Digitální režimy komunikace v rádioamatérské praxi modem/all/digi.pdf · se používá pouze...

Digitální režimy komunikace v rádioamatérské praxi

Karel Konětopský, OK2SCS

ii

Tento text je určen pro interní potřebu rádioklubu OK2KOJ coby doprovodný textke kurzu přípravy na zkoušky operátorů rádiových vysílacích stanic amatérské služby,přesněji řečeno té části kurzu, která se zabývá digitálními režimy komunikace. Dokument jeveřejně vydán pod licendí FDL.

Obsah

I Úvod do problematiky 1

1 Modulace 31.1 FSK a AFSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 MFSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3 PSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.4 Manchester . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.5 Další modulace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

II Non AX.25 režimy 7

2 RTTY 92.1 Popis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2 Vybavení . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.3 Provoz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.4 Provoz v závodech . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3 ASCII 13

4 PSK 31 154.1 Provozní zvyklosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154.2 Ladění . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154.3 Výkon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164.4 Závěrem k PSK31 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5 Amtor 175.1 Historie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175.2 Podstata ARQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175.3 Podstata FEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185.4 Provoz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185.5 Několik slov závěrem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

6 Pactor 216.1 Pactor-I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216.2 Pactor-II a Robust Pactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226.3 Pactor-III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226.4 Pactor prakticky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

6.4.1 Spojení operátor - operátor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226.4.2 Spojení s mailboxy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

iii

iv OBSAH

7 Další ARQ režimy 257.1 G-Tor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257.2 Clover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257.3 PSK ARQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

III AX.25 27

8 AX.25 level 2 298.1 Struktura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298.2 Konstrukce packetu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328.3 Konstrukce I–rámce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328.4 Časovače . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328.5 Příklad spojení v AX.25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338.6 Stavy linky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388.7 Události linky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398.8 AX.25lite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

9 AX.25 - Hardware 419.1 Modemová část . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419.2 NRZ/NRZI konvertor, regenerátor přijímacího taktu . . . . . . . . . . . . 429.3 Obvod DCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439.4 Řídící logika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439.5 Obvody styku s počítačem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439.6 Metody přístupu k přenosovému médiu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

9.6.1 Metoda přístupu CSMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449.6.2 Metoda přístupu DAMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

10 Konkrétní hardwarová řešení 4510.1 Protokol styku s počítačem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

10.1.1 Řadiče generující protokol AX.25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4510.1.2 Řadiče negenerující protokol AX.25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

10.2 Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4810.2.1 Standard TNC2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4810.2.2 TNC 51 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4810.2.3 GC12AX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4810.2.4 TNC5 a TNC5+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

10.3 Jednoduché modemy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4910.3.1 Baycom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4910.3.2 YAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4910.3.3 Používané modulace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Část I

Úvod do problematiky

1

Kapitola 1

Modulace

1.1 FSK a AFSK

FSK 1 a AFSK 2 lze prohlásit za stejné, protože obě modulace jsou založeny na klíčováníznačky či mezery pomocí dvou rozdílných kmitočtů. Rozdíl klíčovacích kmitočtů je ozna-čován jako zdvih neboli shift. Rozdíl mezi FSK a AFSK spočívá pouze v kmitočtech,které se používají. U AFSK se musí jednat o kmitočty ze „slyšitelného” spektra. AFSKsignály se obvykle modulují buď FM modulátorem, nebo SSB modulátorem. AFSK signálje po průchodu SSB modulátorem ekvivalentní FSK signálu vytvořenému přímo na žá-daných kmitočtech. Demodulaci lze provádět několika způsoby:

metoda filtrační – vstupní signál se vede na vstup dvou filtrů pro jednotlivé kmitočty.Po průchodu filtry se porovnává amplituda výstupních signálů a rozhodování vy-chází ve prospěch značky nebo mezery, podle poměru amplitud signálů po průchodufiltry. Tato metoda je citlivá na rozdíl zpoždění obou filtrů, problematická může býtpřeladitelnost. Obecně vzato je tato metoda velmi odolná vůči impulznímu rušení.

demodulace fázovým závěsem – na vstupní signál se fázově zavěsí napětím řízenýoscilátor a demodulovaný signál se odvozuje komparátorem a tvarovačem z řídícíhonapětí oscilátoru. Tato metoda se často používá při demodulování AFSK signálůpřenášených přes FM. Tato metoda není příliš odolná vůči impulznímu rušení, aleje odolná vůči brumům a nelinearitě FM modulátorů a demodulátorů. V podstatěse používá pouze v AX.25 1200 Bd v modemech založených na obvodu XR2211.Po doplnění vhodnými filtry lze s touto metodou dosáhnout lepších výsledků nežs filtrační metodou i při demodulaci FSK signálů.

demodulace na hraně filtru – tuto metodu jsem viděl pouze v modemech založenýchna obvodu TCM3105. Signál se vede do limiteru, čímž se ujednotí jeho amplituda.Dále se vede signál do filtru a následně se zkoumá jeho amplituda. Záleží, zda sejedná o dolní propust (obvykle) nebo horní propust, podle toho vyššímu kmitočtuodpovídá nižší amplituda nebo vyšší amplituda. Problém této metody opět spočívá,podobně jako u demodulace fázovým závěsem, v limiteru3.

1Frequency Shift Keying2Audio Frequency Shift Keying3vytváří vyšší harmonické

3

4 KAPITOLA 1. MODULACE

1.2 MFSKneboli Multi-level Frequency Shift Keying je obdoba FSK, ale používá se několik tónů,čili lze přenášet několik bitů současně. Zvláštní kapitolou je mt63, kde se používá 64 růz-ných kmitočtů a do přenosu se vnáší velká redundance, čímž se omezuje možnost vznikuchyb přenosu výskytem úzkopásmového rušivého signálu, i to je jedna z možností apli-kace MFSK.

1.3 PSKPSK 4 Informace se koduje změnou fáze vysílaného signálu. Opět vzniká možnost použítdvou stavů (fáze navzájem otočené o π) – hovoříme o BPSK, nebo použít několik různýchstavů. Modulátory i demodulátory jsou obvykle řešeny pomocí DSP. Modulátor je po-měrně jednoduchý a není na něm co vymýšlet. Demodulovat fázově modulovaný signállze několika způsoby.

pomocným signálem – Vstupní signál se sčítá s lokálním demodulačním signálem, po-kud je stejné fáze, složí se do maxima, jinak do minima. Problémem této metodyje získání demodulačního signálu.

zpožďovací linkou – data jsou před modulací upravena tak, aby stačilo rozlišovat změnysignálu, nikoliv přímo značku či mezeru. Vstupní signál se zpozdí o dobu přenosujednoho bitu a přičte se k nezpožděnému signálu. V případě použití BPS, dojdek složení buď do maxima (pokud se fáze nezměnila), nebo do minima (pokud se fázezměnila). Tento způsob se často používá u PSK 31, jeho použití na BPSK signályje jednoduché, pokud se použije více stavů (například čtyři - hovoříme o QPSK ),užití této metody se poněkud komplikuje – je třeba použít několik zpožďovacíchlinek.

1.4 ManchesterToto je poněkud podivný postup. V podstatě jde o to, že se jednička kóduje jako se-stupná hrana a nula jako vzestupná hrana. Jedná se o synchronní režim - hrana musípřijít v rozhodný moment, hrany, které přicházejí jindy jsou nepodstatné. Nejjednodužšípřípad Manchester modulátoru je XOR prováděný na hodinovém signálu a datech. V prin-cipu se tedy jedná o variantu fázové modulace. Demodulace se provádí pomocí pomocnéhosignálu, který se získává fázovým zavěšením lokálního oscilátoru na hrany přijímaného sig-nálu. Je zřejmé, že v rozhodném okamžiku se musí vyskytnout hrana, přičemž se můževyskytnout i mimo rozhodné okamžiky. Modem je obvykle řešen na programovatelném lo-gickém poli, nebo prostřednictvím logických obvodů. Tato modulace se používá v AX.25,přičemž nejčastějším použitím této modulace je Ethernet, kde se ovšem používá metalic-kých nebo optických spojů.

1.5 Další modulaceMezi digitální modulace patří ještě několik desítek dalších, některé se v rámci amatér-ské služby používají, jiné nikoliv. Jejich výklad však vybíhá z rámce tohoto kurzu. Jen

4Phase Shift Keying

1.5. DALŠÍ MODULACE 5

namátkou uvedu

MSK – minimum shift keying

GMSK – Gaussian Minimum Shift Keying - v rádioamatérské praxi často užívaná vari-anta G3RUH

QAM – Quadrature Amplitude Modulation

6 KAPITOLA 1. MODULACE

Část II

Non AX.25 režimy

7

Kapitola 2

RTTY

2.1 Popis

RTTY, neboli Radio TeleType, je patrně jeden z nejstarších digitálních provozů vůbec.Jeho kořeny sahají hluboko do minulosti do doby mechanických dálnopisů. Přenos dat seprovádí asynchrnonně s rychlostí 45 Bd a používá se FSK modulace se zdvihem 170 Hz.Přenos není nikterak zabezpečen proti chybám. Používá se dálnopisné abecedy CCITTNr.2, která kóduje znaky pomocí pětibitových slov, přičemž definuje dva přeřazovače„písmena” a „čísla”. Každé pětibitové slovo má definováno dva znaky a na předřazenémpřeřazovači závisí, který z dvou možných znaků bude použit.

2.2 Vybavení

V současné době se nejčastěji používá zvukové karty počítače coby modemu, přičemžtoto řešení nemá (krom pořizovací ceny) žádné další výhody. Jedná se o nejjednodužšía nejrychlejší možnost vstupu do světa digitálních rádioamatérských provozů, ale vážnějšízájemce patrně bude hledat nějaké kvalitnější zařízení.1 V prvopočátcích se používalyběžné dálnopisy upravené na rychlost 45 Bd a modemy, které na přijímací straně použí-valy demodulátory založené na filtrační metodě řazené za SSB přijímač. Vysílací stranapoužívala buď SSB vysilač a AFSK modulátor, nebo přímo FSK vysilač. S rozvojem vý-početní techniky se tento koncept začal pozvolna měnit. Obrovské mechanické dálnopisybyly nahrazeny elektronickými přístroji na bázi výpočetní techniky, které byly následněnahrazeny výpočetní technikou, jejíž software umožňoval příjem různých digitálních re-žimů pracujících s FSK. Jedním z nejznámějších zařízení z této kategorie je PK-232 2

či KAM+. Dalším stupněm vývoje bylo nahrazení analogového modemu pomocí DSP3.Posledním „stupněm vývoje” je užití počítače a zvukové karty.

2.3 Provoz

Provoz v RTTY měl dříve striktní pravidla ale s rozvojem „zvukovkových režimů” tatokultůra provozu prudce upadla, což nelze pozorovat např. na amtoru, či jiných ARQ re-žimech, protože jejich provoz se zvukovou kartou většinou není možný. Úpadek provozní

1zvuková karta počítače není modem, nectnosti tohoto řešení budou diskutovány později2možno vidět3nakolik je taková úprava pozitivní nelze s jistotou určit

9

10 KAPITOLA 2. RTTY

kázně je cenou za příliv operátorů bez zkušeností s digitálními provozy.

Pro ladění RTTY signálů se vžila sekvence

RYRYRYRYRYRYRYRYRYRYRYRYRYRYRYRYRY

Výzva se v RTTY dává podobně jako v CW.

CQ CQ CQ DE EI6HB EI6HB EI6HB CQ K

Pro přehlednost je dobré dělat krátké řádky a dávat často EOLN, jehož význam je po-dobný, jako význam = v CW. Odpověď na výzvu by měla být pokud možno krátká, aledostatečně dlouhá na to, aby se přijímající strana mohla případně doladit. Není totižjisté, zda stanice poslouchá na stejném kmitočtu, jako vysílá, totéž platí i o vaší stanici.Odpověď by mohla vypadat třeba takto:

ei6hb de ok2scs/p ok2scs/p kkk

Značku protistanice můžeme opakovat. V dnešní době můžeme vypustit sekvenci RY.Nyni následuje důležitá poznámka k ladění TRXu.4 Jakmile odpovíte stanici již nikdyv průběhu spojení nesmíte změnit kmitočet na kterém vysíláte. Pokud stanice začnevysílat jinde, rozlaďte přijímač od vysilače.5 Pokud se totiž stane, že stanice má rozjetývysilač od přijímače, budete ukázkově cestovat po pásmu. Pokud vám příliš mnoho stanicodpoví na jiném kmitočtu, než tam, kde volaly výzvu, prověřte, zda posloucháte a vysílátena stejném kmitočtu. Pokud sami voláte výzvu platí totéž, pokud vám odpoví stanicena jiném kmitočtu, rozlaďujte opět jen přijímač. Spousta stanic to bohužel nedělá... Dalšírelace by měla vypadat nějak takto:

OK2SCS/P GA AND THANKS FOR UR CALLUR REPORT IS 599 599 599MY NAME IS DENIS DENISQTH IS CORK, CORKLOC. IS IO51XVBTUOK2SCS/P DE EI6HB EI6HB BK

Odpověď bude vypadat v podstatě velmi podobně:

ei6hb de ok2scs/p

Good afternoon dr Denis4dtto platí pro všechny ostatní provozy včetně SSB a CW5stalo se mi to jen několikrát v životě

2.4. PROVOZ V ZÁVODECH 11

ur rst 599 599 here in Letovice Letovice JN89GM JN89GM

My name is Karel Karel

hw?

btu

ei6hb de ok2scs/p kn

Následující relace již nemají nikterak ustálený průběh, předávají se další informace, ob-vykle výkon, informace o anténě, transceiveru modemu, či počítači, softwaru, počasí. Mož-ností je spousta, dosti často se předávají informace o výměně QSL-lístků. Závěr spojeníby mohl vypadat nějak takto:

QSL TU FOR FB QSOOK2SCS/P

HOPE TO SEE YOU ON MY SCREEN AGN73OK2SCS/P DE EI6HB BK

qsl

ei6hb de ok2scs/p

mni tnx fer nice rtty qso hope to cuagn73 to you es yours, gl es mni dx

ei6hb de ok2scs/p sk sk

Nyni může následovat ještě krátký pozdrav, ale zásadou je, že po SK by již nemělonic následovat. Pokud vám však stanice pošle krátký pozdrav a nedává hned další výzvu,je slušností jí ještě odpovědět. Značku v tomto případě dávejte až na konec a jen vlastní.V našem případě však stanice znovu volá výzvu, tudíž tím spojení končí.

QSL OK2SCS/P 73QRZ DE EI6HB

2.4 Provoz v závodech

Zde platí jedno zásadní pravidlo. Poslouchej, co dávají jiné stanice a dělej to stejně. V praximusíte vědět, co se všechno předává. Může to být pořadové číslo spojení, ale častěji tobývá ITU nebo WAZ zona, může to být v podstatě dost cokoliv. V praxi to bude vypadatnějak takto:

12 KAPITOLA 2. RTTY

CQ CIS TEST DE CU2AF CU2AF CU2AF PSE K

CQ CIS TEST DE CU2AF CU2AF CU2AF PSE K

CU2AF dává výzvu do závodu.

DE VE2FBD VE2FBD KK

Odpovídá Fabi VE2FBD.

...VE2FBD UR RST IS 599 599 - 108 DE CU2AF, KN

CU2AF předává kod v závodě.

CU2AF 599 001 001 KN

Fabi odpovídá a předává kód.

....VE2FBD, QSL TNX 73 GL CU2AF

...CQ CIS TEST DE CU2AF CU2AF CU2AF PSE K

Závěrečná relace a další výzva do závodu. Takto tedy může vypadat závodní provozv RTTY. Závěrem zbývá vysvětlit soutěžní kod. Předávat se může skutečně cokoliv,v tomto případě by to mohl být report a číslo spojení. Pokud budeme poslouchat dále,uslyšíme:

...CQ CIS TEST DE CU2AF CU2AF CU2AF PSE K

DE K0XB K0XB K

...K0XB UR RST IS 599 599 - 109 DE CU2AF, KN

CU2AF DE K0XB QSL 599-064-064 QSL?

....K0XB, QSL TNX 73 GL CU2AF

Nyni máme potvrzenou domněnku o čísle spojení, neb se předávané číslo za reportemv dalším spojení o jedničku zvětšilo. Z výše uvedeného lze též předpokládat, že Fabipouze rozdával body. Zároveň tu máme poněkud jiný příklad RTTY spojení v závodě.

Kapitola 3

ASCII

Tento provoz není v Evropě příliš používaný. Jeho základ je stejný jako v případě RTTY,používá se opět FSK, ale na rozdíl od RTTY se nepoužívá dálnopisná abeceda, ale po-užívá se norma ASCII. Data se kódují sedmibitově s jedním stopbitem rychlostí obvykle110Bd. FSK zdvih je opět 170 Hz. Provozní zvyklosti jsou stejné jako u RTTY. V praxitento režim přílišného rozšíření nedosáhl.

13

14 KAPITOLA 3. ASCII

Kapitola 4

PSK 31

Tento režim se od předchozích liší převážně tím, že se zde nepoužívá modulace FSK,ale PSK. Používá se buď klíčování pomocí dvou fází signálu, potom hovoříme o BPSK,pokud definujeme čtyři fáze signálu hovoříme o QPSK 1 a pak se přenáší dva bity v jednomsymbolu. Data se kódují pomocí varicode, což zároveň provádí Huffmanovu kompresi.Podstatou Huffmanovy komprese je fakt, že některá písmena se v textu vyskytují častějia jiná méně často. Písmenům s nečastějším výskytem se přiřadí nejkratší kod2 a opačně,díky čemuž lze dosáhnout slušné rychlosti přenosu při nízké bitové rychlosti 31 Bd3.

4.1 Provozní zvyklosti

Provozní zvyklosti vychází z RTTY, ale možnosti jsou zde rozšířený o velká a malá pís-mena a jiné znaky. Je vhodné psát jména s velkým písmenem na začátku, značky se píšívelkými písmeny, přičemž vše, co se za značku přidává, tj. například /p, se píše písmenymalými. Též je dobrým zvykem psát poslední dvě písmena lokátoru malými písmeny, tedynapříklad JN89hf.

4.2 Ladění

Signály PSK31 jsou velmi úzké a z toho plynou jisté záludnosti. Jednak potřebujetetransceiver s dobrou stabilitou, pro práci v pásmu 10m lepší jak +- 1ppm a krátkodoboustabilitou lepší jak 0.2 ppm. Odchylka 2 Hz již znamená, že se signál nebude korektnědekodovat, odchylka 5Hz znamená, že se AFC není schopno zachytit na daný signál. Ne-příjemné je i to, že patrně budete potřebovat TRX, který je možno ladit po 1 Hz. V praxise ukázalo, že při použití AFC lze ještě použít TRX s laděním po 10Hz, což splňuje vět-šina TRXu.V zásadě existují dvě možnosti, jak se naladit na PSK31 signál. Buď naladíme TRX taknějak zhruba a vlastní ladění provádíme již v softwaru pomocí změny audiokmitočtu,na kterém pracuje PSK31 dekoder, nebo přímo ladíme TRX. Pokud přímo ladíme TRXa nemáme krok po 1 Hz, je třeba zapnout AFC. Naladíme se zhruba (+-5Hz) a AFCdotáhne audiokmitočet. Tento postup se v praxi ukázal jako velmi efektivní a přinášející

1což sice není PSK31, ale oba režimy se dnes považují za PSK312bráno z pohledu bitové délky3odtud název provozu

15

16 KAPITOLA 4. PSK 31

dobré výsledky. Nedoporučuji používat modulační audiokmitočty pod 1.8 kHz, za opti-mální považuji kmitočty kolem 2 kHz, ale jinak platí, že čím vyšší, tím lepší, leč musí toprojít filtrem4. Důvod je následující. Pokud budete modulovat například na 400 Hz a ně-kde vám v modulační cestě vznikne vyšší harmonická, tak budete vysílat ještě na 800 Hz,1200 Hz, 1600 Hz atd. jinými slovy zamoříte pásmo zbytečnými signály a navíc budete vy-zařovat výkon, který nepotřebujete. Pokud se vám totéž stane při modulačním kmitočtu2 kHz, tak vyšší harmonická bude někde na 4 kHz a to již filtry projde náležitě utlumené,další harmonické nemají šanci cokoliv ovlivnit. Totéž v podstatě platí i pro RTTY, alepředpokládám, že tam budete používat AFSK kmitočty 2110 Hz a 2310 Hz (zdvih 200 Hz,nebo upravené pro zdvih 170 Hz), neboli tzv. „americkou normu”.5 Navíc jsou moderníTRXy připraveny pro provoz s užitím takových AFSK tónů.

4.3 VýkonToto bývá další „kámen úrazu” a dosti často i příčina velkých finančních výdajů. PSK31 je(stejně jako RTTY ) režim s plným využitím cyklu. Obecně se tvrdí, že pokud je koncovýstupeň navržen pro výkon 100 W, pak z něj v RTTY lze vzít bez nebezpečení zničenívýkonového prvku přehřátím cca 50 W. Osobně bych se přikláněl k výkonům menším.PSK31 je však ještě užší, než RTTY. Výrobci TRXů obvykle uvádí stejná čísla pro RTTYi PSK31, ale v praxi se ukazuje, že pokud máte koncový stupeň 100 W na SSB, pakna PSK31 můžete použít výkon nanejvýš 25 W, pokud nechcete riskovat zdraví koncovéhostupně. Osobně bych nikdy u PSK31 nezvedal výkon nad 20 W a to bez ohledu na koncovýstupeň6. Důvod je jednoduchý - indukce do propojovacích kabelů počítače. Pokud mátePSV horší než 1.8, pak bych výkon ještě snížil. Pokud vám začnou zamrzat periferiepočítače, je to neklamný příznak toho, že váš výkon je větší, než by měl být. Pro spojenípo Evropě na 20m dopoledne bohatě stačí 5 W.

4.4 Závěrem k PSK31Ač tím popřu skoro všechno, co bylo o PSK31 napsáno, tak prohlásím, že PSK31 nenívhodné pro začátečníky. Důvody jsem víceméně zmínil v předchozích statích. Největšímproblémem je obtížné ladění a možné zničení koncového stupně vysilače. Pokud navíczájemce nemá zažitou elementární provozní praxi, může toho na něj být v rozhodné chvílipříliš mnoho a dostaví se neúspěch. Doporučuji začínat u RTTY, je to přeci jen nejjed-nodužší režim a nemusíte se příliš starat o to, jak to funguje „uvnitř”, přičemž stanicpracujících v RTTY najdete na pásmech hodně.

4pokud umí TRX passband tunning, tak se moc není o čem bavit5existuje ještě tzv. Evropská norma, neboli nižší tony6pochopitelně byl měl být na 20 W na PSK31 alespoň stowattový

Kapitola 5

Amtor

5.1 Historie

Amtor je nejstarším ARQ režimem vůbec, přesněji řečeno, Amtor může přenášet datav režimu ARQ a FEC, pročež si na jeho příkladě obě metody vysvětlíme, ale nejprve sevěnujme jeho historii. Název Amtor je akronymem AMateur Teleptinting Over Radioa vzešlo z profesionálního SITORu. Za tvůrce Amtoru lze prohlásit Petera MartinezeG3PLX, který kolem roku 1980 experimentoval se SITORem a učinil v něm některénepodstatné změny, čímž položil základ AMTORu.

5.2 Podstata ARQ

Jak jistě všichni předpokládáte, ARQ je akronym Automatic Repeat Query. Podstatouje synchronní činnost ISS 1 a IRS 2. ISS odešle skupinu tří znaků kódovaných stejně, jako vpřípadě RTTY, jenže jsou navíc doplněny o dva bity zajišťující elementární korekci chyb,tyto dva znaky nenesou informaci, jen doplňují počet znaků a mezer ve vysílané infor-maci takovým způsobem, aby byly právě čtyři značky a tři mezery. Je sporné, nakolik lzetoto označit za zabezpečení přenosu. Musíme vycházet z toho, že počátky SITORu sahajído padesátých let minulého století, kdy se používaly elektromechanické systémy a tentozpůsob detekce chyb byl snadno realizovatelný. Na základě přijatých dat odešle IRS buďACK 3 nebo NAK 4. Pokud ISS příjme ACK, potom odešle další trojici znaků, pokudpříjme NAK, opakuje předchozí trojici znaků. Znovu opakuji, že režimy jsou synchronní,tudíž moment odeslání NAK, nebo ACK, je předem daný bez ohledu na přijímaná data.Navázání spojení se děje pomocí speciální synchronizační sekvence, kde se předává tzv.SELCAL, což je čtyřpísmená identifikace volané stanice. V průběhu spojení je třeba pro-hodit role ISS a IRS, což se označuje termínem changeover. V případě Amtoru se toprovede odesláním changeover sekvence. Jakmile ji IRS potvrdí, stává se ISS a obráceně.

1Information Sending Station2Information Receiving Station3potvrzení4odmítnutí

17

18 KAPITOLA 5. AMTOR

5.3 Podstata FEC

Podobně, jako v případě ARQ je i FEC akronym Forward Error Correction. ISS vysílávšechny informace dvakrát, přičemž se předpokládá, že pokud stanice nepříjme korektnědata jednou, podaří se to podruhé, pokud data nejsou ani podruhé korektně přijata,je znak nahrazen symbolem nepřijatý znak, protože IRS nemůže požádat o opakovánídat. IRS i ISS se musí udržet synchronní, čehož se dosahuje pravidelným vkládánímsynchronizačních sekvencí. Ty se vysílají i v případě, že nejsou připravena žádná datak odeslání. Z uvedeného je zřejmé, že v případě užití ARQ může být právě jedna ISSa právě jedna IRS, kdežto při použití FEC může být IRS několik, proto se tento protokolněkdy označuje jako broadcast.

5.4 Provoz

Předně je třeba poznamenat, že se nepoužívají žádné synchronizační sekvence zadávanéke zprávě5, protože synchronizační značky se vysílají v době, kdy nejsou připravena žádnádata. Typické spojení by mělo začínat výzvou. Tu je pochopitelně nutné volat v režimuFEC.

CQ CQ CQ DE OK2KOJ OK2KOJ OK2KOJ OKOJ PSE K

Výzva by měla být poměrně krátká, přičemž je třeba odeslat i SELCAL. SELCAL sevytváří z volacího znaku jednoduchým způsobem. Použije se jedno nebo dvě písmenaz prefixu a přídá se suffix. Tedy například OK2KOJ bude používat SELCAL OKOJ.V případě, že má stanice jen dvoupísmenný suffix, použijí se dva znaky z prefixu. Tedynapříklad OK2BW bude používat SELCAL OKBW. Pokud je volací znak dostatečněkrátký6, zdvojují se písmena zleva, tj. F2PY bude mít SELCAL FFPY. Pozor, sekvencepísmeno číslo písmeno znamená pět znaků a to už by bylo moc, navíc norma nepřipouštípoužití přeřazovačů v SELCAL.7 Pokud vidíme výzvu, můžeme odpovědět. Můžeme od-povědět buď ve FEC, potom bude spojení probíhat podobně, jako na RTTY, ale dalekozajimavější je odpovědět v ARQ. Jakým příkazem toho dosáhnete závisí na vašem hard-waru, můj další popis bude vycházet z prehistorického PK-232, protože rozhraní většinypozdějších řadičů nějakým způsobem z PK-232 vychází.

cmd:arq okoj

Po chvíli se na sebe řadiče synchronizují a řadič oznámí vytvoření spojení. Vývoj dal-šího spojení je analogický k RTTY, ale má určité odlišnosti. Jednou z největší odlišnostije changeover, neboli prohození IRS a ISS. Ve spojení nebudete mít nikdy nějaké BTU,nebo BK, v Amtoru se linka přehodí pomocí sekvence +?, která způsobí, že si jednakvymění role IRS a ISS, navíc její výskyt informuje operátora na druhé straně, že má začítpsát svoji reakci. Značky se dávají vždy na začátku spojení, na konci spojení a po dvou

5RYRYRY v RTTY6v OK vám to asi hrozit nebude7otázkou zůstává, co by na to řekl hardware

5.5. NĚKOLIK SLOV ZÁVĚREM 19

minutách8. Značky by se měly dávat po dvojím odřádkování a po značkách by mělo přijítdalší dvojí odřádkování, pokud nenásleduje +?. Před značky se někdy vkládá středník.Příklad:

; OK2KOJ DE OK2SCS

Pokud je spojení dokončeno, je ještě třeba přerušit linku. Jakým způsobem se to provedezávisí na použitém řadiči, v případě PK-232 k tomuto účelu slouží kombinace Ctrl+D,přičemž lze alternativně použít i Ctrl+F, což navíc způsobí odeslání vlastní značky v CW.

5.5 Několik slov závěremStanici pracující režimem Amtor budete patrně hledat dost dlouho. V dnešní době většinastanic pracuje v PSK 31 a v menšině v RTTY. Amtor patří k režimům, které není možnoúspěšně provozovat se zvukovou kartou9. Navíc vyžaduje poměrně rychlé a časté přepí-nání mezi RX a TX, což nedělá příliš dobře elektromechanickým prvkům uvnitř TRXu.Navíc vyžaduje malé zpoždění signálu při průchodu RX em i TX em, což u analogovýchsystémů není problém, ale znemožňuje to použití DSP v TRXu, pokud je TRX vybavenDSP už na mezifrekvenci a není možné DSP vypnout, není možno s takovým TRX emAmtor provozovat. Obdobná pravidla platí pro většinu ARQ režimů, proto se, pokudplánujete věnovat se digitálním režimům komunikace, vyhněte nákupu takových TRXů.Stávají se sice hitem poslední doby, ale pro některé digitální režimy jsou nevhodné. Dlužnopoznamenat, že patří do té nejdražší kategorie. S TRX em vybaveným moderním DSP pa-trně uspějete v Pactoru a podobných digimodech, sám mám vyzkoušený Pactor s DSPna úrovni NF signálu v FT-897D a funguje to bez problémů. Pactor již není tak háklivýna opoždění signálu, čili použití TRXu s DSP patrně znemožní pouze použití Amtoru,ale jeden si nemůže být nikdy jistý.

8vyžadováno zákony v některých zemích, u nás 10 minut9minimálně v ARQ režimu

20 KAPITOLA 5. AMTOR

Kapitola 6

Pactor

Pactor je patrně nejpoužívanějším ARQ režimem vůbec. Od doby vzniku uplynulo mnoholet a vyvíjel se i Pactor, takže dnes rozlišujeme několik verzí.

• Pactor (neboli Pactor-I)

• Robust Pactor

• Pactor-II

• Pactor-III

V rámci amatérské služby se budete patrně setkávat převážně s Pactorem-I a Pactorem-II.Pactor-III je rychlý, ale příliš široký na použití na amatérských pásmech, navíc je spojens licenčními problémy, ale zpět k technické podstatě.

6.1 Pactor-IJe nejstarším z rodiny Pactorů. Tvůrci prodali licence na implementaci několika dalšímfirmám a tudíž byl jako jediný implementován i mimo řadiče produkované německou fir-mou SCS - Special Comunications Systems GmbH.. Používá se FSK se zdvihem 200 Hza přenosové rychlosti 200 Bd, nebo 100 Bd1. Rychlost je měněna v průběhu spojenípodle momentální kvality přenosové trasy. Data jsou zabezpečena pomocí CRC a al-ternativně komprimována Huffmanovou kompresí. Pactor-I je podporován všemi řadičiod SCS 2 a některými dalšími. Je např. jako optional pro PK-232, je podporován většinouřadičů z dílny Kantronicsu a některými řadiči MFJ. V minulosti jsem dokonce potkalimplementaci pro PC se zvukovou kartou, jenže celek fungoval jen s některými zvukovýmikartami, přistupoval k nim na binární úrovni a bylo nutno patchovat jádro. Celek mi sices velkými problémy fungoval, ale zhruba v každém třetím spojení tento softwarový pro-dukt shodil celé jádro. Vývoj byl3 zastaven.4 Narozdíl od amtoru je výrazně prodlouženpacket, takže rádia už nepřepínají tak často. Vylepšena je pochopitelně i korekce chyba řada dalších věcí. Podle tvůrců je pactor imunní vůči změnám polarity FSK signálu5,

1řadiče se na rychlosti domluví2krom SCS Trackeru3pokud vím4patrně z technických důvodů, pactor totiž není možné implementovat korektně pro použití se zvukovou

kartou bez úpravy zvukové karty5prohození značky a mezery

21

22 KAPITOLA 6. PACTOR

postupy reverzního inženýrství aplikovanými na implementaci pro PK-232 jsem zjistil,že to není pravda, pactor není imunní vůči změně polarity FSK signálu, ale umí se na po-laritě s protistanicí dohodnout. Inicializace spojení se vysílá jednou s normální polaritoua podruhé s reverzní, následně zase s normální atd. Jakmile protistanice odpoví, fixuje semomentální polarita. Je to v podstatě jednoduchý hack6, leč plně funkční.

6.2 Pactor-II a Robust Pactor

Dostupný pouze pro řadiče od SCS. Používá DPSK, bližší informace víceméně nejsouznámy, popis je uveřejněn na http://www.scs-ptc.com a je důkladně nicneříkající.

6.3 Pactor-III

Toto je patrně nejtragičtější implementace vůbec. Největším problémem jsou licenční pod-mínky. Ikdyž máte řadič od SCS, musíte za Pactor-III zaplatit licenční poplatek. Dosta-nete za něj firmware s vaší volací značkou, kterou nelze změnit, takže pokud používátenapř. značky dvě, musíte licenci kupovat dvakrát, přičemž neustále přeflashováváte firm-ware. Demo (pro několik spojení) lze stáhnout zdarma, ale pozor, nedoporučuji zkoušet,budete muset upgradovat BIOS řadiče a downgrade již není možný7. Serií hackerskýchpostupů je možno BIOS downgradovat, ale rozhodně to není jednoduchý8 postup. Díky li-cenčním podmínkám není v praxi Pactor-III příliš nasazován a jeho přijímání je provázenoobavami a jistou „rozvážností” a to kupodivu i ze strany profesionálních stanic.

6.4 Pactor prakticky

6.4.1 Spojení operátor - operátor

V podstatě máte dvě možnosti. Přímých spojení9 si asi moc neužijete, ikdyž může sepodařit. V případě Pactoru se spojení příliš neliší od Amtoru, tj. opět budete volat krátkouvýzvu a očekávat, že vás někdo zavolá v ARQ. Takový provoz má ještě poněkud striktnějšípravidla, např. značka se dává jako

; OK2KOJ DE OK2SCS >

V podstatě se asi nic nestane, pokud nebudete všechna pravidla dodržovat, ostudu udělátenanejvýš sobě. Pactorové stanice vám ale nikdy za nic nevynadají10, protože pactorovýchstanic, které aktivně navazují spojení, je velmi málo. V podstatě dodržujte udávání značeka +? místo KN. Pozor, jako changeover to interpretují jen některé řadiče, typicky Kan-tronics, takže changeover patrně budete muset iniciovat ještě ručně, u PK-232 defaultněCtrl+Z. Krom changeoveru je u Pactoru možný i Break-in, což způsobí prohození IRS

6narozdíl od AX.25, které je skutečně na polaritě nezávislé – dáno principem7zaručení vymahatelnosti licenčních podmínek8a legální9od rádioamatéra k rádioamatérovi

10narozdíl od fonie a CW vám na digimodech hned tak někdo nevynadá

6.4. PACTOR PRAKTICKY 23

a ISS, jenže toto prohození iniciuje IRS. Break-in je v principu možné provádět i v Am-toru, ale ne všechny implementace Amtoru jsou v tomto směru korektní. U Pactorunekorektní implementace Break-in neexistuje11. Nedoporučuji Break-in používat, pokudho skutečně nepotřebujete - výsledek působí poněkud chaoticky. Spojení Pactorem jsouobvykle poměrně dlouhá, na rychlá spojení podobná provozu v závodě můžete zapome-nout. Na začátku spojení by měl12 být pozdrav, report, jméno a QTH. Nebojte se trochuse rozepisovat, pokud se podmínky zhorší, tak se prostě data pošlou několikrát. Není dobrécokoliv opakovat, protože spojení je zabezpečené.

6.4.2 Spojení s mailboxy

Hlavním užitím pactoru je spojení s mailboxy. Tato zařízení většinou poslouchají na jed-nom, nebo několika kmitočtech a pokud je někdo zavolá, odpoví. Jedná se o automatickésystémy, které umožňují uchování a předání vaší zprávy dalším rádioamatérům, nebopředání zprávy od jiných rádioamatérů vám. Občas nabízí i možnost vstupu do jinýchsystémů a sítí, například AX.25. Jejich ovládání se může lišit, ale většina takových sys-témů je vybavena helpem, který uživatele navede. Příklad spojení s mailboxem F2PYnásleduje:

cmd:ptc f2pyOpmode was PACTOrOpmode now PTConn*** CONNECTED to F2PY[WinLink-3.0-B1FHIMR2TU$]WELCOME to F2PY Peter/ stby 14.068 14.098 loc JN04RFOK2SCS de F2PY>

lmNone Found...OK2SCS de F2PY>

b; OK2SCS de F2PY SK*** DISCONNECTED: F2PYcmd:

Jak vidíte, připojil jsem se na F2PY a ten mi poslal krátký úvodní text, tzv. C-Text.Jak vidno, není pro mne připravena žádná zpráva, což ještě ověřuji zadáním příkazu lma odpojuji se od systému. Není vhodné zdržovat se v systému příliš dlouho, neb jej tímblokujete ostatním rádioamatérům. Kompletní help k winlinku lze najít na Internetu,pokud si jej už stáhnete přímo z mailboxu, tak si jej uložte pro pozdější použití.

11pokud vím12podobně jako v RTTY

24 KAPITOLA 6. PACTOR

Kapitola 7

Další ARQ režimy

7.1 G-TorG-Tor je protokol podobný Pactoru navržený firmou Kantronics. Používá se FSK a prin-cip činnosti je podobný Pactor-I, ale používá se tří možných rychlostí přenosu - 100 Bd,200 Bd a 300 Bd. Data je možno podrobit Huffmanově kompresi a narozdíl od Pactorua jeho Memory ARQ se používá redundance na vysílací straně v podobě Golay code1.Implementován je pouze v řadičích Kantronics, takže stanice budete patrně hledat velmiobtížně. Výhodou tohoto režimu je poměrně vysoká přenosová rychlost - 300Bd je rych-lost, která se na krátkých vlnách používá u AX.25, ale G-Tor má obvykle menší overhead.Délka packetu je ještě větší, než u Pactoru, za zmínku stojí i využití FSK místo moder-ního mnohdy zbytečně prosazovaného PSK. Pokud se rozhodnete kupovat nějaký řadič,pak je třeba volit mezi Pactor-II a G-TOR, přičemž rozhodování není zrovna snadné.2

7.2 CloverClover je ve své podstatě revolučním ARQ režimem - neexistuje changeover. Data mohoupřenášet obě stanice mezi sebou, přičemž linka je vždy nějakým způsobem asymetrická.Směr asymetričnosti linky se prohazuje automaticky, což lze považovat za nějakou formuchangeover. Ve své podstatě je jeho osud podobný G-Toru, je dostupný pouze v řadi-čích firmy HAL Communications, z čehož plyne, že stanic pracujících tímto režimem mocnebude. Zajimavé ovšem je, že řadič DXP-38 by měl podporovat i Pactor-II, který je na-zýván P-Mode3. Podle všeho nekoupili licenci, ale vytvořili vlastní implementaci podle do-kumentů zveřejněných na Internetu, takže kompatibilita patrně není zaručena, leč podleinformací mně dostupných to funguje.

7.3 PSK ARQAneb zvukovkové ARQ. Tento režim je vytvořen na základě programu gMFSK přidánímjednoduché ARQ vrstvy. Stanici pracující tímto režimem jsem zatím nepodkal. Režimveskrze zajimavý a obskurní. Výhodou by mohla být nízká pořizovací cena vybavení.

1Tento princip používala např. sonda Pathfinder2Cena nejlevnějšího Pactor-II schopného řadiče je zhruba dvojnásobná k ceně nejdražšího (a jediného)

řadiče od Kantronicsu, který umí G-TOR.3kvůli licenčním podmínkám

25

26 KAPITOLA 7. DALŠÍ ARQ REŽIMY

Část III

AX.25

27

Kapitola 8

AX.25 level 2

8.1 Struktura

Protokol AX.25 je bitově orientovaný protokol. Jednotlivé bity jsou seskupeny do rámců,které tvoří packet. Každý rámec je uvozen FLAGem1, což je sekvence 011111102. Uvnitřrámce jsou obsažena data. Aby byla zaručena unikátnost rámce, vkládá se po sekvenci 11111automaticky jedna nula3. Tím je jednak zaručena unikátnost FLAGu, navíc je zaručeno,že nemůže existovat sekvence obsahující více než šest jedniček za sebou, což je důležitéz hlediska regenerace taktu přijímacích hodin4.

Rámce mohou být dvojího druhu:

• datové

• signalizační

Datové rámce jsou takové, jež nesou přenášené informace. Signalizační rámce informacenenesou a jsou určeny k signalizaci, tj. přenášení informací souvisejících s vytvořením,během a ukončením spojení.

Struktura datového rámce:

FLAG adresa ctl PID info FCS FLAG7..70 byte 1 byte 1 byte 1..256 byte 2 byte

Struktura signalizačního rámce:

FLAG adresa ctl FCS FLAG7..70 byte 1 byte 2 byte

Nyní popíši význam jednotlivých polí:

adresa – pole specifikující zdroj a cíl rámce, případně jeho cestu. Každá adresa sestáváze sedmi bytů, přičemž prvních šest odpovídá volacímu znaku, poslední byte je SSID.

1český ekvivalent je „křídlová značka”2EQU 0x7E3bit-stuffing4bude vysvětleno později

29

30 KAPITOLA 8. AX.25 LEVEL 2

ctl – specifikuje typ rámce, číslo rámce v příchozí a odchozí frontě a Final/Poll bit. Jsoupřípustné následující typy rámců:

signalizační – to jsou rámce sloužící signalizaci, tzv. S–Rámce.

informační – to jsou rámce nesoucí informaci. Ty mohou být:

počítané – tzv. I–rámcenepočítané – tzv. U–rámce

PID – identifikuje, o jaký typ packetu se jedná. Dnes se užívá výhradně k identifiko-vání protokolů vyšších vrstev. Pokud se používá spojení terminál – terminál, máhodnotu 0xF0. Dříve se toto pole užívalo k jiným účelům.

info – vlastní přenášená data. Může obsahovat 1..256 byte, přičemž informační packetnulové délky je zakázán.5

FCS – kontrolní součet

I–Rámce mohou být jednoho jediného typu. Nese si svoje vlastní číslo, které se měníod 0x00 do 0x07 a číslo očekávaného rámce od protistanice. Dále nese Final/Poll bit.

S–Rámce mohou být různých typů:

RR rámec – příjem připraven. Nese číslo očekávaného rámce, čímž potvrzuje příjemvšech předchozích a také Final/Poll bit.

RNR rámec – příjem není připraven. Nese číslo očekávaného rámce, čímž potvrzujepříjem předešlých rámců, ale zároveň říká, že není schopen zpracovat další rámce.K této situaci dochází v případě, že stanice vysílající RNR nestačí zpracovávat dataa dochází buffer. Toto je jednoduchá obdoba handshake. Dále nese tento rámecFinal/Poll bit.

REJ rámec – odmítnutí. Oznamuje protistanici, že došlo k narušení posloupnosti rámců,tj. některý rámec nebyl přijat. Protistanice má reagovat novým odesláním rámce.

U–Rámce jsou nepočítané rámce. Ty jsou používány pro navazování a rušení spojení,pro indikaci některých nepřípustných stavů. Může mít několik druhů:

SABM rámec – zahájení spojení. Je vyslán jako žádost o vytvoření spojení. V případějiž probíhajícího spojení je považována za Link Reset, což způsobí totéž, jako vytvo-ření spojení, ale nedojde ke ztrátě spojení. Používá se jako reakce na některé fatálnístavy.

DISC rámec – žádost o ukončení spojení. Je vyslán v momentě, kdy jedna z komuni-kujících stran hodlá ukončit spojení.

UA rámec – nečíslované potvrzení. Potvrzuje přijetí a zpracování některých typů nečís-lovaných rámců. Používá se jako kladná odpověď na SABM, někdy též jako kladnáodpověď na DISC 6.

5mělo by se na něj reagovat pomocí FRMR6může vůbec existovat na DISC záporná odpověď? Její existence by byla nelogická.

8.1. STRUKTURA 31

DM rámec – stav rozpojeno. Oznamuje protistanici, že spojení neexistuje. Používá sebuď jako záporná odpověď na SABM, nebo jako kladná odpověď na DISC. Tentotyp rámce by měl být generován vždy, když příjde jakýkoliv S–Rámec nebo I–Rámecz adresy, se kterou neprobíhá spojení. Toho lze s úspěchem využít při dotazu na fy-zickou přítomnost konkrétní stanice bez navázání spojení7.

FRMR rámec – odmítnutí rámce. Tento rámec by měl být odeslán v momentě, kdyje korektně přijmut rámec8, který není možné dále zpracovat. K tomuto stavu byteoreticky mělo docházet jen zřídka a měl by být používán jako reakce na „zmatenérámce”. Prakticky jej lze očekávat jako reakci na následující stavy:

bez vytvořeného spojení

• nepodporovaný PID• nesmyslný SABM–rámec

při vytvořeném spojení

• „zmatený rámec”• UI–rámec s adresou existujícího spojení

FRMR–rámec lze tedy využít k prozkoumávání podporovaných protokolů vyššívrstvy protistanice. To může být například užitečné v případě, kdy máme možnostvybrat si z několika možných protokolů vyšší vrsvy a zkoušíme, který protistanicepodporuje. To lze provést tak, že vyšleme žádost o spojení s daným PID a pokudprotistanice tento protokol nepodporuje, obdržíme FRMR9. Další častou příčinouvýskytu bývá duplicita volacích znaků.

UI–rámec – nečíslovaný datový rámec. Vysílá data v nečíslovaných rámcích. Používá sevětšinou pro skupinové vysílání, nebo jako maják. Pokud je požadováno doručenídat, musí se o to postarat nadřízený protokol.

Final/Poll a hlášení/odpověď jsou definovány pomocí dvou bitů v každém rámci. Me-toda hlášení/odpověď je definovaná v obou verzích protokolu. Final/Poll je definovánpouze v druhé verzi protokolu, tj. AX.25 level 2. Různé varianty jsou definovány následu-jícím způsobem:

význam obvyklé označení P/Fpříkaz ^ 0hlášení v 0poll + 1final - 1

Odpovědí na příkaz je hlášení. Stejný princip je zachován i pokud je P/F aktivní, alena poll se odpovídá pomocí Final okamžitě. Rozdíl spočívá v tom, že po přijetí packetus příkazem bez aktivního P/F se ještě chvíli čeká, než se potvrzuje. Pokud by totižpřišel další rámec, bylo by možné potvrdit oba rámce jedním. Toto prodlužuje komunikaciv okamžiku, kdy je vysílající straně jasné, že již další data vysílat nebude. V poslednímtakovém rámci se tedy nastaví F/P na 1, což způsobí, že budou potvrzeny všechny přijatérámce bez čekání, což zvyšuje rychlost komunikace.

7obdoba ping z TCP/IP8tj. souhlasí kontrolní součet9takto to dělá např. AX.25–Lite


8.2 Konstrukce packetu

Packet je objekt tvořený několika rámci, které jsou odvysílány bezprostředně za sebou.Vzhledem k způsobu číslování rámců lze v jednom packetu odvysílat nanejvýš sedmrámců. Tato maximální hodnota však může být omezena konstantou window 10. Sníženíkonstanty window může mít pozitivní důsledky v případě častého výskytu krátkodobéhorušení, případně při problémech se synchronností modemů. Tedy. Packet vytvořen v mo-mentě, kdy je připraveno dostatečné množství rámců, nebo již nejsou připravena dalšídata k vysílání. Strategie řídící vlastní vytváření packetu je věcí implementace a proto-kol AX.25 jej neomezuje nad rámec plynoucí z omezení window.

8.3 Konstrukce I–rámce

Jediným parametrem, který má smysl ovlivňovat, je délka rámce. Protože délka hlavičky,kontrolních součtů a křídlových značek je konstantní, lze měnit pouze velikost přenáše-ných dat. Ta je z definice protokolu AX.25 omezena na 256 bytů. Prakticky bývá vhodnétuto maximální hodnotu omezit. Maximální velikost vysílaných rámců lze omezit pomocíkonstanty paclen. Tato konstanta definuje maximální velikost datové oblasti I–rámce. Rá-mec je nejkratší úsek dat, který je v případě nekorektního přijetí opakován. Z toho plyne,že na spolehlivých linkách je výhodné nastavení velkého paclen, protože se tím snižujerežie protokolu. Na špatných linkách je lépe nastavovat spíše hodnoty menší, protože sev případě chyby znovu vysílají menší bloky dat.

Skutečná délka rámce je v praxi menší11. Moment, kdy je rámec uzavřen12 závisína konkrétní implementaci. Rámec musí být uzavřen při dosažení délky rovné paclen. Přispojení typu terminál–terminál se obvykle rámec uzavře při výskytu znaku CR = 0x0D.Někdy se též rámec uzavře při dosažení konce řádku. Záleží na konkrétní implementaci.Praxe ukazuje, že v sítích, kde se používá i Net/ROM je vhodné paclen nastavit na hod-notu 230. Takové rámce potom nemusí být uzlem fragmentovány, což snižuje jeho zátěž.

8.4 Časovače

Protokol AX.25 potřebuje ke své činnosti několik časovačů:Označení Označení VýznamLinux TAPRT1 FRACK Doba, kterou čekáme před opakováním vysílání

nepotvrzeného rámceT2 RESPTIME Doba, po kterou čekáme na další rámec před odvysíláním

potvrzeníT3 CHECK Doba mezi odvysíláním posledního packetu a odvysíláním

rámce udržování linkyN2 RETRY Počet iniciovaných pokusů o obnovení komunikace

s protistanicí před prohlášením spojení za přerušenéIdle Doba bez vysílání či příjmu dat, po jejímž

uplynutí je spojení ukončeno

10někdy označovanou maxframe11s vyjímkou přenosu velkých bloků dat12tj. připraven k odeslání

8.5. PŘÍKLAD SPOJENÍ V AX.25 33

Nyní si podrobněji popíšeme význam jednotlivých parametrů:

T1 – nastavuje, jak dlouho je třeba čekat na potvrzení rámce. Lze jej nastavit v rozmezí1 s až 30 s, standardně bývá nastaven na 10 s. Časovač by se měl spouštět až s od-vysíláním celého packetu, u některých typů hardware13 toto není možné. Nastavenípříliš malé hodnoty způsobí opakování rámce i když není třeba rámec opakovat,příliš vysoká hodnota způsobí dlouhé prodlevy při výskytu chyby.

T2 – nastavuje, jak dlouho se má čekat zda nepříjde další rámec před potvrzením. Pokudje generátor protokolu AX.25 schopen detekovat hranice packetu, nemá tato kon-stanta přílišný význam. V opačném případě příliš malá hodnota způsobí potvrzováníkaždého rámce, příliš vysoká hodnota zase zpomaluje komunikaci. Pokud se používádruhá verze protokolu AX.25, je lépe nastavit vyšší hodnoty, protože zbytečnémučekání předchází nastavení bitu P/F 14. Hodnoty lze nastavit v rozsahu 1 s až 30 s,doporučené nastavení je 3 s.

T3 – časovač prověřovače linky. Pokud se dostatečně dlouho nepřenášejí data mezi propo-jenými stanicemi neprochází přes přenosové medium ani žádné rámce. V tom případěspojení mezi stanicemi dále existuje. Tento jev může mít různé příčiny. Je to sicelegální stav, ale může to být důsledek nějaké chyby. Na odlišení chybového stavuse používá krátký signalizační rámec, který se vyšle v případě, že existující spo-jení nepřeneslo po dobu T3 žádný rámec. Protistanice reaguje na takový rámecstandardním způsobem. Pokud nereaguje, nastupují obvyklé metody pro opravuchyby, které v případě neúspěchu prohlásí spojení za nefunkční. Příliš malé hodnotypřetěžují kmitočet stálými dotazy na stav linky, příliš vysoké hodnoty znesnadňujídetekci chyb a zpomalují reakci na chybový stav. T3 lze nastavit v rozsahu 0 s15

až po 3600 s. Doporučuje se nastavení na 300s.

N2 – toto není pravý časovač, protože nastavuje počet pokusů o opravu chyby přenosupřed tím, než je linka prohlášena za nefunkční. Tím se eliminují stavy, kdy dojdek přerušení schopnosti zařízení komunikovat. Příliš nízké hodnoty způsobí zbytečnézrušení spojení, v případě výskytu krátkodobých obtíží, příliš vysoké hodnoty opož-ďují reakci na chybový stav. N2 lze nastavit v rozsahu 1 až 31 pokusů. Doporu-čuje se nastavení na 10 pokusů.

Idle – pokud se po tuto dobu nepřenášejí žádná data16, je spojení zrušeno. Tento časovačmá eliminovat stavy, kdy sice funguje spojení a tvorba protokolu AX.25, ale aplikace,která spojení využívá, z nějakého důvodu nepřenáší data, tedy lze předpokládat,že nefunguje. Tento časovač hraje též důležitou roli při rušení AX.25 spojení. Tentočasovač obvykle nastavujeme na 20 min.

8.5 Příklad spojení v AX.25

Nyní máme definovány všechny důležité vlastnosti protokolu AX.25, takže můžeme při-stoupit k jednoduché ukázce spojení v AX.25. Před tím je nutno definovat tvar zápisu

13typicky KISS TNC14viz výše15tzn. použití této metody zakázáno16bez ohledu na výskyt/nevýskyt rámců


protokolu AX.25. Přidržím se obvyklých konvencí zápisu, tj. tvaru, který používá většinamonitorovacích programů.

1. První řádek obsahuje informace z hlavičky rámce.

2. Pokud rámec nese nějaká data, jsou uvedena na řádcích za řádkem hlavičky.

3. Pokud je zakázáno zobrazování binárních dat a rámec obsahuje binární data, je zob-razeno pouze <BIN#???>, kde ??? je velikost dat v bytech.

4. Pokud rámec obsahuje data protokolu nějaké vyšší vrstvy, kterou je schopen monitorzobrazovat, je její hlavička na druhém řádku.

5. Za každým vypsaným rámcem následuje prázdný řádek.

Tedy. Stanice OK1AAA bude navazovat spojení se stanicí OK2BBB. Nejprve vyšleOK1AAA žádost o spojení se stanící OK2BBB :

fm OK1AAA to OK2BBB ctl SABM+

Pokud je OK2BBB ochotna vytvořit spojení s OK1AAA, odpoví pomocí:

fm OK2BBB to OK1AAA ctl UA-

Spojení je nyní navázáno. Protože navazujeme spojení typu terminál–terminál17 jenepsaným pravidlem, že stanice OK2BBB nyní pošle několik informací o sobě:

fm OK2BBB to OK1AAA ctl I00^ pid F0OK2BBB = QTH Letovice (JN89GM)

OK1AAA potvrdí příjem oznámením, že očekává rámec číslo 1 :

fm OK1AAA to OK2BBB ctl RR1v

Stanice OK1AAA reaguje:

fm OK1AAA to OK2BBB ctl I10^ pid F0Nazdar!

fm OK1AAA to OK2BBB ctl I11^ pid F0Jaxe máš?

Nyní vyslala stanice OK1AAA dva rámce dostatečně rychle po sobě18, takže je OK2BBBpotvrdí oba zároveň oznámením, že očekává rámec číslo 2 :

fm OK2BBB to OK1AAA ctl RR2v

Nyní bude OK2BBB reagovat:

fm OK2BBB to OK1AAA ctl I21^ pid F0No nazdar...

17PID=0xF018T2 nestačil doběhnout


OK1AAA bude reagovat. Ukážeme si, jak lze potvrdit příjem pomocí I–rámce. To jevýhodné v případě, kdy má přijímající strana co vysílat.19

fm OK1AAA to OK2BBB ctl I22^ pid F0Máš zítra čas?

fm OK1AAA to OK2BBB ctl I23^ pid F0Ráno/večer?

OK2BBB potvrzuje standardním způsobem20 – oznámením, že očekává rámec číslo 4 :


Nyní si ukážeme příklad opravy chyby přenosu. Následující rámec sice OK2BBB od-vysílá, ale OK1AAA jej nepříjme správně:

fm OK2BBB to OK1AAA ctl I24^ pid F0Večer nejsem doma...

Protože OK1AAA rámec nepřijal21, nemůže nic potvrdit. U OK2BBB doběhne časo-vač T1 a rámec se znovu odešle. Tentokrát s nastaveným P/F bitem.

fm OK2BBB to OK1AAA ctl I24+ pid F0Večer nejsem doma...

Vzhledem k tomu, že byl nastaven P/F bit, musí OK1AAA okamžitě odpovědět. Nynípředpokládejme, že OK1AAA rámec napodruhé přijme. Kdyby tomu tak nebylo, doběhlby opět u OK2BBB časovač T1 a celý proces by se opakoval tak dlouho, dokud byOK1AAA rámec nepřijal korektně. Pokud by byl překročen počet N2, došlo by k zrušeníspojení.

fm OK1AAA to OK2BBB ctl RR5-

Nyní pošle OK2BBB ještě nějaká data. P/F bit nastaven nebude, protože se probléms příjmem vyřešil:

fm OK2BBB to OK1AAA ctl I25^ pid F0A ráno jsem v práci...

OK1AAA opět rámec standardním způsobem potvrdí:

fm OK1AAA to OK2BBB ctl RR6v

Tímto způsobem by spojení pochopitelně mohlo pokračovat. My si ukážeme použitíS–rámce typu REJ a RNR. K tomu bude nejlépe, ukážeme–li si část nějakého binárníhopřenosu. Opět budu stanice značit jako OK1AAA a OK2BBB. Předpokládejme, že spojeníje úspěšně navázáno a již nějakou dobu probíhá.

19nebývá to častý případ20nemá připraveny další data21nebo nepřijal korektně


fm OK1AAA to OK2BBB ctl I30^ pid F0<BIN230>




OK2BBB příjem potvrdí. Teď proběhlo všechno tak, jak má, takže OK2BBB oznámí,že očekává rámec číslo 4.


Nyní si ukážeme, jak to bude vypadat, pokud nebude OK2BBB schopen po nějakoudobu přijímat další data.22 OK1AAA tedy odešle další blok dat:





Předpokládejme, že OK2BBB vše řádně přijal a očekává rámec číslo 0, ale zároveňžádá o pozdržení vysílání, protože by další data nebyl schopen zpracovat. To provederámcem typu RNR:

fm OK2BBB to OK1AAA ctl RNR0v

Nyní se chvíli nebude dít nic. Jakmile si OK2BBB vyřeší svoje problémy a budeschopen opět přijímat, oznámí to stanici OK1AAA pomocí rámce typu RR, tj. oznámí,že očekává rámec číslo 0. Bit P/F bude nahozen.

fm OK2BBB to OK1AAA ctl RR0+

Na Poll musí následovat Final. Tedy:

fm OK1AAA to OK2BBB ctl RR3-

Nyní si ukážeme, jak to bude vypadat, když se nepříjme některý z rámců packetu.Předpokládejme, že OK1AAA vyslal tři rámce, ale OK2BBB přijal pouze první rámecpacketu.

22například se něco nestihne





Tedy. OK2BBB přijal pouze první rámec packetu. Protože neví, zda nějaký další rámecexistoval, tj. nebyla porušena posloupnost číslování rámců, nemůže reagovat pomocí rámcetypu REJ. Ten se posílá v případě, že některý z rámců chybí a protistrana si tímto rámcemvyžádá jeho zopakování. Tedy OK2BBB může pouze potvrdit rámec číslo 0.


OK1AAA čeká na příchod potvrzení rámců 1 a 2. To však přijít nemůže, protožeOK2BBB neví, že rámce existují. Jakmile u OK1AAA doběhne časovač T1, dotáže seOK1AAA, co vlastně OK2BBB slyšel. Kdyby zůstal nepotvrzen jen jeden rámec, OK1AAAby se jej pokusil zopakovat. Strategie opakování vysílání a dotazování protistrany nenístriktně dána a závisí víceméně na implementaci. Protože se vyžaduje okamžitá odpo-věď23, je pochopitelně nastaven bit P/F.

fm OK1AAA to OK2BBB ctl RR3+

Poslední rámec, který OK2BBB má, je rámec číslo 0. Takže odpoví, že očekává rámecčíslo 1. Bit P/F bude pochopitelně nastaven, protože na Poll se musí odpovědět Final.

fm OK2BBB to OK1AAA ctl RR1-

OK1AAA nyní ví, že poslední rámec, který přijal OK2BBB je rámec číslo 0. Tedyznovu odvysílá rámce, které OK2BBB nepřijal.



Nyní vše proběhlo tak, jak má a OK2BBB rámce potvrdí hlášením, že očekává rámecčíslo 3.


Nyní si ukážeme jiný případ opravy chyby. Předpokládejme, že v následujícím packetubudeme vysílat rámce číslo 3, 4 a 5, přičemž stanice OK2BBB nepříjme rámec číslo 4.


fm OK1AAA to OK2BBB ctl I34^ pid F0

23předpokládáme výskyt chybového stavu


<BIN230>


OK2BBB přijal rámec číslo 3 a po něm rámec číslo 5. Tedy číslování rámců byloporušeno – schází rámec číslo 4. Na to reaguje OK2BBB pomocí rámce typu REJ.

fm OK2BBB to OK1AAA ctl REJ4v

Korektní reakce na rámec typu REJ je jediná – odvysílat vyžádaný rámec znovu.


OK2BBB si nyní vyřešil problém s číslováním rámců, protože má rámce číslo 3, 4 a 5,takže je souhrným způsobem potvrdí pomocí hlášení, že očekává rámec číslo 6.


Tím jsou rámce potvrzeny a přenos může pokračovat dál.

8.6 Stavy linky

Stav linky24 může nabývat některé z následujících hodnot:

Link Setup – Linka se sestavuje. Rámec typu SABM byl odeslán, odpověď rámcem UIještě nepřišla.

Info transfer – Přenáší se data.

Idle – Linka je sestavena, nejsou připravena žádná data k odeslání, nic se nepřijímá.Některé implementace stav Idle neuznávají a nahrazují jej stavem Info transfer.

Waiting for ACK – čekáme na potvrzení rámců. Několik rámců bylo odesláno, ale ne-byly všechny rámce potvrzeny.

REJ state – Posíláme reject a čekáme na znovuodvysílání chybějícího rámce.

Receive Not Ready – Obdrželi jsme rámec typu RNR a čekáme, až bude protistranaschopna přijímat.

Disc Request – Žádáme o zrušení spojení. Protistrana ještě nepotvrdila zrušení linky.

24=spojení

8.7. UDÁLOSTI LINKY 39

8.7 Události linkyPři vytváření spojení, přenosu dat i ukončování spojení může protokol AX.25 signalizovatnásledující stavy:

Connected – Bylo otevřeno spojení.

Disconnected – Bylo uzavřeno spojení.

Busy – Žádost o spojení byla protistranou zamítnuta.

Link Failure – Spojení zrušeno z důvodu přetečení čítače N2.

Link Reset – Protistrana žádá o Link Reset

FRMR – Výskyt rámce typu FRMR

8.8 AX.25liteVzhledem k tomu, že režie přenosu je značná, což činí problémy převážně u pomalých linek,byla vytvořena varianta protokolu AX.25 pod názvem AX.25lite. Jedná se o „firemní” ře-šení, které je implementováno pouze v několika implementacích protokolu AX.25. V praxijde o to, že se volací znak nahradí čtyřbytovou sekvencí, tzv. lite adresou a nadále se po-užívá tato místo značky v adresním poli, které je příslušným způsobem zkráceno. Důsled-kem je podstatně kratší hlavička, což snižuje výrazným způsobem režii protokolu. Úplnéznačky se vyměňují pouze při navazování spojení. Pokud protistrana protokol AX.25 litenepodporuje, odešle na žádost o vytvoření spojení rámec typu FRMR, na což iniciátorvzniku spojení reaguje zakázáním používání AX.25 lite pro toto spojení a začne navazovatspojení obvyklým způsobem. AX.25 lite se v ničem jiném neliší od standardního AX.25.

Použití protokolu AX.25 lite by v našem případě přineslo více komplikací než užitku.Mezi jeho hlavní nevýhody patří:

• minimální počet implementací

• vysoká pravděpodobnost kolize lite adresy


Kapitola 9

AX.25 - Hardware

Hardware, podporující protokol AX.25, bylo zkonstruováno mnoho – stačí si pouze vy-brat. Než přistoupíme k popisu vlastního hardwaru, bude účelné, popíšeme-li si funkcijednotlivých částí. Ano, hardware lze rozdělit na několik částí:

• modemová část

• NRZ/NRZI konvertor, regenerátor přijímacího taktu

• logická část

Za určitých okolností je výhodné jednotku NRZ/NRZI konvertoru vypustit a ponechattuto činnost na jednotce modemu, v některých případech1 nemá konverze NRZ/NRZIsmysl. Výše zmíněný koncept vychází z 1200 Bd AFSK 2 a 300Bd FSK 3. Do značné mírylze tento koncept aplikovat i na Manchester 4, užití GMSK tento model boří.5

9.1 Modemová část

Modemová část tvoří rozhraní mezi analogovou a digitální částí. Na jejím vstupu jsou digi-tální signály RXData, což je signál vystupující z modemové části, a dva signály vstupujícído modemové části – TXData a PTT 6.

PTT – Tento signál má způsobit přepnutí TRXu na vysílání. V případě plně duplexníhoprovozu má pouze zapnout vysílač. Tento signál stačí jen upravit do vhodné podoby7

a přenést do TRXu. Taková úprava je nezbytná, protože na vstupu modemu sig-nál obvykle odpovídá úrovním TTL, zatímco většina TRXů se přepíná na vysíláníuzemněním příslušného vstupu.8 V případě simplexního provozu je účelná existencezařízení, které zamezí dalšímu vysílání, pokud se již vysílá příliš dlouho. Pokudje TRX přepnut na vysílání déle než dvě minuty, je zřejmé, že došlo k nějaké chybě.Setrvání TRXu v takovém stavu by jej jednak mohlo poškodit, navíc znemožňuje

1typicky při použití GMSK2používá se na VHF3používá se na HF4obvykle užívané rychlosti 2400 Bd a 4800 Bd5protože má kořeny v MSK.6lze označit jako TXEnable7z elektrického hlediska8jedinou „žijící” vyjímkou, kterou jsem zatím poznal, je TRX TXR 210 „Sněžka 2”

41

42 KAPITOLA 9. AX.25 - HARDWARE

komunikaci ostatním stanicím. Zařízení, které řeší takový stav, se nazývá PTT –watchdog a bývá součástí modemové části.

TXData – Tento signál obsahuje vysílaná data. Je-li v logické úrovni 1, vysílá se značka,je-li v úrovni 0, vysílá se mezera, přičemž přiřazení logické 1 a 0 není kritické, signállze invertovat bez viditelného vlivu na přenášená data, což si ukážeme v popiseregenerátoru přijímacího taktu9.

RXData – Tento signál je v logické 1, je-li na vstupu značka, a v úrovni logické 0 přivýskytu mezery. Podobně, jako v předchozím případě, lze obrátit smysl chápánílogické 0 a 1 bez viditelného vlivu na přenášená data.10

9.2 NRZ/NRZI konvertor, regenerátor přijímacího taktu

Přenos vysílaných a přijímaných dat mezi NRZ/NRZI konvertorem a logickou jednotkouprobíhá pomocí synchronního seriového přenosu.11 Zdrojem hodinového signálu je v oboupřípadech, tj. v případě příjmu i vysílání, NRZ/NRZI konvertor. Pokud je na vstupukonvertoru logická 0 dojde v momentě „tiknutí” hodin ke změně logické úrovně na výstupu,tj. pokud byla na výstupu logická 1 přejde v logickou 0 a obráceně. Bude-li na vstupulogická 1 k výše uvedené změně na výstupu nedojde. Tedy, logická 0 na vstupu je kódovánajako změna signálu, zatímco logická 1 na vstupu je kódována jako setrvání signálu.

Při příjmu postupujeme obráceným způsobem. Z uvedeného je zřejmé, že úspěšný pří-jem vyžaduje regeneraci hodinového signálu. V praxi se to provádí pomocí smyčky DPLL,což je digitální obdoba PLL12 smyčky. Princip je následující: Pomocí externího oscilátoru,na jehož stabilitě závisí kvalita regenerátoru, generujeme hodinový signál s kmitočtemrovným celočíselnému násobku regenerovaného přijímacího taktu. Pro další výklad před-pokládejme, že použijeme třicetidvounásobný kmitočet. Ten inkrementuje čítač, k jehožpřetečení dochází dosažením hodnoty 32. Při přetečení čítač padá na hodnotu 0. Po-kud nastane změna signálu RXData v době, kdy má čítač načítáno méně než 16, dojdek dekrementování čítače. Pokud dojde ke změně signálu RXData v době, kdy má čítačnačítáno více než 16, bude inkrementován. Pokud ke změně signálu RXData nedojde,běží čítač volně. Tedy časová poloha dosažení hodnoty 16 na čítači bude oscilovat kolempřípadné změny signálu RXData. Vlastní regenerované hodinové impulsy odvodíme z pře-tečení čítače. Je zřejmé, že přijímací hodiny budou fázově posunuty o π, což poskytuje časdélky poloviny periody hodinového signálu k ustálení elektrických poměrů před čtenímdat. Z uvedeného tedy plyne, že v době vysílání 1 nedochází k synchronizaci. To všaknení problém, protože díky bit–stuffingu dochází k dostatečně častému vysílaní 0. Dález uvedeného plyne, že stačí 15 změn signálu RXData k správnému zasynchronizováníregenerátoru přijímacího taktu.

9při použití Manchesteru patrně nelze hovořit o značce a mezeře10platí pochopitelně i pro Manchester, protože tato možnost je dána užitím kódování NRZI11analogie s HDLC u X.25 není čistě náhodná12Phase Lock Loop

9.3. OBVOD DCD 43

9.3 Obvod DCD

Obvod DCD13 může být prakticky realizován několika různými způsoby. Kvalita návrhutohoto obvodu má přímý důsledek na množství kolizí při datovém přenosu, jedná se tedyo kritickou součást systému. Důvod je zřejmý, metoda přístupu CSMA klade vysoké ná-roky na kvalitu funkce DCD.

Podle způsobu realizace obvodu DCD můžeme konstrukce rozdělit do následujícíchskupin:

dle úrovně RF – DCD můžeme odvodit z úrovně RF signálu. Toto řešení má několiknevýhod. Jednak bude nezbytné získat z rádiostanice signál otevření squelche. Dal-ším, bohužel komplikovanějším, problémem je nutnost ručního nastavování squelche.To není problém v případě obsluhované stanice, v případě bezobslužného systémuse jedná o nepřekonatelný problém.

dle AF signálu – DCD je aktivní v případě výskytu signálu o kmitočtu značka nebo me-zera v přijímaném signálu. Toto řešení poskytuje dostatečně kvalitní DCD, které bo-hužel reaguje i na „podobné” signály. Obdobně lze odvodit DCD v případě použitíManchesteru ze zavěšení DPLL generátoru demodulačního signálu.

dle zavěšení DPLL regenerátoru hodin – vycházíme ze střední hodnoty rozdílu fázedetektoru fáze signálu DPLL. V ideálním případě by při příjmu signálu měl býtrozdíl fáze nulový. V reálném případě se budeme pohybovat v okolí nuly. Důležitýmproblémem zde bude rozhodovací úroveň vyhodnocení DCD, kterou je nutno správněnastavit.

9.4 Řídící logika

Tato část zajišťuje komunikaci mezi připojeným počítačem a zbytkem modemu. Tatočást se liší v různých realizacích, proto se jí budeme zabývat konkrétně v popisech re-alizací. Tato část je ve všech případech odpovědná za přístupovou metodu CSMA, pří-padně DAMA, v některých realizacích se podílí na tvorbě protokolu AX.25.

9.5 Obvody styku s počítačem

Většina realizací používá k připojení k počítači sériový port RS-232 v asynchronním re-žimu. Obvody styku tedy tvoří nějaký obvod sériového asynchronního portu, případněje tento emulován softwarově, ve spojení s nějakým převodníkem úrovní pro RS-232 14.V současné době probíhají pokusy s nahrazením rozhraní RS-232 rozhraním USB, nej-jednodužší cestou je použití řadiče sériového asynchronního portu pro sběrnici USB15.

13data carrier detector = detektor datové nosné14typicky MAX23215např. FTU232AM

44 KAPITOLA 9. AX.25 - HARDWARE

9.6 Metody přístupu k přenosovému médiuPřenosové médium, tedy rádiostanice, může podporovat buďto plný duplex, zde by otázkapřístupu k přenosovému médiu neexistovala, nebo poloviční duplex16, což přináší možnostvzniku kolize. Kolize je stav, ke kterému dojde v případě, že v jeden okamžik vysílá vícenež jedna stanice. Možnost detekce vzniku kolize je v případě rádiového přenosu téměřnemožná, proto budeme na vznik kolize reagovat stejně, jako na jakoukoliv chybu přenosu.Z výše uvedeného plyne, že pravděpodobnost vzniku kolize je třeba minimalizovat, nejsme-li schopni její vznik vyloučit.

9.6.1 Metoda přístupu CSMA

Vycházíme z předpokladu, že obvod DCD pracuje korektně. Jako každý jiný obvodovýprvek reaguje opožděně. Tedy pouhá detekce datové nosné je podmínkou nutnou, nikolivpostačující, k správné funkci zařízení.

Mějme připravena data k vysílání. V časech, definovaných konstantou slottime se do-tazujeme na stav DCD. Pokud je DCD neaktivní, dojde k vygenerování pseudonáhodnéhočísla, které je porovnáno s konstantou persistence a pokud je menší než persistence je za-hájeno vysílání.

9.6.2 Metoda přístupu DAMA

Základní myšlenkou je existence jedné řídící stanice na kmitočtu, která přiděluje čas ostat-ním stanicím, přičemž veškerá komunikace musí procházet přes řídící stanici. Praxe uká-zala, že tato cesta k dobrým výsledkům nevede, zbytečně prodlužuje dobu, kdy stanicečeká na příležitost k odeslání dat, protože se řídící stanice dotazuje stanic, které jsouv pořadí před stanicí s připravenými daty, ale žádná data připravena nemají. Totiž animetoda přístupu DAMA nezaručuje šířku přenosového média, tudíž její nasazení nemáprakticky význam.

16jeden vysílá, ostatní přijímají, role si mohou vyměňovat

Kapitola 10

Konkrétní hardwarová řešení

Přestože protokol AX.25 nestandardizuje jednotlivá hardwarová řešení, uvedu na tomtomístě několik konkrétních řešení. Z hlediska koncepce lze konkrétní konstrukce rozdělitna řešení s vlastní inteligencí a jednoduché modemy. V současné době se s rozvojemprogramovatelných logických obvodů začínají objevovat jakási „hybridní” řešení, která sesnaží spojovat výhody obou výše uvedených řešení, občas s nevalným výsledkem. Na tomtomístě se budu zabývat řešeními s vlastní „inteligencí”, jednoduché modemy budou popsányna jiném místě tohoto pojednání.

10.1 Protokol styku s počítačem

Na tomto místě bude účelné seznámiti se s protokoly zajišťujícímí komunikaci nadřízenéhosystému1 s řadičem. Typicky lze řadiče rozdělit na dva druhy:

řadiče generující protokol AX.25 – tj. řadiče, které se přímo podílejí na tvorbě pro-tokolu AX.25

řadiče negenerující protokol AX.25 – tj. řadiče, které přímo nevytvářejí protokol AX.25

zvláštní případy – sem zařazuji řadiče, které jsou schopny plnit vybrané jednoduchéúkony v rámci sítě bez přispění nadřazeného systému a jsou schopny pracovat jakobezobslužné stanice2.

10.1.1 Řadiče generující protokol AX.25

Tato zařízení jsou schopna plnit specializované úkoly, nebo se naopak chovat jako „chytrézařízení s hloupým terminálem”. Podle způsobu komunikace s nadřazeným systémem jemůžeme rozdělit do několika skupin.

Zařízení nepoužívající žádný protokol Jedná se o taková zařízení, která nepouží-vají žádný strojově orientovaný protokol pro styk s nadřazeným systémem. Taková zaří-zení jsou vhodná ve spolupráci s jednoduchým terminálem, či terminálovým programem.Výhodou takového řešení je především kompatibilita s rozličným hardware. Typickýmizástupci jsou PK-232, TAPR TNC-2, TINY-2, všechny řadiče firmy Kantronics a mnohé

1typicky osobního počítače2označované termínem „unmanned”

45

46 KAPITOLA 10. KONKRÉTNÍ HARDWAROVÁ ŘEŠENÍ

jiné. Některá taková zařízení jsou „multifunkční” a lze jejich rozhraní přepnout do jinéhorežimu, mnohá umožňují provoz i jinými režimy než je AX.25.

Jednoduchý Hostmode Tato řešení navazují na předchozí a v podstatě se jedná o do-plnění některých řídících znaků, které umožňují programu běžícímu na nadřízeném sys-tému rozpoznat některé stavy a bezpečně určit, jaká data jsou momentálně zasílána. Tentorežim komunikace již není čitelný pro uživatele a vyžaduje užití specializovaného termi-nálového programu. Prakticky všechny výše zmíněné systémy jsou schopny (po přepnutído příslušného režimu) pracovat v nějakém hostmode. V Evropě je patrně nejrozšířenějšíWA8DED hostmode, který je patrně nejkomplikovanější.

10.1.2 Řadiče negenerující protokol AX.25

Tyto řadiče se nepodílejí na generování protokolu AX.25 a tuto činnost ponechávají na při-pojeném nadřízeném systému.

Protokol KISS KISS 3 je pro AX.25 tím, čím je SLIP pro TCP/IP. Binární databez FLAGů jsou obalena pomocí značek FEND. Pokud by se někde v datech vyskytnulznak s ordinální hodnotou shodnou se znakem FEND, je nahrazen sekvencí FESC TFEND.V případě podobnosti se znakem FESC se použije sekvence FESC TFESC. Znaky FENDlze mezi rámci sdílet, tzn. FEND označující konec jednoho rámce může, ale nemusí, ozna-čovat začátek jiného rámce. Bezprostředně po FEND musí následovat buďto další FEND,nebo číslo příkazu. Toto specifikuje, jestli jsou následující data určena k vysílání; po-kud jsou určena k vysílání, specifikuje, na kterém portu mají být data odvysílána, nebose jedná o řídící sekvenci. Řídící sekvence slouží k nastavování parametrů řadiče, tj. k pře-nesení konstant jako je persistence, slottime, TXDelay a TXTail. Řada výše zmíněnýchpříkazů je standardizována. Krom takových příkazů mohou být implementovány ještě ně-které další. To se dělá pomocí příkazu Set Hardware, což je jeden z standardních příkazů,následovaným parametry. Takový způsob nastavování TNC není nikterak standardizována je plně v moci tvůrce firmwaru. Ze strany operačního systému Linux je podporován pří-kaz set hardware, kterému lze předat libovolné parametry. Vlastní konfigurační programjiž musí vytvořit autor firmwaru, pokud nějaké rozšířené parametry potřebuje.

CRC KISS Jedná se o jedno z rozšíření protokolu KISS. Data mezi dvěma znač-kami FEND jsou zabezpečena pomocí CRC součtu. Většinou se používá šestnáctibitovýkontrolní součet před značkou FEND. Existují však „nekompatibilní” verze. Toto rozšířenímá poskytnout elementární kontrolu chyb přenosu mezi počítačem a řadičem. V praxi sepříliš nepoužívá - není důvod jej používat. Pokud dojde v přenosu dat mezi počítačema řadičem, jsou data stejně zahozena a nápravu musí obstarat protokol AX.25. Pokuddojde k narušení značky FEND, jsou stejně zahozeny dva rámce, tedy zavedení CRCnepřináší žádné zlepšení.

BPQ PollMode Jedná se o rozšíření, které má překonat omezení počtu sériovýchportů běžného osobního počítače. U počítačů IBM-PC kompatibilních není počet sério-vých portů z hardwarového hlediska omezen, omezen je bohužel počet vedení IRQ, cožve svém důsledku omezuje i počet sériových portů.4 Vzaty jsou následující předpoklady:

3Keep It Simple and Stupid4Polling IRQ funguje korektně jen v některých konfiguracích.

10.1. PROTOKOL STYKU S POČÍTAČEM 47

• Většina řadičů je jednoportových.

• KISS dokáže adresovat porty.

Tedy, pokud přiřadíme každému řadiči nějakou adresu a jejich vývody vhodně pospoju-jeme. Navenek se to tedy bude chovat jako jediný víceportový řadič. Má to ovšem malouchybu. V případě, že dva řadiče budou do sériové linky vysílat data zároveň, dojde k chybě.Tomu zabraňuje PollMode. Běžně funguje řadič tak, že data jsou odvysílána do sériovélinky v momentě, kdy jsou k dispozici. Je-li aktivován PollMode, jsou data pouze řazenado fronty, přičemž k jejich odvysílání dojde až po obdržení Poll Requestu z počítače.Počítač postupně vyzve všechny řadiče k odvysílání dat.

FrameKiller Počítač není schopen při použití protokolu KISS zjistit, zda rámec jižodešel, nebo stále visí v řadiči. To způsobuje tzv.Snowball efekt. Jde o to, že doběhne-ličasovač T1 dříve, než data odejdou z řadiče, vyskytne se jeden rámec v bufferu řadičedvakrát a je také dvakrát odvysílán. Když je vysílán podruhé vyvolá Reject na přijímacístraně... FrameKiller je proces, který počítá CRC všech neodvysílaných rámců v bufferuřadiče, přičemž si udržuje seznam CRC všech rámců v bufferu TNC. Pokud se nověvypočítané CRC rámce již v seznamu nachází, je rámec z vysílací fronty vyhozen. Pokudje CRC rámce shodné, lze předpokládat, že shodné jsou také rámce.

BPQ AckMode Jiný způsob, jak vyřešit problém s časovačem T1. Každý rámecsi nese svoji identifikaci. Jakmile je odvysílán, je vrácena řadičem tato informace. Tím lzespouštět T1 až v momentě, kdy je rámec skutečně odvysílán. Nad každým T1 však musíbýt spouštěcí timeout, pro případ, že by se oznámení ztratilo.

6PACK 6PACK je v podstatě varianta KISSu. Jde pouze o to, že se do počítače re-portuje stav DCD a vysílá se v momentě příchodu dat do řadiče. Řízení metody přístupuk přenosovému médiu je tedy ponecháno na počítači.

Enumerace řadičů Tento proces je částečně popsán výše. Provádí se pomocí „ma-gického datagramu”. Na začátku je vyslán takový datagram, který říká řadiči, aby sipřidělil číslo 0. Tento provede žádané a vyšle datagram, který říká řadiči, aby si přidělilčíslo o jedničku vyšší, tedy 1. Takto datagram projde celým kruhem, až vykonfigurujevšechny řadiče. Z posledního řadiče se vrátí do počítače, takže jeho analýzou lze zjistit,kolik řadičů je připojeno.

TxDelay too long Od některých uzlů sítě můžeme občas obdržet hlášení:

*** txdelay too long

To ukazuje na výskyt 6PACKu.5 U 6PACKu se velikost TxDelay posílá s každým rám-cem. Při příjmu je toto pole nahrazeno počtem FLAGů před vlastními daty.6 Potížse 6PACK em je v tom, že toto místo neříká o TxDelay v podstatě nic, ale dokáže „zpří-jemnit” život. Některé řadiče z toho důvodu neposílají v době TxDelay FLAGy.

5nebo jeho emulace – Flexnet drivery6lidově se tomuto místu říká „TxDelay bonzbajt”


10.2 Hardware

10.2.1 Standard TNC2

Na počátku bylo TAPR TNC1, ale protože ho v Evropě patrně nikdy nikdo neviděl, mů-žeme jeho existenci směle ignorovat. Základ TNC 2 je tvořen mikroprocesorem Z80-CPUs 32kB ROM a 32kB baterií zálohované RAM. Zálohování RAM lze za určitých okolnostívypustit. Styk s počítačem, či jiným nadřízeným systémem, obstarává polovina obvoduZ80-SIO/0, zatímco druhá polovina slouží ke zpracování HDLC dat. Nezbytnou indikaciobstarávají nepoužité vývody handshake Z80-SIO/0. Pro synchronizaci časovacích smyčekse používá vnějšího zdroje signálu 600 Hz. Paměti ROM a RAM jsou mapovány do oblastipaměti a to tak, aby procesor po RESETu spouštěl kod v ROM. Z80-SIO/0 je mapovánodo oblasti zařízení. Je kladen nejvyšší důraz na jednoduchost, takže Z80-SIO/0 je ma-pováno několikrát. Celý systém tedy krom procesoru, paměti, sériového řadiče a několikalogických IO žádné další specielní obvody nevyžaduje.

Firmware pro TNC2 zahrnuje jednoduché implementace protokolu KISS, přes 6PACK,jednoduchý firmware pro použití s terminálem TAPR a jeho „vylepšenou” verzi TINY-2, po implementace terminálového protokolu WA8DED, kombinovaného TheFirmware7.Vrcholem jsou firmwary neobsluhovaných uzlů sítě, jako jsou TheNET a X1J.

10.2.2 TNC 51

TNC51 je jeden z jednoduchých řadičů. Prozatím podporuje pouze protokol KISS. Zá-klad tvoří jednočipový mikroprocesor Atmel AT89C51 8 s 32 kB externí paměti RAM.Komunikace s počítačem je realizovaná prostřednictvím sériového rozhraní integrovanéhov jednočipovém mikropočítači AT89C51. Rozhraní pro komunikaci s modemovou částíje softwarově emulováno.

10.2.3 GC12AX

GC12AX je řadič navržený počátkem devadesátých let minulého století. Bývá označovánjako TNC2 9 přesto, že se nejedná o hardware kompatibilní s TNC2, i když základemje Z80-CPU. Původně byl řadič dodáván s firmwarem, který byl podobný TheFirmware,ale neuměl protokol KISS. V současné době existuje port TheFirmware pro GC12AX,který je funkčně shodné s TheFirmware pro TNC 2. Další komplikace, která čeká na uži-vatele, jsou chyby v návrhu hardwaru GC12AX. Postup na uvedení tohoto řadiče do pou-žitelného stavu jsem dostatečně popsal v příslušných dokumentech a takové úpravy padajímimo rámec tohoto pojednání.

10.2.4 TNC5 a TNC5+

Pro tento řadič platí totéž, co pro řadič GC12AX 10, jen uživatel není sužován tolikachybami konstrukce. Novinkou je EEPROM, kam je možno specielním příkazem odložit

7zahrnuje podporu terminálu, WA8DED hostmode a KISS8proto TNC519vzniklo původním propagačním materiálem

10dílo stejného konstruktéra

10.3. JEDNODUCHÉ MODEMY 49

konfiguraci, která se opětně načte při novém zapnutí TNC. Dalším „vylepšením” je soft-warové přepínání komunikační rychlosti seriového portu11.

10.3 Jednoduché modemy

Kromě komplikovaných řadičů existují i jednoduché modemy. V podstatě se jedná o ne-komplikované konstrukce bez vlastní inteligence. Jejich výhodou je obvykle cena, nevýho-dou je zvýšená zátěž počítače a obvykle nestandardní programovací postupy při ovládánírozhraní počítače, což může v některých případech situaci komplikovat.

10.3.1 Baycom

Jedná se v podstatě pouze o AFSK modulátor a demodulátor s obvodem TCM3105.Později se začaly objevovat varianty s obvody XR2211 a XR2206. Připojuje se na sériovýport a využívá jeho handshake vedení. Ovladače existují pro MS DOS a Linux. Pravdoubohužel je, že tyto modemy fungují správně jen někdy a zátěž počítače je značná.

10.3.2 YAM

Toto je jednoduchý modem využívající logické programovatelné pole firmy Xilinx. Polese inicializuje z počítače, podle FPGA dat, zavedených při inicializaci, modem pracujev režimu 1200 Bd AFSK, nebo 9600 Bd G3RUH. Komunikace přes sériový port pro-bíhá též atypicky, ale využívá se schopností sériového řadiče. Řadič generuje při rychlosti9600 Bd 1200 přerušení za vteřinu. Bohužel je tento modem konstrukčně řešen pro pro-voz 9600 Bd G3RUH, takže v režimu 1200 Bd AFSK nefunguje příliš dobře.

10.3.3 Používané modulace

300 Bd FSK Používá se především na krátkých vlnách. Modulátor je obvykle tvo-řen pomocí obvodu XR2206, nebo pomocí dvou jiných oscilátorů. Pokud TRX má mož-nost přímé tvorby FSK signálů, lze eliminovat přítomnost modulátoru. Poslední možnostíje použít přímou číslicovou syntézu. Demodulátor bývá výhradně řešen filtrační metodoupoužitím několika operačních zesilovačů. Občas se objeví nějaké řešení založené na demo-dulaci pomocí fázového závěsu.

1200 Bd AFSK Používá se na pásmech 10m a kratších. Pro přenos se užívá FM rá-diostanic. Používají se dva tóny 1200 Hz a 2200 Hz. Často je používán obvod TCM3105 12,často nahrazovaný pomocí dvojice obvodů XR2211 a 2206. Modulátor založený na XR2206bývá občas nahrazen přímou číslicovou syntézou13. Toto je nejčastější používaný režima právě proto na něj vznikl nespočet modemů.

2400 Bd Manchester Výhodou totoho režimu je možnost užití úzkopásmových FMrádiostanic, přičemž rychlost je zvýšena na dvojnásobek. Nevýhodou je poměrně složitý

11„autobaud” rutina bohužel chybí12dobrým zdrojem jsou vyřazené telefony z telefoních budek13např. v ATmodemu - XR2206 je poměrně drahý


modem. Tento režim byl často opomíjen, protože navýšení rychlosti na dvojnásobek nepři-nášelo nějaké pronikavé zvýšení rychlosti přenosu dat, přičemž snižovalo odolnost k rušenía podstatným způsobem omezovalo dosah takových zařízení.

4800 Bd Manchester Jedná se o exotické řešení. Nelze již použít úzkopásmové stanice.Byl rychle vytlačen 9600 Bd G3RUH. Výhodou proti G3RUH je menší náročnost na FMdemodulátor TRXu a větší odolnost k rušení. V podstatě se Manchester objevoval aždo rychlosti 38400 Bd, přičemž u vyšších rychlostí se jevil spolehlivěji, než G3RUH.

9600 Bd G3RUH Jedná se o modulaci GMSK. Výklad podstaty této modulace pře-sahuje rámec tohoto pojednání, ale je třeba zmínit, že z principu není vhodné použí-vat NRZ/NRZI konvertor a regenerátor přijímacího taktu, protože tyto signály odvo-zuje GMSK modem přímo z přijímaného signálu. Vysílají se tedy přímo HDLC data.14G3RUH je velmi náchylný na kvalitu přenosové trasy a korektní demodulace slabýchsignálů je v podstatě vyloučena.

14MSK i GMSK je synchronní režim, který umí přenést i hodinový signál

Literatura

[1] Ford, S.: HF Digital Handbook. ARRL, Newington (U.S.A.), 1999

[2] Mazouch, T.: TNC 51.

[3] Berka, D.: Moderní krátkovlnné digitální komunikace. Sborník HOLICE 96

[4] Pakratt PK-232 operating manual

51

Date post:	03-Nov-2018
Category:	Documents
Upload:	trinhnhi
View:	215 times
Download:	0 times

Digitální režimy komunikace v rádioamatérské praxi modem/all/digi.pdf · se používá pouze...

Documents