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.
Tu je rozklad toho, ako to funguje:
V článku sa dočítate
Referenčná šírka pásma (2500 Hz)
Keď vidíte v programe 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.
Sila sústredenia (Narrowband gain)
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.
Prečo je FT8 lepší ako CW alebo 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.
Tu sú kľúčové piliere, vďaka ktorým FT8 dominuje:
Časová synchronizácia a „Costas Arrays“
Čas je kritický. FT8 pracuje v 15-sekundových cykloch.
-
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.
Modulácia 8-GFSK (8 tónov)
FT8 nepoužíva len „pár tónov“, ale presne 8 frekvencií (8-ary Frequency Shift Keying).
-
Každý tón reprezentuje 3 bity dát.
-
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: Matematický superhrdina (Error Correction)
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.
Štruktúrovaný protokol
Na rozdiel od CW (telegrafie), kde môžete vysielať čokoľvek, FT8 je vysoko štruktúrovaný. Dekodér vopred vie, že očakáva:
-
Volaciu značku 1
-
Volaciu značku 2
-
Lokátor alebo report
Tým, že je „slovník“ protokolu obmedzený, pravdepodobnosť úspešného dekódovania pri nízkom pomere signál/šum (SNR) dramaticky stúpa.
Zhrnutie: sú signály pod úrovňou šumu?
Z pohľadu merania sily signálu tak pri FT8 dochádza k zmiešaniu hrušiek s jablkami. Sila je totiž uvádzaná na šírku 2500 Hz, ale dekodér pracuje s cca. 50 Hz šírkou.
Podobný efekt by sa napríklad prejavil pri príjme CW signálu – na široký filter bude signál v šume, pre užší filter to bude lepšie a pre ešte užší filter najlepšie.
Tak si nenechajte vešať bulíky na nos – FT8 signály nie sú pod úrovňou šumu.