Réception dans le bruit

29 août 2004.

 

Le WJST est un mode de communication permettant d’exploiter les bursts crées par les météorites entrant dans notre atmosphère. En effet, lorsqu’une météorite se désintègre au contact des couches de notre atmosphère, elle ionise pendant une courte durée une partie de cette couche et les ondes radio peuvent alors s’y réfléchir.

Ce mode numérique s’apparente au HSMS CW (Télégraphie haute vitesse) que l’on utilisait autrefois. Le logiciel présenté ici utilise quatre tons pour transmettre du texte à une vitesse de 147 caractères par seconde.

Un radioamateur américain "K1JT" prix Nobel de physique en 93 pour la découverte d’un nouveau type de pulsar (les pulsars binaires, étoiles hyper-denses émettant périodiquement des signaux dans des domaines de fréquences variés) à mis au point un logiciel permettant de travailler par réflexion sur la lune (EME) ou sur les traînées de météorites (météor scatter). Le programme WSJT, acronyme pour "Weak Signal Communication by K1JT" dispose de deux modes de communications distincts :
 le JT44 particulièrement utile à ceux désirant trafiquer via la lune,
 le FSK441 plus adapté pour trafiquer par réflexion sur les traînées de météorites.

Le matériel requis pour faire tourner ces logiciels reste modeste :
 système d’exploitation Windows 95 ou 98 ou plus,
 pentium 166 MHz (24 Mo de RAM) minimum,
 40 MHz d’espace libre sur le DD,
 et bien sûr une carte son.

Dans cet article, je ne développerai que le FSK441 que l’on rencontre régulièrement sur la fréquence 144,370 MHz en USB. Le FSK441 utilise 4 tonalités (882 Hz, 1323 Hz, 1764 et 2205 Hz) pour piloter l’émission. Il n’est pas rare de décoder des émissions provenant de stations situées jusqu’à 2000 km ce qui est quasiment impossible en téléphonie (sauf en cas de propagation anormale).

Pour le décodage des signaux, le logiciel utilise différents paramètres :
 W : largeur minimum pour qu’une impulsion soit décodée,
 S : force minimum des signaux au dessus du bruit (pour les msg single tone)
 ST : force minimum des signaux au dessus du bruit (pour les msg multitone)
 TOL : largeur du filtre utilisée par le logiciel, (tolérance)
 QRN : filtre utilisé pour faire la différence entre une impulsion d’interférence ou une impulsion du FSK441 (de 1 à 10).

Après chaque période de réception, tous les "pings" se trouvant au dessus du seuil de bruit de largeur W et de force S sont sélectionnés et automatiquement décodés.

Pour les messages "single tone" c’est le paramètre ST qui est pris en compte. Ces différents paramètres peuvent avoir comme valeur par défaut : W= 40 Ms S= 2 dB ST= 2 dB TOL= 400 Hz QRN= 5

Ceux ci sont accessibles et réglables en permanence.

Le décodage du texte reçu apparaît dans l’écran blanc situé au dessous du waterfall. Un exemple de QSO entre F5LGF et DK0SE est reproduit ci dessous :

 le premier nombre de chaque ligne donne l’heure de l’enregistrement
 le deuxième nombre donne l’heure (en seconde) du premier "ping" enregistré en début de fichier
 les troisième et quatrième nombre donne la durée du "ping" en milliseconde et la puissance en pointe de celui ci en dB par rapport au bruit.
 la colonne 5 donne le report approximatif du signal.
 la colonne 6 donne la mesure du décalage du signal reçu (en Hz).

Dans l’exemple ci dessus on peut voir que le premier "ping" contient 2 indicatifs ainsi que le report 27. Ce "ping" arrivé à 15h40 UTC a duré 260 ms, était à 8 dB en pointe au dessus du bruit et était 21 Hz en dessous de la fréquence. Le signal reçu à 15h41 était un burst de bruit qui a déclenché le décodeur. Ce burst était trop court pour contenir des informations utiles. Le logiciel WSJT reconnaît les différents sons générés pour le FSK441 et est ainsi apte à supprimer automatiquement le texte qui n’est pas à l’origine du signal FSK441. Occasionnellement, il peut décoder des bursts issus de QRN ou autre !... Le "ping" reçu à 15h45 à été décodé comme un message un seul ton "RRR". Notez que ce "RRR" apparaît dans la colonne séparée à gauche des messages "multi-tons". La fréquence de résolution utilisée pour décoder des Msg "multi-tons" est d’environ 43 Hz. WJST cherchera toujours à décoder des transmissions "multi-ton" identiques au modèle inhérent au FSK441. Quand un message long est reconnu, le programme effectue la moyenne des répétitions exploitables et en fait une copie. S’il y a présence d’un astérisque en fin de ligne, le texte a été correctement décodé.

Après la théorie voici maintenant la présentation graphique du soft :

L’écran se présente en quatre parties :
 le "waterfall" ou l’on visionnera les niveaux et les bursts,
 la partie décodage du texte "Decoded text box" ou l’on verra s’afficher les messages,
 la partie contrôle avec les différents boutons qui permettent de configurer l’émission et la réception,
 tout en bas, la barre d’état "receive parameters" qui affiche les paramètres en cours du soft.

Il est important avant de vouloir recevoir des signaux de bien calibrer le niveau de bruit avec la carte son. (voir ci dessous) Après la mise en route du soft, cliquer sur "monitor" pour être en réception et quelques secondes plus tard cliquez sur stop ! Une ligne apparaît en bas du waterfall (background receiver noise). Le cas idéal voudrait que celle-ci coïncide exactement au repère noir en bas à droite du waterfall correspondant à 0 dB de bruit (+ ou - 2 dB). Pour y arriver, il faut jouer sur le niveau d’entrée de la carte son à l’aide de la table de mixage de windows.

Après avoir réglé le niveau de bruit et mis une antenne sur le récepteur, voici ce que visualise le soft après la réception de signaux : Après la réception d’un signal FSK441, des "pings" de couleurs jaune apparaissent au dessus du bruit de réception matérialisé par une ligne verte en bas du waterfall (Background receiver noise). Une déviation totale sur le waterfall correspond à un signal de 30 dB au dessus du bruit. L’enregistrement du bruit de réception produit une courbe violette dans le petit écran à droite du waterfall (passband shape) qui illustre le spectre moyen de réception de bruit en l’absence de signal et représente la forme de la bande passante. Une autre courbe rouge (spectrum strongest signal) peut également apparaître, similaire à la courbe violette représentant la force du signal dans les pointes, décodé par l’algorithme.

Aperçu de la réalisation d’un QSO avec la station anglaise G0RUZ

Une nouvelle version de ce programme "WSJT470.EXE" se trouve sur le site : www.vhfdx.de ou sur le site de l’auteur : pulsar.princeton.edu/ joe/K1JT. Guide de l’utilisateur très bien fait en Anglais.

par le major (ER) Christian Chaudron - F5LGF