Sådan identificerer man et ukendt radiosignal – radioens detektivarbejde

Du drejer langsomt hen over frekvenserne på en modtager. Pludselig stopper scanningen.

Der er et signal.

Måske hører du tale. Måske en række korte toner, en konstant summen eller en digital lyd, der mest af alt minder om støj. Måske viser et SDR-program et tydeligt mønster i spektret, men du aner ikke, hvad signalet bruges til.

Så begynder radioens detektivarbejde.

Et ukendt radiosignal kan ofte fortælle overraskende meget om sig selv. Frekvensen, båndbredden, modulationen, signalets styrke og den måde, transmissionerne optræder på, giver hver især små spor.

Et radiosignal har et fingeraftryk Man behøver ikke nødvendigvis forstå indholdet af et signal for at lære noget om det. Frekvens, båndbredde, modulation, tidsmønster og signalstyrke kan tilsammen give et ganske karakteristisk billede.

Det første spor er frekvensen

Når et ukendt signal opdages, er frekvensen det naturlige sted at begynde.

Radiospektret er ikke tilfældigt organiseret. Forskellige frekvensområder anvendes til forskellige former for radiokommunikation, og derfor kan frekvensen allerede give et fingerpeg om, hvilken type signal man har fundet.

Et signal kan eksempelvis befinde sig i et område, der anvendes til:

broadcast-radio
maritim kommunikation
flykommunikation
radioamatører
professionelle radiosystemer
telemetri
satellitkommunikation
kortdistancekommunikation

Frekvensen fortæller ikke nødvendigvis præcis, hvem der sender, men den kan reducere antallet af muligheder betydeligt.

Lyt – men se også på signalet

Traditionelt identificerede radioamatører og professionelle radiooperatører signaler ved at lytte.

En erfaren lytter kunne ofte genkende forskellen mellem AM, FM, morsekode og forskellige former for radioteletype alene på lyden.

Med moderne SDR – Software Defined Radio – kan vi også se signalet.

Et SDR-program kan vise et spektrum, hvor signalstyrken fordeler sig over frekvensen, og et vandfaldsdisplay, hvor signalets udvikling kan følges over tid.

Vandfaldsdisplayet I et SDR-vandfald bevæger tiden sig typisk ned gennem billedet, mens frekvensen vises vandret. Et kontinuerligt signal danner derfor et spor, mens korte transmissioner optræder som afgrænsede felter eller streger.

Båndbredden afslører meget

Et af de næste spor er signalets båndbredde.

Nogle radiosignaler fylder kun ganske lidt i spektret. Andre optager et langt bredere frekvensområde.

En smal transmission kan eksempelvis pege mod simpel tale- eller datakommunikation, mens et bredere signal kan indeholde større datamængder eller en anden form for modulation.

Ved at måle den omtrentlige båndbredde kan man derfor begynde at udelukke signaltyper, der ikke passer.

Hvordan lyder forskellige modulationer?

Modulation beskriver grundlæggende, hvordan information lægges på radiosignalet.

Hvis modtageren står på den korrekte modulation, kan et analogt talesignal være tydeligt og forståeligt. Vælges den forkerte demodulation, kan det samme signal lyde forvrænget eller næsten uforståeligt.

Modulation	Typisk oplevelse
AM	Tale kan høres direkte med en AM-modtager. Bruges blandt andet inden for flykommunikation og broadcasting.
FM	Klar analog tale, når signalet modtages korrekt. Findes i mange former for radiokommunikation.
SSB	Kan lyde stærkt forvrænget på en almindelig AM-modtager, men bliver forståeligt ved korrekt USB- eller LSB-indstilling.
CW	Høres som toner og anvendes blandt andet til morsekode.
Digital modulation	Kan lyde som summen, brummen, pulser eller støj, selv om signalet indeholder strukturerede digitale data.

Et digitalt signal er ikke bare støj

Et digitalt radiosignal kan lyde meget lidt som traditionel radiokommunikation.

For øret kan signalet minde om støj, mekaniske toner eller hurtige pulser. Men ser man det i et spektrum eller vandfald, kan der være en tydelig struktur.

Digitale radiosystemer kan blandt andet overføre:

tale
tekst
positioner
telemetri
identifikation
styringsinformation

Det er derfor vigtigt ikke automatisk at konkludere, at et signal er en fejl eller elektrisk støj, blot fordi det ikke lyder som tale.

Er det overhovedet en radiosender?

Ikke alt, der kan ses på en SDR-modtager, kommer fra en bevidst radiosending.

Elektronisk udstyr kan udsende uønsket elektromagnetisk energi, som modtageren opfatter som radiosignaler.

Mulige støjkilder omfatter blandt andet:

switch-mode strømforsyninger
LED-belysning
computere og skærme
USB-udstyr
solcelleinstallationer
ladere
netværksudstyr

Et af radiodetektivens vigtigste spørgsmål er derfor: Ser jeg en rigtig transmission, eller ser jeg lokal elektrisk støj?

Prøv at slukke udstyr

Hvis man mistænker lokal radiostøj, findes der en meget enkel undersøgelsesmetode.

Sluk forskellige elektriske apparater og se, om signalet forsvinder.

Hvis et mystisk signal forsvinder i samme øjeblik en bestemt strømforsyning afbrydes, er mysteriet sandsynligvis løst.

Det mystiske signal fra skrivebordet Et kraftigt signal kan umiddelbart ligne en radiosender flere kilometer væk. Men hvis signalet forsvinder, når computerskærmen slukkes, har man sandsynligvis fundet en lokal støjkilde og ikke en hemmelig radiostation.

Signalstyrken giver nye spor

Signalstyrken kan også bruges i undersøgelsen.

Et ekstremt kraftigt signal kan indikere, at senderen befinder sig i nærheden, men signalstyrke skal fortolkes med forsigtighed.

Den afhænger blandt andet af:

senderens effekt
afstanden
senderantennen
modtagerantennen
terræn og bygninger
frekvensen
udbredelsesforholdene

Et svagt signal behøver derfor ikke komme fra en svag sender, og et kraftigt signal behøver ikke nødvendigvis komme fra en sender lige i nærheden.

Bevæger signalet sig?

Hvis signalstyrken ændrer sig hurtigt, kan det være endnu et spor.

En radiosender i et køretøj, fly eller andet bevægeligt objekt kan ændre signalstyrke, efterhånden som afstanden og terrænet mellem sender og modtager ændrer sig.

Signaler fra satellitter er et særligt interessant eksempel. Her kan både signalstyrken og den modtagne frekvens ændre sig under passagen.

Dopplereffekten kan afsløre bevægelse

Når en sender bevæger sig i forhold til modtageren, kan den modtagne frekvens forskydes en smule på grund af dopplereffekten.

Princippet kendes også fra lyd. En ambulances sirene ændrer tonehøjde, når ambulancen passerer.

Ved radiosignaler kan den samme fysiske effekt observeres som en frekvensændring.

På et SDR-vandfald kan signalet fra en satellit derfor i nogle tilfælde ses som en skrå eller buet linje gennem frekvensområdet.

Et signal, der flytter sig, fortæller noget En langsom frekvensændring kan være lige så interessant som selve signalet. Dopplerskift kan være et fingerpeg om, at senderen eller reflektionspunktet bevæger sig.

Tidspunktet kan være et spor

Notér hvornår signalet optræder.

Sender det:

hele tiden?
med faste intervaller?
kun om dagen?
kun om natten?
i få sekunder ad gangen?
på præcis samme tidspunkt hver dag?

Et signal, der sender en kort datapakke hvert femte minut, har en helt anden karakter end en samtale mellem to personer.

Regelmæssige transmissioner kan eksempelvis pege i retning af automatiske systemer eller telemetri.

Lav en signal-logbog

Hvis man vil identificere et ukendt signal systematisk, er noter overraskende værdifulde.

Registrer eksempelvis:

frekvens
dato og klokkeslæt
signalstyrke
anslået båndbredde
modulation
signalets varighed
gentagelsesmønster
hvad der kunne høres

Efter nogle dage kan et mønster blive tydeligt, som ikke var synligt ved den første observation.

Sammenlign med kendte frekvenser

Når frekvens og signaltype er nogenlunde fastlagt, kan oplysningerne sammenlignes med frekvensplaner, repeateroversigter, satellitdata og andre relevante databaser.

Det kan hurtigt løse mange mysterier.

Et ukendt signal viser sig måske at være en lokal repeater, et radiosystem, en vejrsatellit eller en helt almindelig tjeneste, som man blot ikke tidligere har lagt mærke til.

Men frekvenslister skal bruges med omtanke. Frekvensen alene er ikke altid nok til at identificere en bestemt bruger.

Radiopejling – hvilken retning kommer signalet fra?

Hvis signalet fortsat er ukendt, kan retningen være det næste spor.

Radiopejling går ud på at bestemme den omtrentlige retning til en radiosender.

Det kan gøres med forskellige typer retningsbestemte antenner. Ved at dreje antennen og observere ændringer i signalstyrken kan man få en indikation af, hvor signalet kommer fra.

Foretages pejlinger fra flere geografisk adskilte steder, kan retningerne sammenholdes, og senderens omtrentlige område kan indsnævres.

Pejling er ikke det samme som afstandsmåling En retningsbestemt antenne fortæller først og fremmest, hvilken retning signalet kommer fra. For at bestemme en position mere præcist kræves normalt flere observationer eller andre oplysninger.

En Yagi-antenne som radiokompas

Yagi-antennen er et klassisk eksempel på en retningsbestemt antenne.

I modsætning til en antenne, der modtager nogenlunde lige godt fra alle retninger, har en Yagi en tydelig retning, hvor følsomheden er størst.

Det gør den velegnet til blandt andet:

radiopejling
repeaterforbindelser
satellitmodtagelse
undersøgelse af interferens

Retningsbestemte antenner kan dermed gøre et almindeligt radiosignal til et geografisk spor.

Når signalet bliver for kraftigt

Radiopejling bliver faktisk vanskeligere, når man kommer meget tæt på en kraftig sender.

Modtageren kan blive overstyret, så signalet ser kraftigt ud uanset hvilken retning antennen peger.

Her kan dæmpeled eller andre metoder til at reducere signalniveauet være nyttige.

Det illustrerer et interessant paradoks: Jo tættere man kommer på senderen, desto mere kan det være nødvendigt at gøre modtageren mindre følsom.

SDR har ændret signaljagten

Software Defined Radio har gjort avanceret signalanalyse tilgængelig for langt flere radiointeresserede.

Hvor et traditionelt radioapparat typisk viser én frekvens ad gangen, kan en SDR vise et helt frekvensområde samtidigt.

Det gør det muligt at:

opdage korte transmissioner
måle båndbredde
sammenligne flere signaler
se frekvensændringer
optage et frekvensområde til senere analyse
undersøge signalets struktur visuelt

Et signal, der måske blot lyder som et kort klik på en almindelig scanner, kan på et vandfald vise sig at have en tydelig og gentagende struktur.

Spektrogrammet viser signalets indre struktur

Et vandfald viser primært signalets placering i radiospektret over tid. Et spektrogram af den demodulerede lyd eller data kan give endnu flere oplysninger.

Her kan man blandt andet se:

gentagne toner
pulser
frekvensskift
periodiske mønstre

Det er en af grundene til, at moderne signalanalyse ofte kombinerer lytning med visuel analyse.

Ikke alle signaler kan identificeres

Nogle signaler forbliver ukendte.

Det kan skyldes, at transmissionen er meget kort, at signalet er svagt, eller at der ganske enkelt mangler information.

Et signal kan også være en del af et proprietært digitalt system, hvor modulation eller protokol ikke umiddelbart kan identificeres.

Og selv hvis signaltypen identificeres, betyder det ikke nødvendigvis, at man ved, hvem brugeren er.

Undgå den spændende konklusion for tidligt Et ukendt radiosignal er ikke nødvendigvis mystisk. Den bedste signalanalyse begynder med de mest almindelige forklaringer og arbejder systematisk videre derfra.

Fra observation til hypotese

En systematisk undersøgelse kan derfor se sådan ud:

Find den præcise frekvens.
Mål signalets omtrentlige båndbredde.
Prøv relevante demodulationstyper.
Se signalet i spektrum og vandfald.
Notér tidspunkt og gentagelsesmønster.
Undersøg om signalet kan være lokal elektrisk støj.
Sammenlign med kendte frekvensanvendelser.
Observer signalstyrken over tid.
Brug eventuelt en retningsbestemt antenne til at undersøge retningen.

Hvert trin giver nye oplysninger, som enten styrker eller svækker en mulig forklaring.

Det er den samme metode som i andet teknisk arbejde

Radioens detektivarbejde handler i virkeligheden om en meget klassisk teknisk metode.

Man observerer noget, man ikke forstår. Derefter måler man det, opstiller en mulig forklaring og forsøger at teste den.

Et signal på 145 MHz, der varer tre sekunder hvert tiende minut, fortæller allerede mere end blot: “Jeg hørte noget mærkeligt i radioen.”

Tilføjer man båndbredde, modulation, signalstyrke og retning, bliver mysteriet gradvist mindre.

Radiospektret er fuldt af spor

Når man først begynder at se på radiospektret med en SDR eller scannermodtager, opdager man hurtigt, hvor meget aktivitet der findes omkring os.

Nogle signaler er velkendte og lette at identificere. Andre dukker kun op få sekunder ad gangen. Nogle er tale, andre er data, og enkelte viser sig slet ikke at være radiosendere, men støj fra elektronikken i huset.

Det interessante er selve processen med at finde ud af forskellen.

Radio bliver synlig En SDR gør noget fascinerende ved radiokommunikation: Den gør en del af det usynlige radiospektrum synligt. Pludselig kan man se sendere starte og stoppe, signaler flytte sig og forskellige modulationer tegne deres egne mønstre.

Radioens detektivarbejde begynder med nysgerrighed

Man behøver ikke avanceret laboratorieudstyr for at begynde at undersøge radiosignaler.

En scanner, en SDR-modtager eller en almindelig kommunikationsmodtager kan være nok til at opdage, at der foregår langt mere i radiospektret, end man normalt bemærker.

Det vigtigste værktøj er i virkeligheden nysgerrigheden.

Et ukendt radiosignal er et teknisk puslespil. Frekvensen, modulationen, båndbredden, signalstyrken, tidspunktet og retningen er brikkerne – og jo flere af dem man finder, desto tydeligere bliver billedet af, hvad der gemmer sig i æteren.