SlowfeldXPAS...Een experimentele trage snelheids  variant van het Hellschreiber Systeem aangepast voor gebruik voor verbindingen via Vliegtuig Reflecties op VHF.

 

                                Erkentlijkheid

Dit is een voortgaande ontwikkeling, die plaatsvindt in dat deel van de radio amateur gemeenschap dat betrokken is bij het gebruik van digitale signaal bewerking ter bevordering van communicatie modes. Specifiek is er veel ondersteuning gekomen van diegenen die geïnteresseerd zijn in "Fuzzy" modes (zoals CW, Fax en Hellschreiber). De interesses voor deze Fuzzy (digitale) modes, zoals de diverse vormen van Hellschreiber, zijn samengebracht op Murray's Greenmans Website: 

                   http://www.qsl.net/zl1bpu/

En meer specifiek:

http://www.qsl.net/zl1bpu/FUZZY/Feld.htm/

 

Vele enthousiastelingen hebben meegeholpen met het testen en hebben mij aangemoedigd, waaronder: Paul PA0OCD, Ko Versteeg NL9222, Bernard Spencer G3SMW en Ray Scrivens G3LNM.

Het programma Pathsim van Moe Wheatly, AE4JY is onmisbaar gebleken bij de ontwikkeling van dit en andere programma's.


                                   Programma overzicht

Hellschreiber, later ook wel genoemd Feldhell, is een zgn. "Fuzzy" mode ("Vage" digitale mode) wat betekent dat de zender geen codering gebruikt en de ontvanger niet bepaald wanneer en of er data  aanwezig is. De  beslissing van de aanwezigheid van en het starten en stoppen van een signaal ligt bij de mens zelf. De mens zelf decodeert dan op gehoor of visueel met behulp van zijn hersens en laat dit niet over aan de computer cq. machine. Fuzzy modes zijn: CW, Fax en Hell. De Hellschreiber mode is een soort Fax mode; het teken (karakter) bestaat uit 5 verticale en 5 horizontale punten (pixels) in een veld van 7 verticale en 7 horizontale punten en deze punten worden afgetast van onder naar boven en van links naar rechts. Het echt slimme deel van dit systeem is, dat bij ontvangst, het ontvangen teken 2 maal wordt afgedrukt, waarbij het onderste teken 1 punt naar rechts verschoven is ten opzichte van het bovenste teken. Dit betekent dat bij afwijkingen in de gelijkloop ("timing") tussen ontvanger en zender, er altijd een strook of lijn met tekens zichtbaar zal zijn. In het onderstaande voorbeeld is de testopname ergens gestopt en op een willekeurig moment weer gestart, maar de leesbaarheid blijft hierbij behouden. Een andere slimmigheid van dit systeem (het is nl. een "Fuzzy" mode) is, dat de mens zelf de lettertekens in de ruis kan onderscheiden en lezen.     


De gebruikte techniek is erg tolerant voor afwijkingen in de snelheid van de uitzending en van de ontvangst. In het voorbeeld hieronder wijkt de ontvangstsnelheid 4 procent af van de zendsnelheid maar  de leesbaarheid blijft behouden. 


Enkele jaren geleden, heeft de auteur een "erg trage" versie van Feldhell ontwikkeld, genaamd SlowFeld. Het doel hiervan was om deze mode in te zetten in het gebied waar tot nu toe de mode QRSS (Trage CW) werd gebruikt. In Slowfeld wordt de normale zendsnelheid van Feldhell 122.5 Baud vertraagd naar circa 2 Baud of minder. De signaaldetectie hierbij wordt gedaan door de "Bins"    (een Bin is 1 frequentie van de FFT) van de opeenvolgende Fast Fourier Transformaties (FFT's) uit het Watervalscherm, af te beelden. Dit geeft een geweldige gevoeligheid, maar gaat gepaard met een erg lage snelheid. Het probleem om op een enkele punt in het Watervalscherm af te stemmen en afgestemd te blijven, wordt vermeden door een aantal ontvangen Feldhellijnen parallel naast elkaar af te beelden. Het weglopende signaal loopt dan naar de dichtstbijzijnde lijn, naar onderen of naar boven. Hiermee blijft de leesbaarheid behouden, alleen het ontvangen teken is iets verschoven. Het probleem om de ontvangen Punt (deel van het teken) te synchroniseren met de start van een FFT, is de data met een vast tijdpatroon in stappen door de FTT's te sturen. De laagste Signaal/Ruisverhouding ligt in een 3 KHz Bandbreedte lager dan     - 30 dB, ofwel op -30dB onder de ruis is dit signaal nog net met moeite leesbaar.

SlowfeldXPAS (AS=Air Scatter) is een aanpassing van het programma SlowfeldXP. Deze SlowfeldXP is eerst geheel herschreven met als uitgangspunt het originele SlowFeld programma en hierbij is gebruik gemaakt van Borland C++ Builder V6 onder WindowsXP. Het originele Slowfeld programma werd nl. zo'n 6 jaar geleden onder Windows95 geschreven met C++ Builder V1 en is nu niet meer met de modernere versies van Windows te gebruiken. Het herschrijven heeft tevens een aantal verbeteringen met zich meegebracht, die het programma nuttiger en meer gebruiksvriendelijker maken.

De aanpassingen van SlowfeldXPAS maken het mogelijk om signalen op te sporen die door vliegtuigen gereflecteerd worden. Deze signalen zijn meestal vrij zwak en kunnen door het Dopplereffect grote frequentieverschuivingen hebben. Daarbij kunnen er tegelijkertijd meerdere reflecties van vliegtuigen binnenkomen. Deze factoren maken het gebruik van vliegtuigreflecties als middel voor VHF Communicatie moeizaam, maar de geweldige eenvoud van het Hellschreiber principe, zonder noodzaak van synchronisatie,  kan hierbij goed toegepast worden.

Voor ontvangst, wordt het audio spectrum tussen 700 Hz en 1560 Hz afgebeeld in het watervalscherm. De actieve doorlaatband (circa 100 Hz breed tussen de rode lijnen, met in het midden een lichtblauwe lijn) wordt op zijn plaats gebracht door met de muis op een zichtbaar signaal in het watervalscherm te "klikken". De lichtblauwe lijn "staat" dan op het signaal en de audiofrequentie ziet men rechts afgebeeld staan. In afwijking van het originele Slowfeld programma, wordt in het programma SlowfeldXPAS het sterkste signaal (de sterkste Bin), binnen de doorlaatband (tussen de rode lijnen dus), gekozen en afgebeeld op een enkele lijn (strook) op het hoofdscherm. Deze lijnen (stroken) schuiven ("scrollen") omhoog als ze vol zijn. Is er meer dan 1 (gereflecteerd) signaal in de doorlaat aanwezig, dan zal hiervan automatisch de sterkste gekozen worden. Mocht het gewenste signaal dreigen buiten de doorlaatband te komen, dan zal een herpositionering hiervan d.m.v. de muis, nodig zijn. De audiozendfrequentie wordt aangegeven door de lichtblauwe lijn van de doorlaatband.

Er zijn 3 snelheden: 3, 6 en 12 tekens per minuut (characters/minute) met bijbehorende FFT Bin bandbreedtes van respectievelijk circa 1,2 en 4 Hz. Als men dit programma voor MeteorScatter zou willen inzetten, dan is de snelheid van 3 tekens per minuut met een zend of ontvangperiode van 15 minuten voldoende om de gewenste informatie uit te wisselen en dit wordt acceptabel geacht.  Het gebruik van 12 tekens per minuut (ongevoeliger dan de 3 tekens per minuut mode) vereist een betere gevoeligheid en/of meer zendvermogen van het station en mogelijk betere reflecties met een hoger signaalniveau, maar er kan dan wel in dezelfde tijdsperiode meer informatie worden uitgewisseld.


                                Programma Installatie

Pak de file "slowfeldxpas.zip" uit in een zelf gemaakte folder (directory) bv. Slowfeldhell.   Deze directory kan overal staan. Alle bestanden uit het uitgepakte Zip bestand, moeten in deze directory staan nl: borlndmm.dll - cc3260.dll - rtl60.bpl - vcl60.bpl.-slowfeldxpas.exe-sfashelp.htm-read.me-fig1.jp-fig2.jpg. Een aantal van deze files zijn nodig om het programma te laten draaien onder oudere versies van Windows. Na het opstarten van het programma en instellen van de Setup, komt hier vanzelf nog een bestand bij met de ingestelde waardes nl.: Pptttone.ini.

Het programma zelf bestaat uit 1 enkel Exe-bestand: Slowfelddxpas.exe, welke opgestart kan worden uit het Windows  Start/Uitvoeren (Start/Run) menu, of vanuit de Explorer. Ook kan er een koppeling gemaakt worden naar het bureaublad. Om het programma te verwijderen is het alleen nodig de gehele inhoud van de gemaakte folder (directory) te verwijderen en/of de gehele folder zelf.

 

                                Hardware installatie

Benut een Interface tussen Zendontvanger en PC (hiervoor zijn voldoende schema's, bouwpakketten in omloop en ook kant en klare producten te koop) voor een galvanische scheiding d.m.v. audiotrafo's of optocoplers tussen de verbindingen van de zendontvanger en de PC voor de audiokanalen en de PTT-lijn (met koppeling naar een PC Compoort). Sommige interfaces hebben ook een zgn. Audio-Vox om de PTT-lijn van de set te sturen en een PC Compoort is dan niet nodig. De Interface dient ook om de ingang- en uitgangniveaus aan te passen, zodat de microfooningang van de zendontvanger of de Line-In van de geluidskaart van de PC  niet overstuurd wordt. Vaak is een en ander op de Interface intern/extern instelbaar. 

Verbind een afgeschermde audio kabel vanaf de Audio Uitgang van de SSB (Zend)ontvanger, via de Interface, met de Audio Ingang van de Geluidskaart. Bij de modernere sets is een aparte audio uitgang aanwezig waarbij het signaalniveau een constante waarde heeft en niet varieert met de volume instelling (luidspreker) van de zendontvanger. Meestal wordt bij de Geluidskaart de Line-In ingang gebruikt, in sommige gevallen met te laag audio ingangssignaal, kan de microfooningang benut worden. Let dan wel even op de aanwezige gelijkspanning hier (dus galvanisch scheiden), omdat deze ingang bestemd is voor een Electret microfoon. Tevens kan deze microfoon ingang een extra AGC instelling hebben. Voor de Line-In ingang kan het linker, rechter kanaal of zelfs beide kanalen benut worden.

Verbind een afgeschermde kabel vanaf de Line-Out uitgang van de Geluidskaart, via de Interface, met de Microfoon Ingang van de SSB zendontvanger. Sommige modernere sets hebben een data-ingang die hiervoor meer geschikt is.

Verbind de Interface met de (via de Setup van het programma ingestelde) PC Compoort en ook met de PTT-lijn van de SSB zendontvanger. Indien er een Audio-Vox op de Interface aanwezig is, verbind dan de Interface alleen met de PTT-lijn.

 

                             Werken met het programma

Als het programma gestart wordt, is er even een korte pauze alvorens het watervalscherm begint te werken met een bewegende weergave van het audio spectrum. Pas de gevoeligheid (Sensitivity) van het waterval scherm aan d.m.v. van de schuifbalk (begin met waarde 50-70), zodat er een lichte tot matige (grijze) ruis waarneembaar is en bij Oversturing zullen de lijnen op het watervalscherm rood oplichten. De andere schuifbalk (Hellplot Threshold) functioneert goed in de 3 character/minute mode en kan het beste op 0 of 1 staan, de waardes staan in een hokje aan de rechterzijde.  De Hellplot Threshold heeft alleen invloed op de afgedrukte tekens, dus niet op het watervalscherm.

Bij Oversturing van de Ingang van de Geluidskaart: Pas in dat geval in de  Audiomixer van de Geluidskaart het niveau van de Line-In of (PC) Microfoon aan. Of pas het audio uitgangssignaal vanaf de zendontvanger aan. Zet eventuele extra instellingen, zoals Bass en Trebble uit of in de middenstand. In de geluidsmixer kan op dezelfde wijze het uitgangsniveau vanaf de geluidskaart naar de set, worden aangepast, zet hierbij de Wave schuif halverwege en de Play-control (Volume) op een derde van onderen. Dit zijn natuurlijk richtwaardes en moeten in de praktijk verfijnd worden. Het is altijd gewenst het eigen uitgezonden signaal te kunnen "monitoren" op een tweede ontvanger, zo hoort men direct of men te weinig of teveel signaal aan de set toevoert door het waarnemen van vervormingen en bij-producten. 

Stel de Set-up in vanuit het Menu. Voer hierbij de Roepletters in (nodig voor de CW-ID(entificatie)) en de gewenste Compoort van de PC, hierbij schakelen de DTR en RTS lijnen van deze Compoort dan, via een Interface, de PTT-lijn van de zendontvanger (set).

LET OP: De functieknoppen, zoals TX ON, wisselen van tekst als deze ingedrukt of uitgedrukt worden. Bij indrukken van TX ON, gaat het programma op zenden (ook de PTT lijn wordt dan via de Interface door de Compoort aangestuurd) en de tekst op de drukknop is nu geworden: TX OFF, want nu gaat bij indrukken het programma (en de zendontvanger) weer op ontvangst. Bij Indrukken, dus Activeren van TX ON en activeren van BEACON ON, verschijnt er nog extra indicatie d.m.v. respectievelijk een Rood of Groen vakje.

Op de balk met TX ON, staan ook de knoppen CW I/D en Tune UP. In de zendstand van het programma, dus als TX ON wordt geactiveerd/ingedrukt,  kan daarna de Tune Up knop ingedrukt worden, en hierbij wordt dan een constante toon afgegeven om de zender af te regelen. De frequentie van deze toon is de frequentie van de lichtblauwe lijn. LET OP: Deze Tune Up schakelt NIET van zelf uit! Het indrukken van de CW/ID knop zendt de Roepletters in CW uit en onderbreekt daarbij dan even de uitgezonden Slowfeld tekens, die in het veld "Data to send" moeten worden getypt. De reeds uitgezonden tekens zijn dan te zien in het veld "Sent data".

Ook is er een Beacon (Baken) mode, die na activering, de tekst zoals ingebracht in het veld "Data for Beaconing", continu gaat uitzenden als het programma op zenden staat. Tijdens het uitzenden van deze Bakentekst, kan deze tekst, die dan steeds automatisch in het veld "Data to Send" wordt gezet, nog wel gewist of aangepast worden. Dit is handig als men de volle Bakentekst net niet helemaal kan laten uitzenden aan het einde van de zendperiode.

  Er zijn 3 transmissie snelheden om uit te kiezen: 3, 6 en 12 tekens per minuut. De laagste snelheid is tevens de gevoeligste en de hoogste snelheid kan gebruikt worden bij sterkere signalen. De verwachting is dat zelfs bij de laagste snelheid de hoeveelheid informatie die overgebracht kan worden, voldoende is voor een  MS QSO.

Omdat de ingangs- en uitgangsfuncties van de geluidskaart gescheiden zijn, is het mogelijk om het uitgangssignaal van het programma op te nemen in de vorm van een WAV-bestand (11025 Hz sampling frequentie en 16 bits mono). Hiertoe dienen de binnenste connector aansluitingen van Line-in en Line-out van de geluidskaart afgeschermd doorverbonden te worden. Op dezelfde wijze kunnen opgenomen WAV-bestanden (11025 Hz sampling 16 bits mono) afgespeeld worden via het SlowfeldXpas programma. Als dit zo gebruikt wordt samen met het programma PathSim van Moe Weeathly, dan kan men hiermee heel nuttige onderzoeken doen met signalen in de ruis e.d. PathSim werkt echter met 8000 Hz sampling 16 bits mono bestanden, dus moet er een conversie plaatsvinden met b.v.  Goldwave. Ook kan je signalen opnemen en via het SlowfeldXpas programma afspelen.

MP3: Opnames van SlowfeldXpas uitzendingen in MP3-formaat, kunnen afgespeeld worden op een software MP3 speler en met de juiste keuze van de geluidsmixer van de geluidskaart, in de stand voor opname op "What u hear" (in W2K en WXP) , kan men daarna in SlowfeldXpas deze audio opname  weergegeven en ziet men de signalen zoals die zijn opgenomen. Hiermee krijgt men een beetje "gevoel"  hoe het programma werkt en wat de beste instellingen zijn. 

Doelbewuste communicatie via Vliegtuig Reflecties (Aircraft Scatter) op VHF is (nog) niet erg bekend, alhoewel het wel gebruikt kan zijn (bewust of onbewust) in korte SSB QSO's. Er bestaat (nog) geen goede procedure voor deze vorm van "Scatter" verbindingen, maar het is wellicht een goed idee om hiervoor een soort MS procedure aan te houden en het zendende station gedurende 15 minuten, in de Baken mode, een korte tekst te laten herhalen. Daarna kan het andere station hetzelfde te doen. Vliegtuigen vliegen hoog, maar niet zo hoog dat we overbrugbare afstanden van meer dan 300 Mijlen (480 Km) mogen verwachten, de desbetreffende vliegtuigen bevinden zich dan net boven de horizon van beide stations. Stations op minder goede locaties, met gebouwen, bergen e.d,  worden beperkt tot vliegtuigen die onder een grotere hoek met de horizon zichtbaar zijn en zullen daardoor minder grote afstanden via "Scatter" kunnen overbruggen, maar deze afstanden zullen dan nog altijd groter zijn, dan zonder "Scatter". 

 

                                           Caveat....

 

Ik ben geen professioneel computer programmeur en ook geen radio  ingenieur.

Dit doe ik allemaal voor mijn plezier..... 

 

73

Lionel Sear G3PPT

Maart 2006.

 

DISCLAIMER:

THIS SOFTWARE IS PROVIDED ''AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.

 

Namings for products in the software and this manual, that are registered trademarks, are not separately marked. The same applies to copyrighted material. Therefore the missing (r) or (c) character does not implicate, that the naming is a free trade name. Furthermore the used names do not indicate patent rights or anything similar.
 

-------------------------------------------------------------------------------------