FT8 L'évolution numérique dans le radioamateurisme un regard vers l'avenir
La révolution numérique dans
le radioamateurisme
Un traitement numérique du signal permet d'utiliser beaucoup plus facilement des signaux bruités dans des modes de propagation tels qu'en Meteorscatter et les opérations radio Terre-Lune-Terre. Lorsque les signaux radio analogiques sont convertis en données numériques pour être traités par un ordinateur, c'est la règle de calcul dans l'ordinateur qui décide de la performance de la liaison radio. L'importance du gain d'antenne et des appareils radio diminue.
Le minimalisme à la perfection
Les deux indicatifs, les deux grands champs du localisateur, le rapport en dB sur le bruit et enfin la confirmation du QSO avec RRR, RR73 ou 73 sont transmis.
FT8 : les développeurs et leurs astuces mathématiques pour des signaux ultra-silencieux
Le FT8 tire son nom des premières lettres des noms de famille de ses deux concepteurs, Steven Franke, K9AN, et Joe Taylor, K1JT, le chiffre 8 représentant le nombre de fréquences utilisées pour la modulation. des symboles d'émission (fréquences) pour le type de modulation utilisé, le Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK) avec 8 symboles. La « Fast Fourier Transformation » (FFT) est l'astuce mathématique qui permet de calculer des signaux extrêmement faibles à partir du bruit.
Dr. Joe Taylor:
maître des signaux radio faibles et lauréat du prix Nobel pour les ondes gravitationnelles
Les signaux radio extrêmement faibles sont la spécialité du Dr Joe Taylor, qui a développé des méthodes d'évaluation des signaux en radioastronomie. Des enregistrements de plusieurs heures du bruit reçu par le télescope spatial Arecibo à Porto Rico, dont le miroir a un diamètre de 305 mètres, ont été traités et évalués ultérieurement dans le laboratoire de l'université de Princeton à l'aide d'ordinateurs centraux. Le prix Nobel de physique a été décerné à Joe Taylor pour la détection d'ondes gravitationnelles dans le spectre radio des quasars, calculée grâce à ses méthodes d'intégration du bruit.
Du bruit à la clarté : la magie de la transformation de Fourier
Les enregistrements sonores numérisés sont convertis de l'espace temporel en espace fréquentiel à l'aide des mathématiques de la transformation de Fourier, puis additionnés dans des plages de fréquences étroites de quelques hertz seulement. Le bruit est ainsi moyenné sur une longue période et on voit soudain des différences dans les amplitudes des plages de fréquences.
Le PC domestique de la station radio fonctionne de cette manière, il convertit les sons ou seulement le bruit de l'appareil radio en un fichier WAVE d'une longueur d'environ 12 secondes, puis en moins de 2 secondes, les signaux des stations sont calculés et décodés à partir du spectre avec la méthode de la transformation de Fourier rapide. On peut s'imaginer qu'un signal sur l'oscilloscope, par exemple un son sinusoïdal, est transformé en un trait sur l'analyseur de spectre. On a d'abord l'évolution du signal dans le temps, puis le spectre et l'amplitude. Et si on intègre ces deux informations sur le temps, on peut encore extraire ces signaux extrêmement faibles du bruit.
WSJT : L'évolution des logiciels PC dans la radioamateurisme par Joe Taylor
Avec WSJT, Joe Taylor a développé en 2005 le premier logiciel pour PC, d'abord pour les modes de fonctionnement en Meteor-Scatter et EME, WSJT-X en 2010 avait mis en œuvre d'autres modes de fonctionnement. En 2017, FT8 est arrivé, 13 caractères sont transmis dans une période d'émission de 15 secondes avec une bande passante du signal de 50Hz. En 2019, FT4 est arrivé avec une période de cycle de 7,5 secondes avec une bande passante de 90Hz. FT8 utilise 8 tonalités, ce qui correspond à 3 bits binaires. Le logiciel est open source, d'autres programmes pour PC sont JTDX et MSHV.
FT8 : Transmission, synchronisation et la magie des symboles
Les transmissions FT8 comportent 77 bits d'information, 14 bits CRC et 83 bits de parité, soit un total de 174 bits. Ceux-ci sont convertis en code Gray et assemblés par groupes de trois pour obtenir 58 symboles ou tonalités. Si l'on ajoute les trois tableaux de Costas de sept bits chacun (21 bits au total) pour la synchronisation de départ et d'arrêt, on obtient qu'un message FT8 comprend 79 symboles/sonorités ou l'équivalent de 237 bits binaires. La différence de temps entre la station émettrice et la station réceptrice doit être de +/- 1 seconde au maximum, sinon le récepteur ne peut plus se synchroniser correctement sur le signal de l'émetteur.
Pourquoi le FT8 est le champion de la radio bruitée
En mode SSB, le signal de la station opposée doit être environ +10 dB plus fort que le bruit sur la bande pour être encore compréhensible. En télégraphie Morse, le signal peut même être moins fort que le bruit, car un bon radioamateur CW peut encore entendre une modification du bruit. Mais à -15 dB sous le bruit, c'est la fin. Convertissons cette fois en puissance d'émission nécessaire. Nous épargnons les mathématiques (le logarithme d'un rapport de tension ou de puissance), mais il faut avoir quelques valeurs en tête : +3dB est le doublement de la puissance d'émission, +6dB = 3dB + 3dB est donc le quadruplement de la puissance.
+10dB est la multiplication par dix. Si la valeur est précédée du signe moins, ce chiffre est au dénominateur, donc -10dB correspond à un dixième de la puissance. Dans le monde des décibels, on ne fait que des additions ou des soustractions.
Si le signal SSB doit être 10dB au-dessus du bruit et que le signal CW peut être silencieux à -15dB en dessous du bruit, cela représente une différence de 25dB. Supposons 26dB, on peut alors calculer : 10dB + 10dB + 6dB, ou comme puissance de l'autre station : 10 * 10 * 4. Cela signifie que si la station SSB émet avec 400 watts pour être tout juste compréhensible, une station CW avec 1 watt génère un signal au récepteur qui peut tout juste être lu. On comprend maintenant pourquoi la CW est encore pratiquée. Et le FT8 ? Là, le signal peut avoir un bruit de fond de -26 dB pour être tout juste décodable. Au lieu d'un signal SSB de 400W, il suffit donc d'une puissance d'émission réduite de 36dB en FT8, à savoir 100mW. C'est pourquoi on appelle le FT8 la radio à bruit.
Les maxima des taches solaires et leurs conséquences
Comme nous vivons actuellement le maximum des taches solaires, qui ne se produit que tous les 11 ans, et que tous les continents sont donc parfois audibles en même temps pendant la journée, une antenne directionnelle n'est pas si avantageuse. Les antennes omnidirectionnelles comme les Groundplane ou les Cobweb à polarisation horizontale permettent d'écouter les stations d'Afrique, d'Amérique du Sud, d'Asie et d'Océanie dans le même intervalle de 15 secondes et de faire des QSO directement les unes après les autres. Le monde entier en 10 minutes ! Dans une telle situation, le beam occulterait tout simplement beaucoup de choses.
Articles correspondants
L'art de la connexion entre la radio et le PC
En principe, tout appareil radio adapté à la SSB peut également être utilisé pour le FT8. Ensuite, l'entrée du microphone et la sortie du haut-parleur de la radio doivent être reliées à la carte son du PC. Idéalement, via des transformateurs BF pour éviter les boucles de ronflement. Il est toutefois plus élégant d'utiliser des émetteurs-récepteurs modernes à ondes courtes qui disposent d'une interface CAT et qui peuvent être commandés à distance par WSJT-X. L'émetteur-récepteur devrait également posséder une carte son intégrée, ce qui permet de transmettre les commandes CAT et les données de la carte son TRX entre la radio et le PC via un seul câble USB. Le programme du PC peut alors sélectionner les fréquences FT8 qui y sont enregistrées et commencer immédiatement le décodage.
Appareils radio avec carte son intégrée
Le FT8 en plein essor
Les opérateurs du site Clublog tiennent des statistiques actualisées quotidiennement sur le nombre de QSO signalés la veille dans les modes CW, SSB, RTTY, FT8, FT4 et autres.
La part des QSO FT8 a atteint jusqu'à 80 % de toutes les connexions pendant les années du minimum de taches solaires à partir de 2018, car en cas de mauvaises conditions sur les ondes courtes, le FT8 peut marquer des points grâce à son incroyable sensibilité. Au maximum de la tache solaire en 2024, la proportion est encore d'environ 75 %, CW et SSB ont chacune une part de 10 % à 12 %.
Maîtriser les performances du FT8
Comme pour tous les autres modes de fonctionnement en onde continue, la règle est que la puissance maximale de l'émetteur ou de l'amplificateur de puissance ne doit pas dépasser un cinquième de la puissance PEP pour laquelle le tuner, le câble coaxial ou l'antenne sont conçus en SSB. L'excitation de l'émetteur doit se faire à un niveau auquel l'ALC de l'émetteur commence tout juste à se dégrader. On se rendra très vite compte qu'une puissance d'émission de 10 à 25 watts est largement suffisante pour la plupart des liaisons.
Étiquette : pourquoi le moins est parfois le plus en matière d'envoi
Si l'on est habitué à être entendu assez rapidement lors de communications radio dans le monde entier grâce à un système d'antenne performant et un amplificateur de puissance adapté, cette grande puissance de champ peut être plutôt gênante sur le lieu de réception avec FT8. Ainsi, le logiciel WSJT-X peut tout simplement ignorer les stations qui utilisent une puissance d'émission nettement plus élevée que nécessaire, c'est-à-dire qui génèrent des niveaux bien supérieurs à +5 ou +10 dB, grâce à un paramètre sélectionnable. Dans ce cas, tous les appels ne servent à rien, ce n'est qu'après la réduction de la puissance d'émission que le tour vient.
