轻松学业余电台通信
数据通信简介

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业余电台通信模式(Mode)可以划分为五大类,分别是无线电报(CW)、无线电话(AM、FM、SSB)、无线电传打字(RTTY、AMTOR)、数字通信(PACKET、PACTOR、CLOVER、G-TOR)和图像通信(SSTV、ATV、FAX)。所谓业余电台的通信模式,可理解为任何用于双向通信的对等或兼容的调制解调技术。我们已经对无线电报和无线电话有了较多的介绍,本期将介绍数据通信基本知识。

CW是最原始的数据通信

CW是目前仍在使用的最古老的通信方式。它发射的信号是断续的载波,或者称为用手键或自动键开关键控(On Off Keying)的载波。它用点划的组合来代表26个英文字母、10个数字以及常用的标点符号,所有这些点划的组合我们称为莫尔斯电码(Morse Code)。点划的组合构成字符,字符组成词,词组成句子,句子就有了很强的表意能力。举例如下:

含义:这里是BD6CR,呼叫所有电台,请回答。

电报:CQ DE BD6CR K

电码:

-·-· ——·- -·· · -···

-·· -···· -·-· ·-·

-·-

电报通信速度比较慢,因此一般广泛采用英语缩语和Q简语。

无线电传打字

无线电传打字(RTTY)使用开关键控或频移键控(FSK)的调制方式,用5bit的Baudot码或者7bit的ASCII码传输信息,没有纠错功能。

无线电传打字的基本设备由计算机、通信处理器和FSK或者SSB收发信机组成。操作员在计算机上输入字符串,终端程序通过串行口将字符串送给通信处理器,通信处理器将字符串变换为FSK收发信机的Mark和Space控制信号或者变换为SSB收发信机相应的两个音频信号,用于发射。在接收端,接收机的音频通过通信处理器变换成为字符串,通过串行口传给终端程序进行显示。

由于传输过程的衰落和各种噪声的影响,普通无线电传打字的误码率是比较高的。爱好者们提出了一种称为AM-TOR的改进方式,这种方式使用计算机处理器维持一个基本没有误码的通信链路。发送端每次发送一小段数据(数据用一种特殊的“7位恒比码”编码,即组成每个字符的7位编码中包含四个“0”和三个“1”),接收方检查每个字符的“0”和“1”的比率是否是4:3,如果是则显示出来,并向发送方确认,如不都是则请求发送方重发。

分 包 通 信

分包通信或者称为分组通信(Packet Radio)是一种无误码、完全使用ASCII码并支持二进制数据传输的模式。之所以称为“分包”,是因为数据不是以整个字符串一起传输的,而是分为几个小数据包进行传输。每个包中,除了数据外,还有一些用于寻路和数据组装的内容,至少会有发送方的业余电台呼号、接收方的业余电台呼号等。

两个分包通信电台开始交换数据,称为处于连接状态。发送方发送一个数据包,并在一段时间内等待接收方的应答。如果接收方收到这个包并检查无误,则向发送方给出正确应答,否则即把包丢弃。发送方只要在一段时间内没有收到接收方的正确应答,它就再次发送此包,直到达到最大重试次数为止。分包通信电台在大多数情况下是直接通信的,但是如果两者距离较远,可以用中间节点或者数字中继台(Digipeater)进行多跳转发。目前一种称为Ad Hoc(自组织)网络的研究正逐渐受到学术界的重视,这种网络在军事和紧急救灾等情况下有重要的用途,其路由算法的基本思想就来自于分包通信的多跳转发的机制。

所有分包通信电台之所以能够互相通信,这是因为它们都“说同样一种语言”,即运行同样的协议——AX.25协议。AX.25协议是根据商用分组网络的X.25协议改造而成的。

业余无线分包通信已经有较长的历史,可以追溯到上世纪八十年代初期,开始于加拿大。最初,整套设备由终端节点控制器(TNC)和字符终端构成,TNC内部一般由一个调制解调器(MODEM)模块和一个微控制器(如Z80等)构成。TNC比较昂贵,并非所有的业余电台都有能力购买。随着PC机逐渐进入家庭,PC机的性能飞速提高,在九十年代,由于市场上可以方便找到一种TI公司生产的MODEM集成电路TCM3105,国外兴起了自制廉价的分包通信MODEM的热潮,MODEM配合TNC模拟软件就可替代TNC的功能。当时比较著名的是由德国的爱好者DL8MBT/DG3RBU等组成的一个叫Baycom的开发小组,他们开发的串行1200bps的Packet Modem就是基于TCM3105,他们的TNC模拟软件包(也叫Baycom软件)使用了特殊的串行口应用方案,在当时PC/AT和PC/XT时代非常流行。另外的一种叫“穷人的分包通信”的TNC模拟软件和硬件在美国也比较流行。这种方案在硬件上和Baycom基本类似,但是使用了并行口作为接口,因此可以省略TTL-RS232电平变换电路,软件叫PMP(Poor Man's Packet),后来另外一位爱好者写了一个更好用的软件Ez-Packet。随着计算机技术的发展,爱好者们探索了用MCU、DSP、FPGA等制作Packet Modem。利用声卡上的DSP芯片来完成调制解调使得Packet Radio除了PC外无需附加的硬件,而且PC声卡和收发信机之间的连线也极其简单,著名的软件叫PC/Flexnet,由德国爱好者Gunter Jost/ DK7WJ等组成的开发小组开发,这个软件起先只工作于纯DOS下(也就是说,不能工作于386虚模式下),后来又有了Win95下的版本,并扩充了对TCP/IP的支持。最近,另外一个称为AGWPE的声卡分包通信软件更为流行。有一些爱好者编写了Linux操作系统下的软件,并写了详细的文档,Linux爱好者们一定对HAM-HOWTO和AX25-HOWTO这两个HOWTO文档有所了解,阅读这些文档就可以掌握如何在Linux下使用分包通信。

在28MHz波段以下的短波段,分包通信的速率是300bps。由于短波通信的信号不稳定以及噪音很少能真正将分包通信用起来。在28MHz以上的VHF和UHF波段,分包通信就比较活跃,常用速率是1200bps和9600bps。

分包通信不仅支持一般的键盘聊天,还可以传送文件,上Packet BBS,发送Packet E-mail等。

笔者曾经制作过一个中文的分包通信主页,列出了一些资料、文章和有用连接,仅供有兴趣的爱好者参考。主页地址是http://mail.ustc.edu.cn/~rong/pr/。

PSK31

PSK31是一种基于RTTY的新模式。PSK指这个模式使用相移键控(包括BPSK和QPSK),31来自这个模式31.25的波特率。设计者认为,业余电台通信主要方式是双方或多方的实时交流,而不是数据的传输,因此,减小通信延迟是最关键的,而允许少许误码的存在。由于使用先进的编码和解码技术,在信噪比很差的情况下能较好接收,因而较适合QRP电台使用。

PSK31对电台设备的功率要求不高,但是由于它的带宽很小,对电台的频率稳定度和频率步进要求比较高。除了电台设备和天线外,最简单的PSK31设备只需要带声卡的PC机和相应的PSK31通信软件。PSK31的官方网站http://www.aintel.bi.ehu.es/psk31.html上提供了多种平台(DOS、Windows、Linux、Macintosh)下的软件供下载。

美国的QRP套件公司Small Wonder Labs甚至提供专用PSK31 QRP收发信机成品和套件,套件提供声卡和串口两种接口,发射功率只有3W。图1就是使用该机的通信情况。

图1
图1 🔍原图 (713×461)

PSK31的常用频率(单位:kHz)是:1838.150、3580.150、7035.15(1和3区)、7080.15(2区)、10142.150、14070.150、18100.150、21080.150(21070.150)、24920. 150、28120.150。

(荣新华)