Un didacticiel sur la radio définie par logiciel : images de la Station spatiale internationale et écoute de radioamateurs avec un RTL-SDR

La radio est la transmission et la réception de rayonnement électromagnétique avec des longueurs d'onde plus longues que celle de la lumière infrarouge. Vous êtes pardonné si cette définition n'avait pas de sens, cependant, et jusqu'à il y a quelques années, cela ne m'aurait pas été nécessaire non plus. La technologie radio alimente presque toutes les connectivités sans fil qui nous entourent : Bluetooth, Wi-Fi, 3G, 4G et votre four à micro-ondes, tous fonctionnent selon les principes de la radio. La technologie a plus de cent ans, et pourtant j'ai réalisé que j'en savais très peu à ce sujet.

J'ai donc décidé de commencer à apprendre et j'ai contacté mon association nationale de radio amateur, la Pakistan Amateur Radio Society (PARS), membre de l'Union internationale des radioamateurs (IARU), qui à son tour représente la radio amateur auprès de l'Union internationale des télécommunications ( UIT), l'agence des Nations Unies chargée de coordonner les opérations et les services de télécommunication dans le monde. PARS gère quelques répéteurs radio à travers le pays, et l'un d'eux était à Lahore, où j'habite.

Alors que la radio utilise fondamentalement la même technologie depuis que Guglielmo Marconi a mené ses premières expériences en 1895, l'amélioration de la conception des circuits et des techniques de traitement du signal nous a permis de transmettre beaucoup plus et beaucoup plus loin qu'auparavant. Maintenant, il est possible pour quelqu'un avec un ordinateur portable et moins de 30 $ d'équipement de recevoir une large gamme de fréquences radio, et c'est exactement ce que nous allons faire.

Dans ce didacticiel sur la radio définie par logiciel, je vais configurer un appareil radio défini par logiciel (SDR) et une antenne, et écouter une conversation entre deux opérateurs de radio amateur agréés via le répéteur Lahore. J'utiliserai ensuite le même équipement pour recevoir une image transmise depuis la Station spatiale internationale, un vaisseau spatial en orbite autour de la Terre, et je l'utiliserai pour réclamer le prix ARISS SSTV, démontrant à quel point il est facile de parcourir le spectre radio avec un équipement bon marché et d'être reconnu . Grâce au matériel utilisé dans cet article, vous ne pouvez recevoir que des transmissions radio et ne pas transmettre les vôtres, mais c'est bien puisque vous avez besoin d'une licence de radio amateur avant de le faire, de toute façon.

Mise en garde! Il est très facile d'exercer une activité illégale avec un équipement radio, c'est pourquoi cet article vous mettra continuellement en garde et vous citera la loi. L'auteur vit et a mené ces expériences légalement au Pakistan. Bien que les lois fédérales sur la radio au Pakistan soient très restrictives, votre juridiction peut l'être davantage. En 2019, un expert des Nations Unies a été arrêté en Tunisie pour possession du même dispositif radio défini par logiciel que nous utiliserons. Il est de votre responsabilité de vous assurer que vous respectez les lois locales lorsque vous effectuez des expériences radio. Attention cependant : je ne suis pas avocat et ceci ne constitue pas un avis juridique. Vous devez consulter votre propre avocat pour obtenir des éclaircissements.

Si vous vivez au Pakistan, vous devez obtenir une adhésion à l'écoute des ondes courtes PARS (SWL) avant d'obtenir un récepteur radio . La loi de 1933 sur la télégraphie sans fil du Pakistan interdit la possession d'appareils de télégraphie sans fil; cependant, les membres SWL sont autorisés à posséder des récepteurs. Contactez-moi pour une lettre de référence PARS, si vous cherchez à devenir membre.

Configuration de notre antenne dipôle et de notre récepteur SDR

"Qu'est-ce qu'une radio 'software-defined'?" Je vous entends demander !

Une radio définie par logiciel est un appareil radio où la plupart des composants électriques sont "émulés" dans un logiciel. Avant l'essor des SDR, vous auriez besoin d'un circuit dédié pour effectuer la tâche de traitement des signaux vers et depuis la radio. Des choses comme le filtrage du signal, le mélange de fréquences, la détection des ondes radio, l'amplification du signal, la modulation/démodulation et d'autres ont été réalisées avec des circuits dédiés. Cependant, comme les ordinateurs sont devenus plus rapides, nous pouvons effectuer ces fonctions dans un logiciel à la place, ce qui rend ces types de radios définis par logiciel.

Un récepteur SDR populaire (et bon marché) est le récepteur de diffusion vidéo numérique (DVB-T) avec le circuit intégré contrôleur et tuner Realtek RTL2832U. Alors que leur objectif initial était de recevoir de la vidéo, ils sont maintenant réutilisés pour recevoir des signaux radio et sont désormais connus sous le nom d'appareils RTL-SDR. J'utiliserai le récepteur et le dipôle RTL-SDR de RTL-SDR.com. Il coûte actuellement 29,95 $, est expédié dans le monde entier, est livré avec un oscillateur compensé en température (TCXO) et un té de polarisation, qui sont formidables, mais qui dépassent le cadre de cet article à discuter. Il est également livré avec un kit d'antenne dipôle réglable, vous permettant d'écouter des signaux de ~70 MHz à ~1030 MHz.

Jour 2 de l'ARISS Int'l F2F :
David Honess de l'ESA ouvre les sessions d'aujourd'hui en proposant d'excellents moyens d'impliquer les enfants dans les projets de radio amateur de l'ISS en utilisant Raspberry Pi, RTL-SDR, les communications en mode SSTV, etc. via une liaison en ligne avec notre réunion F2F à Montréal. pic.twitter.com/Mp25cljrAH

– ARISS (@ARISS_status) 27 juin 2019

Le kit dipôle RTL-SDR que j'utilise a également été recommandé par des représentants de l'Agence spatiale européenne lors de la réunion internationale en face à face de la radioamateur dans l'espace (ARISS) en juin 2019.

L'installation de l'antenne est facile. Vissez les longues broches de l'antenne au centre, montez-la sur une fenêtre avec la ventouse fournie et ouvrez les bras dipôles à exactement 49,65 cm (1 pied 7,55 pouces) chacun. Connectez l'extrémité femelle du câble le plus long fourni à l'extrémité mâle du dipôle, l'extrémité mâle du câble le plus long à votre SDR, puis montez l'antenne verticalement aussi haut que possible à l'extérieur. De préférence sur une fenêtre, en utilisant le support à ventouse fourni. Voici une image de ce à quoi cela devrait ressembler :

Enfin, vissez l'extrémité pendante du long câble dans votre SDR et branchez votre SDR dans le port USB de votre ordinateur. À ce stade, vous pouvez utiliser n'importe quel nombre d'applications SDR, mais comme je suis sur MacOS, où les options sont limitées, j'utiliserai CubicSDR.

 brew cask install cubicsdr

À l'ouverture de CubicSDR, une boîte de dialogue vous sera présentée pour sélectionner votre SDR et ses paramètres. Choisissez l' Generic RTL2832U OEM comme j'ai choisi dans l'image, et changez le taux d'échantillonnage à 2,048 MHz

Lorsque CubicSDR démarre, vous pouvez commencer à parcourir le spectre immédiatement. Je recommande de commencer par des émissions de radio FM familières. Voici une vidéo de moi parcourant les stations de radio locales telles qu'elles sont à ma disposition à Lahore.

Ensuite, nous écoutons deux opérateurs de radio amateur sur le Lahore, répéteur, mais avant de commencer, discutons de ce qu'est même la radio amateur.

Qu'est-ce que la radioamateur ?

"D'accord, mais qu'est-ce que la radio 'amateur'?" Je vous entends demander cette fois !

La radio amateur est l'utilisation du spectre radio par des opérateurs agréés pour des activités non commerciales. Ceux-ci peuvent inclure la communication, la formation, l'expérimentation, la compétition, ou plus. Chaque juridiction peut également avoir sa propre définition juridique. Les radioamateurs sont limités à utiliser les fréquences dédiées au service amateur.

« Service d'amateur » désigne un service de radiocommunication à des fins d'auto-formation, d'intercommunication et d'enquêtes techniques effectué par des amateurs, c'est-à-dire par des personnes dûment autorisées en vertu du présent Règlement s'intéressant à la radiotechnique uniquement dans un but personnel et sans intérêt pécuniaire ; – Règlement sur les services de radio amateur, 2004, Pakistan

Ceci étant réglé, regardons quelles sont nos fréquences de radio amateur locales. Ils sont publiés avec les définitions de tout par le Conseil pakistanais d'attribution des fréquences, dans un document appelé Tableau pakistanais des attributions de fréquences. Je garde un aperçu de tous pour une référence facile, mais voici les bandes à très haute fréquence (VHF):

Cela dit, voici une note importante sur les légalités : Le RTL-SDR, et cette configuration, est incroyablement puissant. Même si vous n'avez accès qu'à une petite partie des gammes amateurs désignées du Pakistan (ou de votre région), qui s'étendent généralement de 1 800 KHz à 250 GHz, d'autres services fonctionnent sur le spectre. Vous devez savoir quels services vous pouvez ou, plus important encore, ne pouvez pas écouter : au Pakistan, comme au Royaume-Uni, vous ne pouvez écouter aucune transmission qui ne vous est pas destinée, ni destinée à être ouverte au public , en faisant ainsi peut être passible d'une amende ou d'une peine de prison au Pakistan conformément à la loi de 1996 sur les télécommunications pakistanaises (réorganisation) et à la loi de 2016 sur la prévention de la criminalité électronique. Quoi qu'il en soit, il est de votre entière responsabilité de consulter les lois locales . Aux États-Unis, les transmissions que vous pouvez écouter dépendent de votre juridiction locale.

Écouter les radioamateurs sur le répéteur Lahore

"Vous voulez que je vous demande ce qu'est un répéteur, n'est-ce pas ?" tu demandes. Et je suis content que vous ayez demandé.

Lorsque les appareils radio se parlent, ils ont tous leurs propres limites de portée. Imaginez qu'Alice et Bob veuillent se parler, mais que la distance entre eux était bien supérieure à ce que leurs radios pouvaient transmettre. Maintenant, Alice et Bob pourraient améliorer leurs radios, mais cela coûterait cher. Au lieu de cela, ils peuvent mettre en commun leur argent et installer un répéteur entre eux. Le répéteur peut être super puissant, ou juste assez puissant pour que ses transmissions les atteignent tous les deux.

Un répéteur est un appareil qui, eh bien, répète ce qu'il entend. Il répète ce qu'il entend sur une fréquence sur une autre fréquence. Le but d'un répéteur est d'étendre la portée des autres radios. Il est généralement placé dans un endroit central et très haut pour lui donner une ligne de vue dégagée sur la zone qu'il couvre. Il peut également produire une grande quantité de puissance afin que les radios très éloignées puissent également l'entendre. Dans l'illustration ci-dessus, nous voyons visuellement comment un répéteur peut aider deux petites radios portatives à se parler sur de grandes distances. C'est exactement ainsi que fonctionne le répéteur de Lahore, sauf avec plus de puissance.

Le répéteur de Lahore fonctionne à une fréquence de 147,360 MHz*. Avant de syntoniser cette fréquence, réglez votre sélecteur de modulation sur la modulation de fréquence à bande étroite (NBFM/NFM), nous en apprendrons plus sur son fonctionnement plus tard. À cette fréquence, vous entendrez une série de tonalités toutes les cinq minutes. J'en ai enregistré un pour vous ici :

Quels sont ces tons, exactement ? Un regard sur la forme d'onde nous donnera un indice.

Si vous ne l'avez pas déjà compris, c'est le code Morse. Étant donné que cette forme d'onde est une représentation de l'amplitude et du temps, les bips courts sont des points et les bips longs sont des tirets. L'audio signale donc .-.. … .-. qui se décode en LHR, l'abréviation de la ville de Lahore. Cela vous indique que le répéteur est en ligne, que vous êtes réglé sur la bonne fréquence et que vous écoutez le répéteur Lahore.

Pendant que j'attendais, j'ai demandé à mon ami et opérateur de jambon agréé Badar Jamal, AP2BDR, le chef du chapitre PARS Lahore, d'avoir une conversation rapide avec moi pendant que j'étais syntonisé sur le répéteur Lahore. J'ai une autorisation spéciale de l'Autorité des télécommunications du Pakistan pour exploiter une radio sous la supervision d'un opérateur agréé comme AP2BDR. La conversation a eu lieu à un moment particulièrement mauvais où le spectre était très pollué, donc il y a du bruit. De plus, malgré tous mes efforts pour mettre une certaine distance entre moi et le RTL-SDR, mes transmissions semblent dominer l'appareil à certains moments, mais voici la conversation ci-dessous. J'opère sous une extension de l'indicatif d'appel PARS comme AP2ARS/novembre.

Et voilà comment écouter une conversation radioamateur entre deux opérateurs agréés sur un répéteur. Le processus serait le même s'ils transmettaient sans répéteur car le RTL-SDR ne transmet pas. La configuration est cependant un peu plus compliquée pour les équipements de transmission car ils doivent émettre à une fréquence différente de celle à laquelle ils reçoivent. Si vous êtes comme moi, cela vous a laissé plus de questions que de réponses. J'expliquerai la science derrière cela dans la section suivante.

Recevoir des images d'un vaisseau spatial : événements SSTV depuis la Station spatiale internationale

La Station spatiale internationale (ISS) est un grand satellite artificiel en orbite autour de la Terre. Il s'agit d'un laboratoire de recherche sur l'environnement spatial détenu conjointement par cinq agences spatiales différentes : NASA (États-Unis), Roscosmos (Russie), JAXA (Japon), ESA (Europe) et CSA (Canada) par le biais d'un ensemble d'accords et de traités complexes. Puisque la station spatiale internationale est un vaisseau spatial, opéré par un équipage, c'est techniquement un vaisseau spatial, et puisqu'elle orbite autour de la terre, c'est aussi un satellite.

L'ISS gère un service de satellite amateur dans le cadre du programme Radioamateur de la Station spatiale internationale ou ARISS. Ce service vous permet de contacter l'ISS où vous pouvez parler aux astronautes radioamateurs, mais ARISS organise de temps en temps des événements spéciaux de télévision à balayage lent (SSTV) où il diffuse des images sur 145,8 MHz en mode FM à bande étroite. Un de ces événements s'est produit entre le 1er et le 4 août 2019, appelé l'activité SSTV commémorative ARISS Garriott. L'événement "célébre [d] la vie et les réalisations de l'astronaute, scientifique et pionnier de la radio amateur Owen Garriott avec un événement SSTV commémoratif présentant des images du travail de Garriott avec la radio amateur lors de ses missions dans l'espace." Il a été le premier jambon à opérer depuis l'espace.

Pour cet événement, j'ai installé mon dipôle et mon RTL-SDR sur le toit. Le signal était cependant incroyablement faible, donc en utilisant mon RTL-SDR, je n'ai réussi à obtenir une image partielle que lors d'une passe exceptionnellement forte. J'ai utilisé un équipement alternatif pour le reste de l'événement. Cependant, d'autres membres du PARS ont eu plus de succès avec les RTL-SDR et une antenne auto-fabriquée utilisant des tubes en cuivre et un câble coaxial. Le processus d'écoute du signal était très similaire au précédent à l'exception d'une étape supplémentaire : la prise en compte de l'effet Doppler.

Nom : effet Doppler

une augmentation (ou une diminution) de la fréquence du son, de la lumière ou d'autres ondes lorsque la source et l'observateur se rapprochent (ou s'éloignent) l'un de l'autre. L'effet provoque le changement soudain de hauteur perceptible dans une sirène qui passe, ainsi que le décalage vers le rouge observé par les astronomes.
- Google

L'effet Doppler, ou décalage Doppler, est le changement apparent de fréquence lorsque l'émetteur se rapproche. Pensons à une sirène d'ambulance. Quand il vient vers nous, il est aigu, mais quand il nous dépasse, il fait cette chose étrange où le son change soudainement et devient plus grave. Enfant, j'ai toujours pensé que c'était bizarre : pourquoi les ambulanciers m'ont-ils fait ça ? Comment savaient-ils qu'ils me dépassaient quand j'étais à l'intérieur ? Il s'avère que cela arrive à tout le monde, et pas seulement pour le son. L'effet Doppler est apparent dans toutes les ondes, y compris la radio et la lumière. Le décalage vers le bleu, c'est quand les étoiles nous paraissent bleues, une fréquence d'onde plus élevée, lorsqu'elles se dirigent vers la Terre, et le décalage vers le rouge, c'est quand elles apparaissent en rouge, une fréquence plus basse, lorsqu'elles s'éloignent. Pour une démonstration, je recommande cette excellente vidéo.

Le décalage Doppler se manifeste dans les communications radio des satellites par une augmentation de la hauteur à mesure que le satellite se déplace vers vous et une diminution soudaine à mesure qu'il s'éloigne. Sur la cascade du SDR, cela ressemblerait à ceci :

Pour compenser l'effet, j'ai gardé ma radio légèrement au-dessus de 145,8 MHz lorsque le satellite est apparu, je l'ai baissée lorsque le satellite atteignait son sommet et je l'ai changée plus bas lorsqu'il s'est réglé. N'oubliez pas que même si j'ai reçu un partiel, ce que j'ai reçu était l'audio suivant :

Si vous jouez à ceci et exécutez un décodeur SSTV, comme l'application Android Robo36, réglé sur le mode PD120, vous devriez obtenir l'image suivante :

Un hommage photo à Owen Garriot, le premier jambon opérant depuis l'espace. Une image authentique que j'ai reçue directement d'un vaisseau spatial. En utilisant cette image, j'ai réclamé le ARISS SSTV Award.

Voyons maintenant comment fonctionne la technologie radio.

Démystifier la radio : la science derrière la magie

D'accord, donc, si vous êtes comme moi, vous voulez en savoir plus. Comment un homme parlant dans un micro transmet-il des ondes invisibles (que sont même des ondes ?) qui sont captées (« captées ? ») par une autre boîte magique à l'autre bout, et transformées en son ? Tant de questions. Commençons. Si, au début, certains de ces concepts n'ont pas de sens, soyez patients avec moi jusqu'à la fin. Discutons:

• Courant alternatif et comment il produit des ondes magnétiques
• Le spectre électromagnétique et les radiofréquences
• Comment les émetteurs-récepteurs radio codent la voix et la décodent des ondes radio

Courant alternatif et comment il produit des ondes électromagnétiques

Vous êtes probablement conscient du courant continu, comme lorsque vous connectez une LED à une batterie 12V. Ce type d'électricité produit une tension constante et est appelé courant continu (CC). Si nous devions tracer le flux de courant dans le fil, nous obtiendrions quelque chose comme ceci :

Vous savez probablement que le courant traversant un fil provoque un champ magnétique constant dans un cercle autour de lui. Ça ressemble un peu à ça :

Vous pouvez voir cet effet démontré dans cette vidéo YouTube.

Cependant, DC ne fait rien pour la radio. Nous utilisons son frère le plus intéressant et le plus meurtrier : le courant alternatif (CA). Le courant alternatif est différent du courant continu car au lieu de donner une tension constante à la charge, il alterne entre donner et prendre de celle-ci. Le courant alternatif est ce que vous obtiendriez si vous vous branchiez sur l'alimentation principale de votre maison. Au Pakistan, nous obtenons 230 volts en alternance à 50 Hz ou hertz (ne vous inquiétez pas du hertz pour l'instant), ce qui est similaire au Royaume-Uni, cependant, en Amérique du Nord, vous obtenez 120 volts à 60 Hz. Pour simplifier, supposons qu'il fonctionne à 1 Hz. Voici un graphique de ce à quoi ressemblerait mon réseau électrique :

Maintenant, voici la chose intéressante à propos du courant alternatif : à cause d'un courant changeant, nous allons maintenant provoquer un champ magnétique changeant autour du fil. Les champs magnétiques changeants ont une propriété particulière, ils induisent des courants dans les fils qu'ils traversent ! C'est ce qu'on appelle l'induction électromagnétique. Toute la radio est essentiellement un rayonnement électromagnétique et une induction par des ondes CA. Voici une vidéo d'un homme exécutant une ampoule sur une antenne dipôle, réglée sur la même longueur que la nôtre, et un signal dans la bande des 2 mètres :

La bande de 2 mètres est, soit dit en passant, la même bande sur laquelle nous avons entendu AP2BDR et AP2AUM parler, mais quelle est cette "bande" dont je parle ? Voyons cela ensuite lorsque nous en apprendrons davantage sur les fréquences radio.

Fréquences radio et spectre électromagnétique

Le rayonnement électromagnétique (EM) fait référence aux ondes avec des composants électromagnétiques qui se propagent dans l'espace. Dans la vidéo ci-dessus, vous avez vu un homme émettre un rayonnement électromagnétique avec une antenne dipôle, puis le recevoir également dans une antenne. C'est exactement ce que nous avons fait dans notre expérience, mais avec moins de puissance. Les ondes radio sont de l'énergie électromagnétique, mais elles ne sont pas la seule chose qui puisse être classée comme telle. D'autres exemples incluent les rayonnements ionisants légers comme les rayons X et les rayons gamma. La différence entre tout cela est la vitesse à laquelle l'EM oscille. Ceci est mesuré à la fois en fréquences et en longueur d'onde, et parfois, pour les gammes de radio amateur, exprimé en «bandes de mètre». Nous allons jeter un coup d'oeil.

Un cycle est le nom donné à une oscillation complète et est généralement mesuré d'un pic à l'autre sur le graphique. La « fréquence » d'une onde est le nombre de cycles qu'elle parcourt en une seconde, et l'unité qui l'indique est le hertz (Hz). Dans le schéma ci-dessus, nous mesurons une fréquence de 1 cycle par seconde, soit 1 Hz. Cela signifie que l'onde alternative oscille, entre donner et prendre du courant, 1 fois par seconde.

Pour comprendre la longueur d'onde, imaginons visuellement à quoi ressemblerait notre courant alternatif dans un fil. Imaginons que le temps s'arrête et que nous observons un courant alternatif inconnu traversant un fil. Les pics élevés sont là où le fil est polarisé positivement, les vallées peu profondes sont là où le fil est polarisé négativement.

En regardant visuellement le fil, pouvez-vous mesurer la longueur d'un cycle en mètres ? N'oubliez pas qu'un cycle se mesure de pic en pic. Lorsque vous avez la réponse, lisez à l'avance.

Ce que vous venez de mesurer est la longueur d'onde d'un signal dans un fil. Relation entre la longueur d'onde d'un signal et sa fréquence

$ \lambda = \frac{c}{f} \times VF $

Où $f$ est la fréquence de l'onde en Hz, $c$ est la vitesse de la lumière constante exprimée en mètres par seconde, $\lambda$ est la longueur d'onde en mètres et $VF$ est le facteur de vitesse.

Le $VF$ est donné par l'équation :

$ VF = v/c $

Où $v$ est la vitesse à laquelle le signal se propage à travers le matériau.

Pour l'instant, supposons que les signaux se propagent à travers tout le matériel à $c$, faisant $v = c$, $VF = 1$, et nous pouvons simplifier notre équation pour que la longueur d'onde devienne :

$ \lambda = \frac{c}{f} $

Vous rencontrerez cette équation simplifiée dans de nombreux endroits, mais comprenez qu'elle n'est vraie que pour EM dans le vide.

Lorsque nous faisons passer un courant alternatif à travers une antenne parfaite, elle émet de l'énergie EM de manière très efficace. Voici une visualisation :

Remarquez comment le rayonnement EM oscille précisément à la même fréquence que le courant alternatif appliqué à l'antenne ? C'est pourquoi un courant alternatif de 450 hertz alimenté à une antenne rayonnera un signal radio de 450 hertz.

Dans notre expérience ci-dessus, nous avons entendu AP2BDR et AP2AUM parler à 147,360 MHz*, c'est-à-dire mégahertz, ou 147 360 000 hertz*. La longueur d'onde pour cette fréquence est de 2,03 mètres (79,92 pouces). Cela nous amène à notre dernière approximation : les bandes de mesure.

Les bandes de mesure ne sont que des estimations de longueurs d'onde. Si vous dites à un opérateur radio amateur que vous utilisez la bande de 2 mètres, il considérera que cela signifie les fréquences qui ont environ 2 mètres de longueur d'onde.

Le spectre électromagnétique fait référence à la gamme de fréquences et à leurs classifications. D'une manière générale, il existe 3 grandes catégories : les ondes radio, la lumière et les rayonnements ionisants, mais ces trois phrases ne traduisent pas la profondeur du spectre lui-même.

Selon l'UIT, les ondes radio commencent dans la gamme des fréquences extrêmement basses (ELF), commençant à 3 Hz, et se terminent dans la gamme des fréquences extrêmement élevées, se terminant à 300 GHz. Passé cette fréquence, le rayonnement EM devient léger, un peu plus loin, il devient de la lumière visible, un peu plus loin, il commence à devenir dangereux sous forme de rayonnement ionisant.

Comment les émetteurs-récepteurs radio codent et décodent les données vocales des ondes radio

"Un trans - quoi, maintenant?" Je vous entends demander.

Un émetteur-récepteur est simplement un appareil qui peut à la fois transmettre et recevoir des signaux radio. Nous n'avons pas nécessairement besoin que les deux parties aient des émetteurs-récepteurs ; un message radio peut être envoyé si une seule personne possède un récepteur.

Il existe de nombreux schémas de codage et de décodage du signal, mais pour l'instant, nous n'aborderons que les deux principaux, dont l'un que nous avons utilisé dans l'expérience ci-dessus : la modulation d'amplitude (AM) et la modulation de fréquence (FM). Si vous avez joué avec votre autoradio pendant un certain temps, les termes AM et FM vous sont probablement très familiers. Regardons exactement comment ils fonctionnent.

Introduisons tout d'abord deux formes d'onde : une onde porteuse et un signal d'information que nous prévoyons d'encoder. L'onde porteuse est juste un signal d'onde simple oscillant à une fréquence particulière, dans notre enregistrement, tout comme l'illustration, notre onde porteuse était une onde sinusoïdale (forme montante et descendante régulière) à une fréquence de 147,360 MHz*. Le signal d'information, ce sont les données que vous souhaitez encoder, et dans notre expérience, c'était l'audio de la conversation entre AP2BDR et AP2AUM.

En AM, le signal est codé dans l'onde porteuse en modulant l'amplitude de l'onde elle-même, ce qui signifie que l'onde porteuse grandit, mais reste à la même fréquence. En FM, cependant, le signal est codé dans l'onde porteuse en modulant la fréquence, ce qui signifie que l'onde porteuse reste à la même hauteur, mais que la fréquence varie un peu.

Dans notre conversation, nous avons utilisé FM. La FM donne généralement un son plus clair et est plus résistante au bruit ou à la distorsion que la AM, car la distorsion se manifeste par un changement d'amplitude. Cependant, la FM se fait au prix de l'utilisation d'une gamme de fréquences plutôt que d'une fréquence spécifique. La largeur de la plage de fréquences dépend de votre filtre. Dans notre exemple, nous avons utilisé la bande FM à bande étroite (NBFM) ; cependant, les stations de radio commerciales utilisent la FM à large bande (WBFM). Cela rend le son de la station plus riche et plus résistant à la distorsion, mais nécessite une plus grande gamme de fréquences.

Conclusion

Nous avons appris comment fonctionnent les radios et certaines réglementations radio, nous avons mis en place un dipôle de réception et exploré le spectre à l'aide d'une radio définie par logiciel, et nous avons appris la physique de base derrière les ondes radio ainsi que les méthodes fondamentales d'encodage et de décodage du signal. La radio peut sembler magique, et personnellement je pense toujours que c'est le cas, mais c'est une technologie tout à fait remarquable. Dans un article ultérieur, je discuterai peut-être de GNURadio et de la manière dont il est possible d'émuler la fonctionnalité radio dans un logiciel.

J'espère que vous souhaitez en savoir plus sur la radio. À l'aide de votre SDR, vous pouvez explorer les signaux produits par vos propres appareils, comme les signaux du porte-clés de votre voiture ou d'une sonnette sans fil. N'oubliez pas de vous assurer que vous effectuez vos expériences dans les limites de la loi. Et si vous décidez de devenir opérateur radioamateur, vous pouvez commencer à émettre et à avoir vos propres conversations ! Au Pakistan, il est légal de transmettre à partir d'une station de radio exploitée par un radioamateur agréé et sous leur supervision, s'ils vous forment. Je vous recommande de rejoindre PARS ou votre association de radio amateur locale pour plus d'informations.

La meilleure ressource sur la radio amateur que j'ai trouvée est le manuel ARRL pour les communications radio. Il est fortement recommandé, et bien que le contenu du livre soit incroyablement technique à première vue, après quelques lectures, il commence à avoir un sens. C'est une ressource inestimable et je m'y réfère fréquemment. Cependant, c'est un livre payant, mais si vous cherchez quelque chose pour commencer immédiatement, lisez les cinq premiers chapitres de Wireless Networking in the Developing World , un livre gratuit (comme en libre) et un ebook (gratuit) qui couvrent le matériel que je discuté plus en détail.

*Remarque : PARS m'a demandé de ne pas publier de chiffres réels en ligne. Ce sont des exemples techniquement précis, mais les vrais ne sont disponibles que pour les membres PARS.