Introduccion a los nuevos modos digitales PSK31
Por: EA2BAJ
Las particularidades de las emisiones permitidas a las estaciones de
radioaficionado, en lo referente a ancho de banda, a máximas potencias
utilizables o a antenas han hecho que muchos radioaficionados diseñen e
implementen nuevos modos de comunicación, que tratan de luchar contra algunas de
estas limitaciones o los efectos de las mismas. Este artículo no pretende más
que difundir la existencia de nuevas modalidades, animar a los radioaficionados
a probarlas en el aire, y a los estudiosos, sean o no radioaficionados, a
estudiarlas en el banco, a perfeccionarlas o a crear otras nuevas. Todos estos
modos tienen en común que se basan en el empleo de técnicas de procesado digital
de señal. Se utilizan tanto procesadores de propósito general como los Pentium o
similares realizando la digitalizaci6n y la modulación con tarjetas de audio o
placas específicas, como tarjetas de evaluación de procesa- dores digitales de
señal que incluyen codecs de
calidad audio. Las descripciones que vienen a continuación no pretenden ser
excesivamente minuciosas por lo que en muchos casos se harán referencias a otros
artículos o punteros de Internet donde se pueden ampliar los detalles. En primer
lugar se hablará de dos modos de banda muy estrecha, que requieren cierta
estabilidad y exactitud absoluta de frecuencia (un TCXO no viene nada mal) que
son el PSK31 y Coherent BPSK. A continuación se introducirán dos modos que
ocupan bastante ancho de banda y que están orientados bien a conexiones a alta
velocidad o a conexiones entre equipos informáticos. La especificación exacta de
estos modos y en muchos casos sus fuentes están disponibles públicamente. El
empleo de los mismos en aplicaciones de radioaficionados es gratuito.
PSK31
Este
modo ha sido diseñado por Peter Martínez G3PLX (autor del conocido AMTOR) sobre
una idea de Pawel Jalocha SP9VRC. Estudiando la operativa del radio- teletipo
(RTTY), contactos rápidos, teclado a teclado, con posibilidad de realizar nets,
diseña un modo con características similares y mejor resistencia al ruido. PSK31
es un modo para realizar contactos teclado a pantalla en tiempo real y sin
protocolo a nivel de enlace punto a punto. El emisor y los receptores se
sincronizan solos. Se basa en una modulación PSK a 31,25 baudios. De esta forma
el ancho de banda ocupado es de 40Hz a – 3 Db en vez de los 300-500 Hz de otros
modos. Esto permite utilizar los filtros más estrechos
del receptor con objeto de separarlo de otras emisiones. Estas características
hacen que la calidad del enlace sea muy buena. El empleo de un alfabeto de
longitud variable (Varicode) en el que los códigos correspondientes a las letras
más corrientes son de tamaño más pequeño (como el código morse), nunca contienen
más de un 0 seguido y son separados entre sí por dos ceros consecutivos, hacen
que la resincronización en caso de error sea muy rápida. El cero se codifica
como cambio de polaridad. Se consigue que la velocidad real sea de 50 palabras
por minuto. Existe la posibilidad, ante enlaces en los que los errores suceden
en ráfagas, de activar un modo con modulación QPSK y utilizar un código
convolucional en el emisor y el decodificador Viterbi correspondiente en el
receptor. El aumento de velocidad que da la nueva modulación es absorbido por el
decodificador con lo que se obtiene una velocidad similar al caso anterior. Como
inconveniente, añade un retraso a la hora de entregar el resultado de 640 mseg.
Existen paquetes de dominio público para las plataformas de evaluación de DSP de
Motorola (DSP56002EVM), en versión Dos, y Windows por Peter Martínez G3PLX, para
la de Texas (TMS 320C50 DSK) en versión DOS por Andrew Senior GOTJZ y
recientemente para la placa de evaluación de Analog Devices SHARC sobre Windows
por Michael Keller DL6IAK. Existe además una versión sobre Linux y utilizando la
tarjeta Soundblaster realizada por Hansi DL9RDZ. Dado que la sintonización en
estos modos de banda estrecha es relativamente difícil (unos 2Hz de error son
tolerables), todos estos programas disponen de un interfaz que ayuda a la
sintonización. Des- taca en este aspecto el programa de DL6IAK que dispone de
analizador de espectro incorporado. Este modo tiene su propia página Web:
http://aintel.bi.ehu.es/psk31.html Se puede decir que es un modo eminentemente
europeo (y ahora australiano/neozelandés) y las nets más concurridas son los
miércoles y domingos en 3580,15 kHz a las 2000z y los domingos en 7035.15 kHz a
las 1200z._ ¡Ojo!, en invierno, hay
que sumar una hora al horario. Hay que tener en cuenta también que las
frecuencias se suelen dar en portadora suprimida. Se suele utilizar un tono de
1000 Hz. En este momento tengo registrados contactos con G, D, OH, ON, PA, HB e
incluso VK, todo con unos 25 watios y una vertical. Un ejemplo de pantalla de un
programa (el PSK31 para Windows de Peter G3PLX). El indicador redondo de abajo a la izquierda muestra el ajuste sobre la
portadora. Perfectamente sincronizado y sin ruido, se observaría una línea
vertical de arriba abajo que mostraría los dos posibles cam- bios de fase. En el
modo QPSK, se observaría una especie de cruz, lógicamente ligado a los cuatro
posibles cambios de fase. El programa es realmente amigable. Se observa que se tiene activado el control
automático de frecuencia y el modo NET, en el que las frecuencias de RX y TX van
unidas. En la misma figura, en la ventana del fondo, se muestra un espectro en tiempo real obtenido con el
programa gratuito GRAM a través de la salida
de cascos del transceptor. Se observa cómo hay errores, pero como ya hemos
comentado por el tipo de codificación que emplea, los errores no se propagan.
Coherent BPSK
Este modo diseñado por Bill VE2IQ se utiliza para enlaces teclado a pantalla o para experiencias de los lowfer (Low Frecuency Experimenters) con recepción automática en la banda BF (Por ejemplo 1.36 KHz). Utiliza también HPSK, pero en este caso el usuario puede definir la velocidad desde 1 a 200 baudios. La velocidad más empleada es MS2.5, es decir 25 ms. de longitud de símbolo, es dccir 40 baudios. En esta configuración, el ancho de banda ocupado es algo mayor (80 Hz a –.3 Db)_ que el de PSK31. Puede utilizar tres alfabetos uno ASCII y dos con resistencia a errores denominados ET3 y ET2 y diseñados por el mismo. En estos últimos alfabetos, 1 carácter es representado por l ó o 27 bits respectivamente en vez de los 10 bits habituales, esto permite escoger de. todos los 2^16 o 2^27 símbolos posibles aquellos que tienen unas propiedades específicas que les permite ser reconocidos en caso de que haya errores en varios bits. Este modo requiere además la gv.neración en receptor y emisor de_ una portadora muy estable de 800Hz ]o que añade una complejidad adiciona1 al modo. Existe un único programa para este modo y es para DOS. El interfaz de usuario es totalmente basado en texto tal y como se puede ver en la figura 5. Dado que este modo es tan sensible como el anterior a errores de frecuencia para sintonizarlo es muy útil disponer de un analizador de espectro de audio como el EVMSPEC o el estupendo GRAM. Una vez sintonizado en frecuencia, se requiere además intervención manual para sincronizar los símbolos. La secuencia de sincronización es una serie de llaves (}}}}}}) que envía el emisor sobre la que el receptor trata de sincronizarse. Cuando se empiezan a ver las llaves correctamente, se interrumpe el proceso de sincronización automática y se guardan los parámetros de sincronización con una combinación de teclas.
Se puede
considerar un modo más bien americano, aun cuando se ha empezado a popularizar
últimamente en Europa. Las frecuencias en las que se puede escuchar son: todos
los días en 14081 kHz a las l 600z y en 1808l kHz a las 1630z y los miércoles en
3581 kHz a las 2000z. También frecuencias de portadora. En esta modalidad, he
realizado contactos con G, PA y VE.
Este programa inicialmente se pensó para ser ejecutado sobre unas
tarjetas conversoras analó- gico/digital y digital/analógicas que el mismo Bill
diseña y comercializa. Recientemente ]ohan Forrer KC7WW ha puesto en el dominio
público un paquete para la DSP56002EVM que simula dicha tarjeta aunque no a las
velocidades superiores.
MT63
Este modo diseñado por Pawel Ja1ocha SP9VRC es un modo de banda ancha. Hay que tener en cuenta que la anchura del espectro
es en este caso mayor que la del resto de los espectros mostrados previamente.
Manda 64 tonos espaciados l 5,625
Hz modulados con DBPSK. El baudrate por tono es de 10 baudios, lo que da
un total de 640 baudios. Los datos enviados son de caracteres de ASCII de 7 bits
codificados utilizando funciones de Walsh: 7 bits son codificados en bloques de
64 bits. Se pueden recuperar hasta ] 6 bits
corruptos de 64. Cada bloque es extendido sobre 32 símbolos (3,2 seg.) y sobre
todos los tonos con objeto de reducir los efectos negativos de interferencias
localizadas en de la transmisión y con
errores de sintonización de hasta 50 Hz. No se requiere ninguna aplicación
específica para utilizarlo, basta cualquier programa terminal por puerta serie. El módem automáticamente se
engancha al escuchar et tono de sincronismo. El audio que genera este modo es
realmente curioso. De momento no existe ningún protocolo de nivel superior que
utilice este modo, con lo que el modo actual
de utilización es el de puro terminal ASCII. Es sin embargo bastante resistente
a errores de ráfaga. Tengo realizados contactos en este modo con OH y con VK, en
las mismas condiciones de antes. La frecuencia de pruebas más utilizada es
14063.5 kHz, todos los días a tas 0600z Un inconveniente que tiene este módem es
que existe únicamente para la DSP56002EVM.
NEWQPSK
Este modo, diseñado también por Pawel Jalocha SP9VRC, implementa algunas
de las ideas propuestas también por Phil
Karn
KA9Q. Es adecuado para implementar AX.25 o TCP-IP en HF.
En principio, propone l5 portadoras separadas por 125 Hz moduladas en
DQPSK (83,3 baudios cada una) lo que da un total de 2500 bits/s. Sin embargo
añade la posibilidad, modifican- do los fuentes en ensamblador, de variar el
número de cambios de fase, pudiendo emplear entonces 8-PSK, 16-PSK, etc, con el
consiguiente aumento en prestaciones. Añade además un preámbulo para
sincronización rápida y FEC. Como antes, esparce también los bits por el tiempo
y la frecuencia para mitigar el efecto de los errores en ráfaga. Existe
DSP56002EVM y en esta implementación ofrece un interfaz de tipo KISS lo que lo hace compatible con la mayoría de los programas terminales para AX.25, como son el GP o la versión de Doug N1OWU del PMP (Poor Manquote s Packet).
Conclusiones:
Después de probar estos modos, puedo asegurar que las expectativas que ofrecen son muy buenas. Tenernos ahora una nueva manera de “cacharrear” , sustituyendo el soldador por un ensamblador. Todo el software mencionado en esta página, más muestras de audio e información práctica sobre el empleo de DSP para radioaficionados está disponible en mi página.
Dedico este artículo a Peter
C3PLX, por su buen hacer, su dedicación, su paciencia
y su ciencia, Además, algunos de los espectros que aparecen aquí son obra
suya, así como el programa que he utilizado para generar el resto. A Fred
OH/DK4ZC y t es VK2 DSC su eterna disponibilidad a probar cualquier modo nuevo y
al “PSK31 Gang” por su regularidad, simpatía y siempre
amena conversación.
Referencias:
PSK31 WebSite http://aintel.bi.ehu.es/psk31.htrn
VE2IQ Site
http://www.ietc.ca/home/bill/bbs.htm
Ideas for HF
Modulation and coding: http://www.peak.org/~forrer/HISPEED/pkarn.htm
http://det.bi.ehu.es/~jtpjatae/harn.html
Wireless Digital
Communications: Design and Theory, por Tom McDermott NSEG