Opomíjené WSPR

Myslím, že neškodí připomenout, co zajímavého se za touto zkratkou skrývá. Anglicky je to Weak Signal Propagation Reporter, volně řečeno systém pro reportování podmínek s použitím slabých signálů. Pokusím se to shrnout vněkolika větách. Existují vysílače, přesněji majáky, které vysílají signál, jež obsahuje jejich volačku a doplňující údaje, jako lokátor a informaci o výkonu. Tyto nevysílají trvale, jednotlivé relace jsou standartně dvouminutové, prokládané přestávkami. Dále pak existující přijímací stanice, které tyto relace zachycují a vyhodnocují, a co dělá systém unikátním, je to, že tyto informace, doplněné o sílu zachyceného signálu, automaticky předávají do centrální databáze na internetu. Samozřejmě, většina stanic je jednou vysílací a poté přijímací, ale moohu existovat stanice, jež jen vysílají či jen přijímají. Podobně není nezbytně nutné mít přístup do internetu – pak má přijímací stanice pouze informaci k datům, jež sama zachytí. Na druhou stranu, ti, co třeba rádio vůbec nevlastní, se mohou připojit do databáze a prohlížet si, co slyší ostatní stanice. Vlastní vysílací relace používá vhodnou modulaci (podobněji dále), která sice přenáší minimum informací za jednotku času, ale zato prochází i při extrémně slabých signálech, kdy už lidské ucho ani signál nerozliší, natož aby bylo schopné číst třeba morse. Ze zkušenosti mohu říci, že signál WSPR 5W má přibližně stejnou průchodnost jako CW signál s 500 W.

Zkusím porovnat: v pásmu KV existují CW majáky, které provozují někteří jedinci nekoordinovaně, pro radost. Obvykle s malým výkonem (ne každý si může dovolit trvale pálit elektřinu v řádech stovek W), a tedy s malým dosahem. O tom, že je někdo slyší, se dozví max. Z clusteru, emailem či když dostanou QSL. Asi to dotyčným jedincům stačí, ale po pravdě skutečná hodnota je mizivá. O stupeň dále je síť majáků NCDXF, která vysílá už roky v přesném pořadí na svých kmitočtech, CW provozem. Výkon je již vyšší a tedy maják je smysluplnější, vysílače pracují na sjednocených kmitočtech a tedy je i poměrně jednoduché je sledovat. Ovšem systém není automatický na přijímací straně, a výkonové poměry též neodpovídají slušně vybaveným stanicím (tj. když slyším maják, který vysílá se 100W do vertikálu, tak můj signál 1kW do směrovky již dávno prochází). WSPR je v tomto směru o hodný kus dál, jediná „nevýhoda“ je, že většina vysílacích stanic je zapnutá, pouze když ji operátor zapne, což na druhou stranu odpovídá více „amatérskému duchu“.



Nyní podobněji po stránce technické. Jak jsem již uvedl, relace jsou co 2 minuty, během kterých se vysílá plný výkon, kmitočtově modulovaný. Střídají se 4 kmitočty, vzdálené 1.4648 Hz (ano, čtete správně, cca jeden a půl hertzu. Čili jedna stanice okupuje cca 6 Hz, daleko méně než jakýkoliv jiný mode). Podobně i kmitočet se mění co 1.4648 sekundy, tedy za tuto dobu lze přenést celkem 2 bity (4 kmitočty = 4 stavy). Celá relace trvá 110.6 sekundy (po čas, zbývající do 2 minut se nevysílá), přenese se celkem 50 bitů (je použité silné samoopravné kódování, které vyloučí chybné relace a do jisté míry si poradí i s rušením). Z toho vyplývají další důsledky: je třeba přesně synchronizovat začátky relací, chyba by neměla překročit 1 sekundu (to platí jak pro vysílací tak pro přijímací stanice – toto ale nebývá problém, pokud máme připojení na internet a čas počítač synchronizujeme s internetovým časovým serverem). Dále – WSPR na poslech vypadá jako nemodulovaná nosná, teprve při pozorném poslechu lze zjistit, že přeci jen malinko kolíše. Většina stanic si ale díky tomu WSPR signálu na pásmu ani nevšimne, považuje jej jen za jeden z mnoha hvizdů, jichž je dnes pásmo plné. Díky malé šíři pásma se může pracovat v kanálu (standartně 200 Hz širokém) celá hromada stanic. K vzájemnému rušení tak přesto dochází vzácně, přestože že časy relací jsou obvykle náhodné a vysílací kmitočet si každý vybírá sám. Dále – kmitočet stanice by neměl během relace ujet o více jak 1 Hz, což na KV zvládá většina TCVRů s digitální syntézou kmitočtu, poté co se již po zapnutí zahřála, a to i bez TCXO. Na VKV pásmech je ale dostatečná stabilita nemalý oříšek. Typická stanice se skládá z antény a transceiveru, schopného pracovat druhem provozu USB. Ač se využívá šíře pásma 200 Hz, není nezbytně nutné používat telegrafní filtry, stačí i standartní SSB, o filtraci se postará program WSPR, běžící na PC. Mezi počítačem a transceiverem je běžné propojení přes zvukovou kartu (stačí zcela běžná zvukovka, jež je dnes součástí každého PC), tak jak jej používáme např. pro provoz PSK31 (čili nejlépe galvanické oddělení přes nf trafa, ale ve většině případů to funguje dobře i bez toho, postačuje správně nastavit napěťové úrovně). Jak už jsem zmínil, je vhodné, když má dané PC připojení na internet, a to ze 2 důvodů – odesílání a příjem spotů a z důvodu časové synchronizace.
Některé stanice provozují WSPR vysílače (majáky) – lze je relativně snadno sestavit vlastními silami, celé zařízení má minimální spotřebu elektrické energie. Viz např. link v závěru článku. Příjem je krapet složitější, toto je doménou DSP programů pod Windows či Linuxem.

Nyní zase stránka softwarová. Autorem WSPR je známý Joe Taylor, K1JT. Ten jednak vymyslel komunikační protokol a vyvinul stejnojmennou aplikaci, jež ho implementuje. Program je zdarma ke stažení, viz odkazy na konci článku. Nejběžnější je verze 2.0 pro Windows, s instalací nebývají žádné problémy. Po startu je třeba správně nastavit vlastní volačku a lokátor (to i v případě že budu jen poslouchat – je to součást spotů) a údaj o výkonu vysílače. Synchronizaci hodin počítače lze provést ručně (např. pokud mám vedle budík řízený DCF77), či lépe je aktivovat synchronizaci přes internet (Windows 7 toto umí samy od sebe), pokud je problém, existují i externí aplikace co toto dovedou. Obsluha programu je relativně jednoduchá a popsaná v manuálu, nebudu se rozepisovat. Pro začátek stačí příjem – k tomu stačí jen odčeknout box Idle. Aby se zabránilo vysílání, postačuje posunout šoupák Tx fraction na nulu. Poté se mi co 2 minuty zobrazí malý vodopád (spektrální diagram zmíněného 200 Hz širokého úseku). Pokud se zde objeví jeden či více signálů, jsou tyto ihned dekódovány a výsledek je vypsán v okně. Pokud budu mít začeknutý box Upload spots, budou mnou zachycené spoty automaticky odesílány do internetové databáze.



Pár provozních poznámek na závěr. Pro provoz WSPR jsou rezervovány 200 Hz široké úseky v každém z amatérských pásem (až po 2m). Program WSPR si je pamatuje, a jakmile přepnu v menu pásmo, správně nastaví hodnotu kmitočtu Dial. Tuto bych měl nastavit na běžném TCVRu v režimu USB. Poté již není třeba na ladící knoflík šahat. Je zde i možnost, aby si program přepínal kmitočet transceiveru sám (nastavení v menu). Upozorňuji ale na nutnost mít správně zvolené pásmo, a to i při příjmu, jinak budete odesílat do databáze chybné spoty! Většina stanic provozuje WSPR s výkonem řádu jednotek W. Je zajímavé zkusit řádově nižší výkon (testoval jsem 5 mW, s kterými jsem měl na 80m za večer hromadu spotů z celé Evropy).
WSPR se dále vyvíjí, existuje varianta WSPR-X, jež pracuje s ještě pomalejší přenosovou rychlostí, určená pro extrémně slabé signály, především na dlouhovlnných pásmech.
V OK je tento provoz poměrně neznámý, častěji se vyskytuje pouze značka OK2SAM. Je to škoda, protože WSPR umožňuje získat daleko kvalitnější informaci o šíření než jinak dostupnou – zmíněný wsprnet server dovede provádět výběr dat na mnoho způsobů (například lze nechat si vypsat jak jedna stanice slyšela druhou v průběhu času a tak zjistit, kdy byly podmínky nejoptimálnější, dále např. setřídit stanice, jež zaslechly moji relaci, seřazené dle vzdálenosti,...). WSPR má však jednu specifiku – není to o lovení DXů a sběru QSL do DXCC, ale nesobecká aktivita pro ostatní, podobně jako všechny majákové projekty. Možná naštěstí, protože takto alespoň prozatím nehrozí přeplnění kmitočtů. I když – občas by byla vyšší aktivita přínosem, např. na 50 MHz je WSPR optimálním prostředkem, jež nás může informovat o otevření pásma, nesrovnatelně efektivněji než běžné CW majáky. Zatím jsem na 6m na svůj maják registroval reporty převážně ze západní Evropy, nejdále jsem byl slyšen v Maroku.

Internet odkazy:

Program WSPR, manuál - http://physics.princeton.edu/pulsar/k1jt/wspr.html
Databáze spotů WSPR - http://wsprnet.org/drupal/
Maják CW-WSPR – http://ok1dx.cz/constructions/dxbcn/dxbcn.html

73 OK1DX