Modes DATA / TEXTE

Les cinq points qui font la différence

• Mode USB quelle que soit la bande, y compris en 80 m et 40 m. Le décalage entre fréquence affichée et fréquence réelle du signal correspond à la position de la note audio dans le passe-bande.
• ALC à zéro. On augmente le niveau audio jusqu’à l’apparition de la première indication d’ALC, puis on redescend. Un ALC actif produit de l’intermodulation et un signal large de plusieurs centaines de hertz.
• Compression et traitements audio désactivés : compresseur de parole, égaliseur d’émission, DSP de réduction de bruit en réception.
• Puissance réduite. Les modes numériques émettent à porteuse continue et sur un rapport cyclique de 100 %. Un transceiver de 100 W est en général donné pour 30 à 50 W en usage numérique prolongé.
• Horloge système synchronisée par NTP ou GPS. Indispensable pour tous les modes à trames (FT8, FT4, JT65, Q65, WSPR) : au-delà d’environ ±2 s d’erreur, plus rien ne décode.

A. Ordinateur et interface audio

L’ordinateur exécute le modem logiciel ; l’interface ne fait que transporter la BF et commander le PTT en isolant galvaniquement les masses.

• Interfaces externes : SignaLink USB, Digirig Mobile, RigBlaster, ou une simple carte son USB associée à un transistor de PTT.
• Interfaces intégrées : les transceivers récents embarquent leur propre codec audio USB et le CAT sur un seul câble. C’est le cas de l’IC-7300, de l’IC-705 ou du FT-991A.
• Avantages : tous les modes sont accessibles, les mises à jour sont gratuites, l’écran offre une cascade confortable.
• Inconvénients : consommation de l’ordinateur, temps de démarrage, dépendance à un système d’exploitation.

B. Contrôleur ou modem matériel

Toute la chaîne de traitement (modulation, correction d’erreurs, protocole ARQ, séquencement du PTT) est réalisée par un DSP ou un microcontrôleur embarqué dans un boîtier. L’opérateur ne fournit plus que du texte, par une liaison série. C’est l’architecture historique du packet et du PACTOR.

• TNC packet AX.25 : Kantronics KPC-3+, MFJ-1270, TNC-Pi, NinoTNC N9600A, Mobilinkd TNC4 en Bluetooth. Un TNC dispose d’un mode « KISS » (le PC ne fait que passer les trames) et d’un mode terminal complet où il gère seul les connexions, les balises et la boîte aux lettres personnelle.
• Modems HF DSP : SCS PTC-IIIusb, P4dragon DR-7400 / DR-7800, PXdragon DR-9400. Ils traitent PACTOR 1 à 4, Robust Packet et l’ALE 2G en interne.
• Le terminal peut être minimal : un émulateur VT100, un vieux terminal série, une tablette en Bluetooth, un Raspberry Pi Zero, voire un simple afficheur LCD avec un clavier. Aucune puissance de calcul n’y est nécessaire.
• Avantages : fonctionnement non surveillé, très faible consommation, démarrage instantané, timing du PTT rigoureux (le PACTOR exige un basculement émission/réception en moins de 20 ms), fiabilité en poste mobile ou embarqué.
• Inconvénients : un boîtier par famille de modes, matériel coûteux pour le PACTOR, évolutions limitées au firmware.

C. Montage autonome à microcontrôleur

Les microcontrôleurs actuels disposent d’assez de puissance de calcul pour exécuter une FFT et un décodeur de code correcteur en temps réel. Associés à un synthétiseur programmable, ils remplacent à la fois l’ordinateur et le transceiver.

• Pocket FT8 (W5BAA) : Teensy 4.0, codec audio, Si5351 et récepteur à échantillonnage direct. Émission et décodage FT8 complets sur écran tactile, sans aucun ordinateur.
• Balises WSPR ZachTek : Si5351 piloté par un microcontrôleur, GPS pour l’heure et le locator, quelques dizaines de milliwatts. On les alimente et on les oublie.
• QRP Labs U3S : générateur multimode (WSPR, JT9, FST4W, QRSS, Hell) programmable en façade.
• PicoAPRS et LightAPRS : trackers APRS complets de la taille d’une boîte d’allumettes, avec GPS et modulateur AFSK 1200 bauds intégrés.
• tinyFSK : un simple Arduino qui génère la FSK RTTY réelle à partir de commandes série, pour supprimer l’AFSK.
• Cas intermédiaire : un Raspberry Pi Zero exécutant WSJT-X sans écran reste un ordinateur, mais tient dans la boîte du transceiver et consomme moins de 2 W. Sur téléphone, FT8CN pilote un IC-705 sans PC.

Hellschreiber (Feld-Hell)

• Année : 1929, Rudolf Hell
• Principe : mode « flou ». Rien n’est décodé, les caractères sont peints colonne par colonne sur l’écran et c’est l’œil qui reconstitue le texte.
• Débit : 122,5 bauds, environ 25 mots/minute
• Bande passante : environ 245 Hz
• Usage actuel : marginal, mais toujours pratiqué
• Particularité : le seul mode texte où la reconnaissance se fait dans le cerveau de l’opérateur, ce qui le rend étonnamment résistant aux perturbations que les décodeurs numériques rejettent.

RTTY (Radio Teletype)

• Année : années 1930, en radioamateur à partir des années 1950
• Modulation : FSK directe, ou AFSK à travers l’étage SSB
• Débit : 45,45 bauds en standard amateur, soit 60 mots/minute ; 50 et 75 bauds en usage commercial
• Shift : 170 Hz en amateur, occupation réelle voisine de 250 Hz. Les shifts de 425 et 850 Hz sont d’origine commerciale.
• Alphabet : Baudot ITA2, 5 bits, sans minuscules ni correction d’erreurs
• Usage actuel : concours, DXpéditions
• Avantages : décodage instantané, aucune synchronisation, matériel très simple
• Inconvénients : un seul bit erroné change le caractère, sensible au QRM et au QSB

AMTOR (AMateur Teleprinting Over Radio)

• Année : 1979, Peter Martinez G3PLX, d’après le SITOR maritime
• Modes : ARQ ou mode A, avec accusé de réception, et FEC ou mode B, en diffusion
• Débit : 100 bauds, blocs de trois caractères
• Usage actuel : obsolète
• Avantages : premier mode amateur à garantir l’intégrité du texte
• Inconvénients : alphabet restreint, remplacé par PACTOR
• Particularité : le rythme caractéristique de l’ARQ, « tchip… tchip », signait une liaison AMTOR à l’oreille.

PACTOR I à IV

• Années : I en 1991, II en 1994, III en 2002, IV vers 2013
• Modulation : FSK pour PACTOR I, DPSK puis modulations multiporteuses adaptatives ensuite
• Débit : 200 bauds pour PACTOR I ; jusqu’à 5 512 bps bruts pour PACTOR IV, et jusqu’à 10 500 bps utiles sur du texte grâce à la compression adaptative
• Bande passante : 500 Hz en PACTOR I et II, 2 400 Hz en III et IV
• Robustesse : PACTOR IV maintient la liaison jusqu’à environ -20 dB de rapport signal sur bruit
• Usage actuel : Winlink, marine de plaisance et de commerce, ONG, services gouvernementaux
• Avantages : ARQ intégral, adaptation automatique du débit aux conditions, compression efficace
• Inconvénients : protocole propriétaire, modem matériel obligatoire et coûteux au-delà de PACTOR I

Packet radio AX.25

• Année : années 1980, protocole dérivé de X.25
• Débit : 300 bauds en HF, où la largeur de bande est limitée ; 1 200 bauds AFSK et 9 600 bauds en VHF et UHF
• Usage actuel : rare en HF, toujours vivant en VHF avec l’APRS et les BBS
• Avantages : adressage par indicatif, routage par digipeaters, connexions fiables
• Inconvénients : mécanisme d’accès au canal peu adapté aux liaisons HF à long temps de propagation
• Variante : Robust Packet Radio, développé par SCS, remplace l’AFSK par une modulation OFDM à 300 bauds nettement plus tolérante au QSB. C’est ce qui rend l’APRS HF utilisable.

PSK31, PSK63, PSK125

• Année : 1998, Peter Martinez G3PLX
• Modulation : BPSK à enveloppe adoucie, 31,25 bauds pour le PSK31
• Bande passante : environ 31, 63 et 125 Hz
• Débit : environ 50 mots/minute en PSK31, soit la vitesse de frappe d’un opérateur
• Codage : Varicode, alphabet à longueur variable où les lettres fréquentes sont les plus courtes
• Seuil : décodage utilisable jusqu’à environ -10 dB rapporté à une bande de 2 500 Hz
• Usage actuel : en net recul depuis l’arrivée du FT8, mais reste le meilleur mode pour une vraie conversation en HF
• Avantages : très étroit, conversation libre au clavier, quelques watts suffisent
• Inconvénients : sensible au QSB et à la dérive de fréquence, aucune correction d’erreurs en BPSK

QPSK31, QPSK63

• Modulation : QPSK, quatre phases, avec code convolutif et décodage de Viterbi
• Débit : identique au BPSK de même indice, la capacité supplémentaire étant consacrée à la correction d’erreurs
• Usage actuel : confidentiel
• Avantages : corrige les erreurs isolées
• Inconvénients : exige un meilleur rapport signal sur bruit et un réglage de fréquence plus précis que le BPSK, ce qui annule souvent le gain apporté par le codage

Olivia

• Année : développée à partir de 2003 par Pawel Jalocha SP9VRC, diffusée largement en 2005
• Modulation : MFSK avec transformée de Walsh-Hadamard et entrelacement
• Variantes : notées tonalités/largeur, soit 8/250, 16/500, 32/1000 et au-delà. Le 16/500 et le 8/250 sont les plus employés.
• Débit : lent, de 10 à 40 caractères/minute
• Seuil : décodage jusqu’à environ -14 dB, c’est-à-dire nettement sous le niveau du bruit audible
• Usage actuel : liaisons difficiles, QRP, réseaux de secours, trafic en bandes basses
• Avantages : très robuste, tolérant à une erreur de fréquence importante, texte libre
• Inconvénients : lenteur, et latence de plusieurs secondes qui déroute au début

Contestia

• Année : milieu des années 2000, Nick Fedoseev UT2UZ
• Basé sur : Olivia, avec un alphabet réduit à 6 bits et un entrelacement moins profond
• Variantes : 4/125, 8/250, 16/500
• Compromis : environ deux fois plus rapide qu’Olivia, pour une robustesse un peu moindre
• Usage actuel : peu répandu

MT63

• Année : 1999, Pawel Jalocha SP9VRC
• Modulation : 64 porteuses en DBPSK, avec étalement du message sur le temps et sur la fréquence
• Bande passante : 500, 1 000 ou 2 000 Hz
• Usage actuel : réseaux de secours, notamment aux États-Unis où le MT63-2KL est un standard des exercices
• Avantages : insensible aux porteuses parasites et aux trajets multiples, ne nécessite aucun réglage fin de fréquence
• Inconvénients : large, et latence supérieure à 10 secondes en variante 1 000 Hz longue

DominoEX

• Année : 2005, Murray Greenman ZL1BPU et Con Wassilieff ZL2AFP
• Modulation : IFK+, codage incrémental en fréquence sur 18 tonalités
• Variantes : DominoEX 4, 5, 8, 11, 16 et 22, le chiffre indiquant la vitesse en bauds
• Usage actuel : modéré
• Avantages : aucune synchronisation nécessaire, tolérance à une erreur de fréquence de plusieurs dizaines de hertz, bon comportement en NVIS
• Inconvénients : pas de correction d’erreurs dans la version de base

Thor

• Auteur : Dave Freese W1HKJ, auteur de fldigi
• Modulation : IFK+ dérivé de DominoEX, avec correction d’erreurs par transformée de Walsh et entrelacement
• Variantes : Thor 4, 5, 8, 11, 16, 22, plus les déclinaisons micro pour les liaisons très difficiles
• Usage actuel : modéré
• Positionnement : ce que DominoEX aurait été avec du FEC. À privilégier dès qu’il y a du bruit impulsionnel.

FSQ (Fast Simple QSO)

• Année : premiers essais fin 2014, diffusion publique en 2015, par Con Wassilieff ZL2AFP avec Murray Greenman ZL1BPU
• Modulation : IFK+ sur 33 tonalités, transmission ligne par ligne et non caractère par caractère
• Usage actuel : réseaux locaux et régionaux, trafic NVIS, secours
• Avantages : temps de retournement très court, fonctionnement sur fréquence fixe partagée, protocole FSQCall permettant l’interrogation automatique d’une station distante, le relais de message ou le transfert de fichier sans opérateur en face
• Inconvénients : suppose un canal convenu à l’avance, communauté restreinte en Europe

FT8 et FT4

• Année : FT8 en 2017, FT4 en 2019, par Steven Franke K9AN et Joe Taylor K1JT
• Modulation : 8-FSK à 6,25 Hz d’espacement pour le FT8, 4-FSK pour le FT4, avec code LDPC (174,91)
• Cycle : 15 s pour le FT8, 7,5 s pour le FT4
• Bande passante : 50 Hz en FT8, 83 Hz en FT4
• Seuil : -21 dB en FT8, -17,5 dB en FT4, référence 2 500 Hz
• Usage actuel : de très loin le mode numérique le plus pratiqué
• Avantages : QSO complet en une minute et demie, quelques watts suffisent pour du DX, décodage sous le seuil d’audibilité
• Inconvénients : message limité à 77 bits, donc à un indicatif, un locator et un report ; aucun échange libre ; forte concentration du trafic sur quelques fréquences

JT65, JT9, JT4

• Année : JT65 en 2003, JT4 en 2009, JT9 en 2012
• Cycle : 60 secondes, dont environ 48 s d’émission
• Seuil : -25 dB pour le JT65A, -27 dB pour le JT9
• Usage actuel : largement remplacés par FT8 et Q65, mais le JT65 reste employé en EME
• Particularité : le JT9 n’occupe que 16 Hz, ce qui en fait le mode texte le plus étroit de la famille

Q65

• Année : 2020
• Modulation : 65-FSK avec code Q-aire LDPC, séquences de 15, 30, 60, 120 ou 300 secondes
• Usage : EME, diffusion troposphérique, ionosphérique et par aurores ; remplace le JT65 et le JT4
• Avantages : meilleure sensibilité que le JT65 et bien meilleur comportement sur les signaux à trajets multiples, dispersés en Doppler ou fugaces

MSK144

• Usage : meteor scatter, c’est-à-dire réflexion sur les traînées ionisées de météores
• Modulation : MSK à 2 000 bauds, trames de 72 ms répétées en continu pendant tout le cycle de 15 s
• Principe : chaque trame est autonome, il suffit qu’une seule d’entre elles traverse un écho de quelques dizaines de millisecondes pour que le message passe
• Bandes : 6 m et 2 m essentiellement

WSPR et FST4W

• Année : WSPR en 2008, FST4W en 2020
• Nature : ce ne sont pas des modes de QSO mais des balises de sondage de propagation. Le message contient l’indicatif, le locator sur 4 caractères et la puissance.
• Modulation : 4-FSK à 1,4648 baud, occupation d’environ 6 Hz, cycle de 2 minutes pour le WSPR ; cycles de 120 à 1 800 s pour le FST4W
• Seuil : environ -29 dB en WSPR, et jusqu’aux environs de -45 dB pour le FST4W-1800
• Intérêt : les rapports sont automatiquement remontés vers WSPRnet, ce qui donne une cartographie mondiale et permanente de la propagation pour une puissance de quelques centaines de milliwatts
• Note : c’est le domaine par excellence du montage autonome, une balise WSPR n’ayant besoin ni de PC ni de transceiver

JS8Call

• Année : 2018, Jordan Sherer KN4CRD
• Principe : reprend la modulation du FT8 mais l’affranchit de son protocole rigide, pour transporter du texte libre
• Vitesses : Slow, Normal, Fast et Turbo, de 30 à 6 secondes par trame
• Seuil : environ -24 dB en vitesse Normal
• Fonctions : messages stockés et relayés par les stations intermédiaires, groupes d’appel, interrogation automatique d’une station, passerelle APRS
• Usage actuel : très prisé pour le trafic de secours et le portable, car il donne du texte libre à une sensibilité proche du FT8
• Inconvénients : lent pour une conversation suivie, environ 16 caractères par trame de 15 s

VARA HF et VARA FM

• Auteur : Jose Alberto Nieto Ros EA5HVK
• Modulation : OFDM adaptative dans 2 300 Hz, avec ARQ
• Débit : jusqu’à environ 7 000 bps en VARA HF, et bien davantage en VARA FM sur un canal VHF
• Usage actuel : devenu le principal transport de Winlink, car il ne demande qu’une carte son là où le PACTOR exige un modem à plusieurs milliers d’euros
• Inconvénients : logiciel propriétaire, sous licence payante au-delà d’un débit bridé, et dépendant de Windows

ARDOP et FreeDATA

• ARDOP : modem ARQ libre, successeur du WINMOR, employé par Winlink lorsqu’on ne dispose ni de PACTOR ni de VARA
• FreeDATA : projet libre plus récent, fondé sur les modes de données de Codec2, avec ARQ et interface web
• Intérêt : ce sont les seules solutions entièrement ouvertes pour du transfert de fichiers en HF, et donc les plus adaptées à l’expérimentation

Logiciels

• WSJT-X : FT8, FT4, JT65, JT9, Q65, MSK144, WSPR, FST4 et FST4W. Le décodeur de référence.
• fldigi : PSK, RTTY, Olivia, Contestia, MT63, DominoEX, Thor, FSQ, Hell. Une trentaine de familles de modes dans un seul logiciel.
• JS8Call : dérivé de WSJT-X, dédié au JS8.
• MMTTY et 2Tone : décodeurs RTTY spécialisés, souvent meilleurs que les décodeurs génériques en concours.
• Winlink Express, Pat : messagerie Winlink, respectivement sous Windows et en multiplateforme.
• VARA HF / VARA FM : modems logiciels employés par Winlink.
• Direwolf : TNC entièrement logiciel pour l’APRS et l’AX.25, sur PC ou Raspberry Pi.
• GridTracker : cartographie et statistiques à partir des décodages de WSJT-X.

Matériels

• Interfaces audio : SignaLink USB, Digirig Mobile, ou le codec USB intégré des transceivers récents.
• TNC : NinoTNC N9600A, Mobilinkd TNC4, TNC-Pi, Kantronics KPC-3+.
• Modems HF : SCS PTC-IIIusb, P4dragon DR-7400 et DR-7800, PXdragon DR-9400.
• Montages autonomes : Pocket FT8, balises WSPR ZachTek, QRP Labs U3S, PicoAPRS, LightAPRS.
• Transceivers numériques dédiés : QRP Labs QDX et QMX, (tr)uSDX. Ils suppriment l’interface audio en acceptant directement l’audio USB, ou en générant eux-mêmes la modulation.