Lorsque l’on pratique le FT8 ou le FT4, tout paraît presque trop simple. On sélectionne un indicatif dans WSJT-X, le logiciel prépare automatiquement un message du genre :

F4ABC F5KEE -12

Puis l’émetteur passe en émission et, dans le haut-parleur d’un récepteur voisin, on entend une étrange succession de tonalités.

Mais que transmet réellement notre émetteur ? Comment quelques caractères affichés à l’écran deviennent-ils un signal radio large de seulement quelques dizaines de hertz ?

Suivons le message depuis le clavier jusqu’à l’antenne.

Tout commence avec seulement 77 bits

FT8 et FT4 ne transmettent pas les caractères les uns après les autres comme le ferait un ancien terminal informatique. Ils utilisent des messages très structurés spécialement conçus pour les échanges radioamateurs.

Un message classique peut être :

CQ F5KEE JN18

ou :

F4ABC F5KEE -12

Les indicatifs, le locator, le report ou encore les messages RRR, RR73 et 73 sont compactés afin de tenir dans une charge utile de seulement 77 bits.

C’est extrêmement peu : moins de dix octets suffisent ainsi pour décrire l’essentiel d’un échange radioamateur ! Les cinq bits supplémentaires par rapport aux anciens formats WSJT permettent également d’identifier différents types de messages : indicatifs non standards, concours, DXpedition, etc.

De 77 à 174 bits : ajouter un solide gilet de sauvetage

Transmettre 77 bits directement serait possible, mais la moindre perturbation radio risquerait de transformer le message en charabia.

WSJT-X commence donc par ajouter un CRC de 14 bits. Ce contrôle permet au récepteur de vérifier si le message reconstitué est cohérent.

Nous avons alors :

77 bits + 14 bits = 91 bits

Puis intervient la correction d’erreurs LDPC (Low-Density Parity Check). Elle ajoute encore 83 bits de parité.

Notre petit message est donc devenu :

77 bits d’information → + 14 bits CRC → + 83 bits LDPC → 174 bits

FT4 et FT8 utilisent tous deux ce même code LDPC (174,91). C’est notamment grâce à cette puissante correction d’erreurs que ces modes peuvent récupérer des messages profondément enfouis dans le bruit.

FT8 : huit tonalités pour transporter les bits

Il faut maintenant transformer nos 174 bits en quelque chose qu’un émetteur puisse transmettre.

FT8 utilise huit tonalités : on parle donc de 8-GFSK.

Avec huit possibilités, un symbole peut représenter trois bits, puisque :

2³ = 8

Les 174 bits produisent donc :

174 / 3 = 58 symboles d’information

Chaque symbole FT8 dure 160 ms, soit une cadence de 6,25 bauds. Les huit tonalités sont séparées de 6,25 Hz et l’ensemble du signal occupe seulement 50 Hz.

Voilà pourquoi tant de stations FT8 peuvent cohabiter dans une portion relativement réduite de nos bandes.

Mais 58 symboles ne constituent pas la totalité d’une émission FT8.

Les petits cailloux du Petit Poucet : les séquences de Costas

Pour décoder un signal extrêmement faible, encore faut-il que le récepteur sache précisément où il commence et sur quelle fréquence il se trouve.

FT8 ajoute donc trois séquences de synchronisation de sept symboles, appelées Costas arrays. Elles sont placées au début, au milieu et à la fin de la transmission.

Nous obtenons :

58 symboles utiles + 21 symboles de synchronisation = 79 symboles

À 160 ms par symbole, l’émission elle-même dure environ 12,6 secondes, à l’intérieur d’un cycle émission/réception de 15 secondes.

Ces séquences connues à l’avance constituent en quelque sorte les balises permettant au décodeur de retrouver le signal au milieu du bruit.

FT4 : même recette, mais beaucoup plus vite !

FT4 reprend largement la même philosophie, mais privilégie la vitesse.

Il utilise cette fois seulement quatre tonalités, donc une modulation 4-GFSK.

Quatre possibilités permettent de transporter deux bits par symbole :

2² = 4

Les 174 bits donnent donc 87 symboles d’information.

Mais FT4 transmet à 20,833 bauds : chaque symbole ne dure que 48 ms. Il ajoute quatre séquences Costas de quatre symboles ainsi que deux symboles associés aux rampes de début et de fin.

Au total :

87 + 16 + 2 = 105 symboles

Une transmission ne dure ainsi qu’environ 5,04 secondes, dans un cycle de 7,5 secondes. En contrepartie, le signal occupe environ 83,3 Hz et FT4 est environ 3,5 dB moins sensible que FT8 selon la documentation actuelle de WSJT-X.

C’est le prix à payer pour réaliser des QSO environ deux fois plus rapidement, ce qui explique l’intérêt particulier de FT4 en concours.

Pourquoi GFSK plutôt que simplement FSK ?

Voici une subtilité importante.

Si l’on passait brutalement d’une tonalité à une autre, chaque changement rapide de fréquence engendrerait davantage de composantes spectrales indésirables.

FT4 et FT8 emploient donc de la GFSK : Gaussian Frequency Shift Keying.

Les transitions entre les différentes fréquences sont lissées suivant une forme gaussienne. Cela réduit fortement l’énergie dispersée en dehors du canal utile. Les formes d’onde produites par WSJT-X sont par ailleurs à phase continue et à enveloppe constante.

Autrement dit, ce que nous percevons comme un petit gazouillis est en réalité une succession extrêmement précise de changements de fréquence.

Et finalement, que sort réellement notre émetteur ?

Nous pouvons maintenant reconstituer toute la chaîne :

Message radioamateur
↓
77 bits d’information
↓
CRC + correction LDPC
↓
174 bits
↓
symboles FT8 ou FT4
↓
tonalités GFSK
↓
signal audio
↓
émetteur SSB
↓
signal RF
↓
antenne

L’émetteur ne « connaît » donc ni FT8, ni les indicatifs, ni le locator de notre correspondant. Avec une station traditionnelle pilotée en audio, WSJT-X génère la forme d’onde nécessaire et la chaîne SSB la transpose simplement sur la fréquence radio.

Cela explique également pourquoi il faut éviter de maltraiter ce signal : compression vocale, égalisation agressive ou niveau audio excessif provoquant de l’ALC peuvent élargir inutilement le spectre transmis.

FT4 ou FT8 : deux frères, deux tempéraments

FT8 et FT4 partagent finalement beaucoup plus que leur nom.

Tous deux partent d’un message de 77 bits, utilisent un CRC, le même puissant code LDPC et une modulation GFSK soigneusement façonnée.

Mais leurs objectifs diffèrent.

FT8 utilise huit tonalités espacées de 6,25 Hz, n’occupe qu’environ 50 Hz et privilégie la réception des signaux très faibles.

FT4, avec quatre tonalités espacées de 20,833 Hz et environ 83 Hz de largeur, sacrifie quelques décibels de sensibilité pour aller deux fois plus vite.

Alors, la prochaine fois que votre transceiver émettra son étrange chant numérique, vous saurez ce qui se cache derrière.

Ce n’est pas simplement un « bruit FT8 ».

Ce sont 77 petits bits qui, solidement protégés, synchronisés puis transformés en tonalités, tentent de raconter votre QSO à une station parfois située à plusieurs milliers de kilomètres.

Pour aller plus loin

• Documentation officielle WSJT-X — caractéristiques et spécifications des protocoles FT4 et FT8.
• The FT4 and FT8 Communication Protocols — K9AN, G4WJS et K1JT (PDF) — document technique de référence sur le codage, la synchronisation et la modulation.
• Site officiel WSJT-X — logiciel, documentation et versions officielles.