Измерение пороговой чувствительности популярных программ для BPSK связи

Обновлено 21.02.2011 18:43 Автор: Алексей Помазкин (UN9GG), Михаил Чирков (UN8GC) 21.02.2011 18:28

Идея провести тестовое сравнение чувствительности популярных программ для работы в режиме BPSK родилась в феврале 2011 года. Этому послужили прошедшие 7-ые Зимние Азиатские Игры, в ходе которых оба автора статьи активно работали в эфире, предоставляя возможность другим хэмам набрать очки на учрежденные для Азиады дипломы. Часть нашей работы была в цифровых видах – BPSK31, BPSK63 и RTTY. Наблюдая очень плохое прохождение волн,

и проживая в центре большого города с высоким уровнем фонового шума на КВ и помех, мы стали задаваться вопросом – «какое программное обеспечение лучше всего использовать для работы в цифровых видах связи на КВ, чтобы максимально увеличить шансы проведения QSO?”. Тогда мы и решили, что разумным будет провести сравнительный анализ чувствительности популярных программ для BPSK31 в реальных эфирных условиях.

Когда мы стали размышлять над тем, как лучше всего это сделать, нам стало ясно, что удобно провести измерение чувствительности в «лабораторных условиях», созданных в реальном эфире на КВ диапазонах. Под лабораторными мы подразумевали условия распространения радиоволн в зоне прямой видимости при использовании внешних антенн, добившись при этом того, чтобы уровень принимаемого сигнала на приемной стороне соответствовал пороговому значению отношения сигнал/шум, при котором еще происходит декодирование передаваемого сообщения, но оно уже неустойчивое и за пределами этого уровня прием становится почти невозможным.

В принципе, зачастую, работая на КВ, операторы сталкиваются со схожими условиями приема – глубокие замирания сигнала, характерные для сигналов дальних корреспондентов на неустойчивых трассах подчас делают проведение 2-х сторонней связи невозможным из-за того, что сигнал погружается в шум и, несмотря на его присутствие, нет декодирования.

Наш Setup

Учитывая, что прямое расстояние между нашими станциями 3800 метров, на передний план вышла задача обеспечения правильного уровня сигнала. Было принято решение, что станция UN8GC будет принимать сигналы, а UN9GG – их передавать.

На приемной стороне использовались:

Трансивер Flex Radio 3000 (SDR) с включенным аттенюатором (9 дБ) и внешняя антенн «J-pole» для диапазона 2 м.  Также, в настройках Flex Radio был включен дополнительный аттенюатор по ЗЧ уровнем 10 дБ. AGC была установлена в положение Fixed программным методом. В приемном тракте трансивера были включены функции подавителя импульсных помех NB1 и NB2, а также, подавителя всплесков сигнала SR. Функция шумоподавителя NR была отключена. Приемная полоса составляла 2.7 кГц (USB).

На передающей стороне использовалось:

Трансивер ICOM IC-7800, минимальная выходная мощность (1 Вт), интерфейс Rig Expert и КВ антенна Hustler 6BTV на высоте 5 этажного дома. Для передачи мы использовали программное обеспечение UR5EQF во всех случаях.

В ходе экспериментов, мы сохраняли отношение сигнал/шум согласно измерителю, встроенному в программу MultiPSK на уровне от -16 до -17 дБ. К сожалению, учитывая флуктуации уровня помех и шума в городской черте, невозможно было обеспечить в течение каждого раунда эксперимента полную стабильность отношения сигнал/шум. В большинстве случаев, она колебалась в пределах 1 дб между указанными выше значениями.

Сам эксперимент мы решили проводить на диапазоне 80 м и, потом, на диапазоне 12 м, в связи с необходимостью снизить мощный сигнал передающей стороны в виду малого расстояния между участниками эксперимента. Также, на диапазоне 80 м, порой наблюдалось дальнее прохождение и станции 9-ого и 0-ого района России мешали проведению наших измерений своими мощными сигналами. Поэтому, мы решили «мигрировать» на 12 м, где вероятность подобных помех была намного ниже.

Для того, чтобы более-менее корректно оценить результативность работы программ, используемых в BPSK связи, мы решили провести по 10 измерений в каждом случае, чтобы иметь небольшую, но достаточную статистическую выборку значений, из которой можно было бы вывести средние величины и использовать их для оценки.

Во всех случаях мы использовали стандартное сообщение, состоящее из трех серий посылок

CQ CQ CQ DE UN9GG UN9GG UN9GG

оканчивающееся стандартным pse K.

Таким образом, общая длина полезной части передаваемого сообщения составляла 73 символа. Под полезной частью мы подразумеваем текстовые символы информации. Мы не учитывали в расчетах пробелы между символами, а также возврат каретки. Это было сделано потому, что для реальных операторов самое главное это принять полезную текстовую информацию, передаваемую корреспондентом в эфире, даже если эта информация идет в одну строчку и текст «слеплен» друг с другом.

Итого, по результатам 10 измерений каждой программы, общая длина полезного сообщения составляла 730 символов.

Результаты измерений

 

Как вы можете видеть из приведенного выше чарта, максимальную чувствительность (способность декодировать полезный сигнал на пороговом уровне сигнал/шум) показала программа MultiPSK. Причем, разница между ней и другими программами, по результатам измерений, оказалась значительной. При пороговом уровне сигнал/шум, MultiPSK обеспечила вероятность декодирования сигнала около 38%. Ближайшие конкуренты обеспечили уровень декодирования только около 30% и 25% (Digital Master 780 и WinWarbler). Самая слабая, как это ни странно, программа (MixW 2.19) показала вероятность декодирования 12 %. Достаточно неплохие результаты показали программы Fldigi и MixW 3.01. Пока не понятно чем вызвана более высокая чувствительность MixW 3.01 по сравнению с MixW 2.19.

Удивило, что программа UR5EQF, использующая библиотеку DLL от MMVARI (автор – JE3HHT), несмотря на наше ожидание, оказалась на 6-ом месте.

Вероятность правильного приема символа программы MultiPSK рассчитывалась как результат опыта по приему  5110 символов в 70-ти сообщениях по 73-символа. Семь других программ, с которыми сравнивалась работа MultiPSK, подключались на  прием последовательно каждая и принимали по 730 символов.  Исходя из этого, рассчитывался весовой коэффициент, показывающий насколько вероятность правильного приема символа каждой из семи программ отличается от вероятности правильного приема символа MultiPSK. Вероятность правильного приема символа семи программ рассчитывалась как произведение вероятности правильного приема символа MultiPSK на весовой коэффициент.  Таким образом были протестированы программы : MixW v.2.19,  UR5EQF v.3.29.5, MixW v.3.01 , TrueTTY v.2.85, Digital Master 780  v5.0 build  2777,    Fldigi v.3.20.34,  WinWarbler v.6.95.

Интересующиеся могут скачать таблицу с результатами наших измерений здесь - http://qrz.kz/downloads/docs/BPSK-programs-test.xls

В заключение, можем сказать, что авторы не претендуют на прецизионную точность данного эксперимента и не заявляют, что «имеют истину в последней инстанции».  Мы просто постарались практически определить, что лучше использовать радиолюбителю в условиях слабых сигналов и плохого прохождения волн, которые мы наблюдаем на диапазонах в последнее время. Уверены, что в будущем подобные тесты стоит провести и в других видах связи, используемых радиолюбителями – RTTY, BPSK63 и BPSK125, а также JT65 и Olivia. Но это – тема будущих статей.

73 и до встречи на диапазонах!

Алексей Помазкин (UN9GG) и Михаил Чирков (UN8GC)

http://www.kzham.com/index.php?option=com_content&view=article&id=307:-bpsk-&catid=23:20%20%2009-10-04-15-13-16&Itemid=6