Ich erhielt eine E-Mail mit der Frage, wie ich im PI4-Modus ein Tonsignal für einen Beacon erzeugen kann.
In dem Artikel spreche ich darüber, wie ich es geschafft habe, ohne Hardware von Drittanbietern zu verwenden und nur die Funktionen der Linux-Software zu nutzen.

Einführung

UKW-Funkbaken dienen dazu, den Durchgang eines Signals zu verfolgen und „Tropo“-Bedingungen zu bestimmen, unter denen aufgrund der erhöhten Brechung von Funkwellen eine UKW-Funkkommunikation über große Entfernungen mit hohen Signalpegeln möglich wird. An normalen Tagen ist die Aktivität von Funkamateuren auf UKW gering, aber an Tagen mit starkem Regen steigt sie um ein Vielfaches, weil... Die Hörbarkeit entfernter Korrespondenten in den analogen Modi CW, SSB und digitalen Modi FT4, FT8, JT65A und anderen wird dramatisch verbessert. Um eine Verbesserung der Ausbreitung von Funkwellen auf UKW rechtzeitig zu erkennen, werden Beacons eingesetzt. Dabei handelt es sich um ständig oder meist in Betrieb befindliche Sender Frequenzen, die für UKW-Baken vorgesehen sind.

IARU in Region 1 erlaubt Schmalband-Beacons in der Region 144,400 – 144,490 MHz UKW-Bandplan, das russische Amateurfunkfrequenznetz in der jüngsten Entscheidung der Staatlichen Kommission für Funkfrequenzen (SCRF) Russland vom 15. Juli 2010 Nr. 10-07-01 verweist zum Frequenzplan des R1-Bereichs: „Bei der Nutzung von Funkfrequenzen für den Amateurfunk wird empfohlen, den Frequenzplan der International Amateur Radio Union für Region 1 in dem Teil zu berücksichtigen, der dieser Entscheidung des SCRF nicht widerspricht.“ Die Signalbandbreite des Telegrafenfeuers sollte 500 Hz nicht überschreiten. Für breitbandige Experimentalbaken zur Erforschung schwacher Signale ist der Bereich 144,491 – 144,493 MHz vorgesehen, wobei eine Signalbandbreite von bis zu 20 kHz zulässig ist.

Die Frequenz des Leuchtfeuers RB1CA in Priozersk beträgt 144,420 MHz, die Frequenz des Leuchtfeuers UA1ZFG in Murmansk beträgt 144,430 MHz.

PI4 ist eine ideale digitale Modulation, die der Mixed-Mode-Beacon-Modulation „MGM – CW – Träger“ des IARU VHF Region 1 Committee entspricht. Die Übertragungsdauer beträgt 1 Minute (kontinuierliche Übertragung nahezu ohne Pausen – 100 % Einschaltdauer 60 Sekunden), danach wird die Übertragung wiederholt.

Im Artikel „Funkfeuer RB1CA in Priozersk“ die Erfahrung mit dem Empfang eines Beacons im PI4RX-Programm für Windows wird vermittelt.

Eine Suche nach Informationen zu Signalerzeugungsmethoden führte mich auf die Website OZ2M „Beacons der nächsten Generation“.

Ressourcen zum Schreiben eines Programms

• Hauptseite zu PI4-Modulation und Beacon:OZ2M.
• Beschreibung des PI4-Algorithmus:https://rudius.net/oz2m/ngnb/pi4.htm
• GitHub-Projekt „Guenaels winziges Leuchtfeuer“- Quellcode zur Generierung von Zahlen in der PI4-Frequenzfolge.
  *Einfacher PI4-Beacon-Sender in GNU Radio funkamateur PE1ITR zur Generierung einer WAV-Datei – die Grundlage für diesen Artikel.

Was ist PI4-Modulation?

Eine Beschreibung der Modulation finden Sie auf der Website OZ2M.

PI4 - Modulation mit 4 Tönen (FSK). Es können nicht zwei Töne gleichzeitig erklingen.

ПарDie Parameter der FSK-Modulation hängen vom Koeffizienten K ab, der die Werte 40, 80, 96 und 120 annehmen kann. Tatsächlich erkennt PI4-RX nur Modulationen mit K=40 und hat diesen auch verwendet. Sie wird auch „PI4-Modulation“ genannt.

КажDieser Frequenz kann ein Code von 0, 1, 2 oder 3 zugewiesen werden. Die Übertragungsdauer des maschinengenerierten Signals (MGM – Machine Generated Mode) beträgt ca. 24 Sekunden.

Beim Empfang ist es notwendig, die Empfangsfrequenz mit einer Genauigkeit von +- 50 Hz relativ zum Träger 800 Hz einzustellen (vorzugsweise +- 12,5 Hz, um die Bandbreite des Frequenzfilters beim Empfang von 100 Hz auf 50 oder 25 Hz eingrenzen zu können).

Die vier Töne sind auf den 800-Hz-Träger abgestimmt

• Ton 0: -117,1875 Hz
• Ton 1: 117,1875 Hz
• Ton 2: 351,5625 Hz
• Ton 3: 585,9375 Hz

Der Abstand zwischen den Tönen deltaF = 12000/2400 * k, für Koeffizient k=40 beträgt 234,375 Hz.
Die Dauer des Symbols beträgt 2000/12000 = 0,166 Sekunden.

Tonfrequenzen des PI4-Modus (k=40)

FREQ0=682,8125 Hz
FREQ1=917,1875 Hz
FREQ2=1151,5625 Hz
FREQ3=1385,9375 Hz

Trägerfrequenz = 800 Hz – zur Feinabstimmung auf das Signal (wichtig!).

Erster Ton für DFCW = 800 Hz
Zweiter Ton für DFCW = 800-234,375 = 565,625 Hz (Frequenz ist nicht wichtig, da CW in PI-RX nicht erkannt wird).

Arbeitszyklus des PI4-Beacons

Der Übertragungswiederholungszyklus beträgt 1 Minute, beginnend bei 00 Sekunden (die Zeitsynchronisierung auf Sender und Empfänger muss sehr genau sein – besser als +-1 Sekunde).

Eine Reihe von Dienstprogrammen zum Generieren von PI4

Regel zum Schreiben des Rufzeichens im ersten Teil der Nachricht (MGM)

Die Rufzeichenzeichenfolge muss 8 Zeichen lang sein. Nach dem Rufzeichen und dem „Bruch“ müssen Sie der Zeile bis zu 8 Zeichen mit Leerzeichen am Ende hinzufügen.

Durch Hinzufügen von Redundanz und der verschachtelten Faltungsfunktion werden diese 8 zeichen werden während des Codierungsprozesses in eine pseudozufällige Folge von umgewandelt 146 charaktere. Die Dauer jedes Symbols im PI4-Standard beträgt 2000/12000 = 0,1666 Sekunden. Die Gesamtdauer des MGM-Teils der Nachricht, in dem das Rufzeichen mit 4 Tönen übertragen wird – 24,32 Sekunden.

Regel zum Erstellen einer Nachricht im zweiten Teil der Beacon-Übertragung (CW).

Die Länge der Rufzeichen- und Locator-Übertragung bei 12 WPM sollte 12–20 Sekunden betragen, beispielsweise dauert die Nachricht RA1AHQ ko59ct 16,5 Sekunden. Wenn das Rufzeichen kürzer, 4-stellig, ist, wird die Länge der CW-Nachricht reduziert und die Länge des nachfolgenden CW-Trägers automatisch erhöht, wie im Skript vorgesehen pi4-wav.sh.
Zulässige Zeichen sind 0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ/.
Die Zeitbegrenzung für den zweiten Teil der Übertragung ergibt sich aus der Tatsache, dass noch Zeit für das „Tuning“-Signal – den 800-Hz-Träger – übrig bleiben muss.

800-Hz-Träger zum Abstimmen (dritter Teil der Übertragung)

Das Dienstprogramm sox, das mit Parametern aus dem Skript pi4-wav.sh aufgerufen wird, bildet in der verbleibenden Übertragungszeit von bis zu 60 Sekunden einen 800-Hz-Träger (zur Abstimmung auf „Zero Beats“) – 60-24,3-16,5=19 Sekunden. Länge des letzten Teils des Trägers: 16-24 Sekunden, abhängig von der unterschiedlichen Dauer des CW-Teils.

Regel für die Ausstrahlung von PI4-Beacon-Nachrichten

Nachrichten müssen mithilfe des NTP-Protokolls mit höchster Genauigkeit zeitsynchronisiert werden.
Die Genauigkeit auf die Sekunde ist akzeptabel. Die Nachrichtenübertragung beginnt bei 00 Sekunden jeder Minute.

Die Nachrichtendauer ist etwas kürzer als eine Minute, beispielsweise 58 oder 59 Sekunden. Jede Minute wird die Nachricht von vorne begonnen. Der Sender im USB- (oder DIG-)Modus für die Bake muss kontinuierlich laufen, und die Modulation erfolgt durch Ausstrahlung einer zeitsynchronisierten WAV-Datei.
Die Frequenzdrift des Senders sollte +- 50 Hz nicht überschreiten (0,5 ppm= 72 Hz) bei einer Frequenz von 144,4 MHz.

Anleitung (zur Verwendung des Programmsatzes)

0) Installieren Sie Pakete zur Kompilierung und das Sox-Programm zur Klangsynthese – eine Sinuswelle einer bestimmten Frequenz und Phase.

sudo apt-get install build-essential sox

1) Korrigieren Sie das Rufzeichen im Quelltext der Datei stage1.c. Das Rufzeichen muss zusammen mit den nachgestellten Leerzeichen unbedingt 8 Zeichen lang sein!
Kompilieren Sie das Programm und führen Sie es aus:

nano stage1.c
gcc stage1.c -o stage1
./stage1

2) Korrigieren Sie den Text für die CW-Nachricht des zweiten Teils des Beacon-Betriebs, kompilieren Sie das Programm und führen Sie es aus:

nano stage2.c
gcc stage2.c -o stage2
./stage2

3) Bearbeiten Sie pi4-wav.sh – notieren Sie die Sequenzen aus den Punkten 1 und 2.

nanopi4-wav.sh

4) Führen Sie die Datei aus, die die WAV-Datei für das Beacon generiert

bash pi4-wav.sh

4) Hören Sie sich die Datei im selben Verzeichnis an:result.wav

5) Verbesserung der Qualität – Reduzierung von Klickgeräuschen beim Ändern der Tonfrequenzen (FSK-Symbole) – Wenden Sie in Audacity einen Tiefpassfilter an (entfernen Sie Frequenzen ab 2 kHz) mit dem „Equalizer“-Effekt.

sudo apt-get install audacity
audacity result.wav

Wählen Sie „Alle“.
Effekte – Grafischer EQ

6) Speichern Sie den verarbeiteten Sound in einer Datei result!.wav.

7) Vorbereiten der Ausführung des Skripts – installieren Sie zsh

sudo apt-get install zsh

8) Führen Sie das Skript unter Linux aus run.zsh. Von diesem PC aus wird der Beacon übertragen.

9) Führen Sie das Programm unter Windows PI4-RX aus. Schauen wir uns den „Wasserfall“ an (für den Test habe ich die Tonquelle eines PCs mit Linux über ein Kabel mit einem Empfänger auf einem anderen PC mit Windows verbunden. Unter realen Bedingungen sollte der erste PC das Signal an einen Sender mit einer Beacon-Antenne ausgeben und der zweite PC sollte weit genug davon entfernt sein, um zu empfangen).

10) Bei der Beobachtung mehrerer Sendezyklen geben wir in der Datei run.zsh die Zeitkorrektur an (ich habe eine Konstante von -0,90 Sekunden), sodass beim Empfang eine minimale Abweichung des Sendebeginns vom ~~ Beginn der Minute 0 Sekunden ~ ~ 59 Sekunden besteht. Je nach Zyklus beispielsweise von -1,2 bis +0,2 Sekunden.

Archiv mit Quellcodes von Programmen:
*pi4.zip

Datum der letzten Änderung: 11.08.2025

Verwandte Veröffentlichungen

TimeShift stoppen und deaktivieren, um Speicherplatz zu sparen

Fehlerbehebung bei L2TP/IPsec-Verbindungsfehlern „Could not add ipsec connection“ und „no acceptable traffic selectors found“

Festplattenpartitionierung zur Installation von Linux Mint auf einem alten PC mit BIOS im GPT-Modus

Aktualisierung von Linux Mint 21.3 Virginia auf Linux Mint 22.3 Zena

Entfernen von Kernel Xanmod vom Linux-Betriebssystem