Les signaux FT8 sont-ils sous le niveau de bruit?

La réponse courte est : oui, FT8 peut réellement décoder des signaux qui sont physiquement plus faibles que le bruit total dans le canal de réception, mais il y a un important piège technique dans la façon dont nous définissons ce bruit.

Voici une explication de la façon dont cela fonctionne :

Largeur de bande de référence (2500 Hz)

Lorsque vous voyez dans le programme WSJT-X donnée par exemple -21 dB, cette donnée n'est pas absolue. Elle est relative à la largeur de bande standard du filtre SSB, qui est 2500 Hz.

• Si le signal est à un niveau de 0 dB, cela signifie que la puissance du signal est égale à la puissance du bruit dans toute la bande de 2500 Hz.

• Si le signal -21 dB, cela signifie qu'il est profondément « noyé » dans le bruit, si nous le considérions dans son ensemble.

Gain de concentration (Narrowband gain)

Cependant, FT8 n'utilise pas les 2500 Hz complets. Un signal FT8 occupe seulement environ 50 Hz. La physique ne lâche pas prise : si vous divisez le bruit de la bande de 2 500 Hz en petites sections de 50 Hz, il y a nettement moins de bruit dans chacune de ces petites sections. En « se concentrant » sur une bande passante très étroite, FT8 obtient un énorme avantage sur SSB.

Vous pouvez écouter comment les signaux sonnent par rapport à différentes largeurs de bande sur https://olgierd.github.io/ft8-vs-cw/ (Merci pour le conseil Matej OK1TEH)

Pourquoi FT8 est-il meilleur que CW ou SSB ?

Pour la clarté à l'oreille humaine, nous avons besoin d'un certain écart entre le signal et le bruit (SNR). Les modes numériques comme FT8 utilisent des techniques que l'oreille ne peut tout simplement pas détecter :

• Correction d'erreur de transmission (FEC) : Les données sont transmises avec des informations redondantes. Même si une partie des tons est complètement perdue dans le bruit, des algorithmes mathématiques peuvent calculer et compléter les morceaux manquants du message.

• Intégration temporelle : Une session FT8 dure 15 secondes. Le logiciel 'observe' la fréquence pendant 15 secondes entières et recherche des motifs connus (tons) à l'intérieur. C'est comme si vous regardiez longtemps une photo très sombre jusqu'à ce que vos yeux commencent à distinguer des contours.

La largeur de bande n'est que le début de l'histoire. Ce qui rend FT8 presque 'magique' pour extraire des signaux d'une tombe numérique, c'est une combinaison de mathématiques, de synchronisation précise et de modulation très spécifique.

Voici les piliers clés qui font que FT8 domine :

Synchronisation temporelle et « Costas Arrays »

Le temps est critique. FT8 fonctionne par cycles de 15 secondes.

• Pourquoi est-ce important ? Le décodeur sait exactement quand le signal commence et quand il se termine. Il n'a pas à gaspiller de puissance de calcul pour rechercher le début du message dans le bruit.

• Costas Arrays : Au début, au milieu et à la fin de chaque session, des séquences spéciales de tons (marques de synchronisation) sont transmises. Le décodeur les recherche comme des phares. Lorsqu'il les trouve, il sait exactement comment 'aligner' le reste des données, même si le signal est extrêmement faible.

Modulation 8-GFSK (8 tons)

FT8 n'utilise pas seulement quelques 'tons', mais précisément 8 fréquences (8-ary Frequency Shift Keying).

• Chaque ton représente 3 bits de données.

• G (Gaussien): Les tons ne changent pas brusquement, mais en douceur (via un filtre gaussien), ce qui minimise les rayonnements latéraux et économise la bande passante.

• Amplitude constante: Contrairement à SSB, où la puissance varie selon la voix, FT8 émet toujours à 'plein régime'. Cela permet à l'étage final de l'émetteur de fonctionner en mode efficace sans distorsion.

LDPC : Super-héros mathématique (Correction d'erreurs)

C'est probablement la plus grande raison du succès. FT8 utilise LDPC (Vérification de parité à faible densité) codes.

• Le message lui-même (étiquettes, locateur) n'a que 77 bits.

• Cependant, après l'ajout du codage LDPC, il est émis au total 174 bits.

• Que fait-il? Ces bits supplémentaires sont de la pure mathématique. Si en raison du bruit ou des interférences, jusqu'à 30 à 40 % des tons sont perdus ou endommagés, l'algorithme LDPC peut reconstituer le reste du message. calculer.C'est comme un puzzle où il vous manque un tiers des pièces, mais vous savez exactement ce que cela doit être pour que l'image ait du sens.

Protocole structuré

Contrairement au CW (télégraphie), où vous pouvez émettre n'importe quoi, FT8 est hautement structuré. Le décodeur sait à l'avance ce qu'il attend:

1. Indicatif d'appel 1

2. Indicatif d'appel 2

3. Locateur ou rapport

En limitant le 'dictionnaire' du protocole, la probabilité de décodage réussi à un faible rapport signal/bruit (SNR) augmente considérablement.

Résumé : les signaux sont-ils sous le niveau de bruit ?

Du point de vue de la mesure de la puissance du signal, FT8 mélange donc les poires et les pommes. La puissance est en effet indiquée sur une largeur de 2500 Hz, mais le décodeur fonctionne avec une largeur d'environ 50 Hz.

Un effet similaire se manifesterait, par exemple, lors de la réception d'un signal CW - sur un filtre large, le signal sera dans le bruit, pour un filtre plus étroit, ce sera mieux et pour un filtre encore plus étroit, ce sera le meilleur.

Alors ne vous laissez pas berner - les signaux FT8 ne sont pas en dessous du niveau de bruit.