FT8 模式简介
FT8（Franke-Taylor 8-tone）是由诺贝尔物理学奖得主 Joe Taylor K1JT 和 Steve Franke K9AN 于2017年联合设计的弱信号数字通信模式。它采用8音调高斯频移键控（8-GFSK）调制，每个符号仅占6.25Hz音调间隔和0.16秒时长，总带宽约50Hz。凭借LDPC(174,91)前向纠错和CRC-14校验的强力组合，FT8能在-20dB信噪比下稳定解调——这意味着信号深埋在噪声之下，人耳和肉眼完全无法分辨，但解码器依然能准确还原信息。这种极致的弱信号性能彻底改变了短波通联的玩法：在太阳活动低谷、天线条件不佳的情况下，FT8让全球DX通联成为日常。15秒的QSO周期与79个符号的12.64秒传输窗口精确对齐，三段Costas同步阵列提供稳健的时频估计，使得即使存在多普勒频移和定时误差也能可靠同步。FT8堪称数字通信在效率与鲁棒性之间达到的最优雅平衡之一。
开发者
Joe Taylor K1JT / Steve Franke K9AN
常用频率
1.840, 3.573, 5.357, 7.074, 10.136, 14.074, 18.100, 21.074, 24.915, 28.074, 50.313, 144.174 MHz
参考源码
WSJT-X (SourceForge)
本页面每个步骤均使用真实的JavaScript代码进行计算，不是虚拟仿真。从消息编码到信道模拟再到解码还原，所有DSP算法均在浏览器中实时执行。
✉ 消息源输入
拼接输出
1
消息源拼接
等待输入
FT8 Type 1消息由三部分按顺序拼接：被叫呼号(c28) + 保留位r1 + 主叫呼号(c28) + 保留位r1 + 保留位R1 + 网格/信号报告(g15) + 类型标识i3，共77位。
拼接顺序：c28[0-27] → r1[28] → c28[29-56] → r1[57] → R1[58] → g15[59-73] → i3[74-76] = 77位。
网格地址格式：两位大写字母+两位数字（如OL26）；信号报告取SNR滑条值（如-10）。
拼接顺序：c28[0-27] → r1[28] → c28[29-56] → r1[57] → R1[58] → g15[59-73] → i3[74-76] = 77位。
网格地址格式：两位大写字母+两位数字（如OL26）；信号报告取SNR滑条值（如-10）。
输入
被叫: BA1AAA | 主叫: BD2BBB | 网格: OL26
输出 - 拼接消息
2
Pack77 压缩编码
等待输入
Pack77压缩原理：将文本消息压缩为77位二进制。核心是pack28混合基数编码，每个呼号用28位表示。
呼号格式规则：6位字符 = 前缀(1-2位字母) + 区号(1位数字) + 后缀(1-3位字母/数字)，不足6位用空格右补。
1×N格式（如K1JT、W1AW）：数字在第2位，编码时左补1个空格把数字推到第3位(A3=数字)，右补空格到6位→" K1JT "。
2×N格式（如BA1AAA、BD2BBB、RS1K）：数字已在第3位，直接右补空格到6位→"RS1K "。
编码顺序：先计算被叫呼号的pack28值(0~261,349,575)，占bit[0-27]；再计算主叫呼号，占bit[29-56]；最后计算g15(网格1-32400或报告32401-32430)，占bit[59-73]。
字符集分层编码：A1(37字符)×A2(36字符)×A3(10字符)×A4³(27字符) = 255,091,680 < 2³°，加上NTOKENS和MAX22偏移，总范围0~261,349,575 < 2²⁸。
bit=1（蓝色） bit=0（深色）
呼号格式规则：6位字符 = 前缀(1-2位字母) + 区号(1位数字) + 后缀(1-3位字母/数字)，不足6位用空格右补。
1×N格式（如K1JT、W1AW）：数字在第2位，编码时左补1个空格把数字推到第3位(A3=数字)，右补空格到6位→" K1JT "。
2×N格式（如BA1AAA、BD2BBB、RS1K）：数字已在第3位，直接右补空格到6位→"RS1K "。
编码顺序：先计算被叫呼号的pack28值(0~261,349,575)，占bit[0-27]；再计算主叫呼号，占bit[29-56]；最后计算g15(网格1-32400或报告32401-32430)，占bit[59-73]。
字符集分层编码：A1(37字符)×A2(36字符)×A3(10字符)×A4³(27字符) = 255,091,680 < 2³°，加上NTOKENS和MAX22偏移，总范围0~261,349,575 < 2²⁸。
bit=1（蓝色） bit=0（深色）
输入 - 拼接字符串
输出 - 77位压缩码
3
CRC-14 校验附加
等待输入
CRC-14多项式 0x6757，对77位信息计算14位循环冗余校验，附加到信息位后得到91位。
编码顺序：77位原始信息 → 计算CRC-14 → 14位校验附加到末尾 → 输出91位。
bit=1（蓝色） bit=0（深色） CRC校验位（橙色）
发送顺序：从左到右 = MSB先发。
编码顺序：77位原始信息 → 计算CRC-14 → 14位校验附加到末尾 → 输出91位。
bit=1（蓝色） bit=0（深色） CRC校验位（橙色）
发送顺序：从左到右 = MSB先发。
输入 - 77位压缩码
输出 - 91位（含CRC）
4
LDPC(174,91) 前向纠错编码
等待输入
LDPC（低密度奇偶校验码）原理：利用稀疏校验矩阵进行前向纠错。系统码结构：前91位为信息位（含CRC），后83位为校验位，共174位。
编码顺序：91位信息 → 与生成矩阵G相乘 → 得到83位校验位 → 拼接为174位码字。校验矩阵H满足 H·cᵀ=0。
解码使用置信传播(BP)算法：在变量节点和校验节点之间迭代传递软信息（LLR），逐步修正每个比特的可信度，最多30次迭代收敛。
bit=1（蓝色） bit=0（深色） 信息位（橙色） 校验位（绿色）
发送顺序：从左到右 = MSB先发。
编码顺序：91位信息 → 与生成矩阵G相乘 → 得到83位校验位 → 拼接为174位码字。校验矩阵H满足 H·cᵀ=0。
解码使用置信传播(BP)算法：在变量节点和校验节点之间迭代传递软信息（LLR），逐步修正每个比特的可信度，最多30次迭代收敛。
bit=1（蓝色） bit=0（深色） 信息位（橙色） 校验位（绿色）
发送顺序：从左到右 = MSB先发。
输入 - 91位（含CRC）
输出 - 174位LDPC码字
5
Gray 映射（3bit → 音调）
等待输入
174位LDPC码字从左到右每3位一组，通过Gray映射表 [0,1,3,2,5,6,4,7]映射到8个音调索引(0-7)。
Gray码特性：相邻音调值只差1位（如0=000,1=001,3=011,2=010），减少相邻符号误码的比特错误数。
映射顺序：174位 → 58组×3位 → 每组查Gray表 → 58个音调(0~7)。
数据音调（蓝色）每列=1个符号，高亮行=该符号的音调索引。
Gray码特性：相邻音调值只差1位（如0=000,1=001,3=011,2=010），减少相邻符号误码的比特错误数。
映射顺序：174位 → 58组×3位 → 每组查Gray表 → 58个音调(0~7)。
数据音调（蓝色）每列=1个符号，高亮行=该符号的音调索引。
输入 - 174位LDPC码
输出 - 58个音调（2D bin网格，X=时间/符号，Y=音调索引）
6
Costas 同步阵列插入
等待输入
Costas阵列原理：FT8在三个位置插入已知的伪随机同步序列[3,1,4,0,6,5,2]，每段7个符号。
插入顺序：前导Costas(符号0-6) → 数据段1(7-35, 29符号) → 中间Costas(36-42) → 数据段2(43-71, 29符号) → 尾部Costas(72-78)，共79符号。
Costas同步符号（红色） 数据符号（蓝色）
作用：(1) 接收端匹配已知序列实现时间和频率同步；(2) Costas差分特性使得任意频偏下仍可检测；(3) 三段插入提供分集增益，抵抗突发干扰。
插入顺序：前导Costas(符号0-6) → 数据段1(7-35, 29符号) → 中间Costas(36-42) → 数据段2(43-71, 29符号) → 尾部Costas(72-78)，共79符号。
Costas同步符号（红色） 数据符号（蓝色）
作用：(1) 接收端匹配已知序列实现时间和频率同步；(2) Costas差分特性使得任意频偏下仍可检测；(3) 三段插入提供分集增益，抵抗突发干扰。
输入 - 58个数据音调（2D bin）
输出 - 79个符号（方形bin网格，红色=Costas，蓝色=数据）
7
8-GFSK 调制
等待输入
8-GFSK调制（8值高斯频移键控）：每个符号对应一个音调频率，载波基频由滑条设定（默认1000Hz），音调0~7分别偏移 -21.875Hz ~ +21.875Hz（间隔6.25Hz）。
调制顺序：符号0 → 符号1 → ... → 符号78，连续相位调制，相邻符号间高斯脉冲成形平滑过渡，减少频谱旁瓣。
参数：采样率12000Hz，每符号1920采样点（0.16秒），79个符号共151,680采样点（12.64秒）。
码元背景色（按音调索引着色，深浅灰交替区分码元边界）
调制顺序：符号0 → 符号1 → ... → 符号78，连续相位调制，相邻符号间高斯脉冲成形平滑过渡，减少频谱旁瓣。
参数：采样率12000Hz，每符号1920采样点（0.16秒），79个符号共151,680采样点（12.64秒）。
码元背景色（按音调索引着色，深浅灰交替区分码元边界）
输入 - 79符号音调序列
输出 - 调制波形 / 频谱（滚轮缩放，拖动平移）
🔍 滚轮缩放 | 拖动平移
🔍 滚轮缩放 | 拖动平移
8
短波信道模拟
等待输入
模拟短波信道，依次叠加三种失真：
(1) 频偏：载波频率偏移（模拟多普勒频移/本振误差），频偏由滑条控制，直接叠加到调制载波上；
(2) AWGN白噪声：噪声强度 σ = 10^(-SNR/20)，由SNR滑条控制；
(3) 时移：信号延迟/提前到达（模拟定时误差），由时移滑条控制，正时移=信号延迟（前端补噪声），负时移=信号提前（头部截断）。
原始信号（蓝色） 信道输出（红色）
(1) 频偏：载波频率偏移（模拟多普勒频移/本振误差），频偏由滑条控制，直接叠加到调制载波上；
(2) AWGN白噪声：噪声强度 σ = 10^(-SNR/20)，由SNR滑条控制；
(3) 时移：信号延迟/提前到达（模拟定时误差），由时移滑条控制，正时移=信号延迟（前端补噪声），负时移=信号提前（头部截断）。
原始信号（蓝色） 信道输出（红色）
输入信号（原始）
🔍 滚轮缩放 | 拖动平移
🔍 频谱
输出信号（加噪+频偏）
🔍 滚轮缩放 | 拖动平移
🔍 频谱
带通300-3000Hz · 12kHz采样
9
Goertzel 频率检测
等待输入
Goertzel算法：针对特定频率的高效DFT计算，复杂度O(N)而非FFT的O(NlogN)。
检测顺序：符号0 → 符号1 → ... → 符号78，对每个符号的1920采样点分别计算8个音调频率（载波±21.875Hz, 间隔6.25Hz）的复数幅度，得到79×8幅度矩阵。
注意：此处使用标称载波频率（由滑条设定）检测（未校正频偏），频偏较大时检测准确率会下降，需由步骤10进行频偏校正。
信道波形（红色）热力图每列=1个符号，纵轴=8个音调，亮度=幅度。
检测顺序：符号0 → 符号1 → ... → 符号78，对每个符号的1920采样点分别计算8个音调频率（载波±21.875Hz, 间隔6.25Hz）的复数幅度，得到79×8幅度矩阵。
注意：此处使用标称载波频率（由滑条设定）检测（未校正频偏），频偏较大时检测准确率会下降，需由步骤10进行频偏校正。
信道波形（红色）热力图每列=1个符号，纵轴=8个音调，亮度=幅度。
输入 - 信道输出波形
输出 - 79×8 幅度色谱图
10
Costas 同步（时频偏估计）
等待输入
利用已知Costas序列[3,1,4,0,6,5,2]，在时偏±8符号、频偏±3.5Hz范围内进行2D网格搜索，用Goertzel计算三段Costas位置在各时频偏组合下的相关峰值，确定时间偏移和频率偏移。
搜索顺序：粗搜(频偏步进0.25Hz) → 精搜(步进0.05Hz, 范围±0.4Hz) → 输出最优时频偏。三段Costas联合估计提高精度和抗噪能力。
时频偏估计结果将传递给步骤11，用于校正载波频率和符号位置。
误差<阈值（绿色=同步成功） 误差>阈值（红色=同步异常）
搜索顺序：粗搜(频偏步进0.25Hz) → 精搜(步进0.05Hz, 范围±0.4Hz) → 输出最优时频偏。三段Costas联合估计提高精度和抗噪能力。
时频偏估计结果将传递给步骤11，用于校正载波频率和符号位置。
误差<阈值（绿色=同步成功） 误差>阈值（红色=同步异常）
输入 - 检测幅度矩阵（同步骤9）
时频偏移坐标图
同步结果
—
11
Gray 逆映射 + 软判决 LLR
等待输入
使用步骤10估计的时频偏校正后，从信道信号重新检测（而非使用步骤9的结果），剔除Costas符号后得到58×8幅度矩阵，通过Gray逆映射将每个符号的8个幅度转换为3位软信息(LLR)。
处理顺序：对58个数据符号逐个处理 → 每个符号用Goertzel计算8个音调幅度 → 按Gray逆映射分3位 → 计算LLR = 0.5×log(P(bit=0)/P(bit=1))。
LLR含义： 正值(蓝) → 倾向bit=0 负值(红) → 倾向bit=1 条形高度代表可靠度——|LLR|越大，判决越可信。
处理顺序：对58个数据符号逐个处理 → 每个符号用Goertzel计算8个音调幅度 → 按Gray逆映射分3位 → 计算LLR = 0.5×log(P(bit=0)/P(bit=1))。
LLR含义： 正值(蓝) → 倾向bit=0 负值(红) → 倾向bit=1 条形高度代表可靠度——|LLR|越大，判决越可信。
输入 - 58×8幅度色谱图（剔除Costas）
输出 - 174个LLR值（蓝=正/红=负，高度=可靠度）
12
LDPC BP 迭代解码
等待输入
将174个LLR软信息输入LDPC置信传播解码器，最多30次迭代。
迭代过程：初始化变量节点信息 → 校验节点更新(求外信息) → 变量节点更新(合并所有校验信息) → 校验H·cᵀ=0 → 若通过则提前终止。
收敛曲线纵轴=校验不满足的个数，应随迭代单调递减至0。若30次迭代后仍未收敛，解码失败。
迭代过程：初始化变量节点信息 → 校验节点更新(求外信息) → 变量节点更新(合并所有校验信息) → 校验H·cᵀ=0 → 若通过则提前终止。
收敛曲线纵轴=校验不满足的个数，应随迭代单调递减至0。若30次迭代后仍未收敛，解码失败。
输入 - 174个LLR值
来自步骤11
输出 - 收敛曲线
13
CRC 验证 + Unpack77 解压还原
等待输入
验证顺序：(1) 对解码后的91位进行CRC-14校验 → (2) 校验通过则取前77位进行Unpack77解压 → (3) 还原原始文本消息 → (4) 与发送端原始消息比对。
如果CRC校验通过且解码消息与原始输入一致，则端到端链路验证成功！从步骤1的消息输入到步骤13的消息还原，完整走通了FT8的编解码流水线。
如果CRC校验通过且解码消息与原始输入一致，则端到端链路验证成功！从步骤1的消息输入到步骤13的消息还原，完整走通了FT8的编解码流水线。
输入 - 解码后bit流
输出 - 还原消息
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