6.4. SYSTEM PACTOR

  Systemem łączącym w sobie zalety emisji pakiet radio i AMTOR jest opracowany przez grupę niemieckich krótkofalowców (DL6MAA i DF4KV) system PACTOR. Jest on przewidziany do pracy na falach krótkich chociaż bywa także używany w zakresach UKF. Jest to system interesujący ponieważ zawiera wiele elementów stosowanych w profesjonalnych systemach łączności.
    W systemie PACTOR utrzymana została zasada synchronicznej półdupleksowej transmisji krótkich pakietów kwitowanych przez odbiorcę (ARQ). Sprawa optymalnej długości pakietów wymaga zresztą osobnej dyskusji. Problemy te znane są także użytkownikom systemu pakiet radio. Zbyt długie pakiety są bardziej narażone na przekłamania w wyniku zakłóceń, w krótszych, przy stałej długości części administracyjnej i zwiększonej częstotliwości pokwitowań, zmniejsza się znacznie zawartość informacji a więc efektywna szybkość transmisji. Efektywność systemu AMTOR jest raczej niewielka, przekazanie 15 bitów informacji użytecznej wymaga nadania 45 bitów (z szybkością 6 znaków/s). W systemie pakiet radio możliwy jest wybór długości pakietu w szerszych granicach, musi on być jednak dokonany przez operatora stacji. W zależności od szybkości transmisji (w systemie PACTOR przyjęto szybkości 100 i 200 bit/s) długość pakietu wynosi 12 lub 24 bajty, w tym informacja użyteczna zajmuje odpowiednio 8 i 20 bajtów.
    Na początku pakietu nadawany jest nagłówek o długości jednego bajtu i mający wartość (naprzemian) 0x55 lub 0xAA szesnastkowo. Następnie nadawana jest informacja użyteczna, po której następuje bajt informacyjny zawierający numer pakietu, bit pozwalający na rozróżnienie transmisji w kodzie ASCII i transmisji kodowanej w kodzie Huffmana, bit sygnalizujący zmienę kierunku transmisji i bit sygnalizujący zakończenie łączności. Ostatnie dwa bajty pakietu zawierają sumę kontrolną CRC. Dzięki temu prawdopodobieństwo powstania fałszywego pakietu wynosi 10^-5 i jest 2000 razy niższe niż w systemie AMTOR. Pakiet kwitujący ma stałą długość 12 bitów i jest zawsze nadawany z szybkością 100 bit/sek. Długość cyklu wynosi 1,25 sekundy, długość pakietu - 0,96 sekundy z czego wynika, że odstęp między pakietami danych wynosi 0,29 sekundy. Ponieważ czas trwania pakietu kwitującego równy jest 0,12 sekundy, pozostaje 0,17 sekundy na czasy propagacji i przełączania nadawanie-odbiór. Stosunki czasowe w komunikacji PACTOR zobrazowane są na rys. 6.2 a format bloku na rys. 6.3.

    [rys. 6_02]

    [rys. 6_03]

    Ważną różnicą w stosunku do systemu AMTOR jest możliwość transmisji dowolnej informacji dwójkowej (tzn. każdego znaku ASCII od 0 do 255), a nie tylko tekstów otwartych dających się przedstawić w alfabecie AMTOR/Baudota. Oprócz transmisji nieskomprymowanej możliwa jest też transmisja skomprymowana przy wykorzystaniu kodu Huffmana.
    W systemie PACTOR stosowane są cztery rodzaje znaków kwitujących: CS1/CS2 jako normalne pokwitowania odebranego pakietu, CS3 jako żądanie zmiany kierunku transmisji (mają one identyczne znaczenie jak w systemie AMTOR) i CS4 oznaczający żądanie zmiany szybkości transmisji ze 100 bit/s na 200 lub odwrotnie w zależności od poziomu zakłóceń. Znaki kontrolne mają następujące wartości szesnastkowe:
CS1 - 0x4D5,
CS2 - 0xAB2,
CS3 - 0x34B,
CS4 - 0xD2C.
Znaki kontrolne nadawane są zawsze z szybkością 100 bit/s aby zmniejszyć prawdopodobieństwo ich zakłócenia. Znaki kwitujące nadawane są naprzemian identycznie jak w emisji AMTOR, dwukrotny odbiór tego samego znaku oznacza więc konieczność powtórzenia bloku danych.
    Korekcyjny odstęp bitów tzw. odstęp Hamminga wynosi tu osiem bitów w przeciwieństwie do czterobitowego odstępu w systemie AMTOR.
    W przypadku pracy synchronicznej podstawowe znaczenie ma dokładność i stabilność stosowanej podstawy czasu. Autorzy systemu PACTOR proponują synchronizację podstawy czasu z zachodnioeuropejską siecią 220 V. Bezpośrednie powiązanie synchronizacji z siecią zasilającą ograniczyłoby zastosowanie systemu PACTOR do rejonu zachodniej Europy. Praktycznie odpowiada to zastosowaniu generatorów kwarcowych zsynchronizowanych z siecią zasilającą. Możliwe jest także zastosowanie systemu synchronizacji opartego o dowolny wzorzec czasu i częstotliwości np. stację Warszawa 1 lub sygnału stacji DCF77.
    W zakresie fal krótkich stosowana jest modulacja FSK o przesuwie częstotliwości równym 200 Hz. W przypadku zastosowania typowych filtrów o szerokości pasma 600 Hz pozwala to na transmisję z szybkościami 200 bit/s. Dopiero zwiększony poziom zakłóceń, zwłączcza fazowych, powoduje konieczność przejścia na szybkość 100 bit/s. Wystąpienie błędów w odbieranych pakietach powoduje nadanie przez stację odbiorczą żądania przejścia na szybkość transmisji 100 bit/s. Pokwitowanie prawidłowo odebranego pakietu za pomocą znaku CS4 powoduje podjęcie próby transmisji z szybkością 200 bit/s. Jeżeli nie zda to egzaminu, następuje powrót do szybkości 100 bit/s. Inicjatywa zmiany szybkości leży zawsze po stronie stacji odbiorczej i zależy od statystyki błędów i liczby powtórzeń. W systemie PACTOR długość cyklu pozostaje stała, zmienia się jedynie zawartość informacji. Pozwala to na zmianę szybkości transmisji bez straty informacji lub konieczności dodatkowych powtórzeń i ponownej synchronizacji stacji.
    Podobnie jak w przypadku systemu pakiet radio nie występuje tu stałe przyporządkowanie tonów "mark" i "space" (stosowane jest kodowanie różnicowe NRZ-I).
    Zwiększenie odporności na przekłamania osiągnięto w systemie PACTOR przez użycie sumy kontrolnej obliczanej na podstawie wielomianu CRC, podobnie jak w przypadku systemu pakiet radio. Prawdopodobieństwo wykrycia błędu jest większe niż w przypadku stosowania alfabetu AMTOR i zbliżone do prawdopodobieńswa w systemie pakiet radio. Drugim czynnikiem zmniejszającym prawdopodobieństwo wystąpienia błędów jest zastosowanie wspomnianej już struktury pakietów kwitujących.
    Dalszym sposobem zwiększenia odporności na zakłócenia jest kumulacja sygnałów w pamięci (ang. memory ARQ). W normalnym przypadku rozpoznanie poziomów logicznych 0/1 następuje w układzie modemu. Sygnały wyjściowe modemu podawane są na złącze RS-232 komputera, który analizuje jedynie prawidłowość odebranych bloków danych. Informacja o wielkości odchyłki sygnału odbieranego od rzeczywistego poziomu jest w tym momencie tracona. W systemie PACTOR sygnał odbierany jest dodatkowo analizowany za pomocą konwertera analogowo-cyfrowego i informacja ta jest przekazywana dodatkowo do komputera. Po stwierdzeniu wystąpienia błędu w odebranym pakiecie analizowany jest dodatkowo sygnał wyjściowy konwertera i podejmowane są próby interpretacji z uwzględnieniem informacji zawartej w powtórzeniach (sumowanie odebranych sygnałów analogowych). Pozwala to na zmniejszenie liczby powtórzeń. Efektywny zysk w dB wynosi 10 log(n), gdzie n jest liczbą sumowanych bloków (powtórzeń). Praktycznie można liczyć się z zyskiem dochodzącym do ok. 10 - 15 dB. Metoda ta stosowana jest w szeregu systemach profesjonalnych i dlatego należy zwrócić na nią szczególną uwagę. W praktyce amatorskiej nie była ona jeszcze wykorzystywana. W kanałach o małym odstępie sygnału od zakłóceń przyczynia się ona do zwiększenia efektywności transmisji. Zmniejsza to prawdopodobieństwo przerwania połączenia po wystąpieniu dopuszczalnej liczby powtórzeń, występujące w systemie pakiet radio. Większość kontrolerów wielofunkcyjnych nie jest niestety wyposażona w układy kumulacji sygnałów i nie pozwala na pełne wykorzystanie możliwości systemu PACTOR. W układy kumulacji sygnałów wyposażone są oprócz kontrolerów PTC także cyfrowe kontrolery TNC (DSP-232 i pozostałe).
    Zwiększenie efektywnej szybkości transmisji osiągnięto w systemie PACTOR także dzięki zastosowaniu kompresji sygnału w oparciu o metodę Huffmana. Litery o większej częstotliwości występowania kodowane są w postaci krótszych znaków niż litery rzadsze. Zasada ta nie jest także nowością i zastosowana już była przy opracowywaniu kodu telegraficznego Morse'a. Kompresja sygnału stosowana jest niezależnie dla każdego pakietu a długość znaku waha się w granicach od 2 do 15 bitów. Średnia zawartość informacji w tekstach ASCII (tzw. entropia) wynosi cztery bity, dlatego też zastosowanie kompresji pozwala teoretycznie na prawie 100 % zwiększenie efektywności transmisji. W wyniku kompresji zastosowanej w systemie PACTOR otrzymuje się średnią długość znaku wynoszącą 4,5 bita, a więc stosunek kompresji równy 1,7. Różne metody kompresji sygnałów stosowane są w wielu systemach profesjonalnych, zwłaszcza w przypadku zapisu i transmisji informacji wizyjnych. Praktyczne zastosowanie metod kompresji możliwe jest jedynie w systemach zapewniających bezbłędną transmisję bloków danych np. dzięki zabezpieczeniu ich za pomocą sumy kontrolnej CRC, a więc nie jest możliwe w systemie AMTOR.
    W wyniku wszystkich zastosowanych metod zwiększenia odporności na szumy i zakłócenia system PACTOR-I pozwala na prowadzenie łączności nawet przy stosunku sygnału do szumu na poziomie -18 dB (sygnał użyteczny leży więc poniżej poziomu szumów). Oznacza to, że do połączeń wystarczają nawet stacje nadawcze dysponujące małymi mocami nadajnika. Przeprowadzone przez autorów systemu próby wykazały, że możliwa jest łączność międzykontynentalna z mocami nadajnika rzędu kilkudziesięciu mW. Jest to może przypadek ekstremalny niemniej jednak system PACTOR powinien zwrócić na siebie uwagę zwolenników pracy QRP.
    Pozostałymi cechami charakterystycznymi systemu PACTOR są: możliwość odbioru sygnałów przez stacje trzecie podobnie jak to jest możliwe w systemie pakiet radio (a bardziej komfortowo niż w trybie AMTOR-L) i użycie znaków stacji jako adresów, również analogiczne do systemu pakiet radio. Taki sposób adresowania jest praktyczniejszy niż stosowanie adresów SELCALL.