FT8の送信信号をFFTしてみた ~ ALCとの関係は?

FT8とALCの関係は?

FT8やJT65などの信号は「ALCを振らさないように」と言う話を聞く。信号が汚くなるらしい。本当かどうか、本当ならどうなるのか、ずっと気になっている。また、時折、倍音を引き連れた信号も見かける。あれはALCを振らせた結果なのだろか?

そもそもとして、無線機(TS-690)のマニュアルによれば、「SSBでは送信時にALCメーターの振れがALCゾーンを超えないように」とある。ALCを振らせてはいけないのではなく「超えない」ことが重要なはず。デジタルモードだからと言ってもSSBを使って送信するのだから、「ALCを振らせてはいけない」はどうも腑に落ちない。

ということで、送信信号をOSA103 Miniのスペクトラムアナライザ(FFT)機能で観測してみることにした。

測定条件

  • 無線機: TS-690(100W終段(50W制限))
  • ソフトウェア: WSJT-X
  • 送信出力: 10W
  • アッテネータ: 50dB(30dB + 20dB)
  • 測定器: OSA103 Mini

出力10Wで50dBのATTを入れるので、アナライザでは0.1mW(-10dBm)になる。

TUNE信号の測定

送信出力の設定を兼ねてTUNE信号をスペアナで測定してみる。

1GHzスパン

WSJT-XのTUNEを使って、-10dBmになるように調整。さすがに、スプリアスはなくきれい。なお、送信周波数は7.075MHz(7.074MHz+1000Hz、ただし、スプリットモードにしているので、実際には7.0735MHz+1500Hzになる)。

信号近傍

信号付近を詳しく見るためにスパンを狭くしたら周波数が正しく表示されなかった(この画では約5kHzと表示されている)。これは、OSA103 Miniの仕様(というか限界?)なのだろう。また、信号の幅も80Hzほどあるが、これはFFTのためだと思う(掃引式のスペアナで見たら違って見えるだろうと思う)。ノイズレベルのウネウネはFFTの窓関数次第(ここではHammingを使用)。

FT8信号測定

ここからは、(TUNEではなく)データ(CQ)を送信したものをスペアナで測定する。なお、スピーチプロセッサはOFF(デジタルモードでは「入れちゃダメ!」と言われているので)。

ALCは振れていない状態

±860Hz付近にスプリアスが見える。

ALCの上限まで振らせた状態

無線機のPWRつまみを絞って、ALCが掛かるようにした。

特段の信号の変化は見られない。±860Hz付近のスプリアスの強度も変らない。

ALCの上限を遥かに超えた状態

これでも特に変った様子は見られない。

信号が汚くなるなら、幅が広がるとか、倍音がそれなりの強度で見えると思うのだけど(主信号から数百Hz~数kHz程度上の方に)。

FT8信号測定(スピーチプロセッサ: ON)

ここまでの測定で、ALCを振らせても特段の変化は見られなかった。そこで、「入れちゃダメ!」と言われているスピーチプロセッサを敢えて入れてみた状態でも測定してみる。

ALCは振れていない状態

スピーチプロセッサがOFFの状態との違いはわからない。なお、このときのスプリアス(帯域外領域)の強度は主信号から-50dBくらい。

ALCの上限まで振らせた状態

±860Hz付近のスプリアスがやや強くなった。

ALCの上限を遥かに超えた状態

ALC上限の場合との差はなさそう。

さらにPWRツマミを絞る

ALCを超えさせたり、スピーチプロセッサを効かせたりしても、予想に反してひどくおかしなことになるようなことはなかった。

PWRをさらに絞ってみたら、+1.9kHz付近にスプリアスが出るようになった。なお、PWRを絞ったので送信出力は小さくなっている。また、FFTの設定を変えたので、これまでの上のものとは違っている。

CQ送出時の波形(ビデオ)

ついでに、CQを送信している様子をビデオにしてみた。ウネウネ動いて面白い。

FT8のCQをFFTで観測

まとめ

今回の実験の範囲では、ALCを振らせても、スピーチプロセッサを効かせても、送信信号がひどい状態になるようなことはなかった。「ALCを振らせないように」と言われているので、きっとひどいことになるのではないかと思っていたけど、その予想は当たらなかった。少なくとも今回の設備の範囲においては、ALCメータを(多少は)振らせても特段の問題はなさそう。

しかし、実際にひどく左右に広がっている信号や、倍音を引き連れた信号を見かけることも少なくない。どうすればあのような状況を起こせるのだろうか?結局、謎は深まるばかり。

気になることといえば、今回の無線機はファイナルが100W仕様であること(免許の都合上50Wに制限している)。ALCとの関連を調べるためにPWRのつまみを絞ることで実験した。つまり、終段には余裕がある状態でALCによって出力制限をかけている。終段の余裕がない状態で(例えば、100W機で100W出力させるとか)使うと信号が汚くなるのだろうか?

それよりも、AFの段階ですでに歪んでいるという方がありそうか?特に、倍音の方はAF段で起きているような気がする。PCから出た音声信号が歪んでいるとか、何かしらのインタフェースを挟んでいるなら、そこに問題がるとか。誰か実験してくれないかな?

ちなみに、下の画が左右への広がりが大きい信号を受信した例(950Hz付近)。二倍音(1900Hz付近)、四倍音(3800Hz付近)も観測できる。

(追加)各社のALCに関する記述

メーカ機の取説で、ALCに関する記述を調べてみた。調べたリグはこちら。

  • アイコム: IC-7300
  • 八重洲: FT-991A
  • ケンウッド: TS-590G

選定基準はこちら。

ふと思い立って、デジタルモードで使われている無線機って何が多いのだろうと思ってアンケートしてみた。複数使っている方もいらっしゃるだろうから、...

上記の無線機は、いずれも特別なインタフェースを必要とせずにUSBケーブルでPCと接続できる。

IC-7300

  • SSBモード
    LSBモード、USBモードのときは、メータータイプを「ALC」に切り替えて、音声のピークでメーターの振れがALCゾーンの30%~50%振れる程度に調整します。

  • データモード
    LSB-D/USB-Dモードで運用するときは、ALCメーターの振れがALCゾーンを超えないように、接続している外部機器のAF出力レベルを調整してください。

FT-991A

  • SSBモード
    音声のピーク時に、ALCメーターの針がALCゾーン内いっぱいまで振れる位置に設定します。

  • データモード
    ※記載なし(見つけられなかった)

TS-590G

  • SSBモード
    ALCメーターが声のレベルに反応し、しかもALCゾーンの範囲を超えないように調整します。

  • データモード
    送信信号の歪みを少なくするために、ALCの掛かる範囲でなるべくレベルを下げて使用してください。

ここのまとめ

本当はデータモードに関しての記述だけを引用しようと思ったのだけど、FT-991Aにはデータモード時のALCに関する記述が見つからなかったのでSSBモードのものも取り上げた。

これらを見る限りでは、ALCを振らせることは悪いとは言えない。それどころか、FT-991Aは積極的に降らせるべきとも読める(SSBモードの場合だけれど)。


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コメント

  1. TSUDAKA より:

    二重にコメントしいていたらご容赦ください。
    はじめまして。いつも参考にさせていただいております。
    一度、7MHz、FT8でコールをお見かけしたのですが、コールするタイミングが合わず残念でした。
    FT8に関して、迷信?誤解が多いと思っております。以下,私見です。

    このALCの問題でも変調方式の違いと、音声増幅部と終段増幅部のレベル調整の違いがごっちゃにされていると感じております。
    まず、FT8は8値FSKといわれている限り、DXPEDモードを除いて、いかなる一瞬でも複数の周波数のエネルギーが出ることはありません。(この根拠をFT8のドキュメントを読み漁ったのですが見つけられませんでした)
    ということは、終段電力増幅部でどれだけ歪んでいても、RFにたいして整数倍の高調波は出ますが、FT8の帯域に不要なエネルギーが出ることはありません。

    昨今の無線機のALCが終段電力増幅部での歪みを防ぐ目的ならいくらでもALCを振らせても問題ないはずです。

    音声帯域のレベル管理はALCとは全く違う話で、ここで歪ませると、歪みかたによりAF周波数の偶数倍、もしくは奇数倍の不用輻射が出ます。極端な話、ALCをバンバン振らせてもAFレベルで歪んでいなければ何の問題も無いはずです。
    ここで、波形のピークが過入力で歪む(いわゆる「頭がつぶれる」)状態ですと、奇襲倍の高調波が出ることとなります。
    偶数倍の高調波が出るには、三角波のような波形にならなければなりません。<<<回路的にどのような回路構成で再現できるか思いつきません。

    昔と違うところは、DSPが使われている点で、A/Dコンバーターに過入力を与えると確実に頭がつぶれた波形と認識して処理されます。

    適切な入力であれば、AF信号はいかなる一瞬でも単一波ですのでスピーチプロセッサーがONであっても歪まないと理解している。

    ちなみに当局ではIC756P3とFT991をダミー負荷で対向させて実験してみましたが、上のとおりの挙動をしています。

    受信のAGC ON/OFFについてはまたコメントさせていただきます。

    いかがでしょうか?

    • jh4vaj より:

      大変興味深いです。ありがとうございます。

      FT8の受信で左右に非常にはみ出た信号や倍音を見かけることが割とよくあります。どうやったらそうなるのか、「ALCを~」の注意をよく見かけるのでそれと関係があるのか、そのあたりを見てみたくて自分でできる範囲で実験したのが上の記事です。

      私の実験の中でも、ALCと歪とは関係がなさそうなことが分かりました。やはり、AF段でのトラブルの可能性が高いようですね。

      受信のAGC ON/OFについても歓迎します。ぜひ、お願いします。しかしながら、手元の無線機(TS-690)では、AGCはオフにできません(FAST/SLOWの切り換えだけ)。

  2. JA6VQA より:

    いつも参考にさせていただいております。
    当局はFT-5000を使用しておりますが、AGCをOFFにするとWaterFallに2倍、3倍の信号が時々現れますが、AGCをONにするとほとんどの場合2倍、3倍の幅広くなった波形は消滅します。受信機側で強い信号のとき作られているように思っております。詳しい因果関係は不明のままです。

    • jh4vaj より:

      情報、ありがとうございます。

      (受信時の)AGCを入れると倍音が消えるということは、AGCがOFFの状態では受信信号が強すぎで受信機内で歪が生じているのでしょうね。それならば、おそらく、ATTを入れるとかRFゲインを落とすことでも歪(倍音)は消滅すると思います。

      手元の無線機TS-690では、残念ながらAGCをOFFにできない(SLOW/FASTの切換えだけ)なので、その確認はできません。

      ATTやRFゲインは調べたことがありますが、それでも倍音を生じていました。下のリンクが、実験したときの記事です。

      http://www.jh4vaj.com/archives/7446