MIJN ERVARINGEN MET WSPR (WHISPER)

MIJN ERVARINGEN MET
WSPR (WHISPER)
(2010)

PC met geluidskaart
Met behulp van de PC met geluidskaart en een frequentie stabiele ontvanger kunnen we tegenwoordig veel zwakkere signalen ontvangen dan vroeger. Alle mode's die bedoeld zijn voor het werken met zwakke signalen zijn op hetzelfde principe gebaseerd. Ze werken met lange toonlengte's waardoor je hele smalle bandbreedtes kunt gebruiken. Voor QRSS signalen (morse code met een heel lage snelheid) duurt een punt maar liefst 3 seconden. En voor de digitale mode WSPR is de toonlengte 0,68 seconden. Een nadeel is wel dat er behoorlijk hoge eisen gesteld worden aan de frequentie stabiliteit van de zender en de ontvanger. Maar zijn die nieuwe mode's nu zoveel beter dan dat ouderwetse CW? Nee! De data overdracht bij gewone morse code is veel sneller. Bij 12 woorden per minuut is een puntlengte maar 0,1 seconden en bij QRSS is dit dus 30x zo lang! Met gewone morse code kun je veel informatie overbrengen, zelfs hele verhalen zoals nieuwsberichten. Dat kan niet met de speciale laagvermogen mode's. Eigenlijk zijn dat niet meer dan simpele baken uitzendingen. Het enige wat je overseint is de roepnaam, eventueel aangevuld met de QTH locator en het zendvermogen, verder niets. Het spannende is uiteraard waar ter wereld dat zwakke signaaltje wordt ontvangen.

Het WSPR scherm

WSPR
De afkorting WSPR (uit te spreken als Whisper) betekent Weak Signal Propagation Reporter. Net zoals QRSS bakens is het een mode die bedoeld is om met zwakke signalen te werken. De WSPR software is ontwikkeld voor het onderzoeken van mogelijke radio propagatie paden met behulp van laagvermogen baken uitzendingen. Het is een mode die gebruik maakt van moderne technieken. Je transceiver wordt verbonden met de geluidskaart van de PC en eventueel de RS232 aansluiting. De WSPR software regelt alles. Gedurende 20% van de tijd doe je een uitzending in de WSPR mode met laagvermogen van je roepnaam en QTH locator, gedurende de resterende 80% ontvang je andere WSPR stations. Het is de bedoeling dat de ontvangstresultaten ge-upload worden naar een database op de WSPRnet site (maar wanneer je dat niet wilt, is dat niet nodig). Op de website van WSPRnet (http://wsprnet.org) kun je in de database bekijken waar je station overal is ontvangen, compleet met een signaal/ruis rapport en nog wat andere gegevens zoals frequentie drift en tijdsafwijking van je signaal. Ook kun je in die database bekijken welke stations je ontvangen hebt. Al deze gegevens kun je zichtbaar maken op een wereldkaart en zo is te zien hoe het met de propagatie gesteld is.

Database met ontvangstresultaten, zie http://wsprnet.org
en selecteer "Database" rechtsboven op het scherm.

Geen Fuzzy mode
Murray Greenman (ZL1BPU) legt op zijn website uit wat Fuzzy mode's zijn. Dat zijn mode's waarbij je zelf moet bepalen wat voor tekens of tekst er ontvangen worden. SSB en CW signalen moet je zelf op het gehoor uit de ruis en storingen decoderen. Bij QRSS signalen (morse code met een heel lage snelheid) voert de PC wel de digitale signaal processing uit en geeft deze signalen en de ruis weer op het beeldscherm, maar moet je zelf op het oog de morse signalen op het scherm ontcijferen uit de ruis. Zelf moet je bijvoorbeeld inschatten of het een storing is of een punt of streep van het morse teken. WSPR is geen fuzzy mode, de PC voert niet alleen de digitale signaal processing uit, maar decodeert de signalen ook en print die uit in leesbare tekst.

Resultaten kun je zelfs zichtbaar maken op een wereldkaart. Vandaag alleen locale
condities. Maar meestal zijn er stations uit alle delen van de wereld te ontvangen.

Hoe werkt WSPR?
WSPR werkt dus met tonen met een lengte van 0,68 seconden. Er zijn 4 verschillende toonhoogte's (4 frequentie shifts), maar het verschil is maar heel miniem, maar 1,46 Hz! Je hoort dit verschil niet. Een WSPR signaal klinkt dan ook als een continue toon. Een standaard WSPR bakenuitzending bestaat uit een roepnaam, een QTH locator en een aanduiding van het zendvermogen. Deze boodschap heeft een lengte van 50 bits. Dat je zwakke WSPR signalen kunt ontvangen wordt niet alleen bereikt door de lange toonlengte's. De boodchap met een lengte van 50 bits wordt namelijk aangevuld met maar liefst 112 bits, dus zelfs meer dan 2 maal meer dan het aantal bits van de originele boodschap. Totaal worden dus geen 50, maar 162 bits verzonden. En met deze extra bits is het mogelijk om allerlei fouten in de 50 bits van de standaard boodschap te detecteren en te corrigeren. Soortgelijke technieken worden gebruikt voor het corrigeren van fouten in de data in het geheugen en op de harde schijven van onze PC. En de bitvolgorde wordt ook nog eens door elkaar gegooid om de foutcorrectie bij verstoringen van het signaal door lange fading periode's te verbeteren. Een lange, niet corrigeerbare verstoring wordt daardoor omgezet in meerdere korte, wel corrigeerbare verstoringen van het signaal.

Opbouw WSPR signaal.

Synchronisatie signaal
Natuurlijk moet de PC het begin van het signaal kunnen vinden. Voor dit doel wordt tegelijkertijd met de boodschap ook een synchronisatie signaal van 162 bits verzonden. Dit is een vastgelegd, dus bekend bitpatroon van 162 bits. Omdat het WSPR signaal is opgebouwd uit 4 frequentie shifts, is het mogelijk om de boodschap en het synchronisatie signaal van elkaar te scheiden. Wat de PC moet doen is de digitale signaal processing uitvoeren en vervolgens zoeken naar synchronisatie signalen. Natuurlijk zijn er ook storingen, maar wanneer er grote delen van het audio signaal overeenkomen met het synchronisatie signaal, mag je verwachten dat het een WSPR signaal is. Vervolgens wordt de boodschap ontcijfert en worden de fouten (indien mogelijk) gecorrigeerd. Wanneer de boodschap niet corrigeerbare fouten bevat, dan wordt deze niet verder gedecodeerd. Alleen boodschappen waarvan de fouten te corrigeren waren worden dus weergegeven.

Hardware en frequentie spectrum
Voor iedere band is een stukje spectrum van 200 Hz breedte toegewezen. Een WSPR signaal is maar 6 Hz breed, dus passen hier wel 33 WSPR zenders in. En omdat een WSPR station maar 20% van de tijd uitzendt en 80% van de tijd ontvangt, is het totaal aantal zenders dat actief kan zijn in zo'n stukje band dus 5x zoveel oftewel 165 stuks.
Voor de 10 MHz band ligt het WSPR bandje tussen 10140.1 kHz en 10140.3 kHz. Omdat WSPR met een audio bandbreedte werkt van 1400 Hz tot 1600 Hz, moet je ontvanger (of van een Directe Conversie ontvanger je local oscillator) afgestemd zijn op 10138.7 kHz (�20 Hz), oftewel 1400 Hz lager dan 10140.1 kHz. Helaas heb ik geen zender, maar gelukkig wel een ontvanger. Ik gebruikte de verbeterde QRSS ontvanger hiervoor (zie elders op deze website) en heb de kristal oscillator afgestemd op 10138.7 kHz door de waarde van 10 pF van de serie condensator met het kristal aan te passen. Toevallig is deze ontvanger ontworpen voor een audio frequentie rondom de 1500 Hz, dus midden in het audio bandje van 1400 Hz tot 1600 Hz.

De ontvanger voor QRSS signalen en WSPR. Voor WSPR ontvangst
wordt de local oscillator verstemd naar 10138.7 kHz �20 Hz.

Tijdsynchronisatie
De hardware is nu compleet, het WSPR software programma draait op de PC. Bij de software is een uitgebreide handleiding met veel meer informatie dan in dit artikel is vermeld en die ook gedetailleerd uitlegt hoe het WSPR signaal is opgebouwd. Vereist is een PC met een kloksnelheid van 1500 MHz. Maar bij mij draait het programma ook prima op de PC met Windows 98 en een kloksnelheid van 1200 MHz.
Maar WSPR uitzendingen werken in blokken van 2 minuten. Dus voordat je begint met het starten van WSPR ontvangst en WSPR uitzendingen moet je PC klok precies op tijd lopen (�2 seconden afwijking is nog toelaatbaar). In de WSPR handleiding wordt uitgelegd hoe dat automatisch kan via internet. Maar ik gebruik daarvoor de Radio controlled DCF77 wekker. Tweemaal per dag de klok opnieuw instellen is voldoende.

Radio controlled DCF77 klokje voor tijdsynchronisatie

Hoera, WSPR signalen verschijnen op het scherm!
Vul bij "dial" de frequentie 10.138700 MHz in, bij TX 10.140200 MHz, ook als je alleen maar ontvangt. Wanneer je alleen maar ontvangt en niet uitzendt, zet je de schuifknop "TX fraction" op 0, anders op 20%. En bij setup moet je nog je call "PA2OHH" en je QTH locator "JO33" invullen, ook wanneer je alleen maar ontvangt. Na een tijdje zal de tekst "Waiting to start" in het tekstvenstertje rechts onder wijzigen in "Receiving". Zorg vervolgens voor dat de RX Noise (tekstvenstertje links onder) oftewel het niveau van het audio signaal tussen de -10 dB en +10 dB ligt. Haal het vinkje "Idle" weg en na enige minuten zullen de ontvangen stations worden weergegeven. Echt interessant wordt het wanneer je "Upload spots" aanvinkt en je PC een internet verbinding heeft. De stations die je ontvangt worden nu ge-uploaded naar een centrale data base die je via internet kunt bekijken. In deze data base kun je selecteren dat je alleen de stations die jij hebt ontvangen wilt weergeven en er zijn nog veel meer selectie criteria. Ook kun je de door jou ontvangen stations op een wereldkaart zichtbaar maken. Mijn ontvanger staat overdag vaak onbemand aan en dan kan ik overal ter wereld (op mijn werk bijvoorbeeld), zo nu en dan in de data base bekijken welke stations ik heb ontvangen. En wanneer je ook uitzendt in WSPR, kun je in de data base bekijken waar en door wie je WSPR signaaltje is ontvangen. Helaas mag je om etherpolitieke redenen je WSPR zendertje niet onbemand laten werken. De redenen daarvoor zijn voor gewone mensen vaak onduidelijk. De meeste WSPR signalen zijn maar 5 watt en worden wereldwijd ontvangen. Leuk toch! In de data base wordt tevens een ontvangst rapport weergegeven in de vorm van een signaal/ruisverhouding rapport. WSPR signalen zijn nog te decoderen bij een signaal/ruisverhouding van -28 dB. Wanneer je rapport een signaal/ruisverhouding van -8 dB aangeeft, kan het signaal dus nog 20 dB oftewel 100x verlaagd worden in vermogen. Ook worden nog meer gegevens in de database en op het scherm vermeld: frequentie, frequentie drift, tijdsafwijking, vermogen, afstand en richting.

Dr. Joe Taylor, K1JT
Deze digitale mode hebben we te danken aan een Nobelprijs winnaar en professor, Dr. Joe Taylor (K1JT). Hij heeft meerdere digitale mode's ontwikkeld zoals WSJT, dat gebruikt wordt voor moonbounce verbindingen. Op internet kun je meer vinden over Joe, zijn werk en de digitale mode's.

BACK TO INDEX PA2OHH