Христофор RK6JCV открыл публичное тестирование 4Ton — программного модема для цифровой связи на КВ и УКВ, рассчитанного на слабые сигналы и высокий уровень помех.
Внутри — четырёхуровневая частотная манипуляция с непрерывной фазой (CPFSK-4) и каскад помехоустойчивого кодирования: турбокод PCCC, Reed–Solomon и перемежение. В отличие от FT8 с его 15-секундными слотами и 77-битными шаблонами, 4Ton обменивается адресными пакетами длительностью менее пяти секунд, работает без привязки к точному времени и умеет проводить QSO в полностью автоматическом режиме — с логом сразу в ADIF. Версия 1.3 добавила CAT-управление через OmniRig и автокалибровку частотных сдвигов. Программа распространяется бесплатно, одним исполняемым файлом, без установки.
Зачем ещё один цифровой режим
Цифровую связь на любительских КВ за последние годы почти монополизировал FT8. В своей нише режим великолепен: 77 бит на посылку, LDPC(174,91), восьмитоновая GFSK в полосе 50 Гц — и декодирование сигналов до −21 дБ SNR, которых ухом уже не слышно. Но цену знает каждый, кто провёл в нём хотя бы вечер: жёсткая сетка 15-секундных слотов, обязательная синхронизация системных часов и «разговор», сведённый к обмену «позывной — локатор — рапорт». JS8Call надстроил над той же физикой живой чат, однако унаследовал слоты, NTP и скорость в единицы символов в секунду. Olivia — ветеран середины нулевых — свободный текст умеет и точного времени не требует, но это голый символьный поток: без адресации, без контроля целостности, без автоматизации. Быстрая VARA — закрытый коммерческий продукт.
4Ton метит в пустующую середину: пакетный протокол с адресацией, типами кадров и контрольной суммой, «взрослое» каскадное кодирование — и при этом ни слотов, ни шаблонных сообщений.
Физический уровень: четыре тона с непрерывной фазой
В основе — CPFSK-4, четырёхпозиционная частотная манипуляция с непрерывной фазой. Символьная скорость — 50 бод, два бита на символ, четыре тона с шагом 100 Гц (те самые «4 тона» из названия). Непрерывная фаза означает компактный спектр без щелчков на границах символов и постоянную огибающую: сигналу безразличны нелинейность усилителя и настройки ALC, трансивер можно раскачивать до номинала — в отличие от чувствительных к перегрузке фазовых и OFDM-режимов.
В стандартную SSB-полосу модем укладывает четыре независимых канала с центрами на 500, 1000, 1500 и 2000 Гц — фактически частотное мультиплексирование внутри одного аудиотракта. Приёмная часть следит за всеми четырьмя, а встроенный анализ активности подсказывает, какой канал свободен.
Кодирование: каскад в духе дальнего космоса
Кадр фиксированной длины — 27 байт: позывной отправителя (6 байт), позывной адресата (6), тип пакета (1), длина (1), полезная нагрузка до 12 байт и CRC8. Перед выходом в эфир данные проходят полный каскад: Reed–Solomon добавляет 2 байта внешней защиты, турбокод PCCC со скоростью ½ разворачивает 216 бит в 432, а перемежитель разносит соседние биты по времени — импульсная помеха бьёт по битам из разных блоков, и декодер восстанавливает их порознь.
Приёмный тракт тоже без упрощений: корреляционная синхронизация по преамбуле [0, 1, 2, 3, 0], оценка частотного сдвига и временно́го выравнивания, демодуляция с мягкими решениями (LLR), итеративный турбодекодер на 6 итераций, следом Reed–Solomon и финальный вердикт CRC8.
Арифметика посылки прозрачна: 432 кодовых бита при двух битах на символ — это 216 символов; на 50 бодах — 4,32 секунды плюс короткая преамбула. Итого меньше пяти секунд на пакет — против 12,6 секунды передачи в 15-секундном слоте у FT8.
Протокол: пакеты вместо шаблонов
Поверх канального уровня работает протокол QSO: вызов CQ → ответ <CALL → обмен рапортами =SNR+LOC → связь автоматически записывается в ADIF-лог. Поддерживается автоответ: модем способен отработать QSO без участия оператора. Принятые позывные кликабельны, как в привычных FT8-программах; из «приборной панели» — оценка SNR, AGC и VU-метры.
4Ton против FT8, JS8Call и Olivia
| 4Ton (v1.3) | FT8 | JS8Call | Olivia | |
|---|---|---|---|---|
| Модуляция | CPFSK-4, 50 бод | 8-GFSK, 6,25 бод | 8-FSK (физика FT8) | MFSK, 8–32 тона |
| Полоса на канал | ~400 Гц (4 тона × 100 Гц) | 50 Гц | 50 Гц | 250–1000 Гц (типовые) |
| Кодирование | турбокод ½ + RS + перемежение | LDPC(174,91) | LDPC(174,91) | коды Уолша |
| Синхронизация | по преамбуле, точные часы не нужны | слоты 15 с + NTP | слоты 6–30 с + NTP | не требуется |
| Структура обмена | адресные пакеты, payload до 12 байт, CRC8 | шаблоны 77 бит | чат поверх кадров FT8 | символьный поток |
| Длительность посылки | ~4,4 с | 12,6 с | 6–30 с | непрерывный поток |
| Автоматизация | протокол QSO, автоответ, ADIF | автосеквенсор WSJT-X | автоответы, ретрансляция | нет |
Главная разница — идеологическая. FT8 оптимизирован под единственный сценарий: формальное подтверждённое QSO на пределе чувствительности, и вся его экономия бит подчинена этой цели. Olivia — «цифровой телетайп» без какой-либо структуры. 4Ton же устроен как маленький канальный протокол из мира пакетных сетей: адресация, типы кадров, CRC, автоматика поверх — и физический уровень, рассчитанный на работу под помехами.
Важная оговорка: предельных цифр чувствительности автор пока не публикует — открытое тестирование как раз и должно показать, где проходит граница у турбокода на 50 бодах против LDPC на 6,25 бода. Ниша 4Ton — не рекордные «минус двадцать» в 50-герцевой щели, а живой пакетный обмен с приличной скоростью там, где FT8 предлагает только шаблоны.
Что нового в версии 1.3
Свежая версия — про интеграцию с железом. Управление частотой и PTT трансивера теперь возможно через OmniRig (реализация поверх omnipyrig); классический PTT через COM-порт (DTR/RTS) никуда не делся. Второе заметное новшество — автокалибровка: модем измеряет реальные частоты тонов и компенсирует сдвиг, повышая точность приёма. Это лечит типовую болячку связки «звуковая карта — трансивер», когда суммарная ошибка по частоте съедает запас помехоустойчивости. Дополнительно доработан автоответ. Тем, кому CAT-управление не нужно, остаётся стабильная версия 1.2 со всей базовой функциональностью — от каскадного кодирования до протокола QSO и ADIF.
Lite-режим для слабого железа
Для старых и маломощных компьютеров предусмотрен Lite-режим: число итераций турбодекодера снижается с 6 до 3, окно поиска синхронизации сужается, анализ активности каналов отключается. Формат сигнала в эфире не меняется — совместимость полная, экономится только процессорное время.
Тем временем: на сайте уже есть v1.4
Пока готовился материал, на сайте проекта появилась и версия 1.4. Она добавляет NTP-синхронизацию времени и слотовую работу «как в FT8», но по-своему: слоты длятся 5 секунд — втрое короче, чем у FT8, — слот выбирается по хешу позывного, а повторы уходят со сменой слота. Заодно интерфейс стал компактнее. Версии 1.3 и 1.2 при этом остаются доступными для скачивания.
Попробовать
Модем распространяется бесплатно и работает без установки — один исполняемый файл под Windows; из железа нужны звуковая карта и, по желанию, COM-порт или OmniRig для PTT и CAT. На сайте проекта — дистрибутивы всех версий, описание протокола и таблица рекомендованных частот от 160 метров до 70 сантиметров. Идёт открытое тестирование: разработчик приглашает корреспондентов и сам регулярно появляется на 20-метровом диапазоне.
Сайт проекта: 4ton-modem.ru
И да, о названии: «4Ton» — это одновременно «четыре тона» CPFSK-4 и «фотон», если прочитать вслух. Для режима, задуманного ради связи на самом пределе слышимости, имя частицы света подходит как нельзя лучше.
204
