RTL-SDR ile WSPR Sinyali Nasıl Çözülür?

WSPR (Weak Signal Propagation Reporter – Zayıf Sinyal Yayılım Raporlayıcısı) sinyallerini popüler ve uygun maliyetli bir RTL-SDR (Yazılım Tanımlı Radyo) alıcısı kullanarak gerçek zamanlı olarak çözmek (decode etmek), radyo dalgalarının atmosferik katmanlardaki yayılım özelliklerini gözlemlemek için harika bir yöntemdir. RTL-SDR donanımınız ile WSPR alıcı istasyonu kurmak için aşağıdaki adımları sırasıyla uygulamak gerekir:

1. RTL-SDR Sürücülerinin Yüklenmesi: Bilgisayarınıza işletim sisteminize uygun Zadig (Windows) veya `librtlsdr` (Linux) sürücülerini kurarak cihazın ham IQ verisi sağlayabilmesini sağlayın.
2. SDR Alıcı Yazılımının Yapılandırılması: Donanımı kontrol etmek amacıyla SDR# (Windows) veya Gqrx (Linux) gibi bir yazılım kurarak RTL-SDR’yi USB portuna bağlayın.
3. WSJT-X Kod Çözücü Yazılımının Kurulumu: K. Taylor (K1JT) tarafından geliştirilen ve zayıf sinyalli dijital modların (FT8, WSPR, JT65 vb.) kodunu çözmek için endüstri standardı olan WSJT-X yazılımını bilgisayarınıza kurun.
4. Sanal Ses Kablosu (Virtual Audio Cable) Yapılandırması: SDR alıcısının demodüle ettiği ses sinyalini (demodulated audio), hoparlörlere vermeden dijital olarak WSJT-X yazılımının ses girişine (input) aktarabilmek için bir sanal ses yönlendirme katmanı oluşturun.
5. SSB Frekans ve USB Mod Ayarı: SDR yazılımında demodülasyon modunu USB (Upper Sideband) olarak seçin. Almak istediğiniz amatör telsiz bandına ait WSPR dial frekansını (örneğin 20 metre bandı için dial frekansı: 14.0956 MHz USB) tam olarak ayarlayın.
6. Kod Çözme ve WSPRnet Entegrasyonu: WSJT-X’i başlatıp modu WSPR olarak seçtikten sonra, her 2 dakikalık periyotlar halinde gelen sinyaller çözümlenecek; istasyonların çağrı işareti (callsign), Grid kare konumu (maidenhead locator) ve dBm cinsinden verici güç seviyeleri ekranda listelenecektir.

WSPR protokolünün arkasındaki sihir, son derece düşük sinyal-gürültü oranlarında dahi (SNR: -28 dB’e kadar) veri çözme kabiliyetidir. Bu mod, dar bant genişliği (sadece 6 Hz) ve ileri hata düzeltme (FEC) algoritmaları kullanarak, sadece birkaç miliwattlık sinyallerin kıtalararası yolculuğunu gözlemlememize imkan tanır. Amatör telsizciler bu sayede kendi tasarladıkları anten sistemlerinin verimliliğini ve o andaki iyonosferik yayılım koşullarını objektif olarak test edebilirler.

RTL-SDR Donanım Seçimi: Neden TCXO Tercih Edilmelidir?

WSPR sinyalleri sadece 6 Hz’lik son derece dar bir spektral alana yayıldığı için alıcı sistemin frekans kararlılığı kritik öneme sahiptir. Standart ucuz RTL-SDR DVB-T dongle’ları (mavi veya siyah plastik kasalı olanlar) ısındıkça frekanslarında ciddi kaymalar (drift) yaşanır. Frekanstaki 10-20 Hz’lik küçük bir kayma bile WSJT-X’in sinyali yakalayamamasına ve kod çözme işleminin tamamen başarısız olmasına sebep olur.

Bu sorunu aşmak için alıcı olarak NESDR SMArt veya RTL-SDR Blog V3 gibi içerisinde TCXO (Temperature Compensated Crystal Oscillator – Sıcaklık Dengeli Kristal Osilatör) barındıran endüstriyel tasarımlar tercih edilmelidir. TCXO osilatörler, sıcaklık değişimlerine rağmen 0.5 PPM’den daha az frekans sapması sağlayarak WSPR gibi hassas dijital modlarda stabil alım yapmanızı sağlar. Ayrıca cihazların metal gövdeli olması elektromanyetik gürültüyü (RFI) bloke ederek SNR değerinizi yükseltir.

RTL-SDR donanımını kontrol etmek amacıyla Linux altında açık kaynaklı Gqrx yazılımını kullanabiliriz. Alıcıyı WSPR bandına ayarlarken dikkat edilmesi gereken en önemli nokta, WSJT-X’teki WSPR Dial frekansıdır. Örneğin, 10 metre amatör telsiz bandında WSPR veri frekansı 28.1261 MHz’dir. Ancak USB modunda alım yaparken ses spektrumunun WSJT-X’e doğru aktarılması için alıcı dial frekansı 28.1246 MHz USB olarak ayarlanmalıdır (1.5 kHz’lik alt offset dengesi). Gqrx üzerinde RF Gain (RF kazancı) doğru ayarlanmalı ve AGC (Otomatik Kazanç Kontrolü) kapatılarak ham, kırpılmamış (clip olmamış) ses spektrumu elde edilmelidir.

Linux Altında Sanal Ses Aygıtı (SND Loopback) Kurulumu

SDR alıcısının demodüle ettiği WSPR sesini WSJT-X yazılımına aktarabilmek için Linux’un gelişmiş ses sunucusu mimarisini kullanarak sanal bir döngü aygıtı (loopback) tanımlamamız gerekir. Bu işlem için terminal üzerinden `snd-aloop` çekirdek modülünü aktif hale getirebiliriz:

Bu komut çalıştırıldığında işletim sisteminde donanımsal ses kartından bağımsız sanal bir “Built-in Audio Analog Mono” veya “Alooptone” ses kanalı oluşturulur. Bu sanal köprüyü kullanabilmek için işletim sisteminizin ses kontrol panelinden (Ayarlar > Ses) ilgili çıkış kanallarını yapılandırmanız gerekmektedir.

Gqrx üzerinde ses çıkış aygıtı (Audio Output Device) olarak oluşturduğunuz sanal mono çıkışı seçin. WSJT-X tarafında ise Audio Input (Giriş) kısmına gelerek `alsa_output.platform-snd_aloop.0.analog-mono.monitor` aygıtını giriş kaynağı olarak atayın. Fiziksel ses kablosuna ihtiyaç duymadan spektrum dijital olarak WSJT-X waterfall grafiğinde akmaya başlayacaktır. WSJT-X’teki sol alt tarafta yer alan ses seviyesi göstergesinin (Volume bar) yeşil renkte ve yaklaşık 30 dB ila 45 dB arasında olmasına dikkat edin. Aşırı yüksek ses kazancı sinyal bozulmalarına (distorsiyon) ve paketlerin çözülememesine sebep olur.

CAT Arayüzü ile Otomatik Frekans Kontrolü (Rig Control)

Eğer istasyonunuzun birden fazla amatör telsiz bandını (örneğin 20m, 40m, 10m) sırayla taramasını istiyorsanız, WSJT-X üzerinden Gqrx yazılımını otomatik olarak kontrol edebilirsiniz. Hamlib kütüphanesini temel alan bu uzaktan kontrol mimarisini kurmak için; Gqrx menüsünden “Tools > Remote Control” (Uzaktan Kontrol) seçeneğini aktif edin. Ardından WSJT-X “Settings > Radio” sekmesine girerek Rig seçeneğini “Hamlib NET rigctl” olarak belirleyin. Network adresi olarak `127.0.0.1:4532` portunu tanımladığınızda, WSJT-X bant değiştirdiği an RTL-SDR alıcınız da ilgili WSPR frekansına otomatik olarak kilitlenecektir.

Böylece tamamen bağımsız çalışan, düşük güç tüketimli bir küresel atmosferik yayılım gözlem istasyonu kurmuş oldunuz. Çözülen anlık paketlerin dünya haritasındaki seyrini gözlemlemek ve istasyonunuzun aldığı raporları küresel veri tabanına yüklemek için çözümlenen verilerinizi internet bağlantısı üzerinden resmi WSPRnet Küresel Harita ve Veritabanı servisine anlık olarak raporlayabilirsiniz.

İstasyon Kurulumu ve İnce Ayar Kontrol Listesi

WSPR alım zincirindeki kararlılığı korumak ve maksimum sayıda istasyon yakalayabilmek için aşağıdaki maddeleri uçtan uca gözden geçirmek faydalı olacaktır:

• Anten Rezonansı ve Kazancı: RTL-SDR geniş bantlı bir alıcı olsa da, WSPR sinyallerini HF bantlarında yakalamak için ilgili frekansta rezonansa gelmiş bir dipol (dipole) anten veya 9:1 UNUN empedans dönüştürücülü uzun tel (long-wire) anten kullanmanız alım kalitesini katbekat artıracaktır.
• Zaman Senkronizasyonu (NTP Time Sync): WSPR protokolü, 2 dakikalık periyotlarda tam saniye eşleşmesine ihtiyaç duyar. Bilgisayarınızın saati ile gerçek zaman arasında 1-2 saniyelik bir sapma olması sinyal çözümlemesini tamamen imkansız kılar. Bu yüzden arka planda çalışan hassas bir NTP zaman senkronizasyon yazılımı (örn. Meinberg NTP veya Linux `chrony`) kurduğunuzdan emin olun.
• RFI Filtreleme ve Hat Gürültüsü Engelleme: USB portundan ve bilgisayar adaptöründen gelen yüksek frekanslı gürültüleri engellemek için RTL-SDR bağlantı kablosuna ferrit nüve (ferrite choke) takın.
• Sanal Ses Kazanç Dengesi: WSJT-X girişinde sinyal aşırı yüklemesini (red zone / kırmızı bölge) önlemek için Gqrx ses çıkış seviyesini %50-%60 civarında sabitleyin.