotowych produktów. Wszystkie wspomniane opisy i programy są ogólnie dostępne w literaturze i rozpowszechnione w środowiskach amatorskich. Ich komercyjne wykorzystanie może być jednak ograniczone prawami autorskimi lub patentowymi.

1.1. SYGNAŁY CYFROWE

    W przeciwieństwie do techniki analogowej, w technice cyfrowej występują sygnały o jedynie dwóch poziomach logicznych i napięciowych: zero i jeden, co może przykładowo odpowiadać napięciom 0 V i 5 V. W układach komputerowych dane reprezentowane są za pomocą słów złożonych z 8, 16 lub 32 bitów i są przetwarzane równolegle tzn. wszystkie bity wchodzące w skład słowa są przetwarzane w tym samym momencie czasowym. Również przesyłanie danych na niewielkie odległości (np. z komputera do drukarki) odbywa się równolegle. Transmisja danych na większe odległości musi być jednak ze względów ekonomicznych i praktycznych dokonywana szeregowo tzn. bity wchodzące w skład słowa transmitowane są po kolei jeden po drugim. W emisji dalekopisowej w kodzie Baudota (RTTY) nadawane są słowa pięciobitowe, w innych - ośmiobitowe, zwane bajtami lub oktetami.
    Dla zapewnienia prawidłowej komunikacji konieczne jest ustalenie pewnych norm. Po pierwsze konieczne jest przypisanie literom alfabetu ustalonych ciągów zer i jedynek, czyli zdefiniowanie kodu. Najczęściej używanymi kodami są "Międzynarodowy Alfabet Telegraficzny Nr. 2", czyli kod Baudota, "Międzynarodowy Alfabet Telegraficzny Nr. 5" - kod ASCII oraz "Międzynarodowy kod telegraficzny CCITT Nr. 476" - kod AMTOR/SITOR. Poszczególne impulsy tworzące znak nazywane są bitami. Stanowią one jednocześnie podstawową jednostkę ilości przekazywanej informacji. Liczba bitów składających się na znak określa liczbę możliwych znaków zawartych w danym kodzie. Pięciobitowy kod Baudota składałby się więc z 32 znaków (2^5). Nie wystarcza to dla przedstawienia wszystkich liter alfabetu, cyfr i najważniejszych znaków przestankowych. Dlatego też zbiór znaków został podzielony na dwie grupy: grupę liter i grupę cyfr wraz ze znakami przestankowymi. Wybór grupy dokonywany jest za pomocą znaków przełączających. Efektywnie więc kod Baudota zawiera 62 znaki (2^6, minus powtarzające się znaki przełączające).
    Znak w kodzie ASCII składa się z ośmiu bitów, z których siedem stanowi właściwy znak, natomiast ósmy może być wykorzystywany do kontroli przekłamań transmisji. Liczba możliwych znaków wynosi więc 128. Oprócz liter (dużych i małych), cyfr i znaków przestankowych występują tam specjalne znaki sterujące. W technice komputerowej stosowany jest też rozszerzony kod ASCII o długości ośmiu bitów pozwalający na przedstawienie dodatkowych 128 znaków, najczęściej znaków graficznych i znaków alfabetów narodowych (znaków diakrytycznych). Ta część zbioru ASCII jest znormalizowana na wiele różnych sposobów. Aktualne wersje systemów operacyjnych MS-DOS, Windows 3.1, Windows 95 i 98 pozwalają na instalację szeregu tablic, z których dla polskiego użytkownika najbardziej przydatne są tablice 852 i CP-1250 zawierające polskie litery. W zastosowaniach internetowych przyjęto natomiast standard utf-8.
    Znak w kodzie AMTOR składa się wprawdzie z siedmiu bitów, ale w związku z przyjętym stałym stosunkiem zer do jedynek wynoszącym 3 : 4 liczba możliwych kombinacji wynosi 35, a zbiór znaków pokrywa się ze zbiorem kodu Baudota.

1.2. RODZAJE TRANSMISJI

    Prawidłowy odbiór sygnałów cyfrowych wymaga aby stacja odbiorcza odczytywała stan sygnału w równomiernych odstępach czasu zależnych od przyjętej szybkości transmisji, a więc znajdowała się w synchroniźmie ze stacją nadawczą.
    Jednym ze sposobów zapewnienia synchronizacji stacji odbiorczej przez stację nadawczą jest poprzedzenie każdego znaku specjalnym bitem startu, na zakończenie nadawana jest pewna liczba bitów stopu (jest to transmisja asynchroniczna start-stop). W kodzie Baudota znak stop ma długość 1,5 raza czasu trwania bitu informacyjnego, w kodzie ASCII - długość jednego lub dwóch bitów.
    W systemach pakiet radio, AMTOR i PACTOR komunikacja odbywa się (mniej lub bardziej) synchronicznie, zbędne jest więc nadawanie bitów startu i stopu w każdym znaku, przy czym w systemie pakiet radio synchronizacja stacji odbiorczej dokonywana jest na początku pakietu i tylko jego zawartość transmitowana jest synchronicznie, natomiast komunikacja AMTOR i PACTOR jest w pełni synchroniczna (po zsynchronizowaniu się stacji na początku łączności pozostają one w synchroniźmie aż do jej zakończenia).

1.3. PARAMETRY TRANSMISJI

    Jednym z najważniejszych parametrów transmisji jest szybkość wymiany danych w łączu. Dokładniej rzecz biorąc mamy tu do czynienia z dwiema wielkościami: szybkością modulacji wyrażaną w bodach i szybkością transmisji, której jednostką jest liczba bitów nadawanych w ciągu sekundy - bit/s (w literaturze angielskojęzycznej stosowane jest oznaczenie bps - bit per second). Pojęcia te i obie jednostki są niestety często mylone i dlatego różnica pomiędzy nimi wymaga dokładniejszego omówienia. W przypadku bezpośredniego połączenia komputerów (za pomocą łącza kablowego) transmisja w całym łączu odbywa się z jednakową szybkością - obie wpomniane powyżej wielkości przyjmują tą samą wartość liczbową. Dopiero rozważenie wpływu modemów włączanych w kanał transmisyjny pozwala na zauważenie różnic. Szybkość przepływu strumienia danych pomiędzy komputerem i modemem odpowiada w dalszym ciągu szybkości transmisji i wyraża się w bit/s, natomiast szybkość przepływu danych pomiędzy modemami odpowiada odwrotności czasu trwania najkrótszego elementu transmitowanego w tym odcinku łacza (stanu łącza), nazywana jest szybkością modulacji. Ogólnie wielkości te przyjmują różne wartości, powiązane ze sobą według następującego wzoru:
R [bit/sek] = V [bod] * logW / log2
gdzie R - szybkość transmisji, V - szybkość modulacji równa 1/T (T - czas trwania najkrótszego stanu), a W - liczba stanów przyjmowanych przez sygnał w łączu.
    W systemach modulacji, w których każdemu z poziomów logicznych odpowiada dokładnie jeden stan sygnału wyjściowego modemu (przykładowo przyporządkowanie tonów mark i space w transmisji FSK - RTTY) obie szybkości są równe sobie liczbowo. W systemach, w których każdy ze stanów przyporządkowany jest grupie bitów (przykładowo w wielostanowej modulacji fazy - PSK) szybkość modulacji jest mniejsza od szybkości transmisji. W systemie 4-stanowej modulacji fazy (W = 4) każdemu ze stanów odpowiada grupa dwóch bitów, a szybkość transmisji jest dwa razy większa od szybkości modulacji.
    W radioamatorskich łacznościach dalekopisowych w kodzie Baudota najczęściej stosowane są szybkości modulacji 45,45 bodów (standard amerykański), 50 bodów (standard europejski), czasami także 75 i 100 bodów. W systemie AMTOR stosowana jest szybkość 100 bodów, a w systemie PACTOR 100 lub 200 bodów. Używana tu dwutonowa modulacja FSK powoduje, że szybkość transmisji jest równa liczbowo szybkości modulacji. W systemie CLOVER używanych jest równolegle więcej par tonów - szybkość modulacji jest więc odpowiednio niższa.
    W łącznościach w kodzie ASCII używane są szybkości transmisji: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 i 19200 bit/s, z tego w łacznościach amatorskich w systemie pakiet radio najczęściej występują szybkości 300 (KF), 1200, 2400, 9600, 19200 bit/s (UKF), 38,4 kbit/s, 56 kbit/s, 78,8 kbit/s, 115,3 kbit/s i 1,2 Mbit/s (w zakresach mikrofalowych), a w łącznościach dalekopisowych - 110 bit/s. W tym przypadku podaję używane szybkości transmisji ze względu na zastosowanie różnych systemów modulacji.

1.4. ZŁĄCZE SZEREGOWE

    Znormalizowana musi być również elektryczna reprezentacja poziomów logicznych zero i jeden, używane wtyki i znaczenie poszczególnych kontaktów we wtykach. W technice dalekopisowej poziom jedynki logicznej (określanej również angielską nazwą mark) odpowiada przepływowi prądu o natężeniu ok. 20 mA, zeru (ang. space) - przerwa w przepływie prądu. Znana z techniki komputerowej norma RS-232C definiuje napięcie odpowiadające poziomowi "mark" jako leżące w zakresie -25 do -3 V, a "space" - od +3 do +25 V. Norma RS-232C definiuje też sygnały występujące na wtyku i ich przypisanie do poszczególnych nóżek (kontaktów). Oprócz podstawowych sygnałów przenoszących informację nadawaną i odbieraną występują inne, których zadaniem jest sterowanie przebiegiem transmisji danych pomiędzy komputerami lub komputerem i urządzeniem peryferyjnym (modemem). Dla uproszczenia omówię tutaj tylko najważniejsze z nich. Sygnał RTS (nóżka 4 na wtyku 25-nóżkowym komputera, 7 na 9-nóżkowym) sygnalizuje rozpoczęcie nadawania danych przez komputer (jest to swego rodzaju przełączanie nadawanie-odbiór), w stanie aktywnym na wyjściu występuje napięcie +12V, to samo dotyczy dalszych sygnałów sterujących. Gotowość modemu (kontrolera TNC dla pakiet radio) do odbioru danych sygnalizowana jest za pomocą sygnału CTS (odpowiednio nóżki 5 lub 8). Przełączając poziom sygnału CTS na -12V modem lub kontroler TNC może więc wstrzymać transmisję danych z komputera np. w momencie wypełnienia bufora odbiorczego. Sygnał DSR (inna nazwa: modem ready, MR) informuje komputer lub terminal o włączeniu modemu, jest on często połączony z napięciem zasilania modemu (są to nóżki 6 w obu przypadkach). Sygnał DCD (nóżki 8 lub 1) informuje komputer o odebraniu podnośnej (danych), można go porównać z sygnalizacją stanu blokady szumów odbiornika FM. Jest on wykorzystywany przez wiele programów terminalowych przewidzianych do komunikacji telefonicznej. Gotowość do odbioru danych przez komputer sygnalizowana jest za pomocą sygnału DTR (nóżki 20 lub 4). Na nóżce 22 lub 9 (w zależności od rodzaju wtyku) występuje sygnał RI informujący o pojawieniu się sygnału dzwonienia. Jest on rzadziej wykorzystywany nawet w modemach telefonicznych i nie znajduje prawie wogóle zastosowania w praktyce amatorskiej. Czasami jest on wykorzystywany jako wejście danych (np. w starszych wersjach programu JVFAX). Niestety nie wszystkie, nawet znane, programy komunikacyjne pozwalają na korzystanie z sygnałów sterujących, tam gdzie to jest możliwe należy ich używać w celu zwiększenia niezawodności transmisji danych. Niektóre z amatorskich programów komunikacyjnych wykorzystują sygnały sterujące do zupełnie innych, własnych celów (są to przykładowo programy BayCom, TFPCX, JVFAX).

1.5. BŁĘDY TRANSMISJI

    W trakcie transmisji większej ilości danych mogą wystąpić przekłamania spowodowane zakłóceniami. Konieczne są więc mechanizmy umożliwiające ich wykrycie, a w bardziej rozbudowanych systemach także korekcję.
    Jednym z najprostszych sposobów jest ustalenie w znaku pewnej stałej liczby bitów o wartości jedynki. Przyjęta może być dowolna parzysta lub nieparzysta liczba jedynek albo też ich pewna stała liczba. Nadawane znaki uzupełniane są w miarę potrzeby dodatkowymi bitami o wartości jeden lub zero dla spełnienia przyjętego warunku. Bity uzupełniające noszą nazwę bitów parzystości (ang. parity). Znak w kodzie ASCII składa się w takim przypadku z 7 bitów użytkowych i ósmego bitu parzystości uzupełniającego znak tak aby zawierał on ustaloną (parzystą lub nieparzystą) liczbę jedynek. Sposób ten stosowany jest m.in. w transmisjach dalekopisowych ASCII. Odebranie znaku o niezgodnej z przyjętą liczbie jedynek oznacza, że uległ on przekłamaniu.
    Drugi ze sposobów polega na przyjęciu stałego stosunku liczby zer do liczby jedynek w znaku, np. w kodzie AMTOR stosunek ten wynosi 3 : 4. Odebranie znaku o innym stosunku liczb zer i jedynek oznacza również wystąpienie przekłamania na trasie.
    Dodanie jednego bitu uzupełniającego umożliwia wykrycie przekłamania jednego bitu lub nieparzystej liczby bitów w odbieranym słowie (bajcie, oktecie), parzysta liczba przekłamań nie zostaje wykryta. Nie wystaracza to również do automatycznej korekcji przekłamania. Bardziej złożone kody umożliwiają nie tylko wykrycie ale i automatyczną korekcję większej liczby przekłamań.
    Pewniejszym sposobem wykrycia przekłamań transmisji jest obliczanie sumy kontrolnej. Nadawana informacja dzielona jest na bloki (pakiety, datagramy) o standardowej długości lub zakończone umownym znakiem (np. CR), ostatni bajt lub dwa w bloku zawiera sumę kontrolną wartości dwójkowych (szesnastkowych) znaków składających się na treść bloku. Suma obliczana jest na bieżąco w trakcie nadawania bloku i obcinana do pożądanej długości 8 lub 16 bitów (modulo 256 lub 65536). W niektórych systemach nadawane jest uzupełnienie dwójkowe tzn. wartość uzyskana po odjęciu obliczonej sumy od zera. Strona odbiorcza oblicza na bieżąco sumę wartości odebranych znaków. Suma ta porównywana jest następnie z odebraną (w przypadku nadawania uzupełnienia wystarczy dodawanie - wynik musi być równy zeru), nierówność obu sum sygnalizuje wystąpienie przekłamań transmisji. W praktyce zwykłe sumowanie wartości znaków nie zapewnia jeszcze dostatecznej pewności wykrycia przekłamań. Zmiana wartości parzystej liczby bitów może nie spowodować zmiany wartości sumy. Doskonalszą metodą jest obliczanie sumy kontrolnej za pomocą wielomianu 16-go rzędu. Jest on szeroko stosowany w transmisji danych na łączach kablowych i radiowych oraz między jednostkami centralnymi a pamięcią masową komputerów (twardymi dyskami, dyskietkami). Tak obliczana cykliczna suma kontrolna nazywana jest Cyclic Redundancy Checkword - w skrócie CRC.

1.6. PROTOKÓŁY

    Rozpoznanie przekłamania w odebranym znaku lub bloku danych powoduje podjęcie przez stację odbiorczą z góry ustalonej reakcji. Intuicyjnie nasuwa się tu jako sposób reakcji zażądanie ponownego przesłania ostatnich danych - jest to sposób stosowany np. automatycznie w trakcie rozmowy telefonicznej, kiedy prosimy rozmówcę o powtórzenie. Stacja odbiorcza nadaje umowny blok danych (lub znak) oznaczający żądanie powtórzenia. Aby stacja nadawcza mogła stwierdzić, że pozostałe dane dotarły prawidłowo a nie zaginęły gdzieś po drodze bezbłędnie odebrane bloki danych mogą być kwitowane za pomocą innych umownych znaków lub bloków. Te i wszystkie inne sposoby reagowania na sytuacje występujące w trakcie transmisji danych regulują tzw. protokóły transmisji. Protokóły stosowane w łącznościach amatorskich są przedstawione szczegółowo w dalszych rozdziałach książki. W dużym uproszczeniu można porównać protokóły transmisji do kodeksu drogowego dla danych, z tą jedynie różnicą, że ich nieprzestrzeganie nie powoduje utraty prawa jazdy a jedynie utratę danych i w najlepszym wypadku przerwanie własnego połączenia a przeważnie także i zakłócenie łączności prowadzonych przez innych. W praktyce ze względu na stopień skomplikowania spraw mamy do czynienia z całą grupą kodeksów - protokółów - zamiast jednego uniwersalnego. Dla porządku konieczne jest też przyjęcie pewnej hierarchii protokółów.

1.7. MODEL ISO

    Dla usystematyzowania trudnej materii komunikacyjnej został więc opracowany siedmiowarstwowy model ISO. Każda z warstw odpowiada pewnemu zespołowi zadań lub funkcji realizowanych w trakcie transmisji danych. Umożliwia to modularną konstrukcję programów komunikacyjnych oraz współpracę różnych programów i protokółów transmisji. Obrazowo można to przedstawić jako przekazywanie danych przez programy (protokóły) warstw wyższych warstwom niższym po stronie nadawczej lub odwrotnie u adresata. Znormalizowane są zadania wypełniane przez poszczególne warstwy i sposób ich współpracy, sposób wykonania zadania pozostaje dowolny i jest ukryty przed programami innych warstw. Można tu wysunąć dość luźną analogię do podziału funkcji między wzmacniacz mocy nadajnika i antenę oraz znormalizowanego połączenia za pomocą kabla 50-omowego. W przypadku prawidłowej pracy obu członów energia w.cz. jest transmitowana niezależnie od konstrukcji wzmacniacza, typu anteny i zastosowanych po obu stronach obwodów dopasowujących. Przyjęty model pozwala na łatwą wymienialność poszczególnych części systemu (programów, protokółów) pod warunkiem przestrzegania zasad ich połączenia (sprzężenia). W podanej analogii możliwe jest przełączanie anten (np. o różnych charakterystykach kierunkowych) bez konieczności wymiany lub przestrajania nadajnika.
    W modelu ISO warstwa pierwsza (najniższa) jest warstwą fizyczną, tzn. zajmującą się transmisją sygnału między korespondentami. Zajmuje się ona definicjami sygnałów elektrycznych, złączy, wtyków, zakresów częstotliwości pracy itp.
    Warstwa druga jest warstwą transportu, w warunkach amatorskich odpowiadają jej przykładowo protokóły AX.25 (pakiet radio), AMTOR lub PACTOR. Warstwa trzecia (sieciowa) zajmuje się transmisją danych w sieci i wyszukiwaniem tras połaczeń. W komunikacji amatorskiej są to protokóły sieciowe NET/ROM, Flexnet lub IP (z grupy TCP/IP). Warstwy wyższe nie są w zastosowaniach amatorskich jeszcze dokładniej dopracowane. W grupie protokołów TCP/IP warstwie czwartej odpowiada protokół TCP zajmujący się przygotowaniem danych do wysyłki i podziałem ich na bloki (datagramy). Zadaniem warstw 5 - 7 jest współpraca programów z użytkownikiem, prezentacja danych itp. Odpowiadają im wyższe protokóły z grupy TCP/IP, np. protokóły TELNET, FTP czy HTTP.

1.8. SYSTEMY MODULACJI


1.8.1. MODULACJA PODNOŚNEJ AKUSTYCZNEJ

    Sygnały występujące na złączu RS-232 lub impulsy prądowe na wyjściu dalekopisu zawierają składową stałą, nie mogą więc być bezpośrednio transmitowane przez urządzenia radiowe lub łącza telefoniczne. Konieczna jest zamiana ich na sygnały czysto zmienne, np. na tony akustyczne, które mogą być bez kłopotu transmitowane drogą radiową i telefoniczną. Zamiana sygnałów logicznych na odpowiadające im tony akustyczne następuje w tzw. modemie. Jest to skrót słów MOdulator-DEModulator, które wystarczająco dobrze opisują jego działanie. Teoretycznie można tu stosować dowolne ze znanych sposobów modulacji: amplitudy, częstotliwości lub fazy. Ze względu na swoje zalety stosowane są modulacje częstotliwości (FSK) i fazy (PSK). Są to modulacje impulsowe, a więc polegające na przełączaniu sygnału podnośnej w jeden z ograniczonej liczby (dyskretnych) stanów. W najprostszym przypadku w systemie modulacji FSK występuje para tonów przyporządkowanych poziomom logicznymi sygnału modulującego. Dewiacja częstotliwości odpowiada tu połowie przesuwu częstotliwości (odstępu pomiędzy częstotliwościami obu tonów). Podstawowa częstotliwość modulująca równa jest połowie szybkości modulacji. Zależność ta jest może w pierwszym momencie trudniejsza do zrozumienia, dlatego też wyjaśniam ją dokładniej. Sygnał cyfrowy składa się z ciągu impulsów o różnej długości np. jeśli kilka kolejnych bitów przyjmuje tą samą wartość. Maksymalną częstotliwość zmian sygnału uzyskuje się w przypadku następowania po sobie naprzemian bitów o wartościach jeden i zero. Sygnał przedstawia sobą wówczas w przybliżeniu falę prostokątną o okresie równym czasowi trwania dwóch bitów, a więc jej częstotliwość podstawowa równa jest połowie szybkości modulacji wyrażonej w bodach.
    Pary tonów przyporządkowane sygnałom "mark" i "space" w modulacji FSK są również znormalizowane. W amatorskich łącznościach dalekopisowych RTTY najczęsciej ton 1275 Hz przyporządkowany jest poziomowi "mark" a 1445 Hz, 1700 Hz lub 2125 Hz - poziomowi "space". Daje to standardowe odstępy (ang. shift) odpowiednio 170, 425 i 850 Hz. Spotykane jest też odwrotne (ang. reverse) przyporządkowanie tonów. Stacje amerykańskie stosują inne zestawy częstotliwości: 2125 Hz - odpowiada poziomowi "mark" i odpowiednio 2295 Hz, 2550 Hz lub 2975 Hz - poziomowi "space". Niższy (europejski) zestaw tonów określany jest angielskim terminem "low-tone". Termin ten używany jest często w opisach modemów i kontrolerów emisji cyfrowych. Europejski zestaw tonów pozwala na korzystanie z filtrów p.cz. o szerokości pasma 2,4 kHz natomiast zestaw amerykański wymaga korzystania z filtrów o szerszych charakterystykach przenoszenia.
    W łącznościach emisją pakiet radio stosowany jest m.in. standard BELL202: tony 1200 Hz i 2200 Hz, odstęp 1000 Hz (dla szybkości 1200 bit/sek). Rozróżnienie pomiędzy poziomami "mark" i "space" następuje w momentach zmian tonów bez stałego przyporządkowania ich obu wspomnianym wyżej wartościom. Na zakresach KF stosowana jest para tonów 1600/1800 Hz.
    W systemach wielostanowej modulacji FSK stosowana jest większa liczba podnośnych przypisanych odpowiednio grupom bitów. Modulacja taka stosowana jest m. in. w systemie CLOVER.
    Oprócz modulacji częstotliwości stosowana jest również modulacja fazy: zmiana poziomu sygnału cyfrowego powoduje tu skok fazy podnośnej. Często stosowana jest podnośna o częstotliwości 1800 Hz. Modulacja fazy używana jest najczęściej przy większych szybkościach transmisji (np. 2400 bit/s) w pasmach UKF. Faza podnośnej może przyjmować dwa, cztery lub więcej stanów. Przebieg sygnału dwustanowego (skok fazy 180 stopni - BPSK) jest identyczny z przebiegiem sygnału dwuwstęgowego AM z wytłumioną falą nośną - sygnału DSB (występującego m. in. na wyjściu modulatora zrównoważonego w układach SSB), również jego widmo jest identyczne z widmem sygnału DSB. Sygnał BPSK zajmuje więc przy danej szybkości transmisji pasmo węższe niż sygnał FSK. Wielofazowa modulacja PSK pozwala na dalsze zmniejszenie szerokości pasma lub równoległe przesyłanie wielu kanałów cyfrowych. Przy szybkości 2400 bit/s w amatorskich łącznościach pakiet radio stosowana jest czterostanowa modulacja fazy QPSK (zdefiniowana w normie V.26). Czterostanowa modulacja fazy pozwala na jednoczesne przekazanie wartości pary bitów ponieważ jak wiadomo para bitów może przyjmować 4 różne stany (2^2). Dalsze zwiększanie liczby stanów pozwala na jednoczesną transmisję zawartości większych grup bitów przy czym wymagana liczba stanów sygnału rośnie wykładniczo - dla jednoczesnej transmisji trójki bitów konieczne jest 8 stanów sygnału np. 8 położeń jego fazy lub 8 wartości amplitudy w przypadku modulacji amplitudowej. W systemie PSK31 używana jest podnośna 1000 Hz kluczowana dwu- lub czterostanowo.
    Modulację o większej liczbie stanów uzyskuje się za pomocą modulacji kombinowanej amplitudowo-fazowej tzw. modulacji kwadraturowej (QAM). Dwa sygnały podnośnej przesunięte względem siebie o 90 stopni (kwadraturowe) modulowane są amplitudowo, a sygnał wypadkowy przyjmuje szereg stanów o różnych amplitudach i fazach. Obecnie najczęściej stosowana jest modulacja 16- lub 32-stanowa (normy V.29 i V.32 z kodowaniem w kodzie Trellisa). Obie te normy są powszechnie wykorzystywane w łącznościach kablowych i powinny rozpowszechnić się w amatorskich łącznościach radiowych.
    Zwiększanie liczby stanów sygnału powoduje, że przy stałej szybkości transmisji (szybkości zmian stanów), a więc i stałej szerokości kanału transmisyjnego możliwe jest zwiększenie szybkości modulacji czyli liczby bitów przekazywanych w jednostce czasu. Ta b. atrakcyjna możliwość ma jednak i swoją słabą stronę. Zwiększanie liczby dozwolonych stanów sygnału powoduje zmniejszenie odstępów między nimi. I tak np. pełny okres sygnału sinusoidalnego obejmuje 360 stp. Oznacza to, że w przypadku modulacji dwustanowej skok fazy wynosi 180 stp., w przypadku modulacji 4-stanowej - 90 stp., 8-stanowej - 45 stp. itd. Analogicznie dla modulacji amplitudy maksymalna amplituda sygnału musiałaby być podzielona odpowiednio na 2, 4, 8 itd. zakresów. Mniejsze odstępy między dozwolonymi stanami ułatwiają zafałszowanie sygnału w wyniku zakłóceń. Tak więc zwiększenie szybkości przekazywania danych bez powiększania szerokości kanału transmisyjnego wymaga zapewnienia coraz wyższego stosunku sygnału do szumu. W przyrodzie nie ma nic za darmo.

1.8.2. MODULACJA SYGNAŁU W.CZ.

    Dla przesłania sygnału podnośnej drogą radiową konieczne jest zmodulowanie nim nośnej w.cz. W przeciwieństwie do cyfrowej modulacji zachodzącej w modemie, w nadajniku radiostacji mamy do czynienia z modulacją analogową. Sygnał w.cz. jest wypadkowo zmodulowany modulacją złożoną cyfrowo-analogową, a na wypadkowe właściwości toru transmisyjnego wywierają wpływ właściwości obu stadiów modulacji.
    W zależności od sposobu doprowadzenia sygnału z modemu do nadajnika rozróżniamy modulację FSK i AFSK. Doprowadzając sygnał akustyczny do wejścia mikrofonowego nadajnika FM lub SSB otrzymujemy modulację AFSK (ang. Audio Frequency Shift Keying). Jest to sposób najprostszy i nie wymagający modyfikacji nadajnika (przy szybkościach nie przekraczających 1200/2400 bit/s). Kluczując częstotliwość generatora wzbudzającego nadajnika bezpośrednio sygnałem cyfrowym otrzymujemy modulację FSK (ang. Frequency Shift Keying). Wymaga ona przeważnie przeróbek nadajnika i dlatego jest rzadziej stosowana w praktyce amatorskiej. Nowsze modele radiostacji wyposażone są fabrycznie w wejście FSK. Widmo sygnału AFSK/FM odpowiada widmu modulacji FM.
    Widmo czystej modulacji FSK w trakcie transmisji ciągu znaków składa się z widm dwu podnośnych (odpowiadających poziomom "mark" i space) kluczowanych amplitudowo, a stosunek sygnału do szumu na wyjściu jest w przypadku odbioru dwukanałowego o 3 dB wyższy niż dla kluczowania AM jednej podnośnej. Stosowany często w praktyce amatorskiej odbiór jednokanałowy sprowadza kluczowanie FSK do zwykłego kluczowania AM (ASK). W stanie spoczynkowym (transmisja dłuższego ciągu bitów stop) emitowana jest tylko nośna odpowiadająca częstotliwości dostrojenia nadajnika. Sygnał FSK może być też odbierany za pomocą odbiornika SSB po jego odstrojeniu o częstotliwość równą średniej obu tonów a więc 1700 Hz dla emisji pakiet radio lub 1900 Hz dla emisji faksymile/SSTV (stosowane są tam tony 1500 i 2300 Hz). Odebrany sygnał przetworzony jest (po zdudnieniu z generatorem lokalnym - ang. BFO) na sygnał AFSK i wymaga dalszej demodulacji w modemie. Widmo sygnału AFSK/SSB jest zbliżone do widma sygnału FSK z tą zasadniczą różnicą, iż położone jest po jednej stronie rzeczywistej (wytłumionej) nośnej w.cz. a jego oś symetrii (nie uwzględniając nośnej w.cz.) odpowiada średniej obu nadawanych tonów w czasie transmisji ciągu znaków, w stanie spoczynkowym emitowana jest częstotliwość różniąca się od nośnej w.cz. o wartość odpowiadającą sygnałowi "mark". Sygnał AFSK/SSB może być odbierany również za pomocą odbiornika FSK po uwzględnieniu różnicy ich widm przy dostrajaniu odbiornika. W praktyce amatorskiej nośna w.cz. jest stosunkowo silnie wytłumiona i dlatego może być pominięta. Przyporządkowanie tonów sygnałom "mark" i "space" - normalne lub odwrotne może być zmienione w zależności od dostrojenia odbiornika SSB do górnej lub dolnej wstęgi (ang. USB lub LSB).

    [rys. 1_01]

Wydanie z dn. 20.03.1999.

© Prawa autorskie Krzysztof Dąbrowski, OE1KDA.