LOGO

淺談 AMTOR

No.08   1993 Mar.   p107~111,   by 林茂榮 / BV5OC, 彰化郵箱 575 號






前言

    近代微電腦發達,此項科技已經不知不覺地滲透到各應用層面,新興的無線電收發機也不例外。就算是業餘收發機也很難找到裡頭沒有微電腦晶片存在的機種,最近更有些廣告強調他們的收發機使用了 16 位元單晶微電腦,真是一日千里,神速般進步。硬體進步,軟體也不落人後,最近幾年裡可以稱得上是翻雲覆雨,尤其是數據通訊,更呈現出一片欣欣向榮的景象。早期高頻的無線電傳字 (RTTY),因為高頻的特有雜訊及衰落問題,很容易遺落一段內容或遭雜訊干擾而造成錯誤解碼,所以無線電傳打字通訊的可靠性,便成為高頻數據通 訊裡一項有待解決的主要問題。有人想到要利用沒有啟始位爻及停止位爻的同步方式,來代替非同步方式,這樣一來,便可以提高傳送的速度。但是用非同步方式來傳送資料,完全要依賴雙方電台的正確時序關係,才能無誤地收發資料。可是針對高頻而言,這樣子的要求談何容易,因此對於無線電傳打字發生資料誤傳的問題而言,還是沒有解決。


偵錯與校正 - 偵錯 -

鮑多碼 文字 圖型 AMTOR 碼
11000 A - 1110001
10011 B ? 0100111
01110 C : 1011100
10010 D   1100101
10000 E 3 0110101
10110 F   1101100
01011 G   1010110
00101 H   1001011
01100 I 8 1011001
11010 J BELL 1110100
11110 K ( 0111100
01001 L ) 1010011
00111 M . 1001110
00110 N , 1001101
00011 O 9 1000111
01101 P 0 1011010
11101 Q 1 0111010
01010 R 4 1010101
10100 S ' 1101001
00001 T 5 0010111
11100 U 7 0111001
01111 V = 0011110
11001 W 2 1110010
10111 X 1 0101110
10101 Y 6 1001010
10001 Z + 1100011
00010 CARRIAGE RETURN 0001111
01000 LINE FEED 0011011
11111 LETTERS 0101101
11011 FIGURES 0110110
00100 SPACE 0011101
00000 NIL 0101011
  RQ 0110011
  BETE 1100110
  ALPHA 1111000
  CONTROL 1 1010011
  CONTROL 2 0101011
  CONTROL 3 1001101
圖 1:鮑多碼與 AMTOR 碼的對照,從中可以了解到 AMTOR 的 4/3 偵錯原理。

- 偵錯 -

    俗話說「知錯能改」善莫大焉,其實,知錯與能改是有時序及先後關係的,要先「知錯」而後才「能改」。因此在未說明相當於「能改」的校正之前,先來談如何知錯的「偵錯」技巧。

    了解微電腦串列傳送資料的朋友,對於「配類核對」 (PARITY CHECK) 的偵錯技巧應該不會陌生,所謂配類核對是以一個位元組 (BYTE) 為單位的一種偵錯方式。例如奇數配類 (ODD PARITY),就是在一個 ASCII 碼的 7 個爻當中,核對該碼中各爻是 "1" 的數目,如果這數目是偶數,則在第 8 爻 (BIT) 會填上 "1",使整個碼裡頭有奇數個 "1"。同理也有偶數配類核對。利用這種核對技巧,使得在接收時,可以把絕大部份的錯誤偵測出來,對於應用在高頻的無線電傳打字,若使用 ASCII 碼的話,採用配類核對可以使通訊改善相當於 6dB 左右。

    另外一種偵錯方式,是利用額外的一個或數個爻,把碼組成一定的格式。像是 AMTOR 所用的 4/3 比例偵錯,AMTOR 使用的碼本來就是從鮑多碼延伸出來的,參看圖 1,鮑多碼原本是 5 爻碼,經過一道轉換手續之後,變成了 7 爻碼,仔細觀查圖 1 的 AMTOR 碼,每一碼中必定含有 4 爻 "1" 及 3 爻 "0",這也就是 4/3 比例偵錯的基本原理,只要接收到 AMTOR 資料,利用 4/3 比例偵錯方式,馬上可以檢查資料有無錯誤。其實這種偵錯方式,不止應用在 AMTOR 通訊,它早已被應用在 OSCAR 人造衛星的雙工通訊上。

- 校正 -

    有一種校正系統稱之為「自動要求重發」 (ARQ, AUTOMATIC REQUEST),只要接收台收到的資料被核對出有誤,接收台會要求對方重複傳送。利用這種系統,對高頻無線電傳打字通訊時,常出現的衰落或更嚴重的傳導障礙所造成的暫時中斷現象及雜訊等令人傷腦筋的毛病,均有極強的免疫力,因為這種短暫的通訊中斯,對採用 ARQ 系統而言,只是相當於暫時的打斷通訊,一旦此種障礙消失便能自動地繼續完成通訊,因而不會影響到正常通訊的進行,只是會多花點時間去完成通訊。


AMTOR 的發跡與工作原理

    要以業餘無線電傳打字為基礎,發展出像 AMTOR 一樣的系統,在尚未出現 ARQ 校正技巧前,實在是困難重重。自從商業用的航海通訊採用 ARQ 的 TOR 系統之後,便出現了轉機。這種利用電子方式的快速切換,加上 ARQ 的校正技巧,使得用同一頻率做單工方式的雙向通訊不但實現了,而且快速可靠。在商場上,類似 AMTOR 的系統,因製造廠商的不同,而有各式各樣的名稱,例如 SITOR、SPECTOR、及 MICROTOR 等,還好在業餘無線電內,使用類似 TOR 系統的通訊方式只有一個稱呼,那就是 AMTOR。

- 工作原理 -

    AMTOR 是一次以三位元為單位的一串非同步脈衝來傳送,並以 4/3 比例偵錯方式過濾錯誤,配合用 ARQ 的校正方式,所進行的一種數據通訊。詳細的工作原理說明如下:(參看圖 2A)

    假設有兩電台,一為甲台,另一為乙台,在傳導狀況非常惡劣的情形下,利用高頻正在進行 AMTOR 通訊,假如甲台送出一串非同步脈衝之後,乙台可能回答「了解」 (ROGER),甲台自然會繼續送出下一串非同步脈衝。如果乙台回答的是「請重發」 (SAY AGAIN),甲台就會把同一串非同步脈衝再送一次。如果情況很糟,甲台根本不能收到乙台的回答,也就是甲台不知到乙台的回應是「請重發」或「了解」,則甲台既不繼續也不重發,而會要求乙台「再回答一次」,直到明白為止。更糟糕的情況是,乙台根本不知道甲台究竟是做「繼續下 一串非同步脈衝」或「重發同一串非同步脈衝」的工作,而使得乙台只能不斷地送出「請重發」的回應,你想想看,這個時候甲台還能搞清楚是怎麼回事嗎?現在就來看看假如上述的通訊過程,在 AMTOR 的情況下會是怎麼樣。甲台利用按鍵移頻 (FSK) 調制方式將一串非同步脈衝送出,乙台收到後,有了反應,便送出含有一個控制碼的確認訊號,這也是 AMTOR 能處理複雜情況的原因。AMTOR 把確認用的資料碼當成控制碼。例如乙台如果是接收到正確資料的話,則交替地把控制碼 C1 及 C2 送出去,如果接收到的段落資料是錯誤的話,則 發出去的確認控制碼保持原碼不變,也就是上次是 C1 的話,這次仍然送出 C1。

Fig 02
圖 2:AMTOR 訊號的各類時序圖,包括有某些錯誤傳訊出現時的情形,仔細觀察可以發現,兩台並沒有隨著時序而改變主副的關係。
(A) 主台送給副台而其中發生錯誤的情形。
(B) 完成一次正常 "OVER" 動作的時序。
(C) 副台下相當於 "BREAK" 時的 "OVER" 時序。



AMTOR 使用什麼碼

    無線電傳打字使用的 5 爻鮑多碼,一共可以有 32 種不同的組合,也就是 5 爻碼根本應付不了 26 個英文字母、標點符號、0 到 9 的數目字、及一些控制碼,這還沒把小寫的英文字母包含在內。就算是採取權宜措施,利用「字母」及「符號」 ("LTR" AND "FIGS") 兩控制碼,鮑多碼也只能提供 60 個資料碼,這就表示每一碼僅僅對應於唯一的字母或符號,因此在系統中根本沒有機會利用碼本身來判別是否發生了傳訊錯誤,因為碼內任何爻的錯誤,只不過對應到錯誤的資料,而無法偵錯。但 AMTOR 碼就不一樣了,它把 5 爻碼擴充成 7 爻碼,因此總共有 128 種不同的組合,而從中選出 32 個碼來與鮑多碼相對應,利用碼本身的一些特點,任何因爻錯誤所導致的資料錯誤幾乎部可以偵測出來。這選出的 32 碼有一個共同的特色,那就是碼內的 7 爻,一定是含有 4 個 "1" 及 3 個 "0",這樣接收時可以根據此原則,很容易地偵測出錯誤來。除了選出的 32 碼之外,符合 4 個 "1" 及 3 個 "0" 的碼還有 3 個,這些則被拿來做為確認用的控制碼。參看圖 1,其中 RQ 碼,用來做接收台要求發射台重發的控制碼。另外有 Beta 碼,則是系統的閒置 (IDLE) 碼。至於 Alpha 碼,下面會有解釋。圖 1 中還有 C1、C2 及 C3 碼,也都屬於 AMTOR 系統中的控制碼,由於 C1、C2 及 C3 控制碼一般均是由接收台發給發射台,因此它們永遠不會與其他的資料碼混在一起使用。參看表 1 是 AMTOR 系統使用的標準碼,左邊是無線電傳打字使用的 5 爻鮑多碼,右邊則是相對應的的 7 爻 AMTOR 碼。仔細觀察,可以發現,設計這些碼時就已經考慮到與鮑多碼的互相轉換問題,例如要把 AMTOR 碼轉換成鮑多碼的話,除了 00001、00010、00100、01000 及 10000 碼外,只要利用微電腦指令 "AND 3E" 即可完成。


AMTOR 的 "OVER" 動作

    AMTOR 的控制雖不能說複雜,倒也挺麻煩的,因此根本不可能用手工介入那一往一返的時序控制流程,這包括收發方向要改變時,也由 AMTOR 自行負責。要進行通訊對話的切換時;相當於一般話務通訊的 "OVER"。在 AMTOR 系統中,有兩種方式可以達到 "OVER" 的效果,其一是發送台送出 "+?" 這兩個碼 (其實是發出三個碼,那就是 FIGS、+ 及?,加上 FIGS 是可以避免誤送出字母的 G 及 B)。或者是其二,接收台在 AMTOR 工作模式下發出類似 "BREAK" 的指令 (這是介面的指令問題,像是我使用的 MFJCOM 程式,是下一個 "CHANGE" 命令給 TNC)。但是不論這 "OVER" 的動做是由發送台或接收台發出,都會使原來的接收台停止送出 C1 或 C2 碼,而改送 C3 碼,一旦發送台收到對方傳來的 C3 碼,則發送台會送出 Beta-Alpha-Beta 碼,然後等待接收台傳回 RQ 碼,從此,發送台與接收台的地位就調換過來了,也就完成了 "OVER" 的動作,上面舉例的傳送過程,請參看圖 2B、2C 說明。


簡單的 AMTOR 性能評估

    雖然 AMTOR 使用了 ARQ 的校正功能,而可以除去因高頻無線電雜訊所造成的通訊錯誤,但是還會有漏網之魚的錯誤。現在,我們可以停下來看看 AMTOR 系統有多好。一般高頻的傳導是一陣好一陣壞,我們就假設是在這種情況下進行 AMTOR 通訊,最好的情形是,7 爻碼的 128 種組合當中,被 AMTOR 選用的 34 碼都可以正確無誤地接收,因此包含有三位元的一串非同步脈衝都發生錯誤的機率是 (34/128) E3,這大約是 1.9%,用另外一個角度來解釋這 1.9% 的話,就是在沒有資料傳送過來時,接收台在閒置 (IDLE)狀態下,會有 98.1% 的時間停止不動,而在接收訊號的總時間內,將會有 1.9% 的總時間印出錯誤的資料。

- 還是會有錯誤 -

    AMTOR 的 4/3 偵錯方式很顯然地不是十全十美,它依然可能產生傳訊錯誤,這錯誤是怎麼發生的呢?7 爻的資料碼內,如果有二爻同時產生錯誤,那就會產生負負得正的錯誤訊息。例如 A 是 "1110001" 如果第 1 及第 4 爻同時產生錯誤,就變成 "0111001",這樣的錯誤,利用 4/3 偵錯原理是檢查不出來的,但卻已經把 A 誤傳成 U。這雖不常發生,但的確會發生。


AMTOR 的同步問題

    因為 AMTOR 訊號是採用不含啟始爻及停止爻的非同步方式,所以收發雙方都必須具備夠穩定的時序 (CLOCK),而且還要共同遵守一定的程序,才能使得收發兩台之間在做切換時,能夠彼此交接順利。通常 AMTOR 取得同步的方法是,發送台首先傳送出一段同步校正訊號,此時接收台便會追蹤同步訊號,直到能夠連續地接收到 21 爻的同步校正訊號為止。之後,接收台才開始利用控制碼來回答發送台,而發送台也轉換到接收狀態,直到收妥了對方連續送來的二個控制碼之後,雙方就開始正常通訊。為了証明接收台是否真正能夠正確的取得 同步,發射台是使用連續交替的方式進行,發送台送出同步校正訊號,一方面企圖與接收台取得同步,另一方面,同步校正訊號內因為含有選呼 (SELCALL),所以還可以兼做呼叫。

    這 21 爻的同步校正訊號,第一段是以 RQ 碼為中心,前後分別擺放 Alpha 碼,也就是 Alpha- RQ-Alpha,而第二段碼是前頭有二個 Alpha 碼隨後加一個 RQ 碼,那就是 Alpha-Alpha- RQ,在商用的 TOR 系統裡,這些同步校正訊號完全被拿來用做選呼 (SELCALL),但是業餘的 AMTOR 系統,則拿來做為 CQ 呼叫。因此 AMTOR 的同步校正訊號是:C-RQ-Q 及 C-Q-RQ,實際上,這樣的同步校正訊號,接收台印出的結果是 CQCQ。唯必須注意的是,應用 AMTOR 時,選呼的命名不要亂取,普遍的原則是,把業餘無線電呼號的最後四個字母拿 來使用,例如 BV5OC 的選呼為 BVOC, BV2A 的選呼為 BBVA。這樣一來,以 BVOC 的選呼為例,同步校正訊號就變成 B- RQ-V 及 O-C-RQ,這樣接收台可印出 BVOC,一方面可以當做呼叫,一方面又可以做同步校正。真是一石兩鳥的極致表現。


AMTOR 同步補償與再同步

    為了調節發送台與接收台之間的時序漂移,副台 (SLAVE STATION) 會監視從主台 (MASTER STATION) 發送過來的資料碼時序,只要讀取資料爻點漂移太利害,則會自動補償時序,好讓副台能夠永遠保持與主台有最佳的同步。同樣地,主台也會利用相同的技巧,來保持與副台的同步。

- 再同步 -

    事實上,上述同步時序漂移的補償動作很慢,結果就很容易因受到短暫嚴重干擾,而造成通訊中斷。在傳導情況極為惡劣時,兩台之間若要求重發超過 32 次以上,而仍然無法收到正確資料時,兩台就會雙雙自動地回到同步調整程序上,然後再繼續通訊。一旦連線被完全破壞,便會失去了同步,兩台就必須重新調整正確的時序關係,此時只能利用人工操作,把通訊當成結束,然後再來一次利用選呼的 ARQ 再一次建立起連線。而在 AMTOR 系統中,一旦因故通訊中斷,它會自動記住對方的選呼,並且在恢復同步之後,會把發射權交給對方 ,要求把未送完的資料繼續送過來,因此,雖有中斷,而被迫停止未能及時傳送出去的資料,依然可以正確無誤的繼續完成。


時序與傳輸距離的考慮

    一般規定 AMTOR 的區段資料;也就是一串非同步脈衝;傳送速率是 2.222 次 / 秒,若拿一串非同步脈衝來說,是每秒 100 爻 (BPS),也就是每爻 10 毫秒,而一串非同步脈衝含有 21 爻,就必須耗時 210 毫秒,另外一個控制碼要占去 70 毫秒,剩下有 170 毫秒給系統靈活運用,這樣能提供最大的時間給電台做收發的切換。而一般發射台結束之後的 85 毫秒內,接收台一定要回答對方,並送出一個因應的控制碼。也因此 AMTOR 通訊必須考慮到兩電台之間傳輸路徑距離所產生的延遲,由其是利用高頻做洲際間的通訊。無線電波的行 進速率是每毫秒 300 公里,所以彼此通訊時所接收到對方的訊號是經過一段延遲,而且這延遲因為一來一返,所以是雙倍的,就是說每 300 公里有 2 毫秒的延遲。所以做長距離通訊時,為了維持同步,接收台應該在收到訊號時,儘可能地快速回答。以整個系統考量,包括各種濾波器等的延遲算在內,AMTOR 的通訊距離被局限在 2 萬公里以內。還好這不致於影響到高頻的洲際通訊。當然啦,衛星通訊或月球表面反射通訊等,則因為距離過長,延遲太大,對 AMTOR 而言,就只能靠邊站,徒呼興嘆而已。


AMTOR 實務

    我們可以發現市場上的 TNC,都配備有 AMTOR 的功能,所以不像早期要找到合用的 AMTOR 終端裝置,及適用的個人電腦軟體,會是一個人問題。現在已經是一種很普遍的商品。唯一還要考慮的是,收發機本身的收發切換時間必須小於 10 毫秒,而這對新興的業餘無線電收發機,也不成問題,但你總要留心 AMTOR 的時序是很嚴格的。

- 那裡找 AMTOR 的天地 -

    一般的規定,AMTOR 是可以和無線電傳打字共存的,不過習慣上還是採取井河政策,例如 15 公尺波段,集中在 21.070MHz 到 21.080MHz,之間,而 20 公尺波段則集中在 14.070MHz 到 14.080MHz 之間。一般數據通訊是使用 LSB,AMTOR 也不例外。要注意像是上述的頻率內,有許多國際的 APLINK 站台,這些電台都默默地為國際上所有業無餘無線電人員服務著,為了保持訊息的流暢,應該禮讓這些電台優先使用。當然這些電台也可以成為你的第一台 AMTOR,不過嘗試可也,千萬不要例常性地使用,除非你無法找到區域性的極高頻或 超高頻數據網路,因為應該多留時間及空間 (頻率)給 APLINK 台。

- 如何呼叫 -

    如果你的通訊對像是已知的電台,那就更簡單了,只要知道對方的選呼 (SELCALL),下個命令就衍了。例如對方的選呼是 ANDG,那麼調好收發機的頻率,一切準備就緒,在 AMTOR 模式裡下一個 ARQ ANDG 的指令就可以了 (接下去的動作都會與使用的操作軟體有關),一但有了回音,並建立起連線,就可以談天說地了。那一般性的呼叫又是怎麼樣呢?如果要做 CQ 呼叫,可以利用 FEC 模式,常見的格式是:

CQ CQ CQ CQ DE BV5OC (BVOC) (BVOC) PSE KKK

CQ CQ CQ CQ DE BV5OC BV5OC
SELCALL:BVOC BVOC PSE KKK

    總之,選呼一般雖可以用俗定的原則 (從呼號的最後面起取出四個字母,不夠的話以重複為之)從呼號中取得,例如 BV5OC 取出 BVOC,BV2A 則取為 BBVA,但呼叫時,還是要報上選呼。確定頻率上沒有被占用,自己的選呼設定好了之後,可以把一般呼叫以 FEC 模式送出,等待回答。

- 如何回答呼叫 -

    就緒的 AMTOR 系統,可以印出像上面一樣的呼叫訊號內容,如果你要主動回答呼叫,就同上頭提到過的 ARQ 方式,來回答呼叫。再不然,你可以用 FEC 模式回答呼叫,並先報上呼號、選呼、及姓名,然後等待呼叫台的 ARQ 連線。

- 通訊內容 -

    以無餘無線電精神為原則,可以無所不談,通常可以像莫耳斯碼電文一樣,以提高通訊效率,也就是常用的縮語,如果可以清楚表達的話,盡量以縮語行之。


結論

    下面是一個通訊的實例比較:甲電台利用 20 公尺波段,使用 50 瓦 (PEP)與相距 1 萬公里外的乙電台通訊,把雙方列印出來的資料挑出錯誤,結果使用無線電傳打字,大約僅能夠接收 20% 的正確資料,而利用 AMTOR 的話,卻可以得到 99.3% 的正確資料。這不難看出,AMTOR 系統是很適合業餘無線電數據通訊。雖然 AMTOR 稍嫌複雜了些,但是利用微處理技藝來代勞,相信可以化繁為簡,更重要的是,AMTOR 是一種可以讓你大展身手的世界,因為它只規定了格式,利用微處理技巧,配合個人電腦,或許你可以把 AMTOR 的功能發揮 到極致,像把包封通訊結合在一起的 APLINK,就是典型的例子。 END



雜誌目錄 依順序 雜誌目錄 依主題分類