У современных радиолюбителей потрясающие возможности в плане получения информации, а многие аспекты работы на коротких волнах кажутся архаичными и попросту бесполезными. Мы привыкли жить в режиме онлайн с постоянным доступом к интернету, и это наложило свой отпечаток на то, как мы воспринимаем КВ-связь. И все же радует, что она продолжает развиваться и эволюционировать за счет внедрения цифровых видов связи. Сегодня я бы хотел рассказать о протоколе VARA, разработанном испанским радиолюбителем по имени Хосе Альберто Ньето Рос (Jose Alberto Nieto Ros) с позывным EA5HVK.

Немного истории

С момента изобретения радио прошло около 130 лет. Споров о том, кто именно это сделал, до сих пор множество. В России им считается Попов, который 7 мая 1895 продемонстрировал на заседании Русского физико-химического общества свой «грозоотметчик». Это по сути был первый прототип радиоприемного устройства, которое служило для обнаружения грозовых разрядов. Патентовать девайс он не стал, а упоминания о передаче сигнала посредством радиоволн датируются 1896 годом.

В мировой практике изобретение радио считают заслугой молодого итальянского исследователя Гульельмо Маркони. 2 июня 1896 г. была подана предварительная заявка на патент в Британское патентное бюро под номером 12 039, и это формальное действие увековечило его имя. Маркони успешно поставил свое изобретение на коммерческие рельсы, начав массовое внедрение радио для передачи информации.

Развитие шло стремительно. Первая половина 20 века ознаменовалась использованием радио в морской навигации, военном деле и для передачи экстренных сообщений. Через 25 лет радиовещание стало доступным миллионам слушателей. Потом началась ИТ-революция, послужившая драйвером развития цифровых видов связи. Беспроводные коммуникации теперь — неотъемлемая часть повседневной жизни, и мы можем передавать колоссальные объемы данных практически мгновенно.

Но у современной цифровой связи есть один минус, о котором многие забывают, — она опирается на сложную инфраструктуру сетей передачи данных. Последние, увы, подконтрольны не только бизнесу, но и государствам, которые при определенном желании способны произвольно отключать доступ людей к связи. В похожей ситуации можно оказаться и в случае каких-либо природных катаклизмов. Сильное землетрясение — и вот уже большинство вышек сотовой связи выведено из строя, десятки тысяч человек лишаются возможности общения.

При таком сценарии радиолюбительская служба и ее относительная независимость играют важную роль. Некоторые цифровые виды связи способны работать в условиях сильной зашумленности эфира, но при этом не могут передавать большие объемы данных. Тот же FT8 служит для обмена короткими стандартизированными сообщениями размером максимум 13 символов.

Благо FT8 вовсе не единственный протокол, который отлично работает на КВ. Более старые, но хорошо зарекомендовавшие себя RTTY и HF-FAX до сих пор трудятся в морской отрасли, с их помощью передают прогнозы погоды и карты ветров. Здесь же можно вспомнить и про SSTV (Slow-Scan TeleVision), протокол для передачи изображений. Его часто применяют как на КВ, так и на УКВ — например, по SSTV транслируют открытки с МКС.

Помимо этого, у радиолюбителей всего мира сейчас есть интересный «туз в рукаве» — протокол VARA и приложение VarAC, которое позволяет вывести обмен информацией с помощью КВ и УКВ радиосвязи на новый уровень. Впервые оно появилось в декабре 2021 года в качестве удобной альтернативы JS8Call и Winlink, но с упором на общение в реальном времени. Это как ICQ, но по радио.

VARA

Так называется проприетарный протокол, в основе которого лежит хорошо зарекомендовавший себя метод модуляции OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing). Передача данных осуществляется на множестве узких поднесущих, расположенных близко, но не мешающих друг другу. Каждая из них модулируется отдельно, например с помощью QAM (Quadrature Amplitude Modulation) или PSK (Phase Shift Keying).

Стандартная OFDM использует на всех поднесущих один и тот же тип модуляции, а скорость и устойчивость системы фиксированы. В реальных условиях это значит, что если хотя бы часть поднесущих страдает от замираний или помех, то информация будет теряться, даже если условия на остальных были идеальными.

КВ-связь по умолчанию характеризуется замираниями (fading), многолучевостью (multipath) и нестабильной фазой (unstable phase), так что для VARA применяется адаптивная OFDM. Главное отличие от стандартной в том, что система подстраивается к текущим условиям канала. Каждая поднесущая может использовать собственный тип модуляции в зависимости от качества сигнала.

На «хороших» выбирается плотная модуляция, позволяющая передавать больше битов за раз, а на «плохих» — более надежная для предотвращения потерь данных. В условиях, когда даже это не срабатывает, поднесущая вообще может быть отключена. Сейчас адаптивная OFDM применяется повсеместно — от Wi-Fi и сотовой связи LTE/5G до спутниковой Starlink.

VARA HF позволяет работать в трех режимах с разной шириной канала:

• Narrow — узкополосный ~500 Гц, который применим в условиях слабых сигналов или необходимости вписаться в ограниченную полосу;

• Normal — стандартный ~2 300 Гц, полностью укладывающийся в обычную SSB-полосу;

• Tactical — продвинутый ~2 750 Гц для большей скорости передачи данных.

Автор протокола опубликовал следующую таблицу, в которой хорошо видно количество и типы применяемой модуляции поднесущих, а также максимально достижимую скорость в условиях идеального канала:

Стоит учитывать, что VARA — это полудуплексная система, в которой прием и передача происходят по очереди, а не одновременно. Вместе с этим в ней реализован дополнительный механизм контроля целостности данных, чем-то схожий с TCP. Передающая сторона ждет подтверждения от приемника (ACK). Если последнего нет или оно пришло с ошибочными данными, то происходит повторная отправка пакета. Так что даже на нестабильных каналах VARA позволяет обеспечить надежность связи.

VARA HF Modem

С принципом работы более-менее понятно, так что переходим к софтверной части. Любой софт, использующий протокол VARA, будет взаимодействовать с программным модемом. Для КВ-связи это приложение так и называется — VARA HF Modem. Оно распространяется по модели Shareware. Для радиолюбителей доступно без оплаты, но есть ограничение по скорости 175 bps. Это в целом приемлемо для передачи небольших текстовых сообщений, но крайне мало, если отправлять файлы или изображения.

Полная версия стоит аж 64 евро, что, мягко говоря, вызывает недоумение. Одно дело заплатить такую сумму за AAA-игру вроде Cyberpunk 2077, над которой студия трудилась около 8 лет, затратив на разработку 316 млн долларов. Была бы стоимость 5 евро, я бы еще понял. Ну а тут всего лишь программный модем, аудитория которого — любители связи. Да и не слишком такое приветствуется, ведь в своей основе радиолюбительская деятельность четко отделяется от коммерческой.

Но даже урезанной версии вполне достаточно, чтобы без проблем проводить связи или задействовать протоколы вроде APRS, используя КВ в качестве транспорта. Более того, некоторые энтузиасты уже даже успешно пробовали подключаться к разным BBS при помощи этого экзотического способа. О том, что такое BBS, мы, кстати, писали в одной из предыдущих статей.

Для работы VARA HF Modem использует аудиовходы и выходы. Это работает как с обычными звуковыми картами, так и со специализированными устройствами вроде DigiRig. Еще он может быть частью цепочки из виртуальных кабелей, созданных с помощью Virtual Audio Cable (VAC).

Для работы приложение открывает три TCP-порта:

1. 8300 (Command) используется для обмена управляющими командами между VARA HF Modem и сторонними приложениями вроде VarAC.

2. 8301 (Data) нужен для непосредственной передачи данных во время QSO и полезной нагрузки (текстовые сообщения, файлы, VMAIL).

3. 8100 (KISS) пересылает фреймы AX.25 (протокол KISS) для APRS-приложений вроде DireWolf, используя VARA в качестве транспортного уровня.

VarAC

Наконец-то мы дошли до самого интересного — клиента VarAC для чата через VARA. Это полностью бесплатное приложение, разработанное двумя программистами: Ирадом Дойчем (Irad Deutsch) с позывным 4Z1AC и Ларином Дойчем (Larin Deutsch). Проекту помогала команда бета-тестеров-волонтеров, список которых есть в Hall of fame.

Главное окно приложения, на первый взгляд, перегружено информацией:

Тем не менее пользоваться им легко. При открытии VarAC автоматически стартует VARA HF Modem, данные из которого сразу начинают поступать в поля приложения. Чтобы начать работать в эфире, нужно выполнить ряд простых действий в меню Settings:

• заполнить данные о себе в разделе My Information;

• настроить управление трансивером через RIG Control and VARA Configurations;

• составить шаблоны сообщений, выбрав пункт Canned (predefined) Messages.

Самым сложным тут будет пункт настройки трансивера. У меня это Icom IC-706MKIIG, подключенный с помощью звукового интерфейса MFJ-1279M. Из-за того, что трансивер довольно старый, в нем нет возможности управлять нажатием PTT через CAT. Но при этом он спокойно позволяет считывать и устанавливать нужную частоту и режим.

Зато звуковой интерфейс MFJ-1279M подключается в гнездо для тангенты, поэтому сам может нажимать на PTT — достаточно лишь подать на него сигнал DTR. Вот так и получилось, что управление одним трансивером фактически работает через разные COM-порты:

Теперь при выборе частоты из списка трансивер сам на нее переключается. Еще он считывает ее каждые 10 секунд через CI-V и отображает в приложении. Это особенно важно, если вы хотите транслировать в эфир общий вызов (CQ). Программа не даст вам сделать этого просто так. Вначале нужно выбрать один из 10 слотов, что немного сдвинет частоту передачи вверх или вниз. Это позволяет эффективнее использовать доступную полосу.

Затем нужно нажать и удерживать кнопку SLOT SNIFFER, которая автоматом перестроит трансивер на выбранную частоту и 5 секунд будет искать там наличие сигнала. Если слот свободен, нажимаете CALL CQ — и VarAC начнет отправлять ваш запрос в эфир:

У всех, кто его примет, по умолчанию в VarAC вылезет уведомление, которое будет активно несколько секунд (при желании меняется в настройках):

Как только на ваше CQ кто-то откликнется, система сама начнет процесс соединения P2P. После его установки вы сможете написать сообщение или выбрать готовое, отправить файл или электронное письмо VMAIL.

Все это в VarAC очень похоже на чат ICQ. Вы будете видеть, когда ваш собеседник его набирает. При желании добавляем эмодзи или звук. Можно даже устроить викторину или сыграть в пошаговые игры с помощью HamPlay:

Все это время, пока у вас установлено соединение, трансивер будет его поддерживать, отправляя короткие посылки данных и принимая ответ от удаленной стороны. После того, как сеанс связи завершен, передатчик автоматически перейдет в режим прослушивания эфира. Помимо такого прямого P2P-соединения, есть возможность отправки Broadcast-сообщений. Например, погодная станция может автоматически раз в несколько минут посылать в эфир актуальную сводку.

Что в итоге

Протокол VARA и клиент VarAC показывают, что КВ-радиосвязь хорошо подходит для прямого P2P-соединения и диалога в стиле простого мессенджера. Но да, порой это будет работать медленно, к тому же есть зависимость от внешних условий — например, состояния ионосферы.

VARA позволяет передавать больше данных, но, увы, не может сравниться с FT8 по соотношению сигнал-шум. Последний способен эффективно доставлять информацию даже при очень низких уровнях, до -24 dB и ниже — это делает его незаменимым для слабых и нестабильных каналов.

Но FT8 жертвует гибкостью и интерактивностью: передача коротких заготовленных сообщений, отсутствие свободного диалога и фиксированный тайминг делают его не лучшим выбором для живого общения. Протокол VARA в этом плане выигрывает.

А вы когда-нибудь пользовались VARA на КВ? Рассказывайте в комментариях, будет интересно почитать!