主页（http://www.pttcn.net）：CP16汉字抄收葵花宝典
2004年退休之前的十来年，经历了国内青少年无线电通信比赛为应付极端功利主义带来的作弊而不断改良比赛方法的经历，那是一段故事（略）。转眼又过去了十多年，2016年CRAC准备组织无线电技术大会活动，围绕业余无线电应急通信的业余电台演练是重点内容之一。怎么搞法？首先考虑无线电业余业务的定义和本质。业余无线电的活力在于紧跟无线电技术的整体发展。CRAC作为全国性专门从事业余无线电工作的组织，它的活动必须激励这种活力，突出对新技术、新应用的演练实践和交流，而不是提倡在千篇一律的重复性操作中以分秒之差追求锦标。演练内容是否应该继续使用十年前，也就是青少年无线电通信比赛的老套路？答案是否定的，因为这些年软件无线电接收设备成为业余电台的常用配置，业余频段繁忙的信号在瀑布图上一目了然，过去所拼比的靠人工扭动频率调谐旋钮随机捕捉DX信号的经典技能已经走到终点。所以无线电技术大会的业余应急通信演练科目决定从用软件接收机的通用瀑布图界面接收多路CP16汉字信号的技能起步。CP16是CRAC推出的一种汉字传输模式，基本原理、应用范围、推广意义和要求的接收设备配置已有介绍，本文不再重复。下面讨论的话题是怎样才能进一步提高接收效果。
接收到的CP16的报文以汉字图像形式直接显现在频谱-时间瀑布图上，不需要精准调谐，也不需要借助于解码工具，频谱显示的动态范围很大，CP16典型传输速度大致为每4秒一个汉字，与4位短码电报的实用速度相似，流水显示汉字报文的可阅读性很好。因此看起来接收CP16汉字并不困难。其实并非如此。 前三届CRAC无线电技术大会演练发送的都是包含在一个话音信道范围内的4路CP16信号，最强和最弱信号的强度相差20dB左右，相当于同样传播条件下发射功率100W和1W 的差别。实际演练成绩是：绝大多数参演队都能比较正确地抄收其中一路信号，但还没有一个队能创造正确抄收所有4路信号的记录。反过来说，离预期的技术技巧还有距离，还有很大提高空间。前三届演练中，绝大多数队使用HDSDR软件显示汉字信号，大体可分为两类系统配置：一类使用通用软件接收机，由硬件直接对射频信号采样为数字信号，通过USB接口或者网络接口直接送到电脑进行处理；另一类使用传统的超外差单边带接收机，对射频信号进行变频，在中频级经过带通滤波器去除镜频干扰和临近频道干扰，最后以单边带方式进行解调，把通道内的CP16搬移到音频范围，从耳机插座把音频模拟信号送到电脑的声卡输入接口，在进行数字化处理。这两种配置接收CP16的效果应该相差不多，但严格说来前一种比较好，因为信号在传统超外差接收机中通常都会经过晶体边带滤波器的过滤，这些滤波器的传输特性总是会有一些波纹，造成轻微的频率失真。这种失真对话音的影响通常不明显，但表现在瀑布图上就可能使横线上各点的亮度有细小的差别，当信号强度正好落在色彩特性比较陡时差别被扩大化，就可能影响图像质量。是否今后会有团队使用自带瀑布图显示的单体SDR电台？是否对CP16接收具有更多的优点？拭目以待。演练用的多路CP16信号模拟应急情况的恶劣条件，比如多个附近友台和远方灾区友台急于同时在邻近频率建立多路通信，到达接收机的信号会有几十dB的差别，显示在瀑布图上就是很大的亮度差别。由于演练通常在室外，不论阳光普照还是阴雨连绵，天光都足以使笔记本屏幕上的微弱信号黯然失色，即便临时找件衣服凑合挡一挡，只要还漏进一束光，抄收暗淡汉字的能力肯定打折扣。可惜前几年参加演练的多数团队并没有想到事先准备有效的遮光防护物。想想早年的摄影师，要靠观察干板照相机镜头在磨砂剥皮上成像的细节来调整镜头焦距，和抄收CP16汉字有相似之处。他们几乎无一都会钻进一块硕大的双层遮光布进行对焦，否则他们也不可能为百年后的人们留下那么多令人惊叹的精致照片。不妨借鉴他们周到和认真地重视细节的做法。参加演练是为互相观摩和切磋，要坚决防止因为技术疏忽而搅了局，扫了大家的兴。这里要说的是2018年的故事。CP16信号抄收演练一开始，现场突发强大干扰。只要组委会监测台一开始发送CP16信号，一个周期性的断续启闭的疑似CP16的特强干扰立即出现在场地上空，监测台CP16信号停止，干扰随之消失，监测台改频，干扰立即跟上，全场一片惘然。经测定发现干扰来自演练场地内某处，不得不使大家怀疑受到了恶意干扰。不过事后分析，最大可能还是因为有团队技艺不精而无意中造成了失误。为防患于未然，参加演练的团队务必切记在操作中认真按下述原理检查把关，严防无意触犯破坏整个演练之大忌。首先，电脑HDSDR软件“声卡（SoundCard）”菜单下的输出设备尽量不选电脑扬声器，如果选择输出到扬声器，那么也一定要向电脑插入耳机进行监听（一般插入耳机会自动断开扬声器）。同时，电台声控发射（VOX）必须确保关闭。如果疏忽，接收到的CP16信号声音会从电脑扬声器传到电台话筒启动VOX功能，将收到的CP16声音转发出去。电台切换为发射后不再接收外来信号，扬声器不再发声，电台VOX关闭，再次恢复接收，如此周而复始。因为HDSDR的数学运算解调有一定延迟，导致这个反馈过程以每秒钟数次的周期反复，断续发射信号，阻断所有友台的接收，使整场演练陷入瘫痪。HDSDR显示界面有射频（RF）和音频（AF）两个窗口。当可选项菜单（Options）- 视觉效果（Visualization）- 交换上下显示位置（Swap Upper/Lower Display Position）没有被勾选时，上面是RF窗口，下面是AF窗口。一般情况下两个汉字显示的汉字效果差不多。但是RF窗口的信号经过较少处理，不需要准确调谐频率，不受接收模式（AM/ECSS/FM/LSB/USB/CW/DRM）按钮的影响，也不受中频带宽（表现为RF频谱窗口的浅蓝色条带和RF频谱窗口的红色频响曲线）限制。而AF窗口必须在LSB或USB方式下才能显示汉字（两种状态下汉字的左右方向相反），而且只有调谐到信号处于RF频谱窗口显示的接收带宽中才行，如果处在接收带宽边缘的弯曲特性上，部分汉字将不能被很好显示。某些控制按钮的不适当操作会不影响RF窗口的汉字质量，但会影响AF窗口。因此推荐优先使用RF窗口显示。不过，当难以在一个窗口调整得兼顾强弱信号时，可以在一个窗口内照顾弱信道，用另一个窗口照顾强信道，综合达到左右逢源的效果。图一是用RF窗口抄收较强信道、AF窗口专用于抄收最弱信道的实例。
频谱图和瀑布图是电脑程序对每一小段时间内的信号瞬时强度值进行数学运算做出的，解析带宽（RBW）平均值区间（Avg）对汉字字形在频率轴和时间轴两方向的边缘精细程度有很大影响。对于RF和AF窗口，效果较好的参数通常是RBW = 5.9 – 2.9Hz、Avg = 1，可在此基础上试着微调。不同强度的汉字信号是否能在屏幕上以最清晰的对比度显示出来，必须根据实际信号反复拖动窗口下面标有“瀑布图（Waterfall）”的增益（左）和对比度（右）两个条形控制器。一般讲来可以先把对比度调到最大，再根据信号强弱把增益调到适当位置。当然，太强和太弱的信号很难同时做到最佳，只能折中兼顾。每一个信号强度在瀑布图上都对应有一个确定的色度和亮度，形成一套曲线。HDSDR备有多套曲线可供选择，表现在屏幕上就是调整到同样状态的汉字可以表现为不同的色彩和明暗。每个人的视觉对不同色彩和亮度的响应不同，哪一组曲线使汉字看起来更清晰，需要根据感觉来优选。这些包含在可选项菜单（Options） - 视觉效果（Visualization）- 调色板（Color Palette）下的几个不同选项中。图二是同样的信号参数在两种不同调色板设置下的效果照片，显然读抄起来的感觉有很大不同。
调色板菜单随后一个选项是“定制（Custom）”，允许你设置一套自定的最理想的曲线，也许更适合于CP16抄收，不过还没有听说有人试过，这个选项下有英文使用说明供参考。HDSDR软件界面左下方有12个功能选择按钮，粗看好像不论怎么选择瀑布图都会同样显示CP16汉字，但实际上不要随便按，否则可能影响汉字图像质量。例如NB RF和NB IF。NB是噪声抑制（Noise Blanker）的缩写，最初是为听觉接收设计的，当闪电、工业火花一类短暂而强烈的窄脉冲干扰到来时，耳机对人的刺激很严重，为此设计了一种电路，串联在输出通道中，当检测到突然出现强脉冲到来时，在脉冲所占的时间宽度内关闭输出，形成短暂的寂静，虽然这样不能挽救信息的丢失，但人耳不再听到讨厌的喀啦声，显然舒服。NB电路需要先检测到脉冲才能决定关闭输出，动作会有延迟，放在音频电路延迟比较明显，所以通常放在解调之前的RF或者IF级。HDSDR的这两个按钮就是管控制它们的。CP16在没有遇到汉字笔画时不发射电波，遇到一个或多个点时才发射一路或多路射频载波，由于代表每个汉字点的载波频率和起始时刻不同，瞬时叠加出来的射频信号瞬时幅度比较随机，有时达到很大的瞬间值，如果开启NB IF，则遇到幅度很大的瞬时值时所有中频信号可能被瞬间剔除，在AF窗口表现为汉字出现横向笔画的缺损，但RF窗口不受影响。如果开启NB RF，抑噪发生在前级，RF和AF窗口的汉字都会出现横向笔画缺损。如果NB RF和NB IF同时打开，两个窗口的汉字都会出现缺损。图三为AF瀑布图窗口，左面为未打开NB，中间为仅打开NB RF，右面为仅打开NB IF。
图四为NB RF和NB IF同时打开时两个窗口汉字都受影响的情况↓
“开槽（Notch）”功能按钮也是可能影响CP16汉字图像的因素。如果说NB是遇到窄时间干扰时沿时间做切除术，那么Notch就是遇到窄频率干扰时沿频率做切除术。Notch的意思是信道内遇到某个单频率的等幅度干扰时在频率轴上开个槽，切掉这个频率的一切输出，也就是在信道里串联一个频率特性非常狭窄和陡峭的带阻滤波器，最初的用途是切除夹杂在话音信号里的稳定的啸叫声和CW电报声。CP16遇到垂直汉字笔画时会在相对应的载频上维持比较连续的发射，如果打开HDSDR的Notch功能，就可能会把它误判为收到了单频等幅干扰，从而切掉这一路载频，造成纵向长笔画缺损。Notch和ANotch分别控制IF和AF级的启停，开启它们都会影响AF窗口的汉字显示。图五是两者都开启后的实例。
因为信号的实际情况，HDSDR并不是每次把所有纵向或横向笔画都切除得如此典型，信号不太好时可能会表现为汉字莫名其妙地不清楚。如果看到汉字变得斑驳不整，首先要检查是否误触了抑噪和开槽这两组功能开关。还有一种情况只会在高级用户中遇到。如果选择CW解调方式在AF窗口读取CP16汉字，并适当调整通带宽度，就可以切除所需16路载频以外所有频率的干扰，画面显得清晰美观，熟练之后不失为锦上添花的操作诀窍。但此时会有两个影响汉字接收的功能按钮。CW Peak的作用是自动对齐CW峰值，抄收CW电报时自动保持信号峰值，这样信号因为短波传播衰落等作用发生强度的变化时，最后输出的信号相对维持稳定。有些CW电报发射机键控包络不良，会在按键或抬键瞬间在载频附近产生宽带的“咔嗒”干扰声，而DeSpread功能则把CW载频以外的其他信号都看成无用信号而加以滤除。如果开启这两个功能按键，CP16信号会被处理的面目全非。图六是CW模式下CW Peak和DeSpread被打开时CP16汉字被搞得面目全非的例子。
抄收CP6汉字时一定会发现所有汉字都会带有一堆横向条纹，既不美观，又可能淹没临近信道的微弱汉字。怎样才能消除？这种信号自己在信道内产生的干扰有两种来源。第一种是难以避免的，当同时传送汉字的两个或更多笔画时，需要同时发射多个载频信号。这些信号在发射或接收机内都会因为器件的非线性而产生新的互调分量。单边带收发信机的“双音测试”就是针对这种干扰的。如果说某发射机这样测得的干扰辐射是-40dB，可能会在这些笔画的两侧看到类似重影的干扰，笔画越多，组合干扰频率越复杂，干扰光点也越混乱。不过如果系统的非线性失真很小，这种干扰并不明显。第二种干扰主要是目前演练所用的CP16信号产生方法引起的。由于CP16模式至今没有火腿或企业开发出可供普及的硬件接口，练习用的CP16信号还是在PC电脑上用软件实现，而这个通用软件原来并不包含产生理想CP16信号所需要的功能和性能，不能实现预想的所有功能。其中最主要的，是它可以根据汉字点阵笔画的需要在某些时刻开启或关闭某些正弦载频，但不能控制载频的相位。比如阿拉伯数字“1”的中间一竖，程序把它分成16个时间段，每次重头启动一个正弦波，时间一满就立即关断，瞬间跳回零点，波形的突然跳变产生很宽的连续频谱干扰。如果仔细观察图七CP16接收的汉字图像，不难看出横向干扰条纹主要集中在这些时间点。其实只要开发出最简单的单片机接口，根据字形需要按时钟节拍从存储器的波形采样表中读取相应正弦曲线的幅度值，遇到笔画起止时，将载波的截断点选取在最近的一个幅值零点，这个问题就可以得到极大的解决。谁熟悉单片机编程？等你出手呐！文本的最后感想是，我国火腿齐心合力联合起来，利用互补优势创新技术的道路还很长远。无论CRAC技术演练也好，各地的聚会活动也好，网上的交流也好，应该真正成为大家在一起碰出更多火花的机会，成为促成深入合作、攻克许多新技术课题的起点。
CP16是一种新开发的无线电通信模式，是英文“ChinesePattern 16”的缩写。工作方式为采用由16×16点阵汉字信息直接对16个载频进行幅度调制（16ASK）后生成的基带信号，经由基带信号载入电台发送载有16×16点阵汉字字形信息的无线电信号；接收方将接收机收到解调后的基带信号载入电脑，经软件在显示器上的时间-频率瀑布流上依据信号有无显示出汉字字形从而达到汉字报文信息传递。此模式是针对业余电台在突发重大灾害等紧急情形下的汉字信息传输而设计，也可用于其他业余无线电汉字报文通信，尤其是微弱信号通信。 
▲ CP16系统框图1
▲ CP16系统框图2
(中国集群通信网 | 责任编辑：陆涛) |
