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Modi trasmissivi: dati
Modi trasmissivi: dati
modi-difgitali
Continuous wave (CW)
Onda costante modulata (CW) o telegrafia
Tecnicamente CW non è una modulazione di ampiezza poichè l'ampiezza del segnale è costante, però nel caso di trasmissione digitale, sopprimendo il segnale per indicare 0 e trasmettendo per un 1, si esegue una modulazione di ampiezza, una PAM, pulse amplitude modulation.
Questo metodo di trasmissione consiste nel trasmettere impulsi di portante secondo una sequenza prestabilita.
Il CW utilizza il modo OOK (On-Off Keying) ed é anche il più vecchio e semplice modo di trasmissione digitale: per trasmettere si usa un tasto, per ricevere si usa l'orecchio: con la dovuta pratica si possono demodulare trasmissioni da 5 a 60 parole al minuto (WPM). Per molti radioamatori é il modo principe per "andare in aria" ed é ancora utilizzato per ragioni pratiche, e non di nostalgia.
Trasmissioni molto lente, accoppiate a filtri molto stretti in ricezione possono dare risultati migliori di trasmissioni veloci su filtri larghi, comunque sia, in CW con 5 Watt ed un pezzo di filo come antenna si fa tranquillamente il giro del mondo.
La banda passante occupata da un segnale CW é proporzionale rispetto alla velocità di "manipolazione": velocità elevate richiedono un filtro largo a sufficienza per poter far passare il segnale. La larghezza di banda dipende anche dal tempo di salita e di discesa della portante, nonché dalla sua forma che deve essere arrotondata, altrimenti si vengono a generare delle armoniche che vanno ad inquinare lo spettro per diversi KHz (i famosi "key clicks"). La ARRL (American Radio Relay League) raccomanda che il fronte di salita duri 5 msec; questo soprattutto per poter contenere la larghezza di banda entro i 150 Hz.
L'efficienza del codice Morse é ulteriormente aumentata dall'utilizzo intensivo di abbreviazioni standardizzate per rappresentare le parole comunemente utilizzate, alle quali va aggiunto il "codice Q". Utilizzando questi schemi multipli di abbreviazioni universalmente riconosciute, il CW può trasmettere velocemente informazioni utilizzando pochissima energia RF e occupando una banda che può essere 1/10 di quella utilizzata per una comunicazione in fonia. Vantaggi non da poco !
Infatti in CW sono possibili collegamenti che con altre modulazioni sono assolutamente negativi.
Approfondimenti: http://en.wikipedia.org/wiki/Continuous_Wave
Frequency-shift keying
La frequency-shift keying, in acronimo FSK, è una tecnica o schema di modulazione numerica di frequenza, in cui il segnale modulante sposta la frequenza della portante in uscita da uno all'altro di due valori predeterminati.
Modulazione MSK o CPM
Dato che le frequenze sono scelte a caso non è assicurata la continuità del segnale tra un simbolo ed il successivo. Questo inconveniente causa notevoli problemi in quanto una brusca variazione del segnale crea componenti ad alta frequenza che disturberebbero altri canali di trasmissione. Per rimediare a questi inconvenienti è stata introdotta la modulazione Minimum Shift Keying(MSK) o detta anche Continuous Phase Modulation(CPM). Le due frequenze sono scelte in modo che abbiano una distanza pari a dove T rappresenta la durata del simbolo. Se si potesse determinare con precisione la fase della portante in ricezione si potrebbe ridurre la spaziatura tra le frequenze a . La denominazione CPM indica che vi è continuità di fase tra i diversi simboli mentre Minimum Shift Keying indica che è stato scelto la minima differenza tra le frequenze. Nella figura a destra è riportato un esempio di modulazione CPM.
Approfondimenti: http://en.wikipedia.org/wiki/Multiple_frequency-shift_keying
Modulazione PSK (Phase-shift keying)
la phase-shift keying, in acronimo PSK, è una tecnica di modulazione numerica. L'informazione è codificata nella fase della portante che assume valori discreti in funzione dei bit o della sequenza di bit da trasmettere. Le fasi delle forme d'onda trasmesse sono normalmente equidistanti, per minimizzare la cross-correlazione tra le forme d'onda stesse.
Ovviamente, dividendo i 360° in parti uguali si possono realizzare diversi metodi di modulazione per fase con crescente numero di caratteri.
Approfondimenti: http://en.wikipedia.org/wiki/Phase-shift_keying
PSK31
PSK31 è un modo di comunicazione digitale radioamatoriale introdotto da Peter Martinez, G3PLX, che permette una comunicazione scritta di tipo "chat" tra due o più stazioni. E' quindi simile all'RTTY ma presenta una maggiore immunità agli errori e una banda molto ristretta.
La modulazione adottata è la PSK (Phase Shift Keying), si varia cioè la fase di un segnale audio di +/-180° per rappresentare i livelli logici 1 e 0, si parla in questo caso di BPSK (Binary PSK). Con un symbol rate di soli 31.25 bit/sec corrispondente a circa 50 parole al minuto, più che sufficiente per una normale attività, si riduce la banda passante a meno di 40 Hz. Ne consegue un consistente miglioramento del rappporto segnale/rumore e l'aumento del numero di canali disponibili.
Il PSK31 utilizza una larghezza di banda molto più stretta di quella utilizzata dai radioamatori in qualsiasi altra modalità, fatta eccezione per il CW. Utilizza unicamente la minima ampiezza necessaria per la trasmissione di dati, con un rapporto segnale/disturbo il più alto possibile, giustificando così il suo ottimo comportamento.
Band plan PSK31 in banda HF:
Il piano per l'attività in PSK31 è stato concentrato per fare in modo che parta 150 Hz dal limite inferiore del bandplan IARU per l'RTTY, garantendo circa 100 Hz di separazione tra i canali, espandendosi verso l'alto a seconda dell'aumento di traffico.
Le frequenze qui sotto riportate sono quindi in pieno accordo con il bandplan della IARU per la regione 1, potrebbero esserci differenze con le regioni 2 e 3.
- 1838.150
- 3580.150
- 7035.150 (regioni 1 e 3) 7080.150 (regione 2)
- 10140.150
- 14070.150
- 18100.150
- 21080.150 ( molta attività è presente anche 10 kHz più sotto)
- 24920.150
- 28120.150
Per operare in PSK31 serve generalmente un circuito di interfaccia dati tra radio e personal computer, più un apposito sw in grado di controllare la radio e inviare i dati.
Approfondimenti: http://en.wikipedia.org/wiki/PSK31
Radio Tele Type (RTTY)
RTTY è l’acronimo di Radio Tele Type che letteralmente significa, trasmissione via radio con telescrivente. Per ottenere questa condizione, il segnale d’AF è modulato in AFSK (Audio Frequency Shift Keyng) con due frequenze denominate, una Mark (in genere 2.100 Hz) e l’altra Space. Le trasmissioni dei dati, avvengono a velocità standard diverse; esse sono: 45,45 Baud usati dai Radioamatori: (BAUD è l’unità di misura della velocità trasmissiva dell’informazione codificata che è pari ad un bit/sec.) 50-56, 88-75 Baud usate da agenzie giornalistiche o commerciali: 110-300 Baud usato prevalentemente per la trasmissione in codice ASCII. (ASCII sta per American Standard Code for Information Interchange.) Per ottenere la ricetrasmissione di questi codici le nostre apparecchiature radio sono munite d’apparati ausiliari denominati decodificatori. Il compito del decodificatore in RTTY è quello di convertire le frequenze di Mark e Space in livelli logici di uno o di zero, rispettando le velocità di trasmissione innanzi accennate.
L’ottenimento di questi livelli logici avviene con l’utilizzo dei codici BAUDOT o ASCII. Il codice Baudot utilizza cinque Bit per ogni lettera dell’alfabeto ed a questi vanno aggiunti altri due Bit, un Bit di Start e un Bit di Stop, per un totale di sette Bit:
Es: le lettere A, B, C, … sarebbero così codificate
A = 0 00011 1
B = 0 11001 1
C = 0 01110 1
Il codice ASCII utilizza sette Bit per il carattere a questi vanno aggiunti altri tre Bit di controllo, per un totale di 10 Bit.
Il codice ASCII, a differenza del codice Baudot, è in grado di trasmettere le lettere sia in maiuscolo sia in minuscolo.
Es: le lettere A, a, B, b, … sarebbero così codificate
A = 1000001
a = 1100001
B = 1000010
b = 1100010
Si può notare che le lettere maiuscole iniziano con 10 e le minuscole con 11, mentre i numeri, a differenza iniziano sempre con 01.
1 = 0110001
2 = 0110010
3 = 0110011
Come accennato, a questi sette Bit bisogna aggiungere altri 3 Bit, cioè quello di Start, quello di parità e quello di Stop. Come nel codice Baudot, il Bit di Start è uno 0, seguono i sette Bit del carattere; le lettere vengono chiuse da un Bit di parità e da un Bit di Stop che è sempre uno. Nei Numeri invece, vengono conteggiati il numero dei Bit che lo compongono, se questi sono in numero Pari, il Bit di parità sarà 0 diversamente sarà sempre uno. Vi è da menzionare, infine, che esiste un altro codice ASCII chiamato esteso (codice ISO ad otto Bit), prevalentemente usato nei moderni computer per la decodifica delle Tastiere e dei Video. Chi vuole approfondire la conoscenza di questi codici, può far riferimento a testi che trattano l’informatica. Le velocità standard più utilizzate con i codici ASCII sono i 110 Baud ed i 300 Baud. La velocità usata dai radioamatori è molto bassa (circa 45 bit al secondo), perché il segnale deve propagarsi in condizioni di estrema variabilità. Nell'ambito delle trasmissioni RTTY con le schede audio, è possibile trasmettere in modalità FSK o AFSK.
Nell' FSK (Frequency Shift Keying) le frequenze di mark e di space in trasmissione sono gestite direttamente dall'RTX (che quindi deve disporre del modo "FSK" o "RTTY") tramite un modulatore interno. La ricezione è in ogni caso a carico della scheda audio.
Nell' AFSK (Audio FSK) invece, la gestione del mark e dello space sono demandati ad un oscillatore audio esterno all'RTX, che pertanto non necessita di avere il modo "FSK". Tale funzione è implementata dalle comuni schede audio dei PC (ad esempio la sound blaster, per intenderci) e da software come MMTTY e TrueTTY.
Nell'AFSK i software, grazie all’AFC (Automatic Frequency Control), che modifica le frequenze di mark e di space, sono in grado di "inseguire" e di centrare perfettamente l'interlocutore in maniera del tutto automatica senza la necessità di farlo manualmente con il VFO: questo vale sia per la ricezione sia per la trasmissione.
Questa funzionalità è molto utile sia in chiamata sia quando si risponde, in quanto è sufficiente sintonizzarsi sulla stazione anche in modo molto approssimativo ed attendere (pochissimo) che il programma faccia il resto. L’AFSK ha due aspetti negativi, ed entrambi riguardano l'utilizzo nei contest: infatti, quando il numero di stazioni adiacenti e magari con segnali molto forti è notevole, c'è il rischio di vedersi "sfuggire" il testo dell'interlocutore perchè l'AFC "sente" un altro segnale più forte nei paraggi e si sposta, centrando l'altra stazione: in questi casi bisogna disinserirlo, ricentrare a mano la stazione e chiedergli di ripetere il rapporto... perdendo tempo e vanificando l'unico aspetto positivo dell'AFSK. Il secondo punto a sfavore riguarda i filtri: per poter usare l'AFSK, l'RTX deve essere messo in modo LSB o USB con reverse, se il programma lo permette; il problema è che non tutte le radio consentono di utilizzare i filtri stretti del CW anche in SSB, (mentre in FSK questo è possibile) che sono indispensabili durante il caos dei contest per poter "isolare" un singolo segnale.
Per quanto riguarda l'FSK, lo svantaggio evidente è che l'AFC non è utilizzabile, dato che i toni di Mark e di Space sono "fissi", il che rende indispensabile la centratura manuale del corrispondente per rispondere ad una chiamata.
In conclusione sia l'FSK sia l'AFSK danno ottimi risultati. In definitiva la scelta del modo da utilizzare è soggettiva, e dipende soprattutto dalla radio che si sta usando e dall'affolamento della frequenza che si sta utilizzando.
Packet Radio
Il packet radio è un formato standard di trasmissioni dati utilizzato da molti anni dai radioamatori per scambiare programmi o informazioni digitali attraverso le prorpie apparecchiature ricetrasmittenti. Una stazione operante in packet radio può essere strutturata fondamentalmente in due modi diversi.
Nel caso più semplice si compone di un ricetrasmettitore, un' apparecchio TNC (Terminal Node Controller - terminale controllore di nodo) e un videoterminale.
L'altra composizione classica è quella implicante un ricetrasmettitore, un particolare modem e un computer (generalmente un PC) equipaggiato con un software apposito.
Nel primo caso il terminale è la fonte delle informazioni numeriche mentre il TNC gestisce e controlla la comunicazione, nel secondo, invece, il computer funge sia da fonte di informazioni digitali che da controllore della comunicazione, in quanto, grazie a dei programmi dedicati, invia al modem dei segnali già completi di informazioni ridondanti costituenti il protocollo. In questo caso modem non fa altro che trasformare i segnali binari dalla forma in cui li genera il computer (due livelli diversi di tensione) in forma adatta a modulare una portante radio. Bisogna chiarire, però, che le descrizioni riportate riguardano due casi più semplici e lineari. Molto spesso, infatti nelle stazioni packet i TNC sono collegati a computer in modo da poter effetture anche la trasmissione via radio di file o semplici programmi. Il ricetrasmettitore ha in ogni caso la funzione di modulare e demodulare la portante radio.
Il funzionamento del sistema:
Il sistema packet prevede fondamentalmente la trasmissione di pacchetti composti dai byte dell'informazione che deve essere trasmessa; dal nominativo della stazione trasmittente; dal nominativo della stazione a cui è destinato il pacchetto e da alcuni caratteri di controllo. Per lavorare in packet occorre assolutamente possedere un ricetrasmettitore, poiché per poter ricevere delle informazioni bisogna essere in grado di trasmettere dei segnali di controllo (costituenti il protocollo), utili a connettere un'altra stazione, chiedere la ritrasmissione del pacchetto in caso di errori e a mantenere attiva la connessione nonostante eventuali disturbi del segnale radio. Si afferma quindi che il packet è un sistema di comunicazione ideale, perché grazie al controllo degli errori e alla richiesta di ritrasmissione è impossibile che i dati vengano in qualche modo persi o alterati durante il loro passaggio nel canale di trasmissione.
Dal punto di vista dell'utente-operatore il sistema può essere paragonato ad una rete telefonica. Per effettuare un collegamento tra il proprio elaboratore ed un'altra stazione, infatti, si deve fornire il nome della stazione stessa, paragonabile al numero dell'utente, e a volte anche il nome di un nodo di connessione (ripetitore di dati digitali) paragonabile al prefisso. Come nel caso del telefono, la stazione chiamata può risultare occupata, libera o disattiva.
Il protocollo di comunicazione:
Il protocollo usato nelle trasmissioni packet radio e l'AX25, un codice di comunicazione derivato dall'X25 che è stato emanato dall'ITU (International Telecomunication Union) per normalizzare a livello internazionale le trasmissioni dati a scambio di pacchetto. L'AX25 è ottimizzato per la trsmissione via radio, permette la correzione degli errori tramite un controllo ciclico di ridondanza (CRC) e prevede la trasmissione di alcuni codici che garantiscono una perfetta comunicazione tra diverse stazioni ricetrasmittenti operanti sulla medesima frequenza.
I modem e i TNC:
I modem per packet radio possono essere divisi in due categorie ben definite. I più semplici si limitano a trasformare le informazioni binarie, fornite dal computer come due diversi livelli di tensione, in segnali capaci di modulare una portante radio (modem baycom) mentre i più complessi, contengono circuiterie aggiuntive capaci di gestire autonomamente la comunicazione (interfaccia TNC). In entrambi i casi, per garantire completa compatibilità all'interno del sistema, i livelli logici, vengono convertiti in segnali sinusoidali con le seguenti frequenze (modulazione AFSK):
- 2.200 Hz => LIVELLO LOGICO 0
- 1.200 Hz => LIVELLO LOGICO 1
Il modem del sistema packet oltre a produrre i suddetti segnali li deve poter riconoscere quando sono trasmessi dall'altra stazione ed è chiamato anche a commutare il ricetrasmettitore da ricezione a trasmissione e viceversa quando ciò si rende necessario ai fini della comunicazione.
I ricetrasmettitori:
Il ricetrasmettitore da scegliere per questo tipo di comunicazione radio dipende da che velocità di scambio dati si vogliono raggiungere e da che frequenze si vogliono coprire. Il sistema di comunicazione packet radio si è sviluppato sin dalle sue origini sulle frequenze radioamatoriali delle bande VHF e UHF (da 144,575 a 144,775 MHz e da 433,925 a 435,225 MHz).
Il software:
Anche in questo caso bisogna operare una distinzione tra stazioni che utilizzano le interfacce TNC e quelle che invece si basano su modem tipo baycom. Se la stazione presenta un TNC collegato ad un computer il software utilizzato potrà essere anche molto semplice dovendo solamente inviare al video le informazioni fornite dall'interfaccia e, viceversa, mandare verso l'interfaccia le informazioni lette da tastiera. In realtà, nella maggior parte dei casi, software così elementari vengono sostituti da altri, molto più complessi e potenti, generalmente realizzati dagli stessi radioamatori, che permettono, tra le altre cose, il trasferimento di file e il servizio di posta elettronica. Nel caso si utilizzi il modem baycom il software avrà i delicati compiti di preparare i pacchetti completi di informazioni aggiuntive da mandare al modem e decodificare le informazioni agguntive annesse ai pacchetti ricevuti. Anche programmi di questo tipo sono prodotti da radioamatori e generalmente diffusi in modo gratuito.
Glossario della terminologia Packet Radio
Nei discorsi concernenti il packet radio si utilizzano spesso dei termini o delle sigle che non sempre sono note a tutti:
ASCII : E' l'abbreviazione di American Standard Code for Information Interchange. L'ASCII è un codice digitale riconosciuto a livello internazionale costituito da 7 o 8 bit di informazioni, molto sensibile ad errori dovuti a cattiva propagazione, disturbi (QRM) e disturbi atmosferici (QRN).
AX25: E' un protocollo derivante dall'X25 e utilizzato per le trasmissioni packet radio. Tutti i pacchetti sono costituiti fondamentalmente dai medesimi elementi: nominativo della stazione che li invia, nominativo della stazione che li riceve, informazioni aggiuntive riguardanti il tipo di pacchetto ed un codice di controllo per gli errori chiamato CRC.
AFSK: E' l'abbreviazione di Audio Frequency Shift Keying. L'ASFK è il metodo di modulazione per il quale il modem produce due frequenze audio corrispondenti rispettivamente all'1 e allo 0 e con le quali può essere poi modulata, in frequenza o in ampiezza, una portante radio.
BBS: E' l'abbreviazione di Bulletin Board System. Una BBS non è altro che una stazione packet, in genere attiva per molte ore al giorno, nella quale si possono lasciare dei messaggi personali rivolti ad altri radioamatori (posta elettronica). E', inoltre, spesso a disposizione presso la BBS una banca dati contenente informazioni e programmi prelevabili via radio.
BAUD: E' una delle unità di misura più usate per indicare le velocità di trasferimento dei dati.
BIT RATE: E' la velocità di trasferimento espressa solitamente in Baud o in bit al secondo.
CRC: E' l'abbreviazione di Cyclic Redunancy Check. E' il particolare tipo di controllo di errore utilizzato per i pacchetti del protocollo AX25.
DIGIPEATER: E' una stazione che funge da ripetitore digitale ed è in grado di ricevere dei dati per poi ritrasmetterli in maniera automatica. In pratica si tratta di un ponte radio che permette di far giungere o di ricevere messaggi in zone che altrimenti il nostro ricetrasmettitore non riuscirebbe a raggiungere.
FULL-DUPLEX: E' un sistema di comunicazione che permette di trasmettere e ricevere simultaneamente.
HALF-DUPLEX: E' un sistema di comunicazione dove la trasmissione e la ricezione non avvengono contemporaneamente.
LAN: E' l'abbreviazione di Local Area Network, si tratta cioè di una rete di packet locale.
MODEM BAYCOM: E' l'interfaccia più semplice ed economica che permette l'utilizzo del sistema packet radio.
NODO: E' la stazione radioamatoriale che fa da ripetitore per i dati digitali del packet. Il nodo è un evoluzione del digipeater perchè permette una connessione tra due stazioni lontane mediata e per questo più efficace.
TNC: E' l'abbreviazione di Terminal Node Controller, un interfaccia che assembla e dissassembla i pacchetti in trasmissione e in ricezione.
X25: E' un protocollo di trasmissione emanato dall'ITU per normalizzare la gestione delle reti a commutazione di pacchetto.
Approfondimenti: http://en.wikipedia.org/wiki/Packet_Radio
Olivia
Olivia MFSK è una variante del RTTY, progettato per lavorare in difficoltà (basso rapporto segnale-rumore più propagazione multipath) le condizioni per le bande ad onde corte. Il segnale può ancora essere rcevuto correttamente quando è sepolto 10 dB al di sotto della soglia del rumore (cioè quando l'ampiezza del rumore è poco più di 3 volte quella del segnale). E 'comunemente usato dai radioamatori per trasmettere i caratteri ASCII affidabile su canali rumorosi utilizzando l'alta frequenza (3-30MHz) dello spettro.
Modalità di Olivia sono comunemente noti come Olivia X / Y dove X indica il numero di differenti toni audio trasmesso e Y si riferisce alla larghezza di banda sulla quale sono sparse questi segnali.
Approfondimenti: http://en.wikipedia.org/wiki/Olivia_MFSK
D-STAR
Digital Smart Technologies for Amateur Radio è una modalità di comunicazione digitale in grado di supportare sia traffico dati che traffico voce.
E' stata studiata dal JARL (Japan Amateur Radio League) su indicazioni del governo Giapponese.
ICOM® è la prima casa costruttrice a decidere di utilizzare queste specifiche per lanciare sul mercato una linea di prodotti commerciali D‐STAR destinati ai radioamatori.
Le prerogative del sistema D‐STAR si possono riassumere come segue:
- Modulazione e codifica digitali con buona protezione dagli errori ed interessanti prestazioni anchecon segnali deboli o affetti da fading (uso mobile e portatile).
- Larghezza di canale contenuta - Trasmissione simultanea della voce e di dati a bassa velocità (ad esempio dati di posizione dal GPS,messaggi di testo, telemetria, etc…) nella modalità detta DV
- Trasmissione di dati ad alta velocità (128 Kb/s) nella modalità chiamata DD e fruibile soltanto ingamma 1200 MHz
- Possibilità di utilizzare ripetitori “intelligenti” interconnessi tra loro in tutto il mondo
Approfondimenti: Gruppo D-Star ARI Monza oppure http://en.wikipedia.org/wiki/D-STAR
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