Доброе время суток!

Некоторое время назад я заинтересовался возможностью регулярного обмена данными с использованием сигналов, лежащих ниже уровня шума. Представьте себе, например, систему, позволяющую обмениваться данными на законных основаниях, без лицензии, но на расстояниях в десятки и сотни километров. Ни одно из сущестующих решений меня не устроило, и тогда я стал помаленьку разрабатывать собственную.

Первая часть системы - алгоритм обмена файлами. О нём я здесь уже рассказывал. Изначально был рассчитан на обмен данными через последовательный порт. Но, так как по сути идёт обмен пакетами фиксированной длины, то можно приспособить его и для любого другого канала с передачей пакетов.

https://github.com/dimss1979/asft

Вторая часть системы - модем, способный передавать пакеты с низкой скоростью и мощностью, но при очень низком соотношении сигнал-шум.

После долгих экспериментов, я остановился на сигнале, в котором один символ (один байт, M=256) кодируется как несколько посылок MFSK. Комбинация посылок, соответствующая каждому значению байта, псевдослучайная. Пакет целиком (например, 100 байт) кодируется кодом Рида-Соломона (GF256).

Приём сигнала осуществляется перебором (поиском) в пространстве время-частота. Потому что мы не знаем точно, в какое время и на какой частоте ждать сигнал. Для каждой версии принимаемого сигнала (каждый сдвиг по частоте и фазе чипа) строится "водопад", и затем для каждого возможного значения переданного символа (байта) суммируется энергия чипов в этом "водопаде". Выигрывает то значение символа, которое набрало максимум энергии. В текущей версии сигнал-кандидат выбирается исходя из максимума энергии за 9 символов (4 до, 4 после и 1 текущий символ). Таким образом, задержка декодирования сейчас - 4 символа.

Сигнал обладает следующими свойствами:

- постоянная мощность передатчика (PAPR = 0)
- пригоден для ионосферного распространение - многолучевое, с коротким интервалом когерентности
- кодовое разделение пользователей (CDMA) - передатчик и приемник должны изпользовать одинаковое начальное значение генератора псевдослучайных случайных кодов.
- нет никакой необходимости в синхронизации - не нужно для этого тратить отдельные символы или тоны
- низкая чувствительность к дрейфу несущей частоты (в текущей версии)
- низкая чувствительность к отклонению скорости следования символов
- высокая гибкость - почти все параметры сигнала легко изменять в широких пределах. При изменении параметров сигнала (а особенно числа чипов на символ) Eb/No меняется где-то в пределах 5..8 dB.

В данный момент Eb/No (соотношение энергии бита к спектральной плотности шума) для AWGN и вероятности приёма паета около 0.5 составляет ~5.1 dB, как и у сигнала FT8. Но, в отличие от FT8, не нужно соблюдать точное время отправки пакета и имеется кодовое разделение (CDMA). При этом имеются возможности для дальнейшего повышения чувствительности (снижения Eb/No).

То есть оказалось, что сделать сигнал и приемник для него со свойствами, сравнимыми с FT8, не так уж и сложно. Но этот вид сигнала вряд ли будет интересен радиолюбителям. Скорее, он подходит для безлицензионной связи в стиле LoRa, Wi-Fi, Bluetooth, но на большие расстояния.

Предварительная версия алгоритма приема и передачи сигнала:

https://www.radioscanner.ru/uploader/2025/myfido.zip

Это ещё не готовый к применению продукт :)

5ЧТ-20, ЧВС-12

Спасибо, это интересно! Конкретно описание 5ЧТ-20, ЧВС-12 я не нашёл, но теперь мне ясно, что в общем такой вид сигнала называется "частотно-временной сигнал". Похоже, я изобрёл велосипед :) Но, судя по публикациям, область актуальная.

Тут важный момент, что эффективность такого сигнала повышается при увеличении увеличении размера алфавита. В отличие от более распространенных QAM и т.п. Но сложность декодирования растет пропорционально размеру алфавита.

Вот здесь суть дела отражена точно:

https://oniip.ru/upload/iblock/f03/%D0%91%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%B2%D0%B0%20%D0%91%D1%83%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D1%81%20%D0%A5%D0%BC%D1%8B%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0.pdf

Многопозиционные системы ЧВС используются для повышения надежности коротковолновой радиосвязи в условиях селективных замираний при многолучевом распространении и станционных помех. Символы ЧВС представляют собой последовательности элементов (радиоимпульсов), частота которых изменяется по определенному закону. Известны алгоритмы образования систем ЧВС с
хорошими взаимокорреляционными свойствами, символы которых имеют совпадения по частоте не более чем в одном либо двух элементах. Преимуществом ЧВС является передача каждого элемента символа полной мощностью передатчика.

Приём сигнала осуществляется перебором (поиском) в пространстве время-частота.
Когерентного приема нет?
В текущей версии сигнал-кандидат выбирается исходя из максимума энергии за 9 символов (4 до, 4 после и 1 текущий символ).
Или все-таки есть?

При этом имеются возможности для дальнейшего повышения чувствительности (снижения Eb/No).
Переход к BPSK+LDPC например. И переход к когерентному приему: сначала обнаружение сигнала, потом захват и слежение...

Но в общем, это все изобретение очередного велосипеда, очень медленно едущего велосипеда...

Когерентного приема нет?

Хотелось бы, но нет. Насколько я вижу, на коротких волнах вообще редко применяется по причине нестабильности ионосферы. Фаза сигнала может перевернуться несколько раз за секунду.

Или все-таки есть?

Если посмотрите исходный код, сразу увидите. Из нескольких версий сигнала, сдвинутых по времени-частоте, выбирается самая сильная, у которой суммарная энергия декодированных 9 символов максимальна. Это не когерентный приём, не отслеживание несущей, но статистическое отслеживание последовательности символов. В принципе, это работает, и даёт неплохой результат само по себе. Из девяти символов декодируем средний, пятый. Из-за этого задержка декодирования - 4 символа, но зато вполне нелохо (по 5 символам) отслеживается первый и последний символ пакета. Это позволяет обойтись вообще без каких-либо дополнительных символов синхронизации. Только данные.

Хочу попробовать другой вариант. Вообще ничего не отслеживать. Давать декодеру Рида-Соломона каждую демодулированную последовтельность мягких символов заданной длины, не принимая заранее никаких решений о том, какая из последовательностей правильная. При этом будет возможен прием только пакетов фиксированной длины, но это меня устраивает. По идее, должно снизить Eb/No и устранить задержку декодирования.

Переход к BPSK+LDPC например.

BPSK в чистом виде не позволяет опускаться ниже уровня шума. Для этого его объединяют с DSSS или чем-то подобным. Но тогда сильно повышается Eb/No. Это было первое, что я пробовал. Кроме того, раз уж нет когерентного приёма, то вместо BPSK приходится применять DBPSK. А это дальнейшее снижение эффективности.

LDPC - имеет смысл. Это в планах. Пока код Рида-Соломона, так как он гораздо проще в пользовании.

Но в общем, это все изобретение очередного велосипеда, очень медленно едущего велосипеда...

Раз уж в магазине такого не купить, то делаем сами.