面向 Linux 用户的业余无线电生存指南

作者:Dan Smith

维护一个纯 Linux 家庭环境正变得越来越容易。大量人员致力于移植或重新实现来自其他操作环境的桌面和通用软件,这有助于保持这一进展。然而,享受一项主要由 Windows 用户主导的爱好,不幸的是,并没有那么容易。业余无线电文化是一种实验和反主流的文化,但相对少数推动创新的人们正在他们自己选择或舒适的平台上这样做,这通常意味着 Windows。因此,许多应用程序在 Linux 上不可用。

在本文中,我将介绍一些基本的任务,一个冒险进入业余无线电世界的 Linux 用户可能有兴趣在不经历重大生活方式改变的情况下完成这些任务。首先,这里为那些不熟悉一些常用无线电术语的人们提供一个快速的词汇课程。

HF(高频)频段是大约 1.8MHz 到 30MHz 之间的频率,从美国 AM 广播频段之上开始。由于上层电离层,这些频率上的信号能够环绕全球传播。如果您想与另一个国家通话,这些频段适合您。

VHF(甚高频)和 UHF(超高频)频段是 30MHz 以上到大约 3GHz 的频率。此范围内的信号以越来越接近视线的方式传播,因此主要用于本地区域(VHF)和非常短距离(UHF)的通信。然而,这些频率也为增加带宽和数据速率提供了机会,这就是 Wi-Fi 位于较高范围(2.4GHz)的原因。

竞赛日志记录

HF 上一项流行的活动是“竞赛”,其中涉及进行远距离联络以实现某种目标。这通常涉及在一定时间内尽可能多地与不同地点进行联络。由于这是一场竞赛,因此需要某种日志来记录您进行的联络,以便稍后提交。由于业余无线电操作员使用呼号来相互识别,因此大多数日志记录软件都有助于识别您已经“通联”过的人,以避免重复。

适用于 Linux 的 Xlog 程序提供了基本的竞赛日志功能,包括重复检查。它还可以通过串行端口连接到您的无线电设备,以自动记录有关联络的其他信息,例如模式、信号强度和频率。每个竞赛都指定了操作员之间必须交换的不同信息(或多条信息),因此 Xlog 具有一些可配置字段来帮助完成该任务(图 1)。

An Amateur Radio Survival Guide for Linux Users

图 1. Xlog 程序记录您与其他电台进行的联络。

HF 数字模式(PSK、RTTY 和其他)

HF 频段上的另一项非常流行的活动是操作低速数字模式。其中一些模式,例如 RTTY(无线电传电报),早于现代数字计算机。另一些模式,如 PSK31(相移键控,31 波特),是相当近期的发明,它们利用先进的信号处理技术。虽然以前使用外部硬件(数字和模拟)来操作这些模式,但现在非常常见的是使用现代声卡来编码和解码信号,就像调制解调器对电话线所做的那样。

如今在 Linux 上进行此类工作最常见的应用程序称为 Fldigi。借助声卡、串行端口以及与无线电设备的一些接口,您可以传输和接收这些数字信号,而无需花费大量资金。Fldigi 软件支持多种操作模式,允许您通过键盘到键盘的文本与世界各地的其他业余无线电操作员进行通信。

除了与其他业余爱好者实时直接交谈外,您还可以使用 Fldigi 以自主方式记录和报告它听到的信号。通过将您的无线电设备保持在标准 PSK31 呼叫频率上,Fldigi 将侦听并将它听到的呼号和位置报告给公共数据库。当比较其他本地人听到的电台时,考虑到您的位置、天线等差异,这是非常有价值的信息。它还可以让您了解一天中的什么时间来自地球特定区域的信号到达您这里,以防您想联系特定地点的人。如果您对这类操作感兴趣,请查看实时地图(请参阅资源)以了解现在谁在听谁。

虽然它可能看起来古老而过时,但如果您从未与世界另一端的人进行过 31 波特半双工文本对话,您就不知道自己错过了什么——如果您曾经只用电池、无线电设备和一根挂在树上的电线完成过,那就更棒了!

VHF/UHF 数据包

当大多数人想到业余无线电时,他们会想象一个极客坐在一个大无线电设备旁,在一个更大的天线下,用莫尔斯电码敲击字母和单词。如果您的脑海中仍然有这种刻板印象,那么以下讨论或许可以澄清一些事情。虽然 HF 频段用于使用大型天线在低频率上进行远距离通信,但 VHF 更多的是使用更高频率和更小天线的本地通信。从出租车司机到警用无线电,每个人都使用 VHF 和 UHF 频段进行可靠的本地通信。然而,获得许可的业余操作员在这些频段上被允许更多的特权,包括使用更高的功率和自动化电台,例如信标、消息转发系统和数据网络。

无线网络现在是一个热门话题,尤其是在涉及使用大型发射器来覆盖广阔区域的网络服务时。您知道业余无线电操作员自 20 世纪 80 年代中期以来一直在这样做吗?虽然速度慢得多,但业余数据包网络已经存在很长时间了,为包括互联网在内的各种类型的网络提供非常广泛的区域访问。

从历史上看,业余数据包网络一直使用名为 AX.25 的协议套件运行,该协议套件同时提供第 2 层和第 3 层功能。然而,如今更常见的是在第 2 层使用 AX.25,在第 3 层使用 IP。Linux 很早就将 AX.25(显然还有 IP)支持集成到内核中。有了这种支持,一个 150 美元的无线电设备和一个 75 美元的 TNC(终端节点控制器)接口,您就可以以大约 1,200 波特的速度将您的 Linux 机器连接到使用 IP 的数据包网络。它肯定比在糟糕的日子里最慢的 Wi-Fi 链接还要慢,但您可以使用适度的设备在数十英里的范围内享受此链接,稍加努力可以更远。您不会想通过此链接进行任何认真的网络冲浪,但对于 Telnet 或 POP3 会话来说,它实际上还不错。使用更昂贵的硬件,您可以提高到 9,600 或 19,200 波特,这类似于许多现代卫星电话提供的速度。

大多数发行版在内核中都包含 AX.25 支持,并且只需要安装用户空间工具包即可开始使用。广泛的配置超出了本文的范围,但以下步骤足以启动 IP 链接。

首先,通过在 /etc/ax25/axports 中放置类似以下内容来配置 AX.25 端口

radio KK7DS 9600 255 2 MyRadio

接下来,将您的串行 TNC 连接到 AX.25 接口并为其分配一个 IP 地址

# kissattach /dev/ttyS0 radio 44.1.2.3

配置 TNC 参数以进行传输延迟等

# kissparms -p radio -t 100 -s 100 -r 25

此时,如果另一端设置类似,您应该能够通过您的 IP-over-AX.25 接口 ping、Telnet 或执行任何其他操作。要关闭接口,只需killall kissattach断开连接。

我们未被授予的特权之一是在空中加密。联邦通信委员会规则第 97 部分中充分记录了这样做的原因,因此我在这里不再赘述。但是,您可能想知道如何在不使用现代加密技术的情况下运行任何类型的安全系统。显然,必须小心谨慎,并且永远无法实现隐私。然而,巧妙地使用一次性密码方案可以提供一些保护,防止随意嗅探密码。我通过配置系统使用 pam_opie 而不是 pam_unix 进行身份验证,有效地利用了一次性密码一切 (OPIE) 工具。

D-STAR:业余无线电数字智能技术

到目前为止,我讨论的大多数技术都起源于上个世纪,因此已经相当古老。D-STAR 系统是场景中的一个新来者。D-STAR 既描述了一种新的空中模式,又描述了一种通过互联网互连节点的系统,它为这项爱好带来了 21 世纪的功能。

不断发展的 D-STAR 网络由中继器系统组成,这些系统为本地区域的无线电设备提供 RF 接入,并通过互联网相互连接。很像早期的蜂窝电话系统,呼叫可以在系统上的用户之间路由,而无需知道对方在任何给定时刻位于哪个“小区”。除了基础设施(顺便说一句,基础设施完全在 Linux 上运行)之外,D-STAR 主要是一种语音模式,因此它不会给 Linux 用户带来太多问题。

然而,D-STAR 提供了三件事,可能会促使您希望将 Linux 计算机插入无线电设备。第一个是低速数据传输,它涉及与语音流量一起以低速传输数据。这对于位置报告(所有 D-STAR 无线电设备都可以直接插入 GPS)以及传输小文件非常有用。为此,可以使用 D-RATS 软件(请参阅资源),并且 Linux 本身就支持该软件。

除了低速数据传输外,D-STAR 还具有高速传输,它不会浪费任何空间用于语音流量,并在数十英里的覆盖范围内提供 128kbps 的吞吐量。幸运的是,该系统的工作方式就像以太网桥一样,这意味着 Linux 在这里也是一个平等的参与者。

最后,无需无线电设备即可访问 D-STAR 网络,使用一种称为 DVDongle 的硬件。此 dongle 封装了 D-STAR 无线电设备中使用的语音编码器,并且当与桌面计算机上的软件结合使用时,允许您连接到互联网链接的基础设施,并通过语音与另一个区域的无线电用户进行通信。这是 VoIP 类似功能与无线电的结合,在 D-STAR 爱好者中非常流行。好消息是,用于此目的的软件也可以在 Linux 上原生运行!

还有什么?

我只介绍了一些更常见的活动,希望冒险进入业余无线电世界的 Linux 用户可能会对这些活动感兴趣。还有许多其他有趣的活动领域,几乎在所有情况下,Linux 用户都可以参与其中。例如

  • APRS(自动数据包报告系统):位置感知服务正开始兴起,因为我们的移动电话获得了支持它们所需的硬件、连接和软件。与许多事情一样,业余无线电操作员在这方面也走在了前列。二十多年来,操作员一直将无线电设备和调制解调器与 GPS 接收器配对,以将其位置传输给其他人。最初用于公共活动期间的本地区域位置感知,该系统现在已连接到互联网,提供了一种使用 Google 地图从 Web 浏览器跟踪人员的方法。APRS 易于使用且价格低廉,并且它提供的功能甚至高于某些所谓的现代服务。在最近的一次旅行中,我离蜂窝网络覆盖范围超过 100 英里,但我的朋友们仍然能够通过 APRS 系统跟踪我的位置。

  • 卫星通信:您知道业余无线电操作员在太空中拥有卫星,其唯一目的是促进通信吗?使用廉价的无线电设备和一些富有创意的天线工作,您可以与业余卫星通信,以进行数字交换甚至模拟语音呼叫。Linux 用户也不排除参与此项活动。如果您的发行版提供了 gpredict 软件包,请花点时间安装并运行它。您可能会惊讶地发现,当您阅读本文时,一颗业余卫星正在头顶飞过(图 2)。

  • SDR(软件定义无线电):从历史上看,无线电设备一直是复杂的专用模拟设备,依赖于大量的滤波器、谐振电路和其他组件。提高这些设备的性能通常意味着增加额外的滤波器级,以及最近嵌入数字信号处理器 (DSP) 以降低噪声和阻止不必要的干扰。最近出现了一种新一代无线电技术,它使用非常简单、宽带、通用的无线电组件,并依靠现代 PC 的高性能来完成所有繁重的工作。结果就是所谓的软件定义无线电或 SDR。这些系统具有令人难以置信的灵敏度并且非常灵活。存在几个项目正在努力推动这项新技术的极限,但 Linux 用户最感兴趣的可能是 GNU Radio 项目(请参阅资源)。

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图 2. GPredict 程序实时显示业余卫星的位置。

显然,开源社区和业余无线电社区之间存在许多自然的互动,您会惊讶地发现,有多少当前的项目受到业余无线电的启发或被其采用。

资源

Fldigi: www.w1hkj.com/FldigiHelp/Modes/index.htm

实时地图: psk.gladstonefamily.net/pskmap.html

HAMSOFT:火腿无线电社区的 Linux 软件: radio.linux.org.au

GNU Radio: gnuradio.org

D-RATS: d-rats.com

Dan Smith,呼号 KK7DS,是 IBM Linux 技术中心(位于俄勒冈州比弗顿)的软件工程师。他喜欢在周末玩业余无线电,并且是 D-RATS 软件的作者。

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