Krótka odpowiedź brzmi: tak, FT8 naprawdę potrafi dekodować sygnały, które są fizycznie słabsze niż całkowity szum w kanale odbiorczym, ale ma to ważny techniczny haczyk w tym, jak definiujemy ten szum.
Oto rozkład tego, jak to działa:
W artykule dowiesz się
Referencyjna szerokość pasma (2500 Hz)
Kiedy widzisz w programie WSJT-X dane na przykład -21 dB, ta wartość nie jest absolutna. Jest odniesiona do standardowej szerokości pasma filtra SSB, która wynosi 2500 Hz.
Jeśli sygnał ma poziom 0 dB, oznacza to, że moc sygnału jest równa mocy szumu w całym pasmie 2500 Hz.
Jeśli sygnał jest -21 dB, oznacza to, że jest głęboko „zatopiony” w szumie, jeśli spojrzymy na to jako całość.
Siła koncentracji (zysk wąskopasmowy)
FT8 jednak nie wykorzystuje całych 2500 Hz. Jeden sygnał FT8 zajmuje tylko około 50 Hz. Fizyka nie pozwala: jeśli podzielisz szum z pasma 2500 Hz na małe segmenty 50 Hz, w każdym z tych małych segmentów jest znacznie mniej szumu. Dzięki temu, że FT8 „koncentruje się” na bardzo wąskiej szerokości pasma, zyskuje ogromną przewagę nad SSB.
Jak sygnały w zależności od różnej szerokości pasma brzmią, możesz posłuchać na https://olgierd.github.io/ft8-vs-cw/ (Dzięki za wskazówkę Matej OK1TEH)
Dlaczego FT8 jest lepszy od CW lub SSB?
Aby zrozumieć to ludzkim uchem, potrzebujemy pewnego odstępu sygnału od szumu (SNR) . Cyfrowe tryby, takie jak FT8, wykorzystują techniki, których ucho po prostu nie potrafi:
Korekcja błędów do przodu (FEC): Dane są przesyłane z dodatkowymi informacjami. Nawet jeśli część tonów w szumie całkowicie zniknie, algorytmy matematyczne potrafią obliczyć i uzupełnić brakujące kawałki wiadomości.
Integracja czasowa: Sesja FT8 trwa 15 sekund. Oprogramowanie 'obserwuje' częstotliwość przez pełne 15 sekund i szuka w niej znanych wzorców (tonów). To tak, jakbyś długo patrzył na bardzo ciemne zdjęcie, aż twoje oczy zaczną rozpoznawać kontury.
Szerokość pasma to tylko początek opowieści. To, co czyni FT8 niemal 'magiczne' w wydobywaniu sygnałów z cyfrowego grobu, to kombinacja matematyki, precyzyjnego timing i bardzo specyficznej modulacji.
Oto kluczowe filary, dzięki którym FT8 dominuje:
Synchronizacja czasowa i „Costas Arrays”
Czas jest krytyczny. FT8 działa w cyklach 15-sekundowych.
Dlaczego to ważne? Dekoder dokładnie wie, kiedy sygnał się zaczyna, a kiedy kończy. Nie musi marnować mocy obliczeniowej na szukanie początku wiadomości w szumie.
Costas Arrays: Na początku, w środku i na końcu każdej sesji przesyłane są specjalne sekwencje tonów (znaki synchronizacyjne). Dekoder szuka ich jak latarni morskich. Kiedy je znajdzie, dokładnie wie, jak 'wyrównać' resztę danych, nawet gdy sygnał jest ekstremalnie słaby.
Modulacja 8-GFSK (8 tonów)
FT8 nie używa tylko „pary tonów”, ale dokładnie 8 częstotliwości (8-ary Frequency Shift Keying).
Każdy ton reprezentuje 3 bity danych.
G (Gaussowski): Tony nie przełączają się skokowo, ale płynnie (przez filtr Gaussa), co minimalizuje emisję boczną i oszczędza pasmo.
Stała amplituda: W przeciwieństwie do SSB, gdzie moc waha się w zależności od głosu, FT8 nadaje zawsze na „pełnym gazie”. Umożliwia to końcowemu stopniowi nadajnika pracę w efektywnym trybie bez zniekształceń.
LDPC: Matematyczny superbohater (korekcja błędów)
To prawdopodobnie największy powód sukcesu. FT8 używa LDPC (niskodensyjne kody kontrolne) kody.
Sama wiadomość (znaki, lokalizator) ma tylko 77 bitów.
Po dodaniu kodowania LDPC nadaje się jednak łącznie 174 bity.
Co to robi? Te dodatkowe bity to czysta matematyka. Jeśli z powodu szumów lub zakłóceń utracone lub uszkodzone zostanie aż 30-40% tonów, algorytm LDPC potrafi odtworzyć resztę wiadomości obliczyć.To jak układanka, w której brakuje ci jednej trzeciej kawałków, ale dokładnie wiesz, co powinno na nich być, aby obraz miał sens.
Strukturalny protokół
W przeciwieństwie do CW (telegrafii), gdzie możesz nadawać cokolwiek, FT8 jest wysoko strukturalny. Dekoder z góry wie, że oczekuje:
Znak wywoławczy 1
Znak wywoławczy 2
Lokalizator lub raport
Ograniczając „słownik” protokołu, prawdopodobieństwo pomyślnego dekodowania przy niskim stosunku sygnału do szumu (SNR) dramatycznie wzrasta.
Podsumowanie: czy sygnały są poniżej poziomu szumu?
Z punktu widzenia pomiaru siły sygnału w FT8 dochodzi do pomieszania gruszek z jabłkami. Siła jest bowiem podawana na szerokość 2500 Hz, ale dekoder działa z szerokością około 50 Hz.
Podobny efekt można by zaobserwować przy odbiorze sygnału CW – na szerokim filtrze sygnał będzie w szumie, dla węższego filtra będzie lepiej, a dla jeszcze węższego filtra najlepiej.
Nie daj się nabrać – sygnały FT8 nie są poniżej poziomu szumu.