J'ai reçu un mail me demandant comment générer un signal sonore pour une balise en mode PI4.
Dans l'article, j'explique comment j'ai réussi à le faire sans utiliser de matériel tiers, en utilisant uniquement les capacités logicielles de Linux.

Présentation

Les balises radio VHF sont conçues pour suivre le passage d'un signal, déterminer les conditions de « tropo » dans lesquelles, en raison de la réfraction accrue des ondes radio, une communication radio VHF longue distance avec des niveaux de signal élevés devient possible. Les jours ordinaires, l'activité des radioamateurs sur VHF est faible, mais les jours de fortes pluies, elle augmente plusieurs fois, car... L'audibilité des correspondants éloignés en modes analogiques CW, SSB et numériques FT4, FT8, JT65A et autres est considérablement améliorée. Pour détecter à temps une amélioration de la propagation des ondes radio sur VHF, des balises sont utilisées. Il s'agit d'émetteurs fonctionnant en permanence ou la plupart du temps et situés sur fréquences destinées aux balises VHF.

L'IARU dans la région 1 autorise les balises à bande étroite dans la région 144.400 - 144.490 MHz selon Plan de bande VHF, la grille de fréquences du service amateur russe dans la dernière décision de la Commission d'État sur les fréquences radio (SCRF) Russie du 15 juillet 2010 n° 10-07-01 fait référence sur le plan de fréquences de la gamme R1 : "lors de l'utilisation de fréquences radio pour le service amateur, il est recommandé de prendre en compte le plan de fréquences de l'Union Internationale des Radioamateurs pour la région 1 dans la partie qui ne contredit pas cette décision du SCRF". La bande passante du signal de la balise télégraphique ne doit pas dépasser 500 Hz. Pour les balises expérimentales à large bande destinées à la recherche sur les signaux faibles, la zone 144,491 - 144,493 MHz est prévue, où une bande passante du signal allant jusqu'à 20 kHz est autorisée.

La fréquence de la balise RB1CA à Priozersk est de 144,420 MHz, celle de la balise UA1ZFG à Mourmansk est de 144,430 MHz.

PI4 est une modulation numérique idéale qui correspond à la modulation de balise en mode mixte "MGM - CW - Carrier" du Comité IARU VHF Région 1. La durée de transmission est de 1 minute (transmission continue avec pratiquement aucune pause - cycle de service 100 % 60 secondes), puis la transmission est répétée.

Dans l'article "Balise radio RB1CA à Priozersk" l'expérience de réception d'une balise dans le programme PI4RX pour Windows est donnée.

Une recherche d'informations sur les méthodes de génération de signaux m'a conduit vers le site OZ2M « Balises de nouvelle génération ».

Ressources pour écrire un programme

• Site principal sur la modulation PI4 et la balise :OZ2M.
• Description de l'algorithme PI4 :https://rudius.net/oz2m/ngnb/pi4.htm
• Projet GitHub "Le petit phare de Guenael"- code source pour générer des nombres dans la séquence de fréquence PI4.
  *Émetteur de balise PI4 simple dans GNU Radio radioamateur PE1ITR pour générer un fichier WAV - la base de cet article.

Qu'est-ce que la modulation PI4 ?

La description de la modulation est disponible sur le site Internet OZ2M.

PI4 - modulation à 4 tonalités (FSK). Deux tonalités ne peuvent pas retentir en même temps.

ПарLes paramètres de modulation FSK dépendent du coefficient K, qui peut prendre les valeurs 40, 80, 96 et 120. En fait, PI4-RX ne reconnaît qu'une modulation avec K=40, et c'est ce qu'il a utilisé. On l'appelle également "modulation PI4".

КажCette fréquence peut se voir attribuer un code de 0, 1, 2 ou 3. La durée de transmission du signal généré par la machine (MGM - mode généré par la machine) est d'environ 24 secondes.

A la réception, il faut régler la fréquence de réception avec une précision de +- 50 Hz par rapport à la porteuse 800 Hz (de préférence +- 12,5 Hz pour pouvoir rétrécir la bande passante du filtre de fréquence en réception de 100 Hz à 50 ou 25 Hz).

Les quatre tonalités sont alignées sur la porteuse de 800 Hz à

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

La distance entre les tons deltaF = 12000/2400 * k, pour le coefficient k=40 est de 234,375 Hz.
La durée du symbole est de 2000/12000 = 0,166 seconde.

Fréquences de tonalité du mode PI4 (k=40)

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

Fréquence porteuse = 800 Hz - pour un réglage précis du signal (important !).

Première tonalité pour DFCW = 800 Hz
Deuxième tonalité pour DFCW = 800-234,375 = 565,625 Hz (la fréquence n'est pas importante car la CW n'est pas reconnue dans PI-RX).

Cycle de service de la balise PI4

Le cycle de répétition de transmission est de 1 minute à partir de 00 seconde (la synchronisation temporelle sur l'émetteur et le récepteur doit être très précise - meilleure que +-1 seconde.

Un ensemble d'utilitaires pour générer PI4

Règle d'écriture de l'indicatif d'appel dans la première partie du message (MGM)

La chaîne de l’indicatif d’appel doit comporter 8 caractères. Après l'indicatif d'appel et la « fraction », vous devez ajouter jusqu'à 8 caractères à la ligne avec des espaces à la fin.

En ajoutant la redondance et la fonction de convolution entrelacée, ces 8 les caractères pendant le processus de codage sont convertis en une séquence pseudo-aléatoire de 146 personnages. La durée de chaque symbole dans la norme PI4 est choisie pour être de 2000/12000 = 0,1666 seconde. La durée totale de la partie MGM du message, dans laquelle l'indicatif d'appel est transmis à l'aide de 4 tonalités -24,32 secondes.

Règle de création d'un message dans la deuxième partie de la transmission de la balise (CW)

La durée de transmission de l'indicatif d'appel et du localisateur à 12 WPM doit être de 12 à 20 secondes, par exemple, le message RA1AHQ ko59ct dure 16,5 secondes. Si l'indicatif d'appel est plus court, à 4 chiffres, la longueur du message CW est réduite et la longueur de la porteuse CW suivante est automatiquement augmentée, comme prévu dans le script.pi4-wav.sh.
Les caractères autorisés sont 0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ/.
La limite de temps pour la deuxième partie de la transmission est due au fait qu'il doit rester du temps pour le signal de « réglage » - la porteuse de 800 Hz.

Porteuse 800 Hz pour le réglage (troisième partie de la transmission)

L'utilitaire sox, appelé avec les paramètres du script pi4-wav.sh, forme une porteuse de 800 Hz (pour régler les « battements zéro ») pendant le temps de transmission restant pouvant aller jusqu'à 60 secondes - 60-24,3-16,5=19 secondes. Durée de la dernière partie du porteur : 16-24 secondes selon la durée différente de la partie CW.

Règle de diffusion des messages de la balise PI4

Les messages doivent être synchronisés dans le temps à l'aide du protocole NTP avec une précision maximale.
La précision à la seconde près est acceptable. La transmission des messages commence à 00 secondes de chaque minute.

La durée du message est légèrement inférieure à une minute, par exemple 58 ou 59 secondes. Chaque minute, le message recommence depuis le début. L'émetteur en mode USB (ou DIG) de la balise doit fonctionner en continu, et la modulation se fait par diffusion d'un fichier WAV synchronisé dans le temps.
La dérive de fréquence de l'émetteur ne doit pas dépasser +- 50 Hz (0,5 ppm= 72 Hz) à une fréquence de 144,4 MHz.

Instructions (comment utiliser l'ensemble des programmes)

0) Installez les packages pour la compilation et le programme sox pour la synthèse sonore - une onde sinusoïdale d'une fréquence et d'une phase données.

sudo apt-get install build-essential sox

1) Corrigez l'indicatif dans le texte source du fichier stage1.c. L'indicatif d'appel et les espaces de fin doivent occuper strictement 8 caractères !
Compilez le programme et exécutez-le :

nano stage1.c
gcc stage1.c -o stage1
./étape1

2) Corrigez le texte du message CW de la deuxième partie du fonctionnement de la balise, compilez le programme, exécutez-le :

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

3) Modifiez pi4-wav.sh - notez les séquences des points 1 et 2.

nanopi4-wav.sh

4) Exécutez le fichier qui générera le fichier WAV pour la balise

bash pi4-wav.sh

4) Écoutez le fichier dans le même répertoire :résultat.wav

5) Améliorer la qualité - réduire les clics lors du changement de fréquence des tonalités (symboles FSK) - Dans Audacity, appliquez un filtre passe-bas (supprimez les fréquences de 2 kHz et plus) à l'aide de l'effet "Equalizer".

sudo apt-get install audacity
audacity result.wav

Sélectionner - Tout
Effets - EQ graphique

6) Enregistrez le son traité dans un fichier résultat!.wav.

7) Préparation à l'exécution du script - installez zsh

sudo apt-get install zsh

8) Exécutez le script sous Linux exécuter.zsh. La balise sera transmise depuis ce PC.

9) Exécutez le programme sous Windows PI4-RX. Regardons la "cascade" (pour le test, j'ai connecté la source sonore d'un PC sous Linux avec un câble à un récepteur sur un autre PC sous Windows. En conditions réelles, le premier PC doit émettre le signal vers un émetteur avec une antenne balise, et le deuxième PC doit être suffisamment éloigné de lui pour recevoir).

10) Lors de l'observation de plusieurs cycles de transmission, on précise la correction temporelle dans le fichier run.zsh (j'ai une constante de -0,90 secondes) pour qu'à la réception il y ait un écart minimum du début de transmission de ~~ début de la minute 0 seconde ~ ~ 59 secondes. Par exemple, de -1,2 à +0,2 secondes selon le cycle.

Archiver avec les codes sources des programmes :
*pi4.zip

Date de la dernière modification : 08/11/2025

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