Auteur Sujet: Diversité spatiale  (Lu 12447 fois)

Hors ligne VE2LH Sylvain

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Diversité spatiale
« le: 16 Novembre 2008, 08:38:35 »
Bonjour,
Je suis présentement à considérer l'achat d'un K3. L'ajout d'un deuxième récepteur est envisagé, éventuellement pour faire de la diversité utilisant deux antennes et ce sur 160, 80 et possiblement 40.

J'ai fait une recherche sur le web ou l'on mentionne que les antennes doivent être séparées d'au moins une longueur d'onde. D' autres ont mentionnés l'utilisation d'antennes rapprochées mais de différentes polarisations et ce, avec apparemment beaucoup de succès (?)...
Comme mon terrain est petit (60 pi X 120 pi), la première alternative ne peut être retenue.

Bref, je suis un peu embêté. Le récepteur supplémentaire du K3 n'est pas donné et je ne vois pas l'intérêt de ce deuxième récepteur verrouillé (avec l'autre) sauf pour la diversité.

Y-a-t-il quelqu'un qui a une certaine expérience en la matière ?

Merci

Sylvain
VE2LH


Hors ligne VA2JOT Jacques

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Re : Diversité spatiale
« Réponse #1 le: 16 Novembre 2008, 09:42:50 »
Y-a-t-il quelqu'un qui a une certaine expérience en la matière ?
Pas en HF mais j'ai joué là dedans en UHF. Les règles de la physique sont les mêmes mais pas les modes de propagation. D'après les travaux de Rice qui plus tard furent confirmés par des expériences sur le terrain, en UHF et en VHF, la règle de base pour la séparation au point de réception est d'une séparation de 5/8 Lambda dans la même polarité. On ne gagne rien en allant au delà de cette distance.

EN HF c'est différent car les "réflecteurs" sont placés beaucoup plus loin en termes de distances physiques  qu'en V ou en U. Dans ce dernier cas, les distance varient entre quelques m. à quelques Km. En HF, il est plutot question des couches ionisées qui causent la réfexion vers la terre, ces réflecteurs sont à des dizaines à des centaine de Km en altitude et à plusieurs centaines sinon milliers de Km au delà de l'horizon (pour le DX).

En HF, une vraie diversité dans la même polarisation requiérerait plusieures dizaines de Km entre les deux antennes car la séparation entre les antennes est fonction de la distance des réflecteurs.  Il te reste donc que la diversité contre la rotation de polarisation comme possibiité. Ca explique ton commentaire à l'effet que ceux qui ont implantés la diversité en polarisation ont eu plus de succès qu'avec une antenne de même polarité à proximité.

 Avant d'investir dans un 2è récepteur de K3, fais donc un test niaiseux avec un récepteur "ordinaire" et une deuxième antenne verticale avec un circuit de combinaison (3dB combining bridge) plus une switch pour ouvrir la ligne de la 2è antenne.

Tu pouras vérifier par toi-même quel est le potentiel de gain de performance en "embarquant" à la mitaine, la 2è antenne qu moment ou il se produit un affaisement du signal sur la première antenne (horizontale).

Le 3dB d'atténuation causé par le circuit de combinaison des deux signaux ne devrait pas affecter tes résultats outre-mesure. Ce montage te coûtera passablement moins cher à réaliser qu'un deuxième récepteur K3 surtout si tu découvres que le gain de performance n'en vallait pas le coup (et les coûts).

Parfois, le déploiment d'une antenne avec un "mix" de polarités comme un V inversé ou une antenne en L inversé te donnera presque autant de diversité qu'une deuxième antenne avec un deuxième récepteur.

Pour te donner une idée à quoi t'attendre, en V et en U, le gain de performance théorique atteignable est de 10dB avec combinaison des signaux en post-détection. Pour les affaisements, ils suivent les lois de distribution statistique de Rayleigh, c.a.d. que les affaisements sont réduits par un facteur de 10 avec la diversité.

Je trouve ça merveilleux de voir qu'il y en a parmi nous qui sont encore passionnés par l'expérimentation mais méfiez vous de l'illusion de gains de performance que font miroiter certaines vendeurs de technologies. Je ne désire pas dénigrer le K3 d'Elecraft et sont 2è récepteur mais il s'agit là que de la partie visible du iceberg de la diversité.

Ca prend des acres de terrain, des pylones, des antennes et un gros tas des $$$ pour implanter un vrai système de diversité physique. Parfois un simple réarrangement de l'antenne apportera un rendement $/dB de beaucoup supérieur ;)

Wéla!
« Modifié: 16 Novembre 2008, 09:55:40 par VA2JOT Jacques »

Jean-Pierre VA2SG

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Re : Diversité spatiale
« Réponse #2 le: 16 Novembre 2008, 11:35:50 »
Si c'est pour utiliser deux antennes sur la même bande, je n'y connais rien du tout.

Si c'est pour utiliser deux antennes sur deux bandes différentes:

J'ai deux verticales Butternutt à environ 20 pieds de distance, petit terrain oblige. J'emploirais ceci: http://www.iceradioproducts.com/filtersrf.html#2

J'ai les filtres 15, 20, 40 et 80. Sur 40 et  80, il y a quand même une certaine interférence mais ca ne m'empêche pas de fonctionner.

Je ne fonctionne pas à plus de 100W.

Hors ligne VA2JOT Jacques

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Re : Diversité spatiale
« Réponse #3 le: 17 Novembre 2008, 05:52:50 »
Si c'est pour utiliser deux antennes sur la même bande, je n'y connais rien du tout. Diversité spatiale/physique implique même bande et même fréquence avec séparation physique entre les antennes.
Diveristé en fréquence implique l'usage de deux fréquences la plupart du temps sur des bandes différentes.
Diversité en polarisation implique le recours à des faisceaux de polarité différente.
L'objectif est d'augmenter la robustesse façe aux affaisements. Un deux ou les trois modes de diversité peuvent être employées selon le degré de robustesse recherché.

Les filtres dont tu fais mention sont pour réduire l'interférence entre deux stations opérant physiquement à proximité l'une de l'autre mais sur des antennes et bandes différentes. Un beau défi technique pour les planificateurs d'installations de stations club multi-ops multi-bandes.

Hors ligne VE2LH Sylvain

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Re : Diversité spatiale
« Réponse #4 le: 17 Novembre 2008, 19:06:39 »
Bonjour!
Merci pour votre intérêt à vous deux!

Jacques,
Tu es vraiment un érudit! Tu as un savoir encyclopédique sur la radio et un très bon jugement technique. Je me base sur tes nombreuses interventions sur le Forum. Chapeau! Je n'ai pas vu ça souvent dans ma carrière...

Pour revenir sur la diversité, je prends note de tes commentaires et suggestions. Ceci dit, il y a un truc qui n'est pas clair pour moi: pourquoi se donner la peine de faire un double récepteur pouvant supporter de la diversité (et l'idée est vieille) et établir un système de 'vote' pour déterminer le meilleur lorsque on a simplement qu'à additionner les signaux venant des antennes.
La seule hypohèse que j'envisage est la suivante: la phase relative des signaux des deux antennes doit varier à un point tel que le gain effectif doit être faible. ???

Mon but est de réaliser une station qui a des capacités exceptionnelles de réception (avec les moyens du bord). Comme y disent: 'You can't work them if you can't hear them'

Sylvain
« Modifié: 17 Novembre 2008, 19:30:05 par VE2LH Sylvain »

Hors ligne VA2JOT Jacques

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Re : Diversité spatiale
« Réponse #5 le: 18 Novembre 2008, 06:04:10 »
La seule hypohèse que j'envisage est la suivante: la phase relative des signaux des deux antennes doit varier à un point tel que le gain effectif doit être faible. Ton hypothèse est correcte. En pré-détection, le déphasage des signaux peut faire en sorte qu'ils se cancellent. L'autre inconvénient est la sommation du bruit de fond. Il faut commuter doucement (soft switching).

Les systèmes ultra-sophistiqués de diversité par traitement en Fréquence Intermédiaire peuvent être dotés de fonction de réallignement des phases de l'enveloppe de la modulation avant d'en effectuer la sommation. Ca exige une capacité de traitement du signal qui n'est pas encore à portée de la radioamateur mais cela s'en vient.
 
J'ignore quel genre de circuit est utilisé dans le K3 mais en général pour la voix, c'est fait en post-détection et le circuit de sélection choisit le faisceau ayant le meilleur rapport signal/bruit. La présence de DSP dans le K3 me porte à croire que c'est probablement ce qu'il s'y passe.

En data c'est plus compliqué quand la différence de délai de transit entre les deux faisceaux s'approche de la moitié de la durée d'un symbole de modulation. Le risque que l'estimateur de symbole perde ou répète  un symbole affecté par la commutation peut causer la corruption du bloc de données reçu.

La diversité est un vieux truc qui date d'avant la 2è guerre. La science du traitement des signaux a permis de lui donner un nouvel élan en éliminant la quasi totalité des inconvénients associés à la commutation "non-intelligente".

(Ajout post 3è café)
Si les stations que tu recherches à mieux copier sont du DX (propagation au delà de la zone de skip) vas-y avec une 2è antenne en verticale. Par contre, si elles sont reçues par propagation NVIS (en dendans de 500Km env,) je ne suis pas convaincu que les résultats vont être aussi probants. La raison est qu'en NVIS, les ondes arrivent d'en haut, en plein dans le cone de silence d'une antenne verticale (antennes 101).

Wélà!    
« Modifié: 18 Novembre 2008, 08:05:34 par VA2JOT Jacques »

Hors ligne VE2LH Sylvain

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Re : Diversité spatiale
« Réponse #6 le: 18 Novembre 2008, 20:40:30 »
Jacques,
Merci pour tes commentaires.
Je recherche à améliorer la réception DX. On va donc planifier quelques expériences de diversité en réception. Je suis équipé avec une 'loop' de type K9AY, un dipole à 30 pieds. Je vais certainement m'installer quelque chose de vertical.
Comme tu le suggérais, je vais procéder à des essais en réception.
D'après ce que j'ai lu pour le K3, il n'y a pas de 'post processing' pour la diversité. Je crois que l'utilisateur peut simplement diriger la réception de chaque antenne sur une sortie audio stéréo. Le cerveau fait alors le travail.
Mais sans doute que leur DSP a la capacité de faire le calcul S/N ... et de commuter.

Peut-on 'ré-aligner les phases de l'enveloppe de modulation' en BLU?  En AM oui certainement mais en BLU il me semble de mémoire que l'ajout d'un pilote en TX est essentiel.

Au plaisir,

Sylvain

Hors ligne VE2PID Pierre

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Re : Diversité spatiale
« Réponse #7 le: 18 Novembre 2008, 21:36:25 »
Je crois que l'utilisateur peut simplement diriger la réception de chaque antenne sur une sortie audio stéréo. Le cerveau fait alors le travail.

En effet. Ce que je comprends (en néophyte  ;) ) du K3 d'Elecraft avec l'option du second récepteur est que les deux signaux provenant de deux antennes (et des deux RX) sont entendus en stéréo (un dans chaque oreille) et que le cerveau fait le reste (la synthèse ou l'interprétation).

Il y a un bon article traitant du K3 en diversité stéréo: K3 Stereo Diversity Reception and SO2V Contesting

Voir http://www.zerobeat.net/mediawiki/index.php/K3_Stereo_Diversity_Reception_and_SO2V_Contesting

Également, ces deux clips .mp3 permettent d'entendre la réception (un pileup en BLU et en CW) en diversité avec un K3 (avec ses deux récepteurs activés). Pour bien entendre l'effet, il vous faudra utiliser des écouteurs stéréos branchés sur les sorties stéréos du PC. Remarquez comment la diversité permet de séparer les appellants. En changeant de 'canal' avec le contrôle de balance, la différence est facilement observable (lors de l'écoute des pile-ups).

Le lien BLU: http://ei6iz.com/wp-content/uploads/2008/07/k3_20mssb_diversity.mp3

En CW sur 30 mètres http://ei6iz.com/wp-content/uploads/2008/07/k3_30m_diversity.mp3

Antennes: Canal de gauche log-périodique m2 7-10-30 et de droite une Beverage de 220 mètres de longueur (!)  à 60° d'azimuth. La distance entre les deux antennes était d'environ 60 mètres à leur point le plus rapproché.

« Modifié: 19 Novembre 2008, 08:10:34 par VE2PID Pierre »

Hors ligne VA2JOT Jacques

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Re : Diversité spatiale
« Réponse #8 le: 19 Novembre 2008, 08:14:16 »
En effet. Ce que je comprends (en néophyte   ) du K3 d'Elecraft avec l'option du second récepteur est que les deux signaux provenant de deux antennes (et des deux RX) sont entendus en stéréo (un dans chaque oreille) et que le cerveau fait le reste (la synthèse ou l'interprétation). Pour décoder la voix, le cerveau humain demeure le plus performant. C'est seulement avec des symboles de modulation aux caractéristiques pré-définis avec précision que les DSP peuvent mieux tirer leur épingle du jeux.

Il faut cependant admettre que dans l'application dont tu fais mention qu'il y a un avantage de double diversité. L'espace entre les antennes et celle entre ....les deux oreilles ;-)
« Modifié: 19 Novembre 2008, 08:25:37 par VA2JOT Jacques »

Hors ligne VE2LH Sylvain

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Re : Diversité spatiale
« Réponse #9 le: 19 Novembre 2008, 20:57:39 »
Bon ...
Merci Pierre pour les 'exemples' de diversité. J'avais cherché sur le Web mais n'avais pas vu ces démonstrations. À l'écoute des fichiers MP3, on permet de comprendre un peu mieux l'effet de 'relief' que certains ont décrit.
Ces exemples proviennent de stations passablement bien équipées en antennes ...
Mais pour quelqu'un qui cherche à améliorer ses capacités de réception ... c'est tentant en ta... intuitivement, une amélioration de réception devrait être constatée avec des antennes peut-être plus simples mais de différentes polarisations et/ou d'angles de rayonnement préférentiels.

Bref, le radio-amateur te remercie de ta contribution avec enthousiasme. Mon compte en banque l'est un peu moins. Hi Hi.

Salutations à tous,

Sylvain

Hors ligne VE2PID Pierre

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Re : Diversité spatiale
« Réponse #10 le: 26 Novembre 2008, 09:42:28 »
Complément d'information:

... Le numéro de Janvier 2009 de QST contient une nouvelle analyse détaillée du K3/100 (une analyse de la version QRP du K3 avait été faire dans le QST d'avril 2008).

Au sujet de la réception en diversité, dans ce nouvel article on lit ceci: La clé de la réception en diversité est l'utilisation de deux récepteurs identiques avec VFOs travaillant en tandem. Plusieurs récepteurs ont un premier récepteur de qualité avec un second qui n'est pas aussi performant. Le K3 est le seul appareil sur le marché qui offre deux récepteurs de qualité identique avec VFO travaillant de concert....

In IARU, I was able to evaluate the K3’s unique diversity reception capabilities. Diversity reception allows you to listen to two different antennas at the same time, one on the main receiver and the other on the subreceiver. By using antennas with different properties, such as horizontal or vertical polarization or different peak arrival angles, the combined effect can overcome selective fading and other propagation variations more effectively than a single antenna or even a stack of antennas at different heights. In addition, you can usediversity reception to listen to multiple directions at the same time without splitting transmit power

The key to diversity reception is to use two identical receivers with their VFOs locked together. Many transceivers offer a full-featured main receiver and a subreceiver with reduced performance and capabilities, and most lack the ability to lock the VFOs. The K3 is the only transceiver on the market that offers two identical high-performance receivers with VFOs that can be locked. In addition, each receiver can accommodate up to five crystal roofing filters.
Reviewed by Joel R. Hallas, W1ZR Technical Editor, QST


Source: QST (ARRL), Janvier 2009

À noter aussi que les deux signaux (provenant de deux antennes) restent indépendants j'usqu'aux deux oreilles de l'écoutant.. où s'effectue la synthèse ou l'interprétation. Il n'y a donc pas de traitement numérique par mélange (DSP/mixing) dans le K3.
« Modifié: 26 Novembre 2008, 09:46:45 par VE2PID Pierre »

Hors ligne VA2JOT Jacques

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Re : Diversité spatiale
« Réponse #11 le: 26 Novembre 2008, 12:13:08 »
Salut Pierre,
                 Pour la voix et le traitement de la diversité par l'ouïe, je suis d'accord qu'un VFO pourrait faire l'affaire. Par conrte, de nos jours, les VFO c'est dépassé. On utilise plutot des synthétiseurs qui sont beaucoup plus stables et précis.

Bonne journée,


Hors ligne VE2PID Pierre

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Re : Diversité spatiale
« Réponse #12 le: 26 Novembre 2008, 13:22:29 »
 ... pour traitement de la diversité par l'ouïe, je suis d'accord qu'un VFO pourrait faire l'affaire. Par conrte, de nos jours, les VFO c'est dépassé. On utilise plutot des synthétiseurs qui sont beaucoup plus stables et précis.

Pas sûr de bien te comprendre Jacques.

Dans mes deux rigs Elecraft (KX1 et K2/100) , les VFOs sont tous à synthèse numérique directe des fréquences (DDS, Direct Digital Synthesis) avec des encodeurs optiques. Même chose pour le K3.

Les manuels Elecraft continuent à utiliser le terme VFO pour ces désigns qui me semblent être des exemples de synthétiseurs... ??
« Modifié: 26 Novembre 2008, 21:40:39 par VE2PID Pierre »

Hors ligne VA2JOT Jacques

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Re : Diversité spatiale
« Réponse #13 le: 26 Novembre 2008, 23:37:32 »
Salut Pierre,
                 Qu'es-ce qu'un 78 tours et un CD ont en commun? La musique, mais ça sonne pas pareille pan toute. Il va de même pour nos radios.

Il est possible que dans l'univers de la radioamateur le terme VFO ait "collé" et qu'on continue d'utiliser un terme qui à l'origine signifiait un oscllateur analogique avec tous ses vices de comportment comme la dérive sous l'influence des variations de température, FM/microphonics sous l'influence de vibrations mécaniques et autres bibittes connexes.

En design, ce sont deux univers totalement différents. La synthèse de fréquence produit une référence stable par division fractionnaire dont la courbe de dérive du crystal de référence est connue et corrigée par un circuit numérique de compensation automatique.

Ca permet même aux plus futés des designers de contourner les effets néfastes du coulage d'une fréquence "interne" (ex" osc du processeur qui donne lieu à des "birdies") dans le préamp RF. On décale la fréquence du crystal tout en changeant l'algorithme de division pour produire la même fréqunce de sortie mais on aura déplacé le "birdie" en dehors de la bande passante des filtres.

En radio commerciale, les synthétiseurs ont remplaçés les crytaux parce qu'ils sont plus précis et plus faciles à changer la ou les fréquences.

Essaes de faire pareil avec ton VFO pour le fun  ;-)

C'est pas la même affaire pan toute.

Hors ligne VE2PID Pierre

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Re : Diversité spatiale
« Réponse #14 le: 27 Novembre 2008, 08:05:00 »
Il est possible que dans l'univers de la radioamateur le terme VFO ait "collé"

Wikipedia (une référence?) conserve le terme pour ces dispositifs, qui sont en fait toujours des oscillateurs à fréquence variable, et distingue deux variantes selon la manière utilisée pour faire varier cette fréquence, soit  le VFO analogique et le VFO numérique. http://en.wikipedia.org/wiki/VFO . Le terme a aussi été conservé par au moins un fabricant (Elecraft) pour ses nouvelles versions d'oscillateurs numériques.

L'ARRL monte actuellement un glossaire dont les ajouts se font en fonction des articles mensuels de QST. À ce jour, Variable-frequency oscillator (VFO) -- An oscillator used in receivers and transmitters. The frequency is set by a tuned circuit using capacitors and inductors. The frequency can be changed by adjusting the components in the tuned circuit. Donc on est encore au vocabulaire venant de l'analogique.

Essaes de faire pareil avec ton VFO pour le fun  ;-)

Tous les VFOS que  j'utilise ici sont de type numérique, mais la fréquence du cristal de référence est fixe. Pour atténuer ou éliminer les bruits parasites (mais c'est un autre sujet), mes K2/100 et Icom 76MKIIG sont tous deux munis d'un module auxiliaire numérique (DSP) qui permet de modifier mathématiquement le centre de la bande passante autour de la IF (décalage vers la gauche ou la droite) sans changer la fréquence intermédiaire. Très utile en QRM/QRN.

Dans le cas du 706, le contrôle en question est identifié dans le manuel par IF Shift et sur l'appareil par Shift; c'est un peu trompeur car la FI ne change pas.. seule la bande passante est décalée...

J'ignore s'il existe des radios de catégorie 'amateur' ou même commercial haut-de-gamme qui permettent en plus d'aller modifier la fréquence du cristal comme ton texte le suggère: On décale la fréquence du crystal ??
« Modifié: 27 Novembre 2008, 11:28:40 par VE2PID Pierre »