FST4/FST4W nouveaux modes pour les bandes LS et MF

Le trio de chercheurs K1JT, G4WJS et K9AN n’arrêtent pas de nous étonner. En cette fin d’année 2020 en guise de cadeau de Noël, ils ont sorti deux nouveaux modes de transmission valable pour les bandes LF et MF.

En ce moment, ces modes ne sont valables qu’à partir de la dernière version WSJT-X 2.3.0-rc2 que vous pouvez télécharger à cette adresse : http://physics.princeton.edu/

La version officielle WSJT-X 2.3 après multiples rapports de fonctionnalité, sera lancée à 00 h UTC le 19 janvier 2021.

Quelques explications

Cette dernière version introduit FST4 et FST4W, des protocoles numériques spécialement conçus pour les bandes LF et MF.

Sur ces bandes, leurs sensibilités fondamentales sont meilleures que les autres modes WSJT-X avec les mêmes longueurs de séquence, se rapprochant des limites théoriques de leurs débits d’information. Le mode FST4 est optimisé pour les QSO’s bidirectionnels, tandis que le FST4W l’est pour les transmissions quasi-balises style WSPR.
Ces modes ne nécessitent pas la synchronisation de l’heure et le verrouillage de phase strict et indépendant du mode comme EbNaut.

Ils utilisent la modulation 4-GFSK et partagent un logiciel commun pour le codage et le décodage des messages. FST4 offre des longueurs de séquence Tx/Rx de 15, 30, 60, 120, 300, 900 et 1800 secondes, tandis que FST4W omet toutes les longueurs inférieures à 120 s !
Les sous-modes reçoivent des noms tels que FST4-60, FST4W-300, etc. Les charges utiles de message contiennent soit 77 bits, comme dans FT4, FT8 et MSK144, soit 50 bits pour les messages de type WSPR de FST4W.
Les formats de message affichés à l’utilisateur sont similaires à ceux des autres modes 77 bits et 50 bits dans WSJT-X. Les transmissions se composent de 160 symboles : 120 symboles porteurs d’informations de deux bits chacun, entrecoupés de cinq groupes de huit symboles de synchronisation prédéfinis.

Comme avec d’autres modes récemment développés dans WSJT-X, une fonction appelée décodage « AP » (à Priori) peut améliorer la sensibilité de plusieurs dB supplémentaires. Les paramètres de base de tous les sous-modes FST4 et FST4W sont résumés dans le tableau ci-dessous :

Si vous regardez le tableau, le FST4-60 est environ 1,7 dB plus sensible que le JT9, en grande partie parce qu’il utilise la détection de bloc à symboles multiples le cas échéant. Avec le décodage « AP » dans FST4, la différence peut atteindre 4,7 dB. En ce qui concerne le FST4-120 et les longueurs de séquence plus longues, elles sont proportionnellement plus sensibles. Le FST4W-120 est supérieur d’environ 1,4 dB au WSPR standard ce qui est de bon augure.

Vous pouvez penser à d’autres applications pour les nouveaux modes au-delà de celles décrites ici. Gardez bien à l’esprit qu’il s’agit de modes à bande très étroite ; pour atteindre les sensibilités énumérées dans le tableau, les dérives de l’oscillateur et les décalages Doppler induits par le trajet doivent être inférieurs à l’espacement des tonalités sur toute la longueur de la séquence.
Comme exemple le sous-mode à séquence courte FST4-15 s’est avéré très efficace sur les trajets de diffusion ionosphérique de 50 MHz.

Les opérateurs familiers avec WSJT-X trouveront l’utilisation de FST4 et FST4W simple. La plupart des commandes à l’écran, du séquençage automatique et d’autres fonctionnalités se comportent comme dans les autres modes. Les conventions de fonctionnement sur les bandes LF et MF font qu’il est utile d’avoir des commandes utilisateur supplémentaires pour définir la plage de fréquences active utilisée par le décodeur.
Lorsque File → Settings → General → Single decode n’est pas coché, les boîtes de sélection numériques intitulées « F Low » et « F High » définissent les limites de fréquence inférieure et supérieure du décodeur FST4.

Sur le Wide Graph le F Tol

Les limites sont marquées par des symboles de chevrons vert foncé <> sur l’échelle de fréquence du Wide Graph :

Si le décodage simple est coché, les commandes « F Low » et « F High » et les marqueurs verts <> disparaissent, et le décodage n’a lieu que dans la plage RxFreq ± FTol.
Pour FST4W, la fréquence Rx par défaut est de 1500 Hz et F Tol est de 100 Hz, de sorte que la plage de décodage active est la même que pour WSPR, de 1400 à 1600 Hz.
Cependant, vous pouvez sélectionner différentes fréquences centrales et valeurs F Tol pour vous conformer aux conventions de fonctionnement sur les bandes LF et MF.

Nouveau le round-robin

Un nouveau contrôle déroulant sous F Tol offre un mode « round-robin » pour la programmation des transmissions FST4W.

Par exemple, si trois opérateurs conviennent à l’avance de sélectionner les options 1/3, 2/3 et 3/3, leurs transmissions FST4W se produisent dans une séquence fixe sans que deux stations émettent simultanément. La séquence 1 est la première séquence après 00 h UTC.

• Pour un comportement du type WSPR, vous devez sélectionner « Random » avec ce contrôle ;
• Pour voir les fréquences FST4 et FST4W par défaut, vous devez effectuer une réinitialisation. Allez dans File → Settings → Frequencies, puis cliquez avec le bouton droit sur le tableau des fréquences de travail et sélectionnez « Reset ».

Suppression de bruits

La suppression de bruit en option est disponible et s’est avérée efficace pour gérer le bruit atmosphérique sur les bandes LF et MF.

Une commande étiquetée NB --% est située sur la fenêtre principale en mode FST4 et FST4W, juste en dessous de la commande du changement de bande. Vous avez la possibilité de contrôler un pourcentage suggéré d’échantillons de données à effacer. Cette fonctionnalité expérimentale utilise des paramètres négatifs du NB pour déclencher une approche de « tout essayer » de la suppression du bruit : une valeur de -1 % déclenche le décodeur et essaie de supprimer 0, 5, 10, 15 et 20 % du bruit.
En mode FST4, les essais avec des pourcentages de suppression non nuls ne sont actifs que dans la fréquence de la gamme RxFreq = ± FTol. Attention les réglages négatifs du « NB » peuvent être très efficaces, mais ralentiront considérablement la procédure de décodage.

Les Tests

À titre d’exemple la capture d’écran suivante montre les signaux FST4W-300 reçus sur la bande de 2200 m de NO3M (EN91WR) le 9 septembre 2020.
Les distances concernées sont de 3 501 km jusqu’à N6LF et 14 976 km jusqu’à VK4YB. Les nombres à la fin de chaque ligne décodée sont mesurés sur le trajet Doppler étalé en Hz. En règle générale, le décodage nécessite des étalements Doppler inférieurs à l’espacement des tons du sous-mode. La sensibilité est meilleure lorsque la diffusion Doppler ne dépasse pas 1/8 de l’espacement des tons.

Capture du PDF de FST4_Quick_star

Quelques précisions

Les formats de message pour le codage FST4 et FST4W

Tous les messages sont codés en 77 bits. Pour éviter de transmettre une longue chaîne de zéros lors de l’envoi de messages CQ, le message 77 bits assemblé est un « OU — exclusif » au niveau du bit avec une séquence pseudoaléatoire avant de calculer les bits de parité CRC et FEC : 010010100101111010001001101101001011000010001010011110010101011011111000101
Le logiciel de réception applique cet « OU-exclusif » une deuxième fois, pour restaurer la charge utile d’origine des 77 bits.
Un contrôle de redondance cyclique (CRC) de 24 bits est calculé à chaque paquet d’informations de 77 bits pour créer un message de 101 bits. L’algorithme CRC utilise le polynôme 0x100065b (hexadécimal) et une valeur initiale de zéro.
La correction d’erreur directe est effectuée en utilisant un code LDPC (240, 101). La matrice du générateur a 139 lignes et 101 colonnes. Il est défini dans le fichier « generator_fst4.dat ».
Les valeurs différentes de zéro dans la ligne i de la matrice spécifient lesquels des 101 bits du message CRC doivent être additionnés, pour produire le i^ème bit de contrôle de parité. Les 139 bits de parité sont ajoutés aux 101 bits de message plus CRC pour créer un mot codé de 240 bits.

Les paires de bits sont mappées sur des indices de tonalité avec des valeurs comprises entre 0 et 3 en utilisant le codage « Gray ». La séquence résultante de 120 symboles par canal, a_n, n = 0, 1, 2,…, 119 sont divisées en 4 groupes :
M_A={a₀, a₁,…, a₂₉}
M_B={a₃₀, a₃₁,…, a₅₉}
M_C={a₆₀, a₆₁,…, a₈₉}
M_D={a_90, a₉₁,…, a₁₁₉}.

La synchronisation est réalisée en incorporant cinq mots de synchronisation à 8 symboles dans la trame transmise. Les mots de synchronisation sont définis comme suit :
S1 = {0, 1, 3, 2, 1, 0, 2, 3}
S2 = {2, 3, 1, 0, 3, 2, 0, 1}.
L’ensemble complet de 160 symboles par canal est assemblé comme cette séquence :
b_n = {S₁, M_A, S₂, M_B, S₁, M_C, S₂, M_D, S₁}.
Tous les messages sont codés en 50 bits. Un contrôle de redondance cyclique (CRC) de 24 bits est calculé à partir de ce nombre et ajouté à chaque paquet d’informations de 50 bits pour créer un message plus le CRC de 74 bits. L’algorithme CRC utilise le polynôme 0x100065b (hexadécimal) et une valeur initiale de zéro.

Référence libraire : Steve Franke, K9AN, Bill Somerville, G4WJS, Joe Taylor, K1JT dans « The FT4 and FT8 Communications Protocols, » QEX, July/August 2020, pp. 7-17.

Téléchargement du fichier de référence
FST4_Quick_Start.pdf 341 Ko

Vignette : montage sur Piqsels.com/fr/

A propos de l'auteur

Albert ON5AM

Licencié Harec depuis 1990, après une pause de quelques années, j’ai renouvelé mon intérêt pour la radio, je suis particulièrement actif en HF, appréciant le FT8, les contest et la chasse au Dx. Depuis 2021, je suis président de la section de Liège et administrateur du site Internet www.on5vl.org. Passionné d’informatique, je suis convaincu que le monde des radioamateurs doit évoluer avec les avancées technologiques, notamment avec l’émergence de l’IA dans nos shack.

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