OK1IAK - Digitální módy pro baťůžkáře

Digital modes for a backpacker

[ home ] [ CV ] [ HAM ] [ projects ] [ photo archive ]

Abstract

These days HAMs are expelled from the cities by high level of QRM generated by home appliances. It is increasingly more difficult to set up an antenna in the cities due to antenna restrictions. Being computer professional and radio amateur I am attracted to shortwave digital modes, but forced to excercise it on my backpacking trips.

Portable digital modes are restricted by the size, weight and power consumption of computer and transceiver. Pocket PC computers are evaluated first as a valid substitute for notebooks in portable digital modes. The software PocketDigi is introduced, which supports most of currently used digital modes, mainly PSK31, RTTY, MFSK16 and Olivia.

Pocket PC may be used with an SSB TRX directly, but commercial transceivers are still too heavy and power inefficient. QRP SSB kits - Elecraft K2, Small Wonder Labs PSK series, Warbler and a new MMR40 of Steve KD1JV are briefly introduced. Warbler was tested to work well with Pocket PC iPaq3630.

DDS principle is presented and it is realized that the DDS chip lends itself to direct modulation of various HAM radio modes, mainly PSK31, RTTY or MFSK16. DDS driven QRP kits are listed and ATS-3a is chosen for adaptation of PSK31. Because of timing issues on multitasking operating systems, the TRX is controlled over sound card. BELL 202 demodulator with XR2211 chip of Exar was built to interface ATS3a with the sound card output. PocketDigi and ATS3a firmware were extended to allow CAT control and PSK31 modulation. Amplitude envelope shaping of PSK31 signal was replaced by on/off keying of the CW envelope. The system was tested on air with no complain on signal quality. The world smallest power efficient PSK31 setup suitable for backpacking was successfully built. Extension to other digital modes (RTTY, MFSK16 and Olivia) and simplification of the interface circuit are planned.

Úvod

Jako radiového amatéra a počítačového profesionála mě vždy lákalo spojení těchto dvou koníčků - obor radioamatérských digitálních módů. Jako teenager jsem se vezl na vlně packet rádia. Digitální módy na krátkých vlnách zažily poslední roky rozmach a já chci být při tom. Nárůst počtu digitálních signálů na pásmech je zapříčiněn vysokým výpočetním výkonem a bohatostí periférií běžně dostupných počítačů. Nainstalovat program a připojit SSB transceiver ke zvukové kartě zvládne dnes opravdu každý.

Poslední roky ovšem přinášejí nám krátkovlnným amatérům i nepříjemnosti. Krátkovlnný amatér není již voják spojař v záloze, ale koníčkář jako každý jiný. Vlastnická práva jsou nedotknutelná, dbá se na kvalitu bydlení. Výsledkem je, že si v mém panelákovém bytě v Praze těžko pořídím vysílací krátkovlnnou anténu. Dalším problémem je vysoká úroveň rušení od všech elektrospotřebičů v okolí zvláště na spodních pásmech. To jsou jistě všem známé důvody, které vyhání radioamatéry na chalupy, nutí je stavět závodní stanoviště, nebo je vyhání s baťůžkem do lesa, kde vrhají prakem antény po stromech. Já jsem se zařadil do té poslední - skalní QRP skupiny. Tento článek bude zaměřen prakticky, v dalším článku bych se rád věnoval teoretickým aspektům digitálních signálů, tedy proč a jak mohou pomoci k navázání spojení s menším výkonem na delší vzdálenost.

K provozu digitálních módů je většinou použit stolní počítač či notebook se zvukovou kartou a tovární SSB transceiver. Jak počítač, tak běžný SSB transceiver nejsou příliš vhodný nábytek pro baťůžkáře. Jsou neskladné, těžké a baterie vycucnou poměrně rychle. Můj notebook vyprázdní akumulátor 12V/4Ah za tři hodiny, což odpovídá příkonu 16W. Procesor Geode kompatibilní s pentii optimalizovaný pro subnotebooky a průmyslové aplikace spotřebuje 1.9W při taktovacím kmitočtu 433MHz, což je méně než notebookový displej s podsvětlením. Oblíbený QRP transceiver Yaesu FT817 odebírá 9V/350mA=3.15W při příjmu. Stejný proud odebírá QRP transceiver ATS-3 při vysílání výkonem 2W. Jak z toho ven?

Nejprve shrnu nevýhody klasických PC a jako alternativu uvedu kapesní počítače typu Pocket PC. Dále rozeberu dostupné transceivery a jejich možnosti s ohledem na QRP digitální provoz. Transceiver by měl podporovat přinejmenším dva nejpoužívanější digitální módy - PSK31 a RTTY. Vzhledem k tomu, že dnes málokdo má sílu a odvahu pustit se do vlastních konstrukcí, budu se věnovat především běžně dostupným stavebnicím. Na konci uvedu neotřelý způsob modulování PSK31 signálu obvodem DDS.

Počítač

Identifikujme tři největší žrouty energie v PC, v pořadí nenažranosti: Podsvícený displej, harddisk, procesor. Baťůžkářskou náhradou notebooku tedy bude zařízení s malým displejem, s flash diskem a pomalým procesorem. Taková zařízení jsou skutečně běžně v prodeji, jde o kapesní počítače či PDA (Personal Digital Assistent). Nové PDA stojí 7 až 20 tisíc Kč, použité od 2 tisíc. Bohužel tato zařízení nejsou PC kompatibilní a nelze na nich spustit běžné HAM programy.

PDA jsou uvnitř velmi podobná, liší se periferiemi a operačním systémem. Jen některá mají integrovanou klávesnici, často lze připojit klávesnici externí. Nejmodernější typy mají často integrovaný GSM telefon, GPS či WiFi nebo Bluetooth. Operační systém bývá buď Palm OS, Pocket PC, Symbian či Linux. Procesor je většinou Strong ARM kompatibilní.

Procesor ARM je založen na architektuře RISC, což je zkratka z anglického Reduced Instruction Set (omezená sada instrukcí). VInstrukce podoporované RISC procesorem jsou jednoduché a je jich málo. Oproti tomu běžné PC je osazeno procesorem Intel či kompatibilním, který je z historických důvodů založen na architektuře CISC (Complete Instruction Set, úplná sada instrukcí). CISC procesory lze poměrně snadno programovat přímo v assembleru, RISC procesory nikoliv a optimalizaci je nutné přenechat překladači z vyššího programovacího jazyka.

Z malého početu jednoduchých instrukcí vyplývá malá plocha křemíku, nižší cena a spotřeba ARM procesorů oproti procesorům v PC. Spotřeba a cena ARM procesorů je dále snížena odstaněním matematického koprocesoru. Většina aplikací prováděných na kapesních počítačích není matematicky náročná a proto postačuje matematický koprocesor emulovat. Někteří z nás si možná vzpomenou na situaci před 10 lety, kdy některá PC nebyla osazena matematickým koprocesorem. Dnes již všechna PC matematický koprocesor má integrovaný v pouzdru procesoru.

ARM procesory v PDA tedy nemají matematický koprocesor, umí pouze počítat s 32 bitovými celými čísly. To je pravděpodobně hlavní důvod, proč do nedávné doby neexistoval žádný program pro digitální módy na kapesní počítače. Mnozí radioamatéři pochybovali, zda je možné pro tyto procesory digitální módy implementovat. To byla pro mě výzva. Na podzim roku 2006 jsem začal pracovat na programu pro Pocket PC. Svou práci jsem založil na linuxovém projektu gMFSK [1] od Tomi Manninena OH2BNS. Kromě přepracování programu pro jiný operační systém jsem mnoho času strávil úpravou a optimalizací DSP algoritmů z reálné do celočíselné aritmetiky. Optimalizace algoritmů je důležitá pro prodloužení výdrže baterie. Program zpracovává přijímaný signál v krátkých intervalech a v době mezi výpočty PDA přejde do úsporného módu.

Program jsem pojmenoval PocketDigi a je dostupný včetně zdrojových textů zde [2] . Program má podobné uživatelské rozhraní jako oblíbený DigiPan či MixW. V poslední verzi lze provozovat módy PSK, RTTY, MFSK16, Olivia, Contestia, RTTYM či Throb, což je valná většina digitálních módů provozovaných na krátkých vlnách. Patrick N0HR napsal v angličtině stručný úvod [3] k použití tohoto programu.

Patrick dále sestavil tabulku zařízení, která mají vyveden mikrofonní vstup na vnější konektor. Zvláště starší zařízení tuto možnost postrádají. Je sice možné dekódovat digitální signály pomocí zvukové vazby interním mikrofonem, ale není to ideální řešení. Můj iPAQ 3630 jsem rozšířil o 2.5mm mono zdířku, kterou jsem umístil do prostoru pro stylus. Stylus je v PDA terminologii název pera, kterým se obsluhuje dotyková obrazovka.

Jak to vypadá se výdrží Pocket PC na kterém běží PocketDigi v reálném provozu? To jsem měl možnost ověřit pouze na mém zařízení, což je dědeček iPaq 3630 s jedním článkem LiPol 800mA. Změřil jsem proud odebíraný PDA přez nabíjecí konektor z 5V zdroje.

ProudČinnost
30mAUdržovací nabíjení, PDA vypnuté
75mAPDA zapnuté ale nečinné, vypnuté podsvětlení
180mAPDA zapnuté ale nečinné, podsvětlení na nejnižší úrovni
210mAPDA zapnuté ale nečinné, podsvětlení na střední úrovni
240mAPDA zapnuté ale nečinné, podsvětlení na vysoké úrovni
300mAPDA zapnuté ale nečinné, podsvětlení na nejvyšší úrovni
130mAPocketDigi přijímá jeden PSK31 signál, podsvětlení vypnuté
210mARolování obrazovky v Excelu, podsvětlení vypnuté

Tab. 1. Odběr kapesního počítače Pocket PC iPAQ 3630 v závislosti na činnosti

První údaj - spotřeba při udržovacím nabíjení, s největší pravděpodobností ukazuje spotřebu vlastního nabíjecího obvodu. Pokud tedy bude PDA napájeno z vnitřní baterie, můžeme od každé položky odečíst 30mA. Dekódování jednoho PSK31 kanálu tedy odebírá 100mA z vnitřní baterie, z toho část proudu spotřebovává řadič displeje a obnovování obsahu pamětí DRAM. Poslední hodnota v tabulce udává odběr maximálně zatíženého procesoru - 180mA. Z toho lze odvodit, že dekódování jednoho PSK31 kanálu zatěžuje procesor na 30%. Další závěr je, že se vyplatí program optimalizovat, baterie vydrží déle.

Notorickým problémem PDA i notebooků je vysoká spotřeba podsvětlení. Můj iPaq spotřebovává odhadem 220mA při maximálním podsvětlení, což je více, než plně zatížený procesor. Doporučuji tedy nastavit podsvětlení na nejnižší úroveň. Některá starší zařízení mají transreflexivní displej, který je v přímém slunečním světle poměrně dobře čitelný i bez podsvětlení. Novější PDA mají podsvětlení bílými LED, které jsou efektivnější než zářivka osazená v mém PDA. Uvidíme, jaké technologické novinky nás čekají v blízké budoucnosti. Technologie OLED (každý pixel je organická led dioda) se zdá být nadějná.

Poučen z měření spotřeby, provozuji mé PDA s nejnižší úrovní podsvětlení. V tomto režimu jsem schopen provozovat PSK31 asi tři hodiny. Předpokládám, že moderní PDA s podsvětlením LED diodami vydrží o něco déle. Pro nabíjení PDA z 12V baterie jsem postavil spínaný měnič s jediným IO LM2575T-5 dle katalogového zapojení, který transformuje 12V na 5V s 80% účinností. Další možností je dobíjet PDA z pěti článků NiMH přez Low Drop stabilizátor. 5 článků 2Ah by mělo prodloužit dobu provozu mého PDA 3x, tedy na 9 hodin. Mé PDA lze nabíjet ještě při 4.7V. 4 články NiMH nedostačují, napětí na nich klesne při zátěži nabíjením PDA pod uvedenou hranici v půli jejich vybíjecího cyklu.

Transceiver ze stavebnice

V dnešní době se málokdo pustí do stavby všepásmového all mode 100W KV TRXu. Už jen shánění všech součástek je otrava a ekonomická sebevražda, nehledě na to, že ti inženýři a osazovací roboti to umí lépe než my. Proto většina z nás má doma tovární zařízení. Na druhou stranu s láskou vzpomínáme na doby, kdy transceiver nebylo možné koupit, a jaký to byl pocit vysílat na vlastnoručně postaveném zařízení. Proto jsou ve stále větší oblibě stavebnice jednoduchých, většinou jednopásmových CW transceiverů. Budu se věnovat těm z nich, které lze použít k provozu digitálních módů.

CW transceiver

Klasický CW QRP transceiver je laděný VFO či VXO, přijímač je koncepčně buď přímosměšující, nebo superhet s jednoduchým směšováním. Typickým zástupcem je řada SW+ od Small Wonder Labs [4] . Na těchto transceiverech lze přímo provozovat CW módy, tedy coherent CW či Feld Hell. V superhetu lze modulovat RTTY signál přivedením FSK signálu na varikap v oscilátoru pomocného TX směšovače. Tato koncepce vylučuje modulaci po CW druhého nejčastějšího digitálního signálu, tedy PSK31. RTTY navíc nelze považovat za příliš vydařený QRP mód, lze ho dekódovat při -5.5 dB, oproti tomu BPSK31 lze dekódovat při -11.5 dB vztažených na 3kHz široký SSB filtr. Rozdíl 6 dB odpovídá čtyřnásobnému zvýšení výkonu.

SSB transceiver

Elecraft nabízí stavebnici všepásmového CW transceiveru K2 s rozšířením o SSB modul. TRX odebírá 220mA při příjmu, což je to sice méně než FT817 s 350mA, ale stále vyžadující baterie, které bych na zádech tahat nechtěl. Transceiver K2 má špičkový přijímač s diodovým směšovačem, což je podstatný rozdíl oproti všem dále jmenovaným stavebnicím s aktivními směšovači.

Dave Benson NN1G ze Small Wonder Labs [4] navrhl sérii transceiverů pro PSK31. PSK20, PSK30 a PSK40 jsou jednokanálové SSB superhety s oddělenými RX a TX cestami. V každé cestě jsou osazeny dva aktivní směšovače NE612 a čtyřkrystalový 9MHz příčkový filtr. Složitost a cena těchto stavebnic je poněkud vyšší, $105. Zkušenosti s PSK20 popsal Jindra OK1FOU v OQI 58/2005.Podobný transceiver DigiFun od DK1HE nabízí německý QRPProject.

Dave NN1G dále navrhnul veleúspěšnou PSK31 "krystalku" pro pásmo 80m. Všimnul si totiž, že běžně dostupné krystaly barevného rozkladu 3.58MHz korespondují s PSK31 subpásmem na 80 metrech. Navrhl tedy transceiver s jedním směšováním. V přijímací cestě za vstupním filtrem a předzesilovačem následuje tříkrystalový příčkový filtr a detektor s NE612. Ve vysílací cestě za mikrofonním zesilovačem následuje směšovač, dvoukrystalový příčkový MF filtr a koncový zesilovač.

Obr. 1. Blokové schéma PSK31 transceiveru pro pásmo 80m Warbler

V stavebnici je použito celkem 6 běžně dostupných krystalů 3.58MHz a dvou aktivních směšovačů NE612. S tímto geniálně jednoduchým transceiverem a kapesním počítačem iPaq 3630 jsem uskutečnil minulý rok spoustu spojení po Evropě. Moje loňská digi sestava je zobrazena na následujícím obrázku.

Obr. 2. Transceiver Warbler a Pocket PC iPaq 3630 - sestava roku 2006 pro PSK31

Toto jaro navrhl plodný QRP konstruktér Steve Weber KD1JV [5] nový SSB transceiver pro pásmo 40m s názvem MMR40. Tento TRX je laděný změnou permeability a stavebnici nabízí Dough Hendricks [6] za $115. Stabilita PTO by měla být dostatečná pro PSK31 či RTTY, pokud software protější strany umí AFC. Konstrukce je klasický superhet se dvěma aktivními směšovači NE612 a tříkrystalovým příčkovým filtrem na 10MHz. Směšovací řetězec s MF filtrem je CMOS přepínači 74HC4053 přepínán mezi RX a TX cestou. Tímto fíglem se konstrukce výrazně zjednodušila, zmenšila a zlevnila. Udávaný odběr při příjmu je 30mA.

Princip DDS

DDS je zkratka, kterou každý z nás již někdy slyšel. DDS nahrazuje analogová VFO v některých amatérských i profesionálních zařízeních, lze koupit stavebnici DDS VFO. DDS však umožňuje víc než analogové VFO. Pokusím se nastínit princip, výhody a nevýhody DDS. Prosím odborníky o shovívavost, popis je značně zjednodušený.

Většina z nás má zkušenost s osobním počítačem. Je pravidlem, že moderní PC je osazeno zvukovo kartou. Na internetu lze zdarma stáhnout programy, které promění počítač v nízkofrekvenční generátor. Program vytvoří průběh signálu v operační paměti a tento signál následně "přehraje" přez zvukovou kartu. Průběh signálu je v paměti reprezentován tabulkou celých čísel. Běžná zvuková karta je schopna produkovat NF signál do 20kHz.

DDS je zařízení velmi podobné výše popsanému PC ve funkci nízkofrekvenčního generátoru. Programovatelný počítač je nahrazen jednoúčelovým digitálním obvodem a celek je schopen generovat signály o mnohem vyšší frekvenci než zvuková karta PC. Základem každého DDS systému je generátor hodin, číslicově analogový (D/A) převodník, tabulka průběhu signálu (většinou sinusovka), registr aktuální fáze, registr přírůstku fáze a sčítačka.

Obr. 3. Blokové schema DDS

V každém hodinovém kroku jsou provedeny následující operace: Hodnota registru aktuální fáze se zvýší o hodnotu registru přírůstku fáze. Registr fáze se použije jako ukazatel do tabulky a číselná hodnota amplitudy uložená v řádce adresované registrem fáze je přenesena na vstup D/A převodníku. Ten převede číselnou hodnotu na analogový signál.

Vše bude jasnější z příkladu. Mějme tabulku průběhu funkce sinus pro hodnoty fáze od 0 do 360 stupňů odstupňované po 45 stupních.

Úhel 0 45 90 135 180 225 270 315 360
Amplituda 0 0.707 1 0.707 0 -0.707 -1 -0.707 0

Tab. 2. Funkce sinus po 45 stupních

Předpokládejme kmitočet hodin 1kHz. Pokud nastavíme přírůstek fáze 1, bude DDS postupně vyčítat všechny hodnoty z tabulky: 0, 0.707, 1, 0.707, 0, -0.707, -1, -0.707, 0 atd. Celá sinusovka je přehrána za 8 hodinových pulzů o kmitočtu 1kHz, DDS generuje sinusovku o kmitočtu 1kHz/8=125Hz. Pokud nastavíme přírůstek fáze 2, bude DDS vyčítat každou druhou hodnotu z tabulky: 0, 1, 0, -1, 0 atd. Celá sinusovka je přehrána za dobu čtyř hodinových pulzů, DDS generuje sinusovku o kmitočtu 1kHz/4=250Hz. Při přírůstku fáze 3 bude DDS vyčítat hodnoty 0, 0.707, -1, 0.707, 0, -0.707, 1..., kmitočet bude 1kHz/3=333Hz. Maximální dosažitelný kmitočet generovaný DDS je vždy menší než polovina hodinového, v tomto případě 500Hz. Při přírůstku fáze 4 bude DDS vyčítat hodnoty v závislosti na počáteční hodnotě fáze buď 1, -1, 1, -1..., nebo třeba také samé nuly.

DDS z našeho příkladu s tabulkou osmi hodnot by dokázala generovat pouze signály o kmitočtech 125Hz, 250Hz, 333Hz a 500Hz. V obvodech DDS se používá následující finta. Přesnost registru fáze se stanoví vyšší než velikost tabulky. Předpokládejme, že registr fáze a registr přírůstku mají krok nikoliv 45 stupňů, ale poloviční, tedy 22.5 stupňů. Počet řádek tabulky funkce sinus zůstává nezměněn. Adresa řádku tabulky je získána vydělením hodnoty registru fáze dvěmi. Pokud nyní zvolíme hodnotu přírůstku fáze 1, bude každá hodnota z tabulky vyčtena dvakrát. Výsledný signál bude mít kmitočet 1kHz/16=62.5Hz. Při přírůstku fáze 3 budou vyčítány tyto hodnoty: 0, 0.707, 0.707, 0, -1, -0.707, 0.707, 1, 0, -0.7, -0.7, 0 atd. Do generovaného signálu bylo vneseno fázové roztřesení.

Kvalita signálu DDS závisí na počtu řádek tabulky funkce sinus, přesnosti (počtu bitů) hodnot tabulky a D/A převodníku, a na rozdílu přesnosti registru fáze vůči počtu řádek tabulky. Tyto hodnoty za nás optimalizovali výrobci čipů. Na nás je vybrat si ten správný podle požadavků na maximální generovaný kmitočet, čistotu signálu, spotřebu a stavu peněženky. Nejčastěji používaný DDS čip v KV QRP konstrukcích je AD9834 od firmy Analog Devices. Tento čip má včetně krystalového oscilátoru 50MHz odběr asi 40mA a je schopen generovat sinusový signál od 0 do 25MHz s přesností 0.2 Hz. Čistotu signálu lze posoudit z následujícího obrázku. Čistota spektra není oslňující, ale je postačující pro použití v přijímači, který není provozován v extrémních podmínkách (soused provozuje 1kW lineár).

Obr. 4. Spektrum DDS AD9834 - katalogový list

Shrňme výhody DDS: Stabilita kmitočtu je shodná se stabilitou hodinového oscilátoru. Přesnost ladění v zlomcích Hz. Možnost vícepásmového provozu. Jednoduchost - oscilátor je tvořen jedním čipem, integrovaným oscilátorem a dolní propustí. Poměrně nízká spotřeba. Pro provoz CW není potřeba TX mixer, DDS oscilátorem lze modulovat přímo PA. Možnost modulace digitálních módů: z blokového schematu DDS je zřejmé, že zapsáním nové hodnoty do registru přírůstku fáze se skokem změní kmitočet beze změny fáze. Ejhle, máme zdarma FSK modulátor pro RTTY, ale nejen pro RTTY. Stejně dobře lze generovat například MFSK16, Domino, či s odřenýma ušima Olivii. Zapsáním nové hodnoty do registru aktuální fáze lze změnit skokem hodnotu fáze, což je základem modulace PSK31.

DDS transceiver

První dostupnou stavebnicí s DDS VFO byl DSW+ od NN1G, superhet osazený DDS AD9835 a dvěma NE612. Tento transceiver se pro malý zájem již nevyrábí. Elecraft nabízí KX1, což je vícepásmový "Vše v jednom" mini CW čtyřpásmový transceiver s integrovaným ATU a držákem baterií. Jde opět o superhet osazený DDS AD9834 a dvěma NE612. Jak je již u firmy Elecraft zvykem, jde o špičové zařízení za špičkovou cenu.

Petr OK1XGL navrhl vícepásmový CW TRX Tramp s DDS AD9834, se směšovačem osazeným rychlými FET spínači FST3125 a BFO s NE612. Oproti ostatním konstrukcím dosahuje Petrův TRX vysoké odolnosti za cenu vyšší složitosti. Petrův TRX byl uveřejněn v OQI 60 a 61/2006. Dokumentace je dostupná zde [5].

Steve Weber KD1JV navrhl serii transceiverů ATS, v tomto létě by měla být uvedena do prodeje již čtvrtá verze. Zájemcům doporučuji pravidelně sledovat domácí stránku KD1JV [5] . Transceiver je podobné koncepce jako KX1 (superhet, DDS AD9843, 2xNE612). ATS je zkratka z Appalachian Trail Sprint. Appalachian Trail je oblíbená stezka táhnoucí se východními státy USA asi 3500 kilometrů od severu k jihu. Transceiver ATS je často používán účastníky závodu Spartan Sprint organizovaným klubem Advanture Radio Society, ve kterém jsou násobiče získávány za nízkou váhu zařízení. Transceiver ATS3 je kompletně SMD stavebnice a vejde se bez baterií do krabičky od bonbónů Altoids. V našich končinách lze v podobné krabičce koupit bonbóny Energit. Cena poslední verze stavebnice byla $180. Transceiver je dodáván s výměnnými moduly pro pásma 80, 40, 30 a 20m. Čtvrtá verze je připravena na příchod slunečního maxima a bude obsahovat moduly pro vyšší pásma. Ron Pfeiffer W2CTX mi jako dík za PocketDigi daroval ATS-3a, který je zobrazen na následujícím obrázku.

Obr.5. Transceiver ATS-3a v krabičce Altoids

Aby se transceiver vešel do tak malé krabičky, bylo nutné udělat několik kompromisů. Transceiver je ovládán a laděn pouze čtyřmi tlačítky, což se zdá kostrbaté, ale je ve skutečnosti kupodivu poměrně dobře použitelné. Transceiver nemá RF atenuátor, takže aktivní směšovače jsou na pásmech 40 a 30m v době soumraku přetížené. Transceiver nemá ani regulátor hlasitosti, ten je nahrazen obvodem NF AVC, který je původně určen do mikrofonních a nf zesilovačů telefonů. Obvod AVC pracuje opět překvapivě dobře. Koncový stupeň je osazen třemi paralelně zapojenými MOS tranzistory 2N7000. Transceiver umí bez úprav přijímat CW, PSK31 a RTTY. Telegrafní filtr je příliš úzký pro příjem ostatních druhů provozu. TRX umí vysílat pouze CW.

Toto jaro jsem konal s ATS-3a první digitální pokusy, cílem bylo TRX naučit vysílat PSK31. TRX je osazen DDS, jenž sám umí obracet fázi o 180 stupňů, což je základem PSK31 modulace. Skokové otočení fáze o 180 stupňů bez dalších opatření vyvolá nepřípustný kliks. Pokud je PSK31 signál modulován zvukovou kartou a vysílán SSB transceiverem, je obálka signálu tvarována funkcí 2-cos(t). Tato funkce se v angličtině nazývá "raised cosinus" a představuje téměř ideální pásmovou propust. Fáze signálu je otočena v okamžiku, kdy modulační obálka dosahuje nulové amplitudy. Transceiver ATS-3a nemá SSB modulátor. Nabízí se využít obvod tvarování morse značek, což je cesta neprošlapaná.

Na následujícím obrázku vlevo je zobrazen oscilogram NF modulačního signálu PSK31. Jedním kanálem je zobrazen obdélníkový digitální modulační signál, druhým kanálem výsledný PSK31 signál. Je patrné, jak se mění fáze signálu o 180 stupňů v okamžiku, kdy amplituda obálky dosahuje nulové hodnoty. V pravém obrázku je zobrazen průběh CW obálky transceiveru Elecraft K2, pokud by byl klíčován v rytmu PSK31 modulace. Obrázek byl sestaven z dokumentace firmy Elecraft. Oba průběhy se liší, nikoliv však radikálně.

.....

Obr. 6a-b. Oscilogram NF PSK31 signálu a amplitudová obálka CW transceiveru při shodné modulační rychlosti

Dalším problémem je jak zaručit přesné časování vysílaných značek. V dávných dobách, kdy počítač neuměl provádět více úloh najednou, měl program vládu nad časováním všech činností počítače. To platí pro osmibitové počítače a PC se systémem MS DOS. Víceúlohové systémy typu Windows, Linux či MacOS toto neumožňují. Jediné rozhraní na Pocket PC přístupné programu schopné zaručit přesné časování v řádech jednotek milisekund je zvuková karta. Pokud by bylo použito jiné rozhraní, například seriová linka, USB či IrDA, bylo by nutné obnovovat časování PSK značek v procesoru transceiveru, na což zde nezbývá ani paměť programu, ani paměť dat. Navíc u některých nových komunikátorů seriové rozhraní chybí. Mým řešením je generování modulačních příkazů zvukovou kartou ve formátu Bell 202 modulační rychlostí 1200Bd a dekódování pomocí přijímací části BayCom modemu. Výsledný digitální signál je veden do konektoru pro telegrafní pastičku.

PSK31 modulace probíhá následujícím způsobem. Jednou za 32 milisekund se změní (logická 0) či nezmění (logická jednička) fáze o 180 stupňů. Pokud má dojít ke změně fáze, CW transceiver je nejprve odklíčován. Amplituda vysílaného signálu po chvíli dosáhne nuly. Nyní je obrácena fáze DDS VFO a TRX je opět zaklíčován. Předpokladem je, že transceiver v CW módu nekliksá. Výsledný signál je širší než signál generovaný zvukovou kartou a SSB transceiverem, postraní laloky mají ale nízkou amplitudu a při QRP výkonech nevadí. Šířku signálu lze posoudit z následujícího snímku vodopádu.

Obr. 7. Spektrum PSK31 signálu generovaného ATS-3a

Program PocketDigi jsem rozšířil o generování modulačních příkazů pro ATS-3a. Dále jsem upravil firmware ATS-3a a postavil externí dekodér Bell 202 s obvodem XR2211. Výsledná sestava je zobrazena na následující fotografii. V černé plastikové krabičce je skryt FSK dekodér s XR2211. Na pomocné destičce je umístěn obvod s MAX232, přez který je monitorována funkce FSK dekodéru.

Obr. 8. ATS-3a transceiver s rozhraním pro digitální módy

Sestavu na fotografii jsem měl možnost vyzkoušet "on air" na své svatební cestě. Nemám totiž v paneláku povolenu anténu, což motivuje moji baťůžkářskou snahu. Byl jsem velmi příjemně překvapen, jak bezproblémově sestava fungovala. V noci jsem navazoval spojení na 80 metrech, ve dne na 40 metrech. Většinu spojení jsem navázal na první zavolání. Pouze na 20 metrech jsem zatím nenavázal jediné spojení, ačkoliv jsem jich spoustu přijal. Přičítám to stavu ionosféry v době slunečního minima, který se na vyšších bandech neslučuje s nízkým výkonem transceiveru. Nikdo si nestěžoval na kvalitu signálu.

Po návratu domů jsem navázal několik spojení do Skandinávie v době soumraku v pásmu 30m na smyčkovou anténu umístěnou uvnitř železobetonové místnosti. Moji aktuální soupravu pro digi módy tvoří ATS-3a, LiPol baterie 7.5V/1800mA určená původně k pohonu modelu letadla, dekodér Bell 202, stařičké Pocket PC iPaq 3630, infračervená rozkládací Palm Wireless klávesnice a ATU Elecraft T1. Při napětí 7.5V dává transceiver asi 2W s "katalogovou" účinností 80%.

Závěr

Podařilo se zprovoznit zatím nejmenší PSK31 konfiguraci na světě, kapesní počítač typu Pocket PC s DDS transceiverem ATS3a. PSK31 signál generovaný DDS transceiverem je dostatečně čistý při QRP úrovních. Odběr celé sestavy při příjmu je asi 700mW. V plánu je rozšíření sestavy o možnost provozu dalšími digitálními módy (RTTY, MFSK16, Olivia) a zjednodušení externího dekodéru. Případným zájemcům rád pomohu s jejich digitálními baťůžkářskými pokusy. Můj e-mail je bubnikv na seznamu.

Odkazy

[1] gMFSK - multimode software pro Linux od Tomi Manninena OH2BNS http://gmfsk.connect.fi/
[2] PocketDigi - port gMFSK pro Pocket PC http://pocketdigi.sourceforge.net
[3] Úvod do PocketDigi od Patrika N0HR http://www.n0hr.com/PocketDigi/PocketDigi_intro.htm
[4] Small Wonder Labs (Dave NN1G) http://www.smallwonderlabs.com
[5] Steve Weber KD1JV http://kd1jv.qrpradio.com/
[6] Stavebnice transceiveru MMR40 http://www.qrpkits.com/mmr40.html
[7] Dokumentace HF Tramp od OK1XGL http://www.mlab.cz/Designs/HF_TRAMP/DOC/HTML/HF_TRAMP.cs.html