主頁（http://www.www.jjxinkai.com）：CP16漢字抄收葵花寶典
2004年退休之前的十來年，經(jīng)歷了國內(nèi)青少年無線電通信比賽為應付極端功利主義帶來的作弊而不斷改良比賽方法的經(jīng)歷，那是一段故事（略）。轉(zhuǎn)眼又過去了十多年，2016年CRAC準備組織無線電技術大會活動，圍繞業(yè)余無線電應急通信的業(yè)余電臺演練是重點內(nèi)容之一。怎么搞法？首先考慮無線電業(yè)余業(yè)務的定義和本質(zhì)。業(yè)余無線電的活力在于緊跟無線電技術的整體發(fā)展。CRAC作為全國性專門從事業(yè)余無線電工作的組織，它的活動必須激勵這種活力，突出對新技術、新應用的演練實踐和交流，而不是提倡在千篇一律的重復性操作中以分秒之差追求錦標。演練內(nèi)容是否應該繼續(xù)使用十年前，也就是青少年無線電通信比賽的老套路？答案是否定的，因為這些年軟件無線電接收設備成為業(yè)余電臺的常用配置，業(yè)余頻段繁忙的信號在瀑布圖上一目了然，過去所拼比的靠人工扭動頻率調(diào)諧旋鈕隨機捕捉DX信號的經(jīng)典技能已經(jīng)走到終點。所以無線電技術大會的業(yè)余應急通信演練科目決定從用軟件接收機的通用瀑布圖界面接收多路CP16漢字信號的技能起步。CP16是CRAC推出的一種漢字傳輸模式，基本原理、應用范圍、推廣意義和要求的接收設備配置已有介紹，本文不再重復。下面討論的話題是怎樣才能進一步提高接收效果。
接收到的CP16的報文以漢字圖像形式直接顯現(xiàn)在頻譜-時間瀑布圖上，不需要精準調(diào)諧，也不需要借助于解碼工具，頻譜顯示的動態(tài)范圍很大，CP16典型傳輸速度大致為每4秒一個漢字，與4位短碼電報的實用速度相似，流水顯示漢字報文的可閱讀性很好。因此看起來接收CP16漢字并不困難。其實并非如此。 前三屆CRAC無線電技術大會演練發(fā)送的都是包含在一個話音信道范圍內(nèi)的4路CP16信號，最強和最弱信號的強度相差20dB左右，相當于同樣傳播條件下發(fā)射功率100W和1W 的差別。實際演練成績是：絕大多數(shù)參演隊都能比較正確地抄收其中一路信號，但還沒有一個隊能創(chuàng)造正確抄收所有4路信號的記錄。反過來說，離預期的技術技巧還有距離，還有很大提高空間。前三屆演練中，絕大多數(shù)隊使用HDSDR軟件顯示漢字信號，大體可分為兩類系統(tǒng)配置：一類使用通用軟件接收機，由硬件直接對射頻信號采樣為數(shù)字信號，通過USB接口或者網(wǎng)絡接口直接送到電腦進行處理；另一類使用傳統(tǒng)的超外差單邊帶接收機，對射頻信號進行變頻，在中頻級經(jīng)過帶通濾波器去除鏡頻干擾和臨近頻道干擾，最后以單邊帶方式進行解調(diào)，把通道內(nèi)的CP16搬移到音頻范圍，從耳機插座把音頻模擬信號送到電腦的聲卡輸入接口，在進行數(shù)字化處理。這兩種配置接收CP16的效果應該相差不多，但嚴格說來前一種比較好，因為信號在傳統(tǒng)超外差接收機中通常都會經(jīng)過晶體邊帶濾波器的過濾，這些濾波器的傳輸特性總是會有一些波紋，造成輕微的頻率失真。這種失真對話音的影響通常不明顯，但表現(xiàn)在瀑布圖上就可能使橫線上各點的亮度有細小的差別，當信號強度正好落在色彩特性比較陡時差別被擴大化，就可能影響圖像質(zhì)量。是否今后會有團隊使用自帶瀑布圖顯示的單體SDR電臺？是否對CP16接收具有更多的優(yōu)點？拭目以待。演練用的多路CP16信號模擬應急情況的惡劣條件，比如多個附近友臺和遠方災區(qū)友臺急于同時在鄰近頻率建立多路通信，到達接收機的信號會有幾十dB的差別，顯示在瀑布圖上就是很大的亮度差別。由于演練通常在室外，不論陽光普照還是陰雨連綿，天光都足以使筆記本屏幕上的微弱信號黯然失色，即便臨時找件衣服湊合擋一擋，只要還漏進一束光，抄收暗淡漢字的能力肯定打折扣。可惜前幾年參加演練的多數(shù)團隊并沒有想到事先準備有效的遮光防護物。想想早年的攝影師，要靠觀察干板照相機鏡頭在磨砂剝皮上成像的細節(jié)來調(diào)整鏡頭焦距，和抄收CP16漢字有相似之處。他們幾乎無一都會鉆進一塊碩大的雙層遮光布進行對焦，否則他們也不可能為百年后的人們留下那么多令人驚嘆的精致照片。不妨借鑒他們周到和認真地重視細節(jié)的做法。參加演練是為互相觀摩和切磋，要堅決防止因為技術疏忽而攪了局，掃了大家的興。這里要說的是2018年的故事。CP16信號抄收演練一開始，現(xiàn)場突發(fā)強大干擾。只要組委會監(jiān)測臺一開始發(fā)送CP16信號，一個周期性的斷續(xù)啟閉的疑似CP16的特強干擾立即出現(xiàn)在場地上空，監(jiān)測臺CP16信號停止，干擾隨之消失，監(jiān)測臺改頻，干擾立即跟上，全場一片惘然。經(jīng)測定發(fā)現(xiàn)干擾來自演練場地內(nèi)某處，不得不使大家懷疑受到了惡意干擾。不過事后分析，最大可能還是因為有團隊技藝不精而無意中造成了失誤。為防患于未然，參加演練的團隊務必切記在操作中認真按下述原理檢查把關，嚴防無意觸犯破壞整個演練之大忌。首先，電腦HDSDR軟件“聲卡（SoundCard）”菜單下的輸出設備盡量不選電腦揚聲器，如果選擇輸出到揚聲器，那么也一定要向電腦插入耳機進行監(jiān)聽（一般插入耳機會自動斷開揚聲器）。同時，電臺聲控發(fā)射（VOX）必須確保關閉。如果疏忽，接收到的CP16信號聲音會從電腦揚聲器傳到電臺話筒啟動VOX功能，將收到的CP16聲音轉(zhuǎn)發(fā)出去。電臺切換為發(fā)射后不再接收外來信號，揚聲器不再發(fā)聲，電臺VOX關閉，再次恢復接收，如此周而復始。因為HDSDR的數(shù)學運算解調(diào)有一定延遲，導致這個反饋過程以每秒鐘數(shù)次的周期反復，斷續(xù)發(fā)射信號，阻斷所有友臺的接收，使整場演練陷入癱瘓。HDSDR顯示界面有射頻（RF）和音頻（AF）兩個窗口。當可選項菜單（Options）- 視覺效果（Visualization）- 交換上下顯示位置（Swap Upper/Lower Display Position）沒有被勾選時，上面是RF窗口，下面是AF窗口。一般情況下兩個漢字顯示的漢字效果差不多。但是RF窗口的信號經(jīng)過較少處理，不需要準確調(diào)諧頻率，不受接收模式（AM/ECSS/FM/LSB/USB/CW/DRM）按鈕的影響，也不受中頻帶寬（表現(xiàn)為RF頻譜窗口的淺藍色條帶和RF頻譜窗口的紅色頻響曲線）限制。而AF窗口必須在LSB或USB方式下才能顯示漢字（兩種狀態(tài)下漢字的左右方向相反），而且只有調(diào)諧到信號處于RF頻譜窗口顯示的接收帶寬中才行，如果處在接收帶寬邊緣的彎曲特性上，部分漢字將不能被很好顯示。某些控制按鈕的不適當操作會不影響RF窗口的漢字質(zhì)量，但會影響AF窗口。因此推薦優(yōu)先使用RF窗口顯示。不過，當難以在一個窗口調(diào)整得兼顧強弱信號時，可以在一個窗口內(nèi)照顧弱信道，用另一個窗口照顧強信道，綜合達到左右逢源的效果。圖一是用RF窗口抄收較強信道、AF窗口專用于抄收最弱信道的實例。
頻譜圖和瀑布圖是電腦程序?qū)γ恳恍《螘r間內(nèi)的信號瞬時強度值進行數(shù)學運算做出的，解析帶寬（RBW）平均值區(qū)間（Avg）對漢字字形在頻率軸和時間軸兩方向的邊緣精細程度有很大影響。對于RF和AF窗口，效果較好的參數(shù)通常是RBW = 5.9 – 2.9Hz、Avg = 1，可在此基礎上試著微調(diào)。不同強度的漢字信號是否能在屏幕上以最清晰的對比度顯示出來，必須根據(jù)實際信號反復拖動窗口下面標有“瀑布圖（Waterfall）”的增益（左）和對比度（右）兩個條形控制器。一般講來可以先把對比度調(diào)到最大，再根據(jù)信號強弱把增益調(diào)到適當位置。當然，太強和太弱的信號很難同時做到最佳，只能折中兼顧。每一個信號強度在瀑布圖上都對應有一個確定的色度和亮度，形成一套曲線。HDSDR備有多套曲線可供選擇，表現(xiàn)在屏幕上就是調(diào)整到同樣狀態(tài)的漢字可以表現(xiàn)為不同的色彩和明暗。每個人的視覺對不同色彩和亮度的響應不同，哪一組曲線使?jié)h字看起來更清晰，需要根據(jù)感覺來優(yōu)選。這些包含在可選項菜單（Options） - 視覺效果（Visualization）- 調(diào)色板（Color Palette）下的幾個不同選項中。圖二是同樣的信號參數(shù)在兩種不同調(diào)色板設置下的效果照片，顯然讀抄起來的感覺有很大不同。
調(diào)色板菜單隨后一個選項是“定制（Custom）”，允許你設置一套自定的最理想的曲線，也許更適合于CP16抄收，不過還沒有聽說有人試過，這個選項下有英文使用說明供參考。HDSDR軟件界面左下方有12個功能選擇按鈕，粗看好像不論怎么選擇瀑布圖都會同樣顯示CP16漢字，但實際上不要隨便按，否則可能影響漢字圖像質(zhì)量。例如NB RF和NB IF。NB是噪聲抑制（Noise Blanker）的縮寫，最初是為聽覺接收設計的，當閃電、工業(yè)火花一類短暫而強烈的窄脈沖干擾到來時，耳機對人的刺激很嚴重，為此設計了一種電路，串聯(lián)在輸出通道中，當檢測到突然出現(xiàn)強脈沖到來時，在脈沖所占的時間寬度內(nèi)關閉輸出，形成短暫的寂靜，雖然這樣不能挽救信息的丟失，但人耳不再聽到討厭的喀啦聲，顯然舒服。NB電路需要先檢測到脈沖才能決定關閉輸出，動作會有延遲，放在音頻電路延遲比較明顯，所以通常放在解調(diào)之前的RF或者IF級。HDSDR的這兩個按鈕就是管控制它們的。CP16在沒有遇到漢字筆畫時不發(fā)射電波，遇到一個或多個點時才發(fā)射一路或多路射頻載波，由于代表每個漢字點的載波頻率和起始時刻不同，瞬時疊加出來的射頻信號瞬時幅度比較隨機，有時達到很大的瞬間值，如果開啟NB IF，則遇到幅度很大的瞬時值時所有中頻信號可能被瞬間剔除，在AF窗口表現(xiàn)為漢字出現(xiàn)橫向筆畫的缺損，但RF窗口不受影響。如果開啟NB RF，抑噪發(fā)生在前級，RF和AF窗口的漢字都會出現(xiàn)橫向筆畫缺損。如果NB RF和NB IF同時打開，兩個窗口的漢字都會出現(xiàn)缺損。圖三為AF瀑布圖窗口，左面為未打開NB，中間為僅打開NB RF，右面為僅打開NB IF。
圖四為NB RF和NB IF同時打開時兩個窗口漢字都受影響的情況↓
“開槽（Notch）”功能按鈕也是可能影響CP16漢字圖像的因素。如果說NB是遇到窄時間干擾時沿時間做切除術，那么Notch就是遇到窄頻率干擾時沿頻率做切除術。Notch的意思是信道內(nèi)遇到某個單頻率的等幅度干擾時在頻率軸上開個槽，切掉這個頻率的一切輸出，也就是在信道里串聯(lián)一個頻率特性非常狹窄和陡峭的帶阻濾波器，最初的用途是切除夾雜在話音信號里的穩(wěn)定的嘯叫聲和CW電報聲。CP16遇到垂直漢字筆畫時會在相對應的載頻上維持比較連續(xù)的發(fā)射，如果打開HDSDR的Notch功能，就可能會把它誤判為收到了單頻等幅干擾，從而切掉這一路載頻，造成縱向長筆畫缺損。Notch和ANotch分別控制IF和AF級的啟停，開啟它們都會影響AF窗口的漢字顯示。圖五是兩者都開啟后的實例。
因為信號的實際情況，HDSDR并不是每次把所有縱向或橫向筆畫都切除得如此典型，信號不太好時可能會表現(xiàn)為漢字莫名其妙地不清楚。如果看到漢字變得斑駁不整，首先要檢查是否誤觸了抑噪和開槽這兩組功能開關。還有一種情況只會在高級用戶中遇到。如果選擇CW解調(diào)方式在AF窗口讀取CP16漢字，并適當調(diào)整通帶寬度，就可以切除所需16路載頻以外所有頻率的干擾，畫面顯得清晰美觀，熟練之后不失為錦上添花的操作訣竅。但此時會有兩個影響漢字接收的功能按鈕。CW Peak的作用是自動對齊CW峰值，抄收CW電報時自動保持信號峰值，這樣信號因為短波傳播衰落等作用發(fā)生強度的變化時，最后輸出的信號相對維持穩(wěn)定。有些CW電報發(fā)射機鍵控包絡不良，會在按鍵或抬鍵瞬間在載頻附近產(chǎn)生寬帶的“咔嗒”干擾聲，而DeSpread功能則把CW載頻以外的其他信號都看成無用信號而加以濾除。如果開啟這兩個功能按鍵，CP16信號會被處理的面目全非。圖六是CW模式下CW Peak和DeSpread被打開時CP16漢字被搞得面目全非的例子。
抄收CP6漢字時一定會發(fā)現(xiàn)所有漢字都會帶有一堆橫向條紋，既不美觀，又可能淹沒臨近信道的微弱漢字。怎樣才能消除？這種信號自己在信道內(nèi)產(chǎn)生的干擾有兩種來源。第一種是難以避免的，當同時傳送漢字的兩個或更多筆畫時，需要同時發(fā)射多個載頻信號。這些信號在發(fā)射或接收機內(nèi)都會因為器件的非線性而產(chǎn)生新的互調(diào)分量。單邊帶收發(fā)信機的“雙音測試”就是針對這種干擾的。如果說某發(fā)射機這樣測得的干擾輻射是-40dB，可能會在這些筆畫的兩側(cè)看到類似重影的干擾，筆畫越多，組合干擾頻率越復雜，干擾光點也越混亂。不過如果系統(tǒng)的非線性失真很小，這種干擾并不明顯。第二種干擾主要是目前演練所用的CP16信號產(chǎn)生方法引起的。由于CP16模式至今沒有火腿或企業(yè)開發(fā)出可供普及的硬件接口，練習用的CP16信號還是在PC電腦上用軟件實現(xiàn)，而這個通用軟件原來并不包含產(chǎn)生理想CP16信號所需要的功能和性能，不能實現(xiàn)預想的所有功能。其中最主要的，是它可以根據(jù)漢字點陣筆畫的需要在某些時刻開啟或關閉某些正弦載頻，但不能控制載頻的相位。比如阿拉伯數(shù)字“1”的中間一豎，程序把它分成16個時間段，每次重頭啟動一個正弦波，時間一滿就立即關斷，瞬間跳回零點，波形的突然跳變產(chǎn)生很寬的連續(xù)頻譜干擾。如果仔細觀察圖七CP16接收的漢字圖像，不難看出橫向干擾條紋主要集中在這些時間點。其實只要開發(fā)出最簡單的單片機接口，根據(jù)字形需要按時鐘節(jié)拍從存儲器的波形采樣表中讀取相應正弦曲線的幅度值，遇到筆畫起止時，將載波的截斷點選取在最近的一個幅值零點，這個問題就可以得到極大的解決。誰熟悉單片機編程？等你出手吶！文本的最后感想是，我國火腿齊心合力聯(lián)合起來，利用互補優(yōu)勢創(chuàng)新技術的道路還很長遠。無論CRAC技術演練也好，各地的聚會活動也好，網(wǎng)上的交流也好，應該真正成為大家在一起碰出更多火花的機會，成為促成深入合作、攻克許多新技術課題的起點。
CP16是一種新開發(fā)的無線電通信模式，是英文“ChinesePattern 16”的縮寫。工作方式為采用由16×16點陣漢字信息直接對16個載頻進行幅度調(diào)制（16ASK）后生成的基帶信號，經(jīng)由基帶信號載入電臺發(fā)送載有16×16點陣漢字字形信息的無線電信號；接收方將接收機收到解調(diào)后的基帶信號載入電腦，經(jīng)軟件在顯示器上的時間-頻率瀑布流上依據(jù)信號有無顯示出漢字字形從而達到漢字報文信息傳遞。此模式是針對業(yè)余電臺在突發(fā)重大災害等緊急情形下的漢字信息傳輸而設計，也可用于其他業(yè)余無線電漢字報文通信，尤其是微弱信號通信。 
▲ CP16系統(tǒng)框圖1
▲ CP16系統(tǒng)框圖2
(中國集群通信網(wǎng) | 責任編輯：陸濤) |
