Привет, Хабр.
На дворе уже 21й век, и казалось бы, передать данные можно в HD-качестве даже на Марс. Однако, до сих пор в радиоэфире работает немало интересных устройств и можно услышать немало интересных сигналов.
Все из них рассмотреть разумеется, нереально, попробуем выбрать самые интересные, те которые можно принять и декодировать самостоятельно с помощью компьютера. Для приема сигналов мы воспользуемся голландским онлайн-приемником WebSDR, декодером MultiPSK и программой Virtual Audio Cable.
Для удобства рассмотрения будем приводить сигналы по возрастанию частоты. Вещательные станции я рассматривать не буду, это скучно и банально, послушать Радио Китая в АМ желающие могут и самостоятельно. А мы перейдем к более интересным сигналам.
На частоте 77.5КГц (диапазон длинных волн) передаются сигналы точного времени немецкой станции DCF77. По ним уже была отдельная статья, так что можно лишь кратко повторить, что это простой по структуре сигнал в амплитудной модуляции — разными длительностями закодированы «1» и «0», в итоге за одну минуту принимается 58-битный код.
На этих частотах, если верить сайту radioscanner, передаются сигналы управления электросетями Германии.
Сигнал достаточно сильный, и по отзывам, принимается даже в Австралии. Декодировать его можно в MultiPSK, если выставить параметры, как показано на скриншоте.
На выходе мы получим пакеты данных, их структура разумеется, неизвестна, желающие могут поэкспериментировать и заняться анализом на досуге. Технически, сам сигнал очень прост, метод называется FSK (Frequency Shift Keying) и заключается в формировании битовой последовательности путем смены частоты передачи. Тот же сигнал, в виде спектра — биты можно посчитать даже вручную.
На спектре выше, совсем рядом, на частоте 147КГц виден еще один сигнал. Это (также немецкая) станция DWD (Deutscher Wetterdienst), передающая сводки погоды для судов. Помимо этой частоты, сигналы передаются также на 11039 и 14467КГц.
Результат декодирования показан на скриншоте.
Принцип кодирования телетайпа такой же, FSK, интерес тут представляет кодирование текста. Оно 5-битное, с помощью кода Бодо, и имеет практически 100-летнюю историю.
Вроде бы аналогичный код использовался и на перфолентах, ну а телетайпы погоды рассылаются где-то с 60х годов, и как можно видеть, работают до сих пор. Разумеется, на реальном корабле сигнал не декодируется с помощью компьютера — существуют специальные приемники, которые записывают сигнал и выводят его на экран.
В общем, даже при наличии спутниковой связи и Интернета, передача данных таким способом до сих пор остается простым, надежным и дешевым средством. Хотя конечно, можно предположить что когда-то и эти системы уйдут в историю и будут заменены полностью цифровыми сервисами. Так что желающим принять подобный сигнал не стоит очень уж затягивать.
Еще один legacy-сигнал примерно с почти такой же давней историей. В этом сигнале изображение передается в аналоговом виде со скоростью 120 линий в минуту (бывают и другие значения, например 60 или 240 LPM), для кодирования яркости используется частотная модуляция — яркость каждой точки изображения пропорциональна изменению частоты. Такая простая схема позволяла передавать изображения еще в те времена, когда про “цифровые сигналы” мало кто слышал.
Популярной в европейской части и удобной для приема является уже упомянутая немецкая станция DWD (Deutche Wetterdienst), передающая сообщения на частотах 3855, 7880 и 13882КГц. Другая организация, факсы которой несложно принять — британская Joint Operational Meteorology and Oceanography Centre, они передают сигналы на частотах 2618, 4610, 6834, 8040, 11086, 12390 и 18261КГц.
Чтобы принять сигналы HF Fax, нужно использовать режим приемника USB, для декодирования можно использовать MultiPSK. Результат приема через websdr-приемник показан на рисунке:
Эта картинка была принята прямо во время написания текста. Видно кстати, что вертикальные линии съехали — протокол аналоговый, и точность синхронизации здесь критична, даже небольшие задержки при передаче звука онлайн вызывают сдвиг изображения. При использовании “настоящего” приемника такого эффекта не будет.
Разумеется, как и в случае с метеотелетайпом, на судах никто не декодирует факсы с помощью компьютера — существуют специализированные приемники (пример картинки из начала статьи), которые делают всю работу автоматически.
Правка: как подсказали в комментариях, с помощью факсов передаются не только метеосводки, но и даже газеты. Частоты и расписание передачи разных стран и регионов можно найти в pdf.
Рассмотрим теперь более современный стандарт передачи данных на коротких волнах — модем Stanag 4285. Этот формат разрабатывался для NATO, и существует в различных вариантах. В основе лежит фазовая модуляция, параметры сигнала могут варьироваться, как можно видеть из таблицы, скорость может составлять от 75 до 2400бит/с. Это может показаться немного, но учитывая среду передачи — короткие волны, с их замираниями и помехами, это вполне хороший результат.
Программа MultiPSK может декодировать STANAG, но в 95% случаев результатом декодирования будет лишь “мусор” — сам формат предоставляет лишь побитовый протокол нижнего уровня, а собственно данные могут быть зашифрованы или иметь какой-то свой формат. Некоторые сигналы впрочем, декодировать можно, например, приведенная ниже запись на частоте 8453КГц. Декодировать хоть какой-то сигнал через websdr-приемник у меня не получилось, видимо все же онлайн-передача нарушает структуру данных. Желающие могут скачать файл с реального приемника по ссылке cloud.mail.ru/public/JRZs/gH581X71s. Результаты декодирования в MultiPSK показаны на скриншоте ниже. Как можно видеть, скорость для данной записи составляет 600bps, в качестве содержимого видимо, передается текстовый файл.
Интересно, что как можно видеть на панораме, таких сигналов в эфире реально очень много:
Разумеется, не все из них возможно, принадлежат именно STANAG — на похожих принципах существуют и другие протоколы. Для примера, можно привести разбор сигнала Thales HF Modem.
Как и в случае с другими рассмотренными сигналами, для реального приема и передачи используются специализированные устройства. К примеру для показанного на фото модема NSGDatacom 4539 заявлена скорость от 75 до 9600bps при полосе сигнала 3КГц.
Скорость в 9600 конечно, не очень внушает, но учитывая что сигналы можно передавать даже из джунглей или из корабля в океане, причем ничего не платя за траффик оператору связи, это не так уж плохо.
Посмотрим кстати, внимательнее на панораму выше. Слева мы видим… правильно, старую добрую азбуку Морзе. Итак, переходим к следующему сигналу.
На частоте 8423КГц мы слышим именно его. Искусство слухового приема азбуки Морзе сейчас практически утрачено, поэтому мы воспользуемся MultiPSK (впрочем, декодирует она так себе, программа CW Skimmer справляется гораздо лучше).
Как можно видеть, передается повторяющийся текст DE SVO, если верить сайту radioscanner, станция расположена в Греции.
Разумеется, таких сигналов уже мало, но они еще есть. Как пример, можно привести давно работающую станцию на 4331КГц, передающую повторяющиеся сигналы “VVV DE E4X4XZ”. Как подсказывает Гугл, станция принадлежит израильским ВМС. Передается ли на этой частоте что-то еще? Ответ неизвестен, желающие могут послушать и проверить самостоятельно.
Завершает наш хит-парад самый наверное, известный, сигнал — известный и в России и за ее пределами, сигнал на частоте 4625КГц.
Сигнал используется для оповещения войск, и представляет собой повторяющиеся гудки, в перерывах между которыми иногда передаются кодовые фразы из шифроблокнота (абстрактные слова типа «КРОЛИСТ» или «БРАМИРКА»). Одни пишут что видели такие приемники в военкоматах, другие говорят что это часть системы «мертвая рука», в общем, сигнал является меккой для любителей Сталкера, теорий заговора, «холодной войны» и прочего-прочего. Желающие могут набрать в поиске «УВБ-76», и уверен, занимательное чтиво на вечер гарантировано (впрочем, не стоит ко всему написанному относиться серьезно). В то же время, система достаточно интересна, хотя бы тем что работает до сих пор со времен «холодной войны», хотя нужно ли это кому-то сейчас, сказать сложно.
Данный список далеко не полон. С помощью радиоприемника можно услышать (а точнее увидеть) и сигналы связи с подводными лодками, и загоризонтные радары, и быстро меняющиеся frequency hopping сигналы, и много чего еще.
Вот для примера картинка, сделанная прямо сейчас на частоте 8МГц, на ней можно насчитать минимум 5 сигналов различных видов.
Что они из себя представляют — зачастую неизвестно, по крайней мере, в открытых источниках найти можно далеко не все (хотя есть такие сайты как www.sigidwiki.com/wiki/Signal_Identification_Guide и www.radioscanner.ru/base). Изучение таких сигналов вполне интересно как с точки зрения математики, программирования и ЦОС, так и просто как способ узнать что-то новое об окружающем мире.
Интересно и то, что несмотря на развитие Интернета и коммуникаций, радио не только не сдает позиции, а пожалуй, даже наоборот — современные процессоры и АЦП позволяют кодировать и декодировать сигналы любой сложности практически на одном чипе. Наконец, возможность передачи данных напрямую от отправителя получателю, без цензуры, контроля траффика и отслеживания пакетов, может стать (хотя будем надеяться что все же не станет) снова актуальной…
На дворе уже 21й век, и казалось бы, передать данные можно в HD-качестве даже на Марс. Однако, до сих пор в радиоэфире работает немало интересных устройств и можно услышать немало интересных сигналов.
Все из них рассмотреть разумеется, нереально, попробуем выбрать самые интересные, те которые можно принять и декодировать самостоятельно с помощью компьютера. Для приема сигналов мы воспользуемся голландским онлайн-приемником WebSDR, декодером MultiPSK и программой Virtual Audio Cable.
Для удобства рассмотрения будем приводить сигналы по возрастанию частоты. Вещательные станции я рассматривать не буду, это скучно и банально, послушать Радио Китая в АМ желающие могут и самостоятельно. А мы перейдем к более интересным сигналам.
Сигналы точного времени
На частоте 77.5КГц (диапазон длинных волн) передаются сигналы точного времени немецкой станции DCF77. По ним уже была отдельная статья, так что можно лишь кратко повторить, что это простой по структуре сигнал в амплитудной модуляции — разными длительностями закодированы «1» и «0», в итоге за одну минуту принимается 58-битный код.
130-140КГц — телеметрия электросетей
На этих частотах, если верить сайту radioscanner, передаются сигналы управления электросетями Германии.
Сигнал достаточно сильный, и по отзывам, принимается даже в Австралии. Декодировать его можно в MultiPSK, если выставить параметры, как показано на скриншоте.
На выходе мы получим пакеты данных, их структура разумеется, неизвестна, желающие могут поэкспериментировать и заняться анализом на досуге. Технически, сам сигнал очень прост, метод называется FSK (Frequency Shift Keying) и заключается в формировании битовой последовательности путем смены частоты передачи. Тот же сигнал, в виде спектра — биты можно посчитать даже вручную.
Метеотелетайп
На спектре выше, совсем рядом, на частоте 147КГц виден еще один сигнал. Это (также немецкая) станция DWD (Deutscher Wetterdienst), передающая сводки погоды для судов. Помимо этой частоты, сигналы передаются также на 11039 и 14467КГц.
Результат декодирования показан на скриншоте.
Принцип кодирования телетайпа такой же, FSK, интерес тут представляет кодирование текста. Оно 5-битное, с помощью кода Бодо, и имеет практически 100-летнюю историю.
Вроде бы аналогичный код использовался и на перфолентах, ну а телетайпы погоды рассылаются где-то с 60х годов, и как можно видеть, работают до сих пор. Разумеется, на реальном корабле сигнал не декодируется с помощью компьютера — существуют специальные приемники, которые записывают сигнал и выводят его на экран.
В общем, даже при наличии спутниковой связи и Интернета, передача данных таким способом до сих пор остается простым, надежным и дешевым средством. Хотя конечно, можно предположить что когда-то и эти системы уйдут в историю и будут заменены полностью цифровыми сервисами. Так что желающим принять подобный сигнал не стоит очень уж затягивать.
Метеофакс
Еще один legacy-сигнал примерно с почти такой же давней историей. В этом сигнале изображение передается в аналоговом виде со скоростью 120 линий в минуту (бывают и другие значения, например 60 или 240 LPM), для кодирования яркости используется частотная модуляция — яркость каждой точки изображения пропорциональна изменению частоты. Такая простая схема позволяла передавать изображения еще в те времена, когда про “цифровые сигналы” мало кто слышал.
Популярной в европейской части и удобной для приема является уже упомянутая немецкая станция DWD (Deutche Wetterdienst), передающая сообщения на частотах 3855, 7880 и 13882КГц. Другая организация, факсы которой несложно принять — британская Joint Operational Meteorology and Oceanography Centre, они передают сигналы на частотах 2618, 4610, 6834, 8040, 11086, 12390 и 18261КГц.
Чтобы принять сигналы HF Fax, нужно использовать режим приемника USB, для декодирования можно использовать MultiPSK. Результат приема через websdr-приемник показан на рисунке:
Эта картинка была принята прямо во время написания текста. Видно кстати, что вертикальные линии съехали — протокол аналоговый, и точность синхронизации здесь критична, даже небольшие задержки при передаче звука онлайн вызывают сдвиг изображения. При использовании “настоящего” приемника такого эффекта не будет.
Разумеется, как и в случае с метеотелетайпом, на судах никто не декодирует факсы с помощью компьютера — существуют специализированные приемники (пример картинки из начала статьи), которые делают всю работу автоматически.
Правка: как подсказали в комментариях, с помощью факсов передаются не только метеосводки, но и даже газеты. Частоты и расписание передачи разных стран и регионов можно найти в pdf.
STANAG 4285
Рассмотрим теперь более современный стандарт передачи данных на коротких волнах — модем Stanag 4285. Этот формат разрабатывался для NATO, и существует в различных вариантах. В основе лежит фазовая модуляция, параметры сигнала могут варьироваться, как можно видеть из таблицы, скорость может составлять от 75 до 2400бит/с. Это может показаться немного, но учитывая среду передачи — короткие волны, с их замираниями и помехами, это вполне хороший результат.
Программа MultiPSK может декодировать STANAG, но в 95% случаев результатом декодирования будет лишь “мусор” — сам формат предоставляет лишь побитовый протокол нижнего уровня, а собственно данные могут быть зашифрованы или иметь какой-то свой формат. Некоторые сигналы впрочем, декодировать можно, например, приведенная ниже запись на частоте 8453КГц. Декодировать хоть какой-то сигнал через websdr-приемник у меня не получилось, видимо все же онлайн-передача нарушает структуру данных. Желающие могут скачать файл с реального приемника по ссылке cloud.mail.ru/public/JRZs/gH581X71s. Результаты декодирования в MultiPSK показаны на скриншоте ниже. Как можно видеть, скорость для данной записи составляет 600bps, в качестве содержимого видимо, передается текстовый файл.
Интересно, что как можно видеть на панораме, таких сигналов в эфире реально очень много:
Разумеется, не все из них возможно, принадлежат именно STANAG — на похожих принципах существуют и другие протоколы. Для примера, можно привести разбор сигнала Thales HF Modem.
Как и в случае с другими рассмотренными сигналами, для реального приема и передачи используются специализированные устройства. К примеру для показанного на фото модема NSGDatacom 4539 заявлена скорость от 75 до 9600bps при полосе сигнала 3КГц.
Скорость в 9600 конечно, не очень внушает, но учитывая что сигналы можно передавать даже из джунглей или из корабля в океане, причем ничего не платя за траффик оператору связи, это не так уж плохо.
Посмотрим кстати, внимательнее на панораму выше. Слева мы видим… правильно, старую добрую азбуку Морзе. Итак, переходим к следующему сигналу.
Код Морзе (CW)
На частоте 8423КГц мы слышим именно его. Искусство слухового приема азбуки Морзе сейчас практически утрачено, поэтому мы воспользуемся MultiPSK (впрочем, декодирует она так себе, программа CW Skimmer справляется гораздо лучше).
Как можно видеть, передается повторяющийся текст DE SVO, если верить сайту radioscanner, станция расположена в Греции.
Разумеется, таких сигналов уже мало, но они еще есть. Как пример, можно привести давно работающую станцию на 4331КГц, передающую повторяющиеся сигналы “VVV DE E4X4XZ”. Как подсказывает Гугл, станция принадлежит израильским ВМС. Передается ли на этой частоте что-то еще? Ответ неизвестен, желающие могут послушать и проверить самостоятельно.
The Buzzer (УВБ-76)
Завершает наш хит-парад самый наверное, известный, сигнал — известный и в России и за ее пределами, сигнал на частоте 4625КГц.
Сигнал используется для оповещения войск, и представляет собой повторяющиеся гудки, в перерывах между которыми иногда передаются кодовые фразы из шифроблокнота (абстрактные слова типа «КРОЛИСТ» или «БРАМИРКА»). Одни пишут что видели такие приемники в военкоматах, другие говорят что это часть системы «мертвая рука», в общем, сигнал является меккой для любителей Сталкера, теорий заговора, «холодной войны» и прочего-прочего. Желающие могут набрать в поиске «УВБ-76», и уверен, занимательное чтиво на вечер гарантировано (впрочем, не стоит ко всему написанному относиться серьезно). В то же время, система достаточно интересна, хотя бы тем что работает до сих пор со времен «холодной войны», хотя нужно ли это кому-то сейчас, сказать сложно.
Завершение
Данный список далеко не полон. С помощью радиоприемника можно услышать (а точнее увидеть) и сигналы связи с подводными лодками, и загоризонтные радары, и быстро меняющиеся frequency hopping сигналы, и много чего еще.
Вот для примера картинка, сделанная прямо сейчас на частоте 8МГц, на ней можно насчитать минимум 5 сигналов различных видов.
Что они из себя представляют — зачастую неизвестно, по крайней мере, в открытых источниках найти можно далеко не все (хотя есть такие сайты как www.sigidwiki.com/wiki/Signal_Identification_Guide и www.radioscanner.ru/base). Изучение таких сигналов вполне интересно как с точки зрения математики, программирования и ЦОС, так и просто как способ узнать что-то новое об окружающем мире.
Интересно и то, что несмотря на развитие Интернета и коммуникаций, радио не только не сдает позиции, а пожалуй, даже наоборот — современные процессоры и АЦП позволяют кодировать и декодировать сигналы любой сложности практически на одном чипе. Наконец, возможность передачи данных напрямую от отправителя получателю, без цензуры, контроля траффика и отслеживания пакетов, может стать (хотя будем надеяться что все же не станет) снова актуальной…
