Сравнение QRA64 и JT4 для 10 ГГц EME - перевод вольный ;-)
Рекс Монкур, VK7MO и Чарли Саклинг, G3WDG Аннотация
Наши результаты показывают, что для 10 ГГц EME (разнесение 50 Гц) QRA64 имеет преимущество перед JT4, которое варьируется от примерно 1,5 дБ при работе в режиме ожидания до примерно 4 дБ при работе с неизвестной или случайной станцией. Другие привлекательные особенности QRA64 заключаются в том, что он не использует файл базы данных позывного и практически не подвержен ложному декодированию.
Введение
JT4F широко использовался для EME 10 и 24 ГГц, уже на протяжении многих лет, и с очень хорошими результатами. В 2016 году Нико Палермо, IV3NWV, разработал встроенную структуру нового цифрового режима, получившего название QRA64 (1). Режим был усовершенствован и реализован в WSJT-X Нико и Джо Тейлором, K1JT (2). Первоначальная работа Нико и Джо была направлена ??на VHF EME, где QRA64 превзошел JT65. В июле 2016 года мы провели эфирные тесты, чтобы выяснить, не приведет ли улучшенная производительность к возможности использования режима на микроволнах ...10 ГГц, когда либрационное "размытие" сигнала намного шире, чем расстояние между тонами. После наших первоначальных испытаний, которые показали аналогичную производительность с JT4, Нико улучшил декодер, чтобы справиться с более высоким уровнем "размытия" сигнала при EME на микроволновых диапазонах. Результаты, о которых мы сообщаем, относятся к этому улучшенному декодеру, реализованному в WSJT-X r7609 или более поздней версии.
Короткое лунное окно между нами ограничивало время для тестирования, и поэтому мы применили метод симуляции, используя образцы сигналов встроенных в пакет WSJT-X, чтобы иметь возможность сравнивать режимы. Моделирование (симуляция) позволяет использовать гораздо большее количество тестовых циклов, чтобы преодолеть статистическую неопределенность, существующую при гораздо меньшем времени выборки при эфирных испытаниях.
Были некоторые ограничения в точности образцов сигналов, доступных в начале этой работы, и K1JT внес изменения в алгоритмы расширения сигнала в симуляторе QRA, чтобы симуляция соответствовала нашим экспериментальным измерениям форм сигналов с высокой степенью точности. , Алгоритмы в симуляторе JT4 были позже изменены, чтобы быть идентичными тем, которые использовались в симуляторе QRA64. Теперь модифицированные тренажеры можно было использовать с уверенностью.
QRA64 и JT4
QRA64 не использует базу данных Call3.txt (как это делает JT4 при использовании глубокого поиска), но вместо этого использует информацию, полученную в результате предыдущих успешных декодирований, по мере продолжения QSO. Например, поскольку мы знаем свой собственный позывной, это может быть использовано для улучшения декодирования сообщения, направленного нам, и дальнейшее улучшение может быть получено после того, как мы декодировали позывной другой станции.
Метод моделирования
Либрационное "размытие" сигнала (которое может составлять до 200 Гц или более при 10 ГГц) возникает из-за различных доплеровских явлений, возникающих при отражениях от поверхности Луны, и увеличивается пропорционально частоте. Кроме того, форма "размытия" изменяется с частотой, так, что на VHF/UHF-спектре "размытие" имеет тенденцию иметь узкий центральный пик, из-за зеркального отражения, потому что VHF/UHF "видит" Луну, как относительно гладкую поверхность. На более короткой длине волны 10 ГГц Луна выглядит шероховатой и дает более рассеянное отражение с отраженной энергией, распределенной более равномерно по поверхности Луны. Соответственно, необходимо применить алгоритм "размытия" сигнала, который относится к длине волны, которую мы пытаемся смоделировать. На графике 1 показан пример производительности симулятора по сравнению с эфирными измерениями с одним тоном.
***
График 1: Форма имитатора и результаты в эфире, полученные между G3WDG (3-метровая антенна) и LX1DB (3-метровая антенна) с разбросом 154 Гц.Наши моделирования основаны на 1000 тестах с шагом 0,5 дБ и линейной интерполяцией между уровнями дБ для определения уровня декодирования 50%. По нашим оценкам, при использовании 1000 тестов результат будет хорошим до 0,1 дБ.
Улучшение производительности QRA64 по сравнению с JT4
Оба режима сравнивались с моделируемым расширением 50 Гц на частоте 10 ГГц. Производительность QRA64 детально сравнивается с JT4f в Приложении
(рис. Activity) ниже.
Результаты моделирования в диапазоне либрационного "размытия" сигнала.
На графике 2 показаны результаты для различных субмод QRA64 по сравнению с JT4f, и он основан на передаче двух позывных и рапорта с глубоким поиском, примененным к JT4f, и предшествующего знания обоих позывных, примененных к QRA (то есть ситуации sked). В обоих случаях позывные известны, а рапорт неизвестен, поэтому результаты сопоставимы.
***
График 2: Имитационное сравнение субмод QRA64 с JT4f с "размытием" сигнала на 10 ГГцВидно, что в диапазоне от 20 до 50 Гц лучший подрежим QRA64 сохраняет преимущество около 1 дБ перед JT4f. При бОльшем размытии сигнала преимущество QRA64 уменьшается до нуля, при размытии около 240 Гц. Тем не менее, следует отметить, что при меньшем размытии более широкие субмоды QRA64, такие как E, имеют тенденцию не улучшаться, и, таким образом, одним недостатком QRA64 является то, что вам необходимо заранее выбрать оптимальную субмоду, и это ограничивает его использование для случайных QSO на предельных уровнях сигнала, где либрационное размытие не может быть определено заранее. (Это ограничение может быть преодолено в будущих версиях).
Сравнение в эфире
В качестве проверки производительности симуляторов мы провели эфирное тестирование, передавая QRA64 и JT4 в разные периоды времени для сравнения результатов. Для этих тестов мощность была уменьшена до точки, в которой оба режима достигли только предельных декодирований, а затем было выполнено сравнение путем применения дополнительной функции шума WSJT-X для точной настройки предела декодирования.
На графике 3 приведены результаты сравнений в эфире в логарифмическом масштабе. Каждая точка представляет собой тест во время прохождения Луны и основана на анализе обычно 10 периодов в каждом режиме в моменты времени, когда обе станции имеют четкое представление о Луне.
Отмечено, что средние результаты в эфире немного выше, чем смоделированные результаты, что позволяет предположить, что QRA64 в диапазоне от 20 до 50 Гц имеет преимущество около 1,5 дБ.
***
График 3: Сравнение QRA64 и JT4 в эфире со ссылкой на результаты моделирования Использование предварительных данных для помощи в проведении QSO
Определение QSO в VHF было формализовано еще в 1957 году Тилтоном в QST (3). Тилтон сделал важное различие между «идентификацией» обоих позывных и обменом неизвестной «информацией», такой как рапорт. В этом отношении Тилтон принял во внимание тот факт, что sked, где известны оба позывных, является законным QSO, но кроме того, необходимо обменяться неизвестной информацией (такой как рапорт). Важной проблемой является то, что при «идентификации» известного позывного это должно быть идентифицировано по радиоканалу, а не ложное декодирование от шума (эта проблема возникает во всех режимах при работе sked). Соответственно, ищется низкая вероятность ложных декодирований при «идентификации» известных позывных.
Ложные декодирования
JT4 действительно страдает от случайных ложных декодирований, но почти все они могут быть отклонены опытным оператором, принимая во внимание такие факторы, как согласованность позывных или ожидание второго декодирования, когда указанные уровни достоверности являются низкими.
Ложные декодирования происходят и в QRA64, но они крайне редки. Даже при выполнении 10 000 имитационных тестов с маргинальными сигналами и изменении позывных, отправляемых одним письмом, мы не увидели одного ложного ложного декодирования с вашим собственным позывным. Мы рассматриваем это как существенное преимущество QRA64.
Нахождение очень слабых сигналов
В отличие от JT65 и QRA64, и JT4 не используют систему синхронизации одного тона, которую можно легко идентифицировать на водопаде. В случае QRA64 программа добавляет красный маркер на водопад в конце каждого периода, чтобы указать, где обнаружена синхронизация. Хотя это полезно, когда сигналы на несколько дБ выше предельных, маркер часто отсутствует на слабом сигнале и иногда отображается на неправильной частоте (в частности, при прослушивании шума). Решение в случае как QRA64, так и JT4 состоит в том, чтобы передать один тон в начале проверки, для определения слабого сигнала. Такие тоны предусмотрены как для JT4, так и для QRA64. Для JT4 и QRA64 используется один и тот же набор одиночных тонов:
1000 Гц = Tune (T)
1250 Гц = Пожалуйста, отправляйте сообщения (M)
1500 Гц = RRR (R)
1750 Гц = 73 (73)
Их можно передавать как в JT4, так и в QRA64, установив флажок Sh, как показано на рис. 1 ниже, и затем выбрав соответствующее окно сообщения TX.
Тональный сигнал 1250 Гц можно получить, установив флажок TX6 (показанный выше со стрелкой) и выбрав кнопку сообщения Tx6. Кроме того, при ручном вводе @XXXX в любом поле TX будет отправляться один тон с частотой XXXX Гц.
Одиночные тоны должны интерпретироваться оператором - программа не делает этого за вас, и они не распознаются автоматическим секвенсором (если используется). Частоты тонов считываются с водопада. Одиночные тоны хорошо видны на графике линейного среднего среднего желтого до -30 дБ с расширением 50 Гц и отправка однотонального RRR имеет преимущество более 4 дБ по сравнению с отправкой позывных и RRR как обычного сообщения. Пример показан на рисунке 2, который показывает 1000 Гц (или T-тон)
Averaging (Усреднение)
В настоящее время QRA64 не имеет средства усреднения, такого как JT4f, которое может получить до 2 дБ, если есть время для усреднения за несколько периодов. Существует возможность добавить усреднение к QRA64 и получить дальнейшее улучшение.
Выводы
QRA64 не использует файл Call3.txt и имеет значительное преимущество около 4 дБ при работе со случайной станцией, не включенной в файл Call3.txt.
В то время как QRA64 имеет относительно небольшое преимущество - около 1,5 дБ по сравнению с JT4f при работе в режиме sked, где известны оба позывных, каждый дБ считается при работе с предельными сигналами EME.
Привлекательной особенностью QRA64 является тот факт, что он практически не подвержен ложному декодированию, и поэтому в целом мы рекомендуем QRA64 для слабого сигнала 10 ГГц EME.
Acknowledgements ;-)
Nico Palermo, IV3NWV, and Joe Taylor, K1JT, for designing the QRA mode and implementing it in WSJT-X. K1JT for implementing simulators in WSJT-X. Also thanks Joe and Nico for reviewing this paper and providing many useful suggestions. Приложения:
(1) Nico Palermo, IV3NWV:
EME-2016-IV3NWV-Presentation (2} Joe Taylor, K1JT,
"WSJT-X: New Codes, Modes, and Tools for Weak-Signal Communication" (PowerPoint Slides: 17th International EME Conference, Venice, August 2016)
(3) Tilton E. P W1HDQ " The World above 50 Mc" QST, March 1957
(4) A Power Point presentation relating to this paper is at:
https://tinyurl.com/ya6484wv
