FT8-Signale unter dem Rauschpegel?

Krátka odpoveď znie: áno, FT8 skutočne dokáže dekódovať signály, ktoré sú fyzicky slabšie ako celkový šum v prijímacom kanáli, ale má to dôležitý technický háčik v tom, ako ten šum definujeme.

Hier ist eine Erklärung, wie es funktioniert:

Referenzbandbreite (2500 Hz)

Wenn Sie im Programm sehen WSJT-X údaj napríklad -21 dB, tento údaj nie je absolútny. Je vztiahnutý k štandardnej šírke pásma SSB filtra, čo je 2500 Hz.

• Ak je signál na úrovni 0 dB, znamená to, že výkon signálu je rovnaký ako výkon šumu v celom 2500 Hz pásme.

• Ak je signál -21 dB, znamená to, že je hlboko „utopený“ v šume, ak by sme sa naň pozerali ako na celok.

Konzentrationsstärke (Narrowband-Gewinn)

FT8 však nevyužíva celých 2500 Hz. Jeden FT8 signál zaberá len približne 50 Hz. Fyzika nepustí: ak rozdelíte šum z 2500 Hz pásma na malé 50 Hz úseky, v každom takomto malom úseku je podstatne menej šumu. Tým, že sa FT8 „sústredí“ na veľmi úzku šírku pásma, získava obrovskú výhodu oproti SSB.

Wie Signale in Bezug auf verschiedene Bandbreiten klingen, können Sie hören unter https://olgierd.github.io/ft8-vs-cw/ (Danke für den Tipp Matej OK1TEH)

Warum ist FT8 besser als CW oder SSB?

Pre zrozumiteľnosť ľudským uchom potrebujeme určitý odstup signálu od šumu (SNR). Digitálne módy ako FT8 používajú techniky, ktoré ucho jednoducho nedokáže:

• Forward Error Correction (FEC): Dáta sú vysielané s nadbytočnými informáciami. Aj keď sa časť tónov v šume úplne stratí, matematické algoritmy dokážu chýbajúce kúsky správy vypočítať a doplniť.

• Časová integrácia: FT8 relácia trvá 15 sekúnd. Softvér „pozoruje“ frekvenciu celých 15 sekúnd a hľadá v nej známe vzory (tóny). Je to ako keď sa dlho pozeráte na veľmi tmavú fotografiu, až kým vaše oči nezačnú rozoznávať obrysy.

Šírka pásma je len začiatok príbehu. To, čo robí FT8 takmer „magickým“ pri vyťahovaní signálov z digitálneho hrobu, je kombinácia matematiky, presného načasovania a veľmi špecifickej modulácie.

Hier sind die Schlüsselpfeiler, die FT8 dominieren:

Zeitliche Synchronisation und „Costas-Arrays“

Zeit ist entscheidend. FT8 arbeitet in 15-Sekunden-Zyklen.

• Prečo je to dôležité? Dekodér presne vie, kedy signál začína a kedy končí. Nemusí plytvať výpočtovým výkonom na hľadanie začiatku správy v šume.

• Costas Arrays: Na začiatku, v strede a na konci každej relácie sú vyslané špeciálne sekvencie tónov (synchronizačné značky). Dekodér ich hľadá ako majáky. Keď ich nájde, presne vie, ako „zarovnať“ zvyšok dát, aj keď je signál extrémne slabý.

Modulation 8-GFSK (8 Töne)

FT8 nepoužíva len „pár tónov“, ale presne 8 frekvencií (8-ary Frequency Shift Keying).

• Jeder Ton repräsentiert 3 Bits Daten.

• G (Gaussian): Tóny sa neprepínajú skokovo, ale hladko (cez Gaussov filter), čo minimalizuje bočné vyžarovanie a šetrí šírku pásma.

• Konštantná amplitúda: Na rozdiel od SSB, kde výkon kolíše podľa hlasu, FT8 vysiela stále na „plný plyn“. To umožňuje koncovému stupňu vysielačky pracovať v efektívnom režime bez skreslenia.

LDPC: Mathematischer Superheld (Fehlerkorrektur)

Toto je pravdepodobne najväčší dôvod úspechu. FT8 používa LDPC (Low-Density Parity-Check) kódy.

• Samotná správa (značky, lokátor) má len 77 bitov.

• Po pridaní LDPC kódovania sa však vysiela celkovo 174 bitov.

• Čo to robí? Tieto extra bity sú čistá matematika. Ak sa kvôli šumu alebo rušeniu stratí alebo poškodí až 30 – 40 % tónov, LDPC algoritmus dokáže zvyšok správy vypočítať. Je to ako skladačka, kde vám chýba tretina dielikov, ale vy presne viete, čo na nich musí byť, aby obraz dával zmysel.

Strukturprotokoll

Im Gegensatz zu CW (Telegraphie), wo Sie alles senden können, ist FT8 hoch strukturiert. Der Decoder weiß im Voraus, dass er erwartet:

1. Rufzeichen 1

2. Rufzeichen 2

3. Locator oder Bericht

Da das „Wörterbuch“ des Protokolls begrenzt ist, steigt die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Dekodierung bei niedrigem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) dramatisch.

Zusammenfassung: Sind Signale unter dem Rauschpegel?

Aus der Sicht der Messung der Signalstärke kommt es bei FT8 zu einer Mischung von Birnen und Äpfeln. Die Stärke wird nämlich auf einer Breite von 2500 Hz angegeben, aber der Decoder arbeitet mit ca. 50 Hz Breite.

Ein ähnlicher Effekt würde sich beispielsweise beim Empfang eines CW-Signals zeigen – bei einem breiten Filter ist das Signal im Rauschen, bei einem schmaleren Filter wird es besser und bei einem noch schmaleren Filter am besten.

Lassen Sie sich also keine Bären aufbinden – FT8-Signale sind nicht unterhalb des Rauschpegels.