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如何在孤立的环境中玩耍或使用声卡传输数据

哈Ha

在有关OFDM传输的最新出版物之后，检查通过空中传输数据的效率如何变得非常有趣。我们将尝试不同类型的调制，然后看看哪种调制方式更适合将数据从公寓或办公室的一端传输到另一端。对于测试，一台笔记本电脑，智能手机和MultiPSK程序就足够了。



对于那些对它如何工作感兴趣的人，继续进行下去。

对于测试，我们将使用MultiPSK程序，该程序很方便，因为它支持大量不同的通信标准，包括业余爱好者（它们既可以用于接收和发送），也可以是专业人士（仅可以接收）。当然，为了不使文章变得庞大，我将仅选择最受欢迎的调制类型，然后我们将看到发生的事情。 MultiPSK最初用于无线电通信。为什么应该将声卡连接到接收器或发射器，但是没有什么阻止直接从扬声器中再现信号。测试将非常简单-纯文本“ 1234567890”以不同的方式编码，信号在PC上播放，并由公寓另一端的智能手机记录。当然，任何人都可以重复下面描述的实验，不需要任何特殊设备。

让我们开始吧。

调频（FSK，频移键控）


顾名思义，调制的本质是改变信号的频率。 MultiPSK中最简单的方法是RTTY。在这种情况下，我们通过以一定速度在两个频率之间切换来传输数据。从频谱上看，这很清楚。让我们看看信号通过空中传输时会发生什么。顶部是从下面接收到的原始信号：



除了明显的衰减之外，幅度还有一个更明显的变化-信号变得“撕裂”，输出结果像是拍子。有趣的是，它们出现在频率变化的时刻，而当频率不变化时，幅度变化很小。与它所连接的东西很难说。

说到频谱，它是失真的，尽管原则上可以猜出波形：



让我们看看MultiPSK是否可以解码录制的声音。las，不，输出只是“垃圾”。进行标准化和滤波的各种尝试也都没有成功：



下一个有趣的信号是MFSK，它是一种频率调制，其频率数大于2x。传输“之前”和“之后”的图片与先前的结果大致相似。



我们还看到振幅跳动，可能是在声音反射过程中产生的。但是还有一个明显的优点-频率越高，信号的解码就越有信心。除了信号之间的暂停中的“垃圾”外，数据本身的接收没有错误。



也许这也归因于传输速率或其他解码算法，但是结果却很有趣。

相位调制（PSK，相移键控）


下一类调制是相位，在该相位中发送正弦信号，并通过改变相位对信息进行编码。



BPSK信号在传输之前和之后：



识别结果：在1234567890行中检测到20-40％的字符，如您所见，可以区分3、4、7和9。



未显示频谱，因为 对于BPSK相位调制，它几乎是一条直线。

我认为一般的想法是可以理解的，考虑更复杂的信号类型是没有意义的-很明显，不会有稳定的解码。但是，纯粹出于“体育兴趣”考虑模拟信号。

SSTV（慢速扫描电视）


该模式从本质上类似于传真，并且频率的变化在此编码了图像随时间的亮度或颜色。有趣的是，看到图像在传输后有多失真，以及它是否仍将保持可读性。

“之前”和“之后”的信号：



一张有猫的图片，并尝试接收它：



通过适当的想象，很可能可以猜出猫的轮廓。尽管如果您传输更简单的内容（例如“黑色方块”），则可能会更容易识别图像。顺便说一句，这是模拟数据传输优于数字的优势之一-在噪声中，“数字”将不再以模拟方式工作，人眼或耳朵可能会捕获有用的信号。

加法：频率和时间特性


说到模拟信号，如注释中所建议，如果您再现白噪声和高度变化的音调，则可以检查“传输通道”的幅度-频率响应。这种信号很容易在任何音频编辑器中生成。为了进行测试，该文件在公寓的一端播放，而记录在另一端播放。结果非常有趣，因为有趣的是根本听不到高频信号（在我的情况下，边界在14KHz左右），并且原则上仍然可以向它们传输数据：



最后，如果产生短的声音脉冲，同样会得到有趣的结果。 ：



施加0.01 s的脉冲时，回声的持续时间将近10倍。当然，在选择数据速率时也应考虑到这一点。

结论


如您所见，由于反射，衰减和其他影响，声音通过空气（可能是通过水）的传播不是那么简单。尽管任务很明显，但由于信号失真，即使在10米处可靠地传输数据也不是那么简单。事实证明，MFSK调频方法是最稳定的。似乎不仅仅是我进行了类似的实验，有关Yandex.Station激活协议的一篇文章说，它使用了相同的数据传输方法。但是通常，调制越简单且速度越低，则无错误地接收数据的机会就越大。

那些愿意继续进行试验的人，可以在Internet上轻松找到MultiPSK，它支持的传输标准数量也很大。

所有成功的实验。

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