Nu de putine ori, ascultand seara pe diferite frecvente de unde scurte, se pot auzi tot felul de tonuri, triluri si uruituri.
De cele mai multe ori, acestea reprezinta modalitati de transmisie a informatiei intre emitatori si destinatari, atat din sfera comunicatiilor profesionale cat si din cea a comunicatiilor de amator.
De ce digital?
Pentru ca, spre deosebire de voce, comunicatia se realizeaza direct la nivelul informatiei ce poate fi prelucrata direct de catre un sistem de calcul, poate fi mult mai facil criptata astfel incat sa asigure secretul comunicatiei (cel putin pana in urma cu circa 5 ani) si poate fi redundanta astfel incat sa asigure receptia exacta a informatiei transmise. Primul sistem care asigura transmisia “digitala”, bazandu-se pe 0 si 1, deci pe bit, a fost si cel mai simplu: CW (telegrafia prin comutarea purtatoarei).
Treptat, pe masura ce tehnica a evoluat si informatia a devenit publica, radioamatorii au adaptat principii si standarde profesionale si chiar militare in transmisiunile de amator. Fiecare dintre aceste moduri prezinta anumite trasaturi particulare, dezvoltarea fiind facuta in considerarea anumitor conditii, de asemenea, particulare.
Dezideratul acestor moduri digitale este transmisia sigura a informatiei de la emitator la receptor. Daca inceputul a fost facut prin adaptarea echipamentelor profesionale (radiotelex), in prezent calculatorul personal este indispensabil ca urmare a implementarii de algoritmi DSP ce necesita o putere de calcul destul de crescuta. Sunt convins ca sunteti familiarizati deja cu cel putin 3 moduri “digitale”: SSTV, RTTY si PSK31.
Desi inclus in categoria “digitale”, SSTV NU este un mod “digital” pentru ca nu se bazeaza pe alternante de biti. Literatura de specialitate incadreaza SSTV, alaturi de Hell (cu variantele Feld-Hell, PSK-Hell, FM-Hell etc) si de HF-Fax, in categoria “Fuzzy”, adica comunicatii in care semnalul este generat de calculator si este interpretat in mod vizual de catre operator.
Echipamente necesare
In mare, o statie de amator apta sa opereze Digimodes este alcatuita din echipamentele de emisie receptie (transceiver, antene, sursa de alimentare, ATU), interfata si un calculator.
Calculatorul nu trebuie sa fie extraordinar de performant dar este bine sa indeplineasca urmatoarele cerinte minime, pentru a putea face fata aplicatiilor legate de traficul radio: -procesor, minim PIV/1,8GHz;
-RAM: minim 1024Mb;
-HDD: minim 120Gb;
-Placa video (poate fi onboard) cu minim 64Mb RAM (dedicat sau share)
-Placa audio cu posibilitate de samplare la min.48kHz, stereo, preferabil cu intrare de semnal Linie nu numai microfon;
-4 porturi USB si, daca se poate, cel putin un port COM (RS232).
Pare un sistem sofisticat, dar pretul de achizitie, nou, este in jur de 800 lei, fara monitor. Ca sistem de operare recomand Windows XP Pro, intrucat majoritatea programelor ce permit abordarea Digimodes sunt scrise pentru a fi rulate in mediu Windows. XP Pro si nu alta varianta intrucat acesta este deosebit de versatil si stabil.
In nici un caz nu abordati modurile digitale cu sistem de operare VISTA (deocamdata)!
Inainte de a trece la descrierea si realizarea practica a unei interfete, as vrea sa reamintesc (pentru cei care stiu deja) si sa explic (pentru cei care nu stiu) motivul pentru care radioamatorii folosesc altceva decat vocea in realizarea legaturilor radio. Ei bine, acest motiv este comunicatia fara erori.
Corectia erorilor
Corectia erorilor este “piatra de temelie” a tuturor modurilor de transmisie in care este implicata o “masina”, fie ca ea este un dispozitiv independent fie ca este vorba de un calculator inzestrat cu o interfata de interpretare, de cele mai multe ori o placa de sunet. In comunicatia de amator se folosesc doua sisteme principale: FEC-Forward Error Correction si ARQ-Automatic Repeat Request.
FEC
Implementarea FEC a fost un pas inainte in cresterea inteligibilitatii mesajului transmis, in sensul ca atentiona recipientul cu privire la aparitia unei erori in mesaj. FEC nu inseamna neaparat transmisia integrala si lipsita de erori a mesajului initial ci, mai degraba, alertarea operatorului cu privire la existenta unor erori in mesajul receptionat. In acest fel, mesajul poate fi repetat in cazul in care este neinteligibil si nu mai constituie o sursa de confuzie. FEC este o metoda de a obtine controlul erorilor in informatia transmisa prin redundanta; din aceasta informatie redundanta (repetata), destinatarul va recunoaste doar acele secvente ce nu contin erori aparente.
Intrucat FEC nu se bazeaza pe proceduri bidirectionale de stabilire a legaturii, sistemul poate fi folosit pentru difuzarea informatiei catre mai multi destinatari utilizand un singur emitator de informatie. FEC este cea mai simpla metoda de control al erorilor si se bazeaza pe transmisia aceluiasi caracter de doua ori; la receptie are loc comparatia celor doua caractere receptionate cu un tabel de conformitate. Daca ambele caractere sunt conforme cu tabelul, caracterul receptionat este recunoscut ca valid si confirmat. Daca cele doua caractere sunt diferite, va fi validat cel care este conform cu tabelul de conformitate; in situatia in care nici unul nu este conform, sistemul nu valideaza caracterul receptionat incorect, afisand spatiu (blank) sau _ (underscore).
Specific FEC este faptul ca nu corecteaza ci doar evidentiaza o eroare. Corectarea erorii poate fi facuta de catre destinatar, fie prin cererea de repetare a mesajului fie prin substituirea caracterului lipsa.
ARQ
ARQ este un pas inainte in asigurarea corectiei erorilor; spre deosebire de FEC, ARQ asigura transmisia corecta si completa a informatiei originare. Pentru aceasta, ca si in cazul FEC, caracterele receptionate sunt comparate cu un tabel de conformitate dar, spre deosebire de FEC, in cazul ARQ, destinatarul raspunde transmitatorului, confirmand sau infirmand receptionarea corecta. Destinatarul unei transmisii ARQ are la dispozitie doua tipuri de mesaj: ACK (aknowledged-acceptat) sau NCK (not aknowledged-respins). Cand transmitatorul receptioneaza un mesaj ACK trece mai departe cu transmisia mesajului; cand primeste NCK, repeta ultima secventa transmisa. Cele de mai sus sunt importante intrucat, practic, toate modurile “digitale” pot fi clasificate din aceasta perspectiva, a modului in care are loc corectia erorilor!
Non-FEC: CW, RTTY, PSK31, PSK63 etc; FEC: MFSK (MT63-1K, Olivia, DominoEx etc), PSK63F etc
ARQ: Packet, SITOR, AMTOR, CLOVER, MIL-STD 188-110A / MIL-STD 188-110B App. C etc.
Modurile digitale, in general, implica doua “straturi”:
-Stratul inferior (Low Level Layer - LL) este reprezentat de modul in care are loc modularea;
-Stratul superior (High Level Layer - HL) este reprezentat de modul in care caracterul de transmis este reprezentat in biti de informatie (cuvantul digital). De exemplu, in RTTY, LL este FSK (F1B) sau AFSK (A2B sau F2B) iar HL este codul BAUDOT aferent literei transmise. Implementarea FEC poate avea loc atat la nivelul LL cat si la nivel HL si poate fi realizata atat hardware (direct in modem) cat si software, cu ajutorul DSP-ului placii de sunet din calculator.
Inainte de a proceda la descrierea partilor componente ale statiei de moduri digitale, poate ar fi bine sa trecem in revista cele doua moduri in care are loc generareaFSK (+AFSK) si PSK:
FSK
Acronim pentru Frequency Shift Keying, FSK reprezinta unul dintre cele doua moduri primare de transmisie a informatiei pe canalul radio. In FSK, transceiver-ul este pus in emisie CW (purtatoare continua). Existenta purtatorii de frecventa F0 are semnificatia, din punct de vedere digital, a nivelului 0. Nivelul 1 este realizat prin deplasarea purtatoarei pe o frecventa F1. Diferenta dintre cele doua frecvente este denumita SHIFT. Principala caracteristica a FSK este aceea ca, la emisie, semnalul nu este in nici un fel procesat pe lantul audio al emitatorului, modulatia fiind un rezultat al interactiunii intre SHIFT la emisie si BFO la receptie.
AFSK
Acronim pentru Audio Frequency Shift Keying, AFSK este asemanator FSK. Spre deosebire insa de FSK, in AFSK, placa audio a calculatorului furnizeaza un semnal audio ce contine deja SHIFT-ul necesar, transceiver-ul fiind pus in emisie SSB. In acest caz, modulatia este “meritul” placii audio a calculatorului in conjunctie cu lantul de modulatie al transceiver-ului. AFSK nu este o modalitate de sine statatoare ci o derivatie din modul originar FSK.
PSK
PSK este acronim pentru Phase Shift Keying, un tip de modulatie relativ recent introdus in gama de moduri digitale. Informatia este transmisa tot la nivel binar, dar folosind schimbarea fazei semnalului CW transmis.
Setarea de mod digital a transceiver-ului
Unele transceiver-e au posibilitatea de a alege modul de lucru, intre FSK, PSK si AFSK (ex: Yaesu FT-857/897). Citind cele de mai sus, este evident ca alegerea modului corect este importanta pentru a putea utiliza modurile digitale. Setarea FSK este incompatibila cu utilizarea placii de sunet la emisie, aceasta furnizand semnal AFSK. Pentru a utiliza setarea FSK, este necesar sa “atacam” transceiver-ul cu un semnal TTL livrat de un alt port al computerului. Modul AFSK nu este explicit prezent in setarile referitoare la moduri digitale, el fiind asimilat cu modul curent SSB. Recomand abordarea modurilor digitale in “varianta” AFSK dintr-un motiv simplu: exista moduri digitale care presupun mai multe purtatoare distincte, modulate PSK sau FSK. Semnalele acestor moduri din categoria “multi” sunt produse exclusiv de catre placa audio a calculatorului, fiind imposibila generarea lor direct de catre transceiver (cel putin a celor destinate radioamatorilor).
Conexiunile transceiver-ului
Modurile digitale sunt, in marea lor majoritate, concepute sa treaca de perturbatiile inerente propagarii HF (unde scurte) utilizand modulatii conform planurilor de benzi. Rareori, in UUS veti avea posibilitatea de a va bucura de satisfactiile aduse de operarea in moduri digitale.
Realizarea statiei este conditionata de existenta pe transceiver a urmatoarelor conexiuni: audio TX, audio RX si PTT.
In anumite situatii poate fi necesara o a patra conexiune, COS (carrier operated squelch). De cele mai multe ori, in cazul echipamentelor fabricate industrial si destinate radioamatorilor, aceste conexiuni sunt prezente din proiectare. In cazul unor echipamente de uz comercial, nu regasim totalitatea conexiunilor necesare, lipsind in special cele audio (audio TX si audio RX). Deseori, sursa si destinatia semnalului audio reprezinta aspecte ignorate de catre cei care abordeaza modurile digitale in sensul ca apreciaza ca acestea sunt totuna cu intrarea de microfon a transceiver-ului (audio TX) sau iesirea de difuzor (audio RX).
Desi simplificatoare, aceasta solutie este daunatoare calitatii semnalului audio; corect este ca priza de semnal (audio RX) sa provina direct din demodulator iar injectia (audio TX) sa aiba loc dupa preamplificatorul corector din etajul de modulatie. Motivul este acelasi pentru ambele tipuri de semnale: fiecare etaj suplimentar provoaca o alterare a semnalului originar necesar sau furnizat de placa audio. Placa audio este, in esenta, un DSP ce genereaza si analizeaza semnalul audio bazandu-se pe algoritmi de mare complexitate, furnizati de programul specializat. O interventie a unui etaj analogic sau digital poate altera semnalele si poate duce la imposibilitatea de a opera modurile digitale in conditii optime. Desi robustetea modurilor digitale este intrinseca, este de preferat, cred eu, ca alterarile sa aiba loc exclusiv pe calea de propagare si nu in echipamentul propriu zis. Ca o recomandare cu caracter general, inainte de a stabili locurile de conexiune audio cu transceiver-ul, studiati cu atentie manualul furnizat de producator. Cu certitudine, in acel manual exista o pagina in care se prezinta conexiunile precum si semnificatia pinilor mufei respective.
Interfata
Cu toate ca, intre calculator si transceiver se pot realiza conexiuni directe (in curent continuu), o mica investitie in acest dispozitiv se dovedeste utila, mai ales cand alimentarea transceiver-ului se realizeaza in comutatie. Motivatia majora a acestei interfete este separarea celor doua mase (potential zero) ale calculatorului si transceiver-ului. Diferenta de potential apare, de regula, ca urmare a faptului ca transceiver-ul are o impamantare pe antena (sau ar trebui) in timp ce calculatorul are o impamantare (sau nu) dupa cum este conectata priza de alimentare in curent alternativ. In cazul surselor in comutatie, intre cele doua borne de alimentare cu energie electrica este conectata o retea capacitiva destinata reducerii parazitilor in reteaua electrica, acestia fixand un potential ridicat al carcasei. In functie de cum este conectat stecherul fiecarui aparat (Transceiver si PC), intre acestea poate apare o diferenta de faza care se traduce acea diferenta de potential de care scriam mai sus. Aceasta tensiune, in curent alternativ, poate duce la distrugerea unor componente atat ale calculatorului cat si ale transceiver-ului.
In principiu, interfata se realizeaza din transformatoare introduse pe calea de semnal audio si optocuploare pe caile de PTT si COS. Interfata poate fi realizata de orice amator cu un minim de cunostinte de electronica si cu piese care se gasesc fie in magazinele de specialitate fie in “cutia cu maimute” pe care, nu-i asa, fiecare pasionat o are pe langa casa… Mai jos va propun o schema realizata de GM4KGK si care, in afara celor doua cai, audio si PTT mai are si o cale CAT (Computer Aided Tuning). Acest CAT nu joaca un rol necesar in programele de moduri digitale dar este util daca dorim sa comandam transceiver-ul direct din calculator. Programul HRDeluxe, de exemplu, necesita conexiune CAT pentru a putea accesa toate facilitatile oferite de dezvoltatori. Programele mai simple, cum este, de exemplu MixW, pot fi utilizate cu o interfata careia ii lipseste aceasta sectiune CAT.
Nu cred ca este necesara o descriere a schemei, principiul de functionare fiind evident. O precizare se impune cu privire la calitatea celor doua transformatoare: incercati sa nu faceti rabat la calitatea acestora intrucat, de regula, aceste componente pasive pot deteriora esential semnalul audio. Va recomand sectiune de minim 0,5 cm2, cu miez de buna calitate. Din experimentele facute pana acum am constatat ca raportul de transformare nu este critic, putandu-se situa in gama de 1:4-1:20 fara nici o problema semnificativa. Cine are posibilitatea poate incerca sa isi realizeze singur aceste transformatoare desi nu cred ca efortul s-ar justifica! Optocuplorul se poate gasi in unele surse in comutatie, in general in cele externe, nu in cele de calculator sau poate fi chiar improvizat dintr-un LED si un fototranzistor. Mare atentie la cablurile folosite! Ganditi-va ca acestea transfera semnal audio catre un emitator; este bine sa folosim toruri de ferita pe aceste cabluri in vederea reducerii posibilitatii ca semnalul de RF sa perturbe semnalul audio. Sectiunea CAT este realizata cu ajutorul unui circuit MAX232 ce realizeaza adaptarea de nivel intre portul COM (Nivel RS232/+12V/-12V) al calculatorului si portul de CAT al transceiverului (Nivel TTL/0v/+5V). Schema prezentata mai sus functioneaza cu majoritatea transceiverelor Yaesu, Icom, Kenwood, Elecraft etc. Interfata prezentata mai sus pleaca de la premisa ca aveti deja o placa de sunet in calculatorul dvs. si puteti aloca resursele acesteia exclusiv pentru comunicatii digitale. Unele programe, in special cele destinate transmisiunii digitizate a vocii au nevoie de 2 placi de sunet. Din acest motiv, interfetele mai elaborate contin propria lor placa de sunet! Schema prezentata are, totusi, un mare dezavantaj: separarea galvanica nu opereaza pentru CAT!
In atasament gasiti o colectie de programe utile in cazul in care vreti sa incercati sa patrundeti in lumea modurilor digitale pentru radioamatori!
Fisierul este de tip ISO, reprezentand "imaginea" unui CD-ROM cu autostart.
Pentru a descarca atasamentul trebuie sa fii logat pe site!
Articol publicat in revista RadioMagazinYO din luna noiembrie si decembrie 2010.