Get best of the week

Cara bersenang-senang sendirian, atau mentransfer data menggunakan kartu suara

Hai Habr.

Setelah publikasi terbaru tentang transmisi OFDM , menjadi menarik untuk memeriksa bagaimana akan lebih efisien untuk mengirimkan data melalui udara. Kami akan mencoba berbagai jenis modulasi, dan melihat mana yang lebih baik untuk mentransfer data dari satu ujung apartemen atau kantor ke yang lain. Untuk tes, laptop, smartphone, dan program MultiPSK sudah cukup.



Bagi yang tertarik dengan cara kerjanya, lanjutkan di bawah cut.

Untuk pengujian, kami akan menggunakan program MultiPSK, yang nyaman karena mendukung sejumlah besar standar komunikasi yang berbeda, baik yang bersifat amatir (tersedia untuk penerimaan dan transmisi) dan profesional (hanya penerimaan yang tersedia). Tentu saja, agar tidak membuat artikel raksasa, saya hanya akan memilih jenis modulasi yang paling populer, dan kita akan melihat apa yang terjadi. MultiPSK awalnya ditujukan untuk komunikasi radio.mengapa kartu suara harus dihubungkan ke penerima atau pemancar, tetapi tidak ada yang melarang mereproduksi sinyal langsung dari speaker. Tes akan sangat sederhana - teks biasa "1234567890" dikodekan dengan cara yang berbeda, sinyal diputar pada PC, dan direkam oleh smartphone di ujung lain apartemen. Tentu saja, siapa pun dapat mengulangi percobaan yang dijelaskan di bawah ini, tidak diperlukan peralatan khusus untuk ini.

Mari kita mulai.

Modulasi Frekuensi (FSK, Keying Shift Frekuensi)


Seperti namanya, esensi modulasi adalah mengubah frekuensi sinyal. Metode paling sederhana yang tersedia di MultiPSK adalah RTTY. Dalam hal ini, kami mengirimkan data dengan beralih di antara dua frekuensi pada kecepatan tertentu. Pada spektrum, ini dapat dilihat dengan sangat jelas. Mari kita lihat apa yang terjadi pada sinyal ketika ditransmisikan melalui udara. Di atas, sinyal asli, yang diterima dari bawah:



Selain pelemahan yang jelas, ada perubahan yang lebih tidak jelas dalam amplitudo - sinyal telah menjadi "sobek", outputnya berubah menjadi sesuatu seperti ketukan. Sangat menarik bahwa mereka muncul pada saat-saat perubahan frekuensi, pada saat-saat ketika frekuensi tidak berubah, perubahan amplitudo minimal. Dengan apa yang terhubung, sulit dikatakan.

Berbicara tentang spektrum, itu terdistorsi, meskipun pada prinsipnya, bentuk gelombang dapat ditebak:



Mari kita lihat apakah MultiPSK dapat memecahkan kode suara yang direkam. Sayangnya, tidak, hasilnya hanya "sampah." Berbagai upaya untuk menormalkan dan memfilter juga tidak berhasil:



Sinyal berikutnya yang menarik untuk dicoba adalah MFSK, modulasi frekuensi, di mana jumlah frekuensi lebih dari 2x. Gambar "sebelum" dan "setelah" transfer kira-kira mirip dengan hasil sebelumnya.



Kami juga melihat denyut amplitudo, mungkin timbul dalam proses refleksi ulang suara. Tetapi ada plus yang nyata - dengan frekuensi yang lebih banyak, decoding sinyal jauh lebih percaya diri. Dengan pengecualian "sampah" di jeda antara sinyal, data itu sendiri diterima tanpa kesalahan.



Mungkin ini juga karena laju transmisi atau algoritma decoding lainnya, tetapi hasilnya cukup menarik.

Fase Modulasi (PSK, Fase Pergeseran Kunci)


Jenis modulasi berikutnya adalah fase, di mana sinyal sinusoidal ditransmisikan, dan informasi dikodekan dengan mengubah fase.



Sinyal BPSK "sebelum" dan "setelah" transmisi:



Hasil pengenalan: 20-40% karakter terdeteksi di suatu tempat, dari garis 1234567890, seperti yang Anda lihat, 3, 4, 7 dan 9 dapat dibedakan.



Spektrum tidak ditampilkan, karena untuk modulasi fase BPSK, ini adalah garis yang hampir lurus.

Gagasan umum, saya pikir, dapat dimengerti, dan tidak masuk akal untuk mempertimbangkan jenis sinyal yang lebih kompleks - jelas bahwa tidak akan ada decoding yang stabil. Namun, murni untuk "minat olahraga", pertimbangkan sinyal analog.

SSTV (Televisi Pindai Lambat)


Mode ini pada dasarnya menyerupai faks, dan perubahan frekuensi di sini menyandikan kecerahan atau warna gambar dari waktu ke waktu. Sangat menarik untuk melihat seberapa terdistorsi gambar setelah transmisi, dan apakah itu akan tetap dapat dibaca.

Sinyal "sebelum" dan "setelah":



Gambar dengan kucing, dan upaya untuk menerimanya:



Dengan imajinasi yang tepat, garis besar kucing mungkin bisa ditebak. Meskipun jika Anda mengirimkan sesuatu yang lebih sederhana, seperti "kotak hitam", mungkin akan lebih mudah untuk mengenali gambar. Ngomong-ngomong, ini adalah salah satu kelebihan dari transmisi data analog melalui digital - di mana "digit" tidak lagi berfungsi, dalam analog, di antara suara-suara, mata atau telinga manusia mungkin menangkap sinyal yang bermanfaat.

Tambahan: karakteristik frekuensi dan waktu


Berbicara tentang sinyal analog, seperti yang disarankan dalam komentar, Anda dapat memeriksa respons frekuensi amplitudo dari "saluran transmisi" jika Anda mereproduksi white noise dan nada yang tingginya bervariasi. Sinyal seperti itu mudah dibuat di editor audio apa pun. Untuk pengujian, file diputar di salah satu ujung apartemen, dan catatan dibuat di ujung lainnya. Hasilnya cukup menarik, karena menarik bahwa frekuensi tinggi tidak terdengar sama sekali (dalam kasus saya perbatasannya sekitar 14KHz), dan transmisi data ke mereka masih memungkinkan secara prinsip:



Dan akhirnya, hasil yang tidak kalah menarik diperoleh jika pulsa suara pendek dihasilkan :



Saat menerapkan pulsa dengan panjang 0,01 s, gema bertahan hampir 10 kali lebih lama. Tentu saja, ini juga harus diperhitungkan ketika memilih kecepatan data.

Kesimpulan


Seperti yang Anda lihat, transmisi suara melalui udara (mungkin melalui air) tidak begitu sederhana, karena pantulan, pelemahan dan efek lainnya. Terlepas dari “kesembronoan” tugas yang jelas, pengiriman data yang andal bahkan 10 meter tidak sesederhana karena distorsi sinyal. Metode modulasi frekuensi MFSK telah terbukti paling stabil. Dan sepertinya bukan hanya saya yang melakukan eksperimen serupa, sebuah artikel tentang protokol aktivasi Yandex.Station mengatakan bahwa ia menggunakan metode transfer data yang sama. Namun secara umum, semakin sederhana modulasi dan semakin rendah kecepatannya, semakin besar kemungkinan data akan diterima tanpa kesalahan.

Mereka yang ingin dapat terus bereksperimen sendiri, MultiPSK mudah ditemukan di Internet, jumlah standar transmisi yang didukungnya cukup besar.

Semua percobaan berhasil.

More articles:


All Articles