上周二1744 UTC(1:44 PM EDT),乌克兰的一家业余无线电台UR3RM在7040.138kHz的频率上随机的发出了一条信息。这条信息是自动发送的,是一个文本。也许有人会收听到。也许不会。

“也许不会”的部分很容易理解,因为UR3RM的发射机输出的功率是1mW--0.01W。这样说吧,就是一个2级的蓝牙发射机,大约30英尺,运行功率为2.5mW。

UR3RM使用一种称为WSPR(弱信号传播报告器)的模式来报告微弱信号的传播。与大多数业余无线电台不同,这是一种单向模式。他们不仅没期望有人会收听到,而且信号能传回来的可能性更小,无线电传播也不都是双向的。

WSPR最大的卖点是花的钱少。甚至不超过100美元。虽然传输信号需要有张业余无线电执照才能进行,但安装一台接收机是所有人都可以做的。而且,考个执照又有多难呢。

大多数WSPR发射机运行的功率都很低,有很多都像UR3RM的运行功率一样低于1W。但也可能会像UR3RM一样,传播很远的距离。周二1744 UTC,在澳大利亚的塔斯马尼亚岛(距离15,140公里),就收听了传输的信号。更令人印象深刻的是,发射/接收达到每瓦特9235000英里!

这不是通过昂贵的装备和巨大的天线来完成的。这种特殊的传输发生在我们现在仍然奇怪地称之为“短波”的电台上。WSPR最大的成就是它可以在嘈杂、不可靠、静态的无线电频段上实现这一点。而且,它让接收者知道它接收到的信号是好的,不需要来自发送者的任何确认。

当然要实现这一点要付出一些代价:带宽。WSPR信号宽6Hz。一个典型的音频信道大约是2500Hz。这使得微小的WSPR功率更加集中、有效。

低带宽也限制了信号发送速率。在今天,你会惊讶地发现WSPR以1.4648波特的速度运行。没错,结构化的WSPR传输在110.6秒内发送50个字符,从每分钟后的第一秒开始发送。

篾条消息都包含电台的呼号、网格定位和以dBm为单位的发射机的功率。

所以,当塔斯马尼亚的电台接收到乌克兰的信号时,他立刻就能知道信号来自哪里,发射功率是多少。

Maidenhead定位系统的地图

由于WSPR信号的带宽非常窄,所以当人耳检测不到信号时,WSPR信号往往会被解码。据称,在2500Hz带宽接收机中,低于噪声28dB的信号可以用WSPR解码。笔者把音量调高,看着电台解码那些用耳朵完全分辨不了的背景噪声。

窄带宽实际上支持接收机同时收听和解码多个电台,通常是在频带打开时进行的。由于接收者无法通知原发站“工作进行的很好”,因此接收就被报告给互联网上的中心枢纽。想知道在这个时刻,什么样的业余波段适合与世界上的哪些地方联络吗?可以访问wsprnet.org,在那里这些数据都被绘制出来了,并以其他方式进行了量化。

WSPR由Joe Taylor,K1JT制作,他是一位业余无线电爱好者,也是诺贝尔物理学奖的得主。在过去,他开发了其他发射/接收方法来帮助月面反射和流星散射无线电的工作。

和其他许多无线电技术的进步一样,这次的进步也得益于廉价的SDR接收机的出现。虽然亚马逊(Amazon)、eBay和其他网站上售价100多块钱的设备在远距离低频段上表现不佳,但更复杂的设备现在也不到1千块钱就可以买到。很多解码软件(以及传输软件)都是免费和开源的。预装或大部分预装发射机的售价也不是很高。有些人甚至想出了如何让Raspberry Pi像一个10mW的WSPR发射机一样工作,尽管有一些外置的过滤装置,以确保它只在需要的地方发送它。

每一个业余无线电频段都是不同的,而且随着近期太阳黑子周期的下降接近最小值,情况肯定更糟了。但是WSPR依然充满活力和弹性,甚至现在全世界的通信都可以用小功率进行。如果你感兴趣,可以了解一下。通过http://sdr.hu 聚合的几十个接收机都采用WSPR作为可用模式。如果你和笔者一样,可能也会花几个小时的时间来收听你根本收听不到的信号,即使收听到了,也听不懂。