¿Señales FT8 por debajo del nivel de ruido?

Krátka odpoveď znie: áno, FT8 realmente puede decodificar señales que son físicamente más débiles que el ruido total en el canal de recepción, ale má to dôležitý technický háčik v tom, ako ten šum definujeme.

Aquí hay un desglose de cómo funciona:

Ancho de banda de referencia (2500 Hz)

Cuando ves en el programa WSJT-X dato por ejemplo -21 dB, tento údaj nie je absolútny. Je vztiahnutý k štandardnej šírke pásma SSB filtra, čo je 2500 Hz.

• Si la señal está a nivel 0 dB, znamená to, že výkon signálu je rovnaký ako výkon šumu v celom 2500 Hz pásme.

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

Potencia de concentración (ganancia de banda estrecha)

Sin embargo, FT8 no utiliza los 2500 Hz completos. Una señal FT8 ocupa solo aproximadamente 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.

Cómo suenan las señales en diferentes anchos de banda se puede escuchar en https://olgierd.github.io/ft8-vs-cw/ (GRACIAS por el consejo Matej OK1TEH)

¿Por qué FT8 es mejor que CW o SSB?

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

• Forward Error Correction (FEC): Los datos se transmiten con información redundante. Incluso si parte de los tonos se pierde completamente en el ruido, los algoritmos matemáticos pueden calcular y completar las piezas faltantes del mensaje.

• Časová integrácia: La sesión FT8 dura 15 segundos. El software 'observa' la frecuencia durante 15 segundos completos y busca patrones conocidos (tonos) en ella. Es como cuando miras una fotografía muy oscura durante mucho tiempo, hasta que tus ojos comienzan a distinguir los contornos.

El ancho de banda es solo el comienzo de la historia. Lo que hace que FT8 sea casi 'mágico' al extraer señales de la tumba digital es kombinácia matematiky, presného načasovania a veľmi špecifickej modulácie.

Aquí están los pilares clave que hacen que FT8 domine:

Sincronización de tiempo y 'Arreglos de Costas'

El tiempo es crítico. FT8 opera en ciclos de 15 segundos.

• Prečo je to dôležité? El decodificador sabe exactamente cuándo comienza y cuándo termina la señal. No tiene que desperdiciar capacidad de cálculo buscando el comienzo del mensaje en el ruido.

• Costas Arrays: Al principio, en medio y al final de cada sesión se envían secuencias especiales de tonos (marcas de sincronización). El decodificador las busca como faros. Cuando las encuentra, sabe exactamente cómo 'alinear' el resto de los datos, incluso cuando la señal es extremadamente débil.

Modulación 8-GFSK (8 tonos)

FT8 no solo utiliza 'un par de tonos', sino exactamente 8 frekvencií (8-ary Frequency Shift Keying).

• Cada tono representa 3 bits de datos.

• G (Gaussian): Los tonos no cambian abruptamente, sino suavemente (a través del filtro gaussiano), lo que minimiza la radiación lateral y ahorra ancho de banda.

• Konštantná amplitúda: A diferencia de SSB, donde la potencia fluctúa según la voz, FT8 transmite siempre a 'todo gas'. Esto permite que el último nivel del transceptor funcione en un modo eficiente sin distorsión.

LDPC: superhéroe matemático (Corrección de errores)

Esta es probablemente la mayor razón del éxito. FT8 utiliza LDPC (Low-Density Parity-Check) kódy.

• El mensaje en sí (marcas, localizador) tiene solo 77 bitov.

• Sin embargo, después de agregar la codificación LDPC, se transmiten en total 174 bitov.

• Čo to robí? Estos bits extra son pura matemática. Si debido al ruido o la interferencia se pierden o dañan hasta el 30-40% de los tonos, el algoritmo LDPC puede recuperar el resto del mensaje vypočítať. Je to ako skladačka, kde vám chýba tretina dielikov, ale vy presne viete, čo na nich musí byť, aby obraz dával zmysel.

Protocolo estructurado

A diferencia de CW (telegrafía), donde puedes transmitir cualquier cosa, FT8 es altamente estructurado. El decodificador sabe de antemano que espera:

1. Indicativo 1

2. Indicativo 2

3. Localizador o reporte

Al tener el 'diccionario' del protocolo limitado, la probabilidad de decodificación exitosa en una baja relación señal/ruido (SNR) aumenta drásticamente.

Resumen: ¿son las señales por debajo del nivel de ruido?

Desde el punto de vista de la medición de la fuerza de la señal, en FT8 se produce una mezcla de peras con manzanas. La fuerza se reporta a un ancho de 2500 Hz, pero el decodificador trabaja con un ancho de aproximadamente 50 Hz.

Un efecto similar se manifestaría, por ejemplo, al recibir una señal CW: en un filtro ancho, la señal estará en ruido, en un filtro más estrecho será mejor y en un filtro aún más estrecho será el mejor.

Así que no te dejes engañar: las señales FT8 no están por debajo del nivel de ruido.