【火腿专题】弱信号数字模式应用软件包WSJT-X和FT8模式谁发明的？怎么玩？
WSJT-X实现了称为FT8，JT4，JT9，JT65，QRA64，ISCAT，MSK144和WSPR的通信协议或“模式”，以及一个用于检测和测量您自己从月球反射的无线电信号的Echo。这些模式都是为在极端弱信号条件下制作可靠，确认的QSO而设计的。
FT8是Joe Taylor K1JT开发的一系列数字模式中的最新产品，它允许使用非常微弱的信号进行双向无线电通联，通常低于本底噪声。直到去年，该系列中的大多数模式都被用于特殊目的，例如月面反射通信（EME）或流星散射通信。这意味着他们被一小部分业余无线电爱好者用于他们的特定目的。
今天，我们和电台小叔BG5WKP走进弱信号数字模式FT8的应用软件包WSJT-X的创始人Joe Taylor K1JT，通过作者Dan Maloney了解他研发此数字模式软件包及其中的FT8模式实战。
按照通常的做法，业余无线电通联有点像去杂货店，与您在过道时碰到的每个人进行对话。除了这个“杂货店”全球最大之外，我们每个参与业余电台通联的人都带了自己的“购物车”，其中一些购物车经过了改装，非常昂贵。几乎所有通联都与购物车或杂货店本身有关。
考虑到那令人费解的类比，如果您不是那种通常在购物时与某人进行对话的人，您可能会认为自己不适合业余无线电。但这仅仅是大多数人行使业余无线电特权的方式，并不意味着这是唯一的方法。探索一些较流行的方法来利用高频（HF）频段，并了解在有限的预算中可以从设备成本以及所用电量方面进行的工作。欢迎来到带有麦克风的可选业余无线电的世界：弱信号数字模式。
只是一个“普通”的Joe
首先，我要说清楚，业余无线电服务许可证持有人可以使用很多模式，不需要对着麦克风讲话，可以回到连续波（CW）模式的无线电通联开始。如果我们将术语的含义从它当前使用计算机发送和接收编码的消息的现代含义中扩展出来，用直键敲出字符和数字可能是原始的数字模式，无论这台计算机是内置于业余电台中，或是作为附件一个单独的组件。就本文而言，我将其用作“数字模式”的定义。
但是，即使有了更严格的定义，在业余无线电的历史上仍然出现了巨大的数字模式生态系统。似乎，不需要成为健谈者而需要交流的愿望可以追溯到很久以前。但是在本文中，我将重点介绍“弱信号”模式家族中的几种模式，主要是因为我发现它们令人着迷并且非常有用，而且我真正地看到了可能的联系方式耗电少于点亮LED灯泡所需的功率。
当您进入弱信号空间时，一个名字不断出现：Joe Taylor（K1JT）。Joe是新泽西州的一名业余无线电爱好者，当您第一次开始听说他时，您会发现他只是一个普通的Joe，是个老派的业余无线电爱好者，他提供了一些聪明的软件来使低功率信号更容易接收。在高噪声环境中尽管这确实是对的，但很快就可以看出，乔的成就远不止这些。小约瑟夫·霍顿·泰勒（Joseph Hooton Taylor）获博士学位。1968年从哈佛大学获得天文学博士学位。1980年他加入普林斯顿大学物理系，获得了几乎所有物理学和数学上的重大奖项，包括德雷珀奖章，沃尔夫奖，以及1993年的诺贝尔物理学奖。
小约瑟夫·泰勒（K1JT），1993年诺贝尔物理学奖。资料来源：Nobel.org。
WSJT-X的魔力
对于所有这些崇高的成就，Joe的很多成就都是涉及业余无线电领域。自2006年退休以来，他已将自己在数字信号处理方面的丰富经验转向了名为“ WSJT”的无所不包的弱信号软件包。“weak signals, Joe Taylor.”就是这款软件名称的由来。实际上，该程序最初是2001年编写的，它由Joe和一群数字模式狂热者进行了近乎不断的修订和更新，最新的化身是WSJT-X，它实现了十种不同的弱信号数字模式。
我们将深入研究作为WSJT-X基础的DSP技术，尽管它很有趣，并且可能很值得单独写一篇文章，并且可以说该程序包实现了各种多频移键控（MFSK）调制方法，每种都经过优化以在不同的传播条件下工作。当前实施的十种模式，涵盖了从高噪声电离层传播到对流层散射的所有模式，这些模式支持从流星电离余迹线弹起信号，甚至收听您自己从月球弹起的信号。
尽管WSJT-X模式按照现代网络标准分为“快速”和“慢速”两大类，但它们都相当慢。典型的比特率范围从每秒12个字符到400波特左右。这些模式的低通量性质完全是设计使然。通过不尝试达到极快的速度，WSJT-X非常有效地利用了频谱。某些模式只需要几赫兹的带宽，其代价是，即使是非常短的消息也可能需要花费几分钟来传输。
我最近使用的FT8模式是WSJT-X套件中相对较新的功能。FT8是由Joe Taylor和Steve Franke（K9AN）编写的，因此这就是该模式名称“ FT”的由来。“ 8”是指“ 8-FSK”，这意味着调制方案使用间隔为6.25 Hz的八个不同音调。因此，每个FT8信号占用50 Hz，与其他弱信号模式相比，带宽很大，但仍然非常紧凑。所有这些额外的带宽意味着FT8传输比JT9上的30分钟传输要短得多。这使得FT8适合于快速QSO和竞赛，这是业余无线电的一种通联活动。
业余电台的快速约会
尽管FT8速度很快，但折衷是消息长度。每个FT8传输仅编码75位，并带有12位循环冗余校验（CRC）。如此快速的周转时间意味着大多数无线电爱好者们都依赖WSJT-X内置的自动化功能以及标准化消息来建立FT8联系人。
设置WSJT-X并为FT8准备好收发器在很大程度上取决于您的计算机和电台。就我而言，我使用Dave Slotter（W3DJS）出色的Ham Pi图像，构建了专用的Raspberry Pi 4来运行我的业余电台操作。我还尝试使用KM4ACK同样出色的Build-a-Pi图像，但是我很难让Icom IC-7200收发器与WSJT-X交流，而没有花很多时间进行故障排除，而是尝试了Ham Pi的构建。两张图片都有出色的社区，WSJT-X和WSJT-X都可以帮助您迅速振作起来。拥有诺贝尔奖得主作为经常捐助者的社区确实是一个强大的社区。
上面的视频显示了为什么我将FT8称为“业余电台的快速约会”。顶部的瀑布显示显示约2500 Hz的通带-必须将收发器设置为允许通过WSJT-X的尽可能宽的频带（为Josh KI6NAZ戴上帽子以帮助正确设置）。FT8算法立即解码通带中的每个50Hz宽FT8信号；加上每次传输都是15秒长，然后是15秒空闲的事实，导致瀑布显示中具有特色的棋盘格外观。
WSJT-X瀑布形成了FT8棋盘格特征图案。今晚40米长的频段表现不错，但我无法进行任何QSO。
解码后的消息显示在WSJT-X的左侧窗口中，操作员通常会寻找呼叫CQ的电台。单击“波段活动”窗口中的条目将启动一系列自动消息，其中WSJT-X锁定发射器并发送最小的QSO-基本上只有两个呼号，网格正方形定位符和接收到的信号强度。需要特别注意的是，对话的两个部分不必相同，实际上也不应该相同，因为另一位操作员的WSJT-X副本会解码整个通带。一旦另一个站点接收到CQ的确认，消息交换将完全自动进行，直到发送最后的73s，并且WSJT-X给双方都提供了记录QSO的机会。
自从我为HF波段设置了端馈半波天线并安装了WSJT-X以来，我已经建立了很多联系。他们中的大多数人都在美国和加拿大，但是上周我确实设法在30米段通联到日本，这是一种享受。我可以不用一次拿起麦克风就可以完成所有这些工作，努力想说些什么，这对我来说是天赐之物，而且WSJT-X能够解码到很低噪声的信号地板是令人陶醉的技术壮举。晚餐前坐下半个小时左右，然后进行一些不用耗费很大精力的QSO，而不必在此过程中投入太多，也非常好。
如前所述，FT8并不是Joe Taylor和他的合作者内置在WSJT-X中的唯一弱信号模式，同样还包括了令人上瘾的WSPR模式等其他模式，以后我们再聊。
有些人试图争辩说FT8不是业余无线电的通联模式。我不同意。对于建立在各种形式的通信中的实验，技术挑战和自我训练的爱好，FT8是业余无线电发展成应该有的样子的体现。这是一种非常聪明的技术，其背后有一些非常复杂的数学模型，它代表我们在技术上所取得的前所未有的重大进步。
我也相信FT8在我们的通联中占有一席之地。我们对业余爱好的最大威胁之一是，特别是在郊区环境中，消费电子产品的噪声基底可能非常高。此外，在全球化的世界中，国家监管机构似乎普遍无力执行那些应该避免设计不良的设备污染无线电频谱的规定。这是我快速采用FT8模式的原因之一。
这在太阳黑子传播最小值期间更为重要，我怀疑它在FT8的快速传播中发挥了重要作用。在接下来的几年里，太阳黑子周期的阶段意味着短波无线电波的传播会很困难，特别是在较高的HF短波频段。拥有允许低信噪比通联的模式肯定有助于这些频段的通信，否则这些频段将“死”。
FT8的另一个奇妙之处在于它首次将客观信号报告给了业余无线电爱好者。我们都知道'59'是无意义的，但在更“手动”的模式中，我们没有更好的东西。使用实际的，真实的信噪比测量信号报告，可以更有意义地比较设备、天线性能和传播研究。
我完全支持FT8背后的基本原理，特别是它在高噪声区域以及传播困难的频段中的应用。特别是如果它可以捕捉和鼓励新人的想象力，或者在暂时厌倦传统模式通联的老火腿，我们必须支持其使用。
我真正喜欢的是，当您开始接收具有正数dB的信号报告时，软件应该提醒您关闭并尝试其他模式，因为频段已经足够开放。 然而，我怀疑我们会看到这一点，所以我们作为操作员可以考虑模式的更广泛的影响，以及何时/是否适合使用。
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