¿Qué son las comunicaciones digitales de radioaficionados? (CDRA)

Se conocen genéricamente por CDRA aquellas que tienen lugar entre máquinas, ordenadores, etc. que utilizan códigos fundamentados en dos estados de los circuitos: conducción/no conducción, designados como SI/NO (ON/OFF) ó “1/0”. Por el contrario las señales generadas por la voz o la televisión analógica, son de tipo analógico, pues las corrientes o tensiones en que se sustentan varían constantemente sus valores recorriendo toda la escala. Es factible convertir una señal analógica a digital para aumentar su capacidad de transmisión y manipulación.

La evolución de los microprocesadores ha potenciado decisivamente las comunicaciones digitales, haciéndolas asequibles tanto a la industria como a los particulares. Ello, unido a la irrupción del ordenador personal, ha permitido a los radioaficionados experimentar una serie de modalidades de comunicaciones digitales algunas de las cuales se han popularizado y extendido notablemente entre el colectivo durante los dos últimos decenios. La apertura al mercado de tecnologías como el DSP (Procesador Digital de Señal) no ha hecho más que potenciar las posibilidades existentes y ampliarnos los horizontes para la experimentación.

Se trata básicamente de mecanografiar la información en el teclado del ordenador, o disponer de la que tenga almacenada, para entregarla a un ingenio especial conocido como modem (modulador/demodulador) que la procesa (modulación) y la entrega a su vez al equipo de radio para su retransmisión a través del éter. O bien, una vez recibida del equipo receptor, a través de la demodulación la facilita al ordenador para su proceso, lectura o almacenamiento.

Debe intervenir además un segundo ingenio que controla el protocolo (lenguaje mas reglas de “juego”) que puede ser relativamente simple o complejo, según la modalidad. Este ingenio puede funcionar como un apéndice del ordenador (generalmente adosado al modem) o bien como un programa especializado del propio ordenador. Tiene por misión encargarse de la correcta interpretación de los caracteres y, en según que casos, de la integridad de la información y del gobierno de la operativa del modem., que a su vez controla al equipo.

Existen diversas formas de modulación. Pero las básicas para comprender el funcionamiento de las comunicaciones digitales son las que se emplean en la operación en Radioteletipo (RTTY) y sus derivados y frecuentemente (aunque no exclusivamente) en Radiopacket (Packet Radio). Ambas conservan en su esencia una gran similitud con la operación en Radiotelegrafía (CW). En esta última se trata de conectar y desconectar una portadora que está (SI/ON) o no está (NO/OFF), en las primeras ésta permanece constantemente durante la transmisión y lo que varía constantemente es la frecuencia que se mueve entre dos, conocidas como MARCA y ESPACIO. La MARCA o estado SI/ON y al ESPACIO le corresponde en estado NO/OFF. A este sistema de modulación se le conoce como manipulación por Dimedesplazamiento de frecuencia, FSK (Frequency Shift Keying) y se usa en SSB.

Cuando la operación tiene lugar en Frecuencia Modulada (FM), lo que varía son los tonos que se utilizan para modular la portadora, empleando uno mas agudo como MARCA, frente a otro mas grave, ESPACIO. A este sistema se le conoce como manipulación por desplazamiento de audio-frecuencia AFSK (Audio Frequency Shift Keying).

Otra forma de modulación es la manipulación por desplazamiento de fase: PSK (Phase Shift Keying). Aquí la marca y el espacio se logran invirtiendo o desplazando la fase. Tiene diversas derivadas como el desplazamiento binario de fase, BPSK (Bynary Phase Shift Keying), QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), etc. Se emplean tanto en la operación en SSB como en FM.

Existen otras formas sensiblemente diferentes de modulación y modalidades que no encajan exactamente con las descritas, pero al tener el común denominador de utilizar microprocesadores y ordenadores para su ejecución, se engloban todas dentro del colectivo genérico conocido como Comunicaciones Digitales.

Radioteletipo (RTTY)

El Radioteletipo es la modalidad más antigua entre los radioaficionados de comunicación digital. Se emplea básicamente en HF. La operación en VHF y superiores es rara y ha sido desplazada últimamente por el Radiopacket o Packet.

Se distinguen varios tipos: el Baudot (o Murray), el ASCII y el AMTOR, y dentro de esta última dos operativas diferentes: ARQ y FEC.

BAUDOT (o Murray)

Se conoce también como Alfabeto Telegráfico Internacional Número 2 (ITA2). Representa cada carácter mediante un grupo de cinco bits, de manera que cada carácter tiene una combinación diferente de bits, por lo que solo existen 32 combinaciones posibles. Todos los textos van en mayúsculas y en las cifras y los signos de puntuación es obligado pasar del juego de letras (LTRS) a cifras (FIGS). Las velocidad de transmisión estándar en HF es de 45 baudios (60 palabras por minuto) con modulación FSK, Pero también se utilizan 50, 56 y 75 (100 p.p.m.) baudios.

ASCII

ASCII significa American National Standard Code For Information Interchange. Corresponde al Alfabeto Internacional Número 5 (IA5). La diferencia con el Baudot es que cada carácter se forma con 7 bits con lo que aumenta el juego de caracteres y se pueden representar mayúsculas y minúsculas y caracteres de control. Este alfabeto fue ideado para el uso con ordenadores y transmisión de datos y es el básico en estos sistemas. La velocidad de transmisión generalmente es de 110 o 300 baudios y modulación FSK, en HF.

Ambos, Baudoy y ASCII no disponen de sistema de detección de errores por lo que si una emisión es interferida o la recepción resulta dificultosa, puede perderse fácilmente información por lo que tiene muy limitada su operación en modo desatendido o automático. Nunca existe la certeza de que el mensaje o el texto ha llegado integro al receptor.

AMTOR

Significa Amateur Teleprinting Over Radio. Procede de una adaptación de Peter Martinez G3PLX del SITOR (Simplex Telex Over Radio). Se empezó a utilizar a principios de los 80. Al igual que el Baudot, representa cada carácter mediante un grupo de cinco bits.

Está pensado para la operación en condiciones adversas en HF (SITOR estaba dedicado al uso marítimo). Es basicamente RTTY pero añadiéndole detección de errores.

La velocidad de transmisión suele ser de 100 baudios, modulación FSK.

Las estaciones que operan AMTOR se clasifican en Informatión Sending Station (ISS) e Informatión Receiving Station (IRS), respectivamente transmisores y receptoras de información. Mas que una clasificación es una información del estado de la estación durante la operativa, cambia de “etiqueta” cuando pasa de transmisor a receptor o viceversa. La estación que origina la comunicación de denomina “master” y la corresponsal “slave”.

Identificadores selectivos de llamada (SELCAL).

AMTOR está diseñado de forma que para su identificación las estaciones utilizan un código de cuatro letras. Esto es incompatible con los indicativos otorgados, por lo que la mayoría de estaciones optan por usar la primera y las tres últimas letras.

FAX

Es una modalidad pensada para la transmisión y recepción de imágenes. Aunque existen modems y programas aptos para transmitir en enlaces terrestres, bien sea por HF como por VHF, y existen frecuencias reservadas, según los planes de banda de la IARU, los radioaficionados la utilizan mayoritariamente para la recepción de mapas y cartas meteorológicas WEFAX (Weather Fax), bien sea procedentes de estaciones comerciales terrestres en HF, como de satélites polares (NOAA, Meteor, Okean, etc.) en 136 MHz o de geoestacionarios (Meteosat, GOES, GMS) en 1.6 GHz.

Existen un formato asequible (no codificado) a los usuarios de baja resolución, llamado ATP (Automatic Picture Transmision), y otros codificados como el llamado HRPT (High Resolution Picture Transmision).

SSTV (Slow Scan TV-Televisión de barrido lento)

Es una modalidad que permite el envío y la recepción de imágenes de calidad a través de enlaces de radio. Se usa sobretodo en HF pero también se registra actividad en VHF y superiores.

Hay diversos procedimientos para codificar imágenes SSTV con el fin de transmitirlas pero la base de todas ellas consiste en “escanear” la imagen dibujando una serie de líneas, de izquierda a derecha, de arriba abajo. Se tramiten cada una de estas líneas mediante variaciones de tono que corresponden a variaciones de brillo. Cuanto mas alto el tono, mas brillo, Para la detección del final de línea existen dos procedimientos: en formato asíncrono se transmite un tono de baja frecuencia de 1.200 Hz. Los otros se basan en patrones de tiempo exactos predeterminados.

Para la retransmisión de imágenes en color, según la modalidad se utilizan partes de cada línea para la información de brillo y color, respectivamente. Otras modalidades utilizan líneas distintas para información de brillo y color.

Según la modalidad aumenta el número de líneas, permitiendo mayor o menor definición. Varia entre 120 (blanco y negro) a 256 (color) en modos asíncronos y entre 240 y 400 en modos no asíncronos.

Es recomendable la lectura del artículo “La SSTV también es una modalidad digital”, de K4ABT Buck Rogers, traducido por EA7FUN, Víctor Spinola y EA7GIB, Blas Cantero, publicado en “CQ Radio Amateur”, nº 149 de 05/1996.

ARQ (Automatic Repeat reQuest)

Es la modalidad A de AMTOR. La estación transmisora (ISS) emite la información en bloques de tres caracteres a la receptora (IRS). Una vez transmitido un bloque, la ISS para a la escucha de la IRS para recibir su “acuse de recibo”. Si la receptora se lo da, transmite tres caracteres mas, caso contrario, los repite hasta que no reciba la conformidad de la receptora. Los tiempos de transmisión y escucha son inferiores al cuarto de segundo por lo que esta modalidad exige un gran esfuerzo a los conmutadores de los equipos que deben ser capaces de aguantar este ritmo.

Esta modalidad se utiliza para contactos entre dos estaciones y no debe servir para llamadas CQ y participación en redes.

Es fácilmente identificable por su sonido característico conocido como “chirp”.

El modo L (listen) se utiliza para escucha y control de la operativa en modo A.

RADIOPACKET (Packet-Radio)

Esta es la modalidad “reina” de la CDRA. para radioaficionados que, desde su aparición ha desplazado a las modalidades anteriores debido a sus mejores prestaciones. Este es un sistema de transmisión de datos, libre de errores y, respecto a los anteriores de “alta” velocidad, muy apto para transferir gran cantidad de datos.

  • Es más rápido que el CW o el RTTY a la máxima velocidad.
  • Está libre de errores.
  • Prevé las colisiones y pérdidas por cambios de propagación o interferencias.
  • Permite la racionalización del espectro compartiendo canal o frecuencia muchas estaciones al mismo tiempo. Con la ventaja sobre el AMTOR que permite coexistir diversas transmisoras y diversas receptoras a la vez.
  • Contempla el uso en red por lo que, estaciones que no dispongan de enlace o condiciones entre sí, pueden contactar utilizando terceras como repetidoras.
  • Permite la operación en “semi” y “full-duplex” y conexiones simples o múltiples, así como con la propia estación.
  • Bajo costo de los materiales (modem, ordenador, etc.) necesarios.

La información transmitida va seccionada en “paquetes” de ahí su nombre. Cada paquete, además de la propia información añade datos sobre dirección, comprobación de errores y control. En la información sobre la dirección se incluyen los indicativos de le estación emisora y de la receptora, así como los de aquellas que, de haberlas, estén siendo utilizadas como repetidoras. Mediante la comprobación de errores, la receptora puede determinar si el paquete le llegó íntegramente. Mediante el control, sabe si algún paquete se ha perdido por el camino. Así, mediante la comprobación de integridad y el control, la receptora, caso de no recibir íntegramente todos y cada uno de los paquetes, pide a la transmisora su repetición.

Con este sistema se asegura que la información, si llega, está íntegra. Y permite que la operativa pueda ser totalmente desatendida (sin la presencia física del operador). De aquí que haya constituido una pequeña “revolución” en el mundo de las CDRA. de radioaficionados y que en ella se hayan basado gran cantidad de herramientas y utilidades de apoyo a la propia actividad, sobretodo en sistemas colectivos de recepción, almacenaje y envío de información.

Los orígenes del Radiopacket se remontan a los años 70, cuando empezó a desarrollarse el protocolo AX.25, basado en el X.25 utilizado en redes telemáticas por cable. Debido al entorno diferente (comunicación por radio en vez de cable) y a su destino hubo que efectuar una notable adaptación. El primer contacto en Radiopacket tuvo lugar en Montreal (Canadá) el año 1.978. Fueron desarrollándose en plan experimental tanto el protocolo como, sobretodo el TNC (Terminal Node Controller), ingenio característico del Radiopacket que gestiona el protocolo y se enlaza con el modem y el ordenador. La idea del desarrollo del TNC nació en Vancouver de la mano del Vancouver Amateur Digital Communication Group (VADCG).

El desarrollo actual de la TNC parte de una conferencia en Tucson (EE.UU.) en el año 81, donde tuvo sus orígenes las asociación más prestigiosa en CDRA. para radioaficionados Tucson Amateur Packet Radio (TAPR). A mediados del 82, Lyle Johnson, WA7GXD y Den Connors, KD2S, habían desarrollado bajo los auspicios de TAPR la TNC-1, que luego daría paso a la versión actual o TNC-2.

El AX.25 Amateur Packet-Radio Link Layer Protocol, Versión 2.0, fijado por Terry Fox WB4JFI, fue adoptado por la ARRL en octubre de 1984.

En enlaces terrestres, la operativa en HF se desarrolla generalmente a 300 baudios FSK, pero también hay cierta actividad a 1.200 baudios PSK. En VHF y superiores lo habitual es operar en FM a 1.200 baudios AFSK, o a 9.600 baudios FSK. En ciertas zonas del Norte de Europa como Alemania y Norteamérica se emplean velocidades superiores (de 19.200 a 64.000 baudios e incluso más). El problema, para alcanzar velocidades superiores a 9.600 baudios, reside en el ancho de banda permitido en los segmentos del espectro atribuidos a radioaficionados, con notables diferencias entre administraciones de un Estado a otro.

En enlaces con satélites se opera en las bandas de VHF y superiores, tanto en FM como en SSB, usando modulaciones muy diversas, aunque las más comunes son AFSK, PSK y BPSK.

Tal ha sido la aceptación en el colectivo, que hoy en día se cuenta con un gran número de usuarios y una red mundial que enlaza estaciones y hace circular mensajería e información entre puntos situados en las antípodas entre sí, en la que intervienen además estaciones especializadas en la función de servidores de Radiopacket (buzones) conocidas como PBBS o BBS (Packet Bulletin-Board System), repetidoras o mixtas (efectuando la doble función de buzón-repetidor), e incluso, satélites de radioaficionado especializados en estos menesteres. Ello ha obligado a las diferentes administraciones estatales, sobretodo en los países más avanzados, a publicar reglamentos específicos y/o a adaptar los existentes a los nuevos requerimientos.

A la par, un gran número de empresas, asociaciones y particulares han desarrollado productos y utilidades para esta modalidad. La investigación se ha dirigido a diversas facetas tales como:

  • Diseño y desarrollo de nuevos equipos, TNC y modems. (G3RUH, Baycom, etc.)
  • Investigación en nuevos sistemas de emisión (Espectro Expandido, etc.).
  • Utilidades informáticas. Destacaríamos la aparición del protocolo de transferencia binaria, YAPP (Yet, Another Packet Protocol) obra de WA7MBL, o los sistemas de servidores (W0RLI, MBL del citado WA7MBL, FBB de F6FBB, PacketCluster de Pavillion Software, etc.)
  • Desarrollo de sistemas repetidores (TheNet, G8BPQ, Rose, FlexNet, etc.)
  • Adaptación de los protocolos TCP/IP (JNOS, TNOS, etc.)
  • Sistema automático de información de posición APRS. (Automatic Packet/Position Reporting System, o Sistema Automático de Información de Posición, es una modalidad de comunicaciones digitales para radioaficionados que combina el uso de mapas y GPS para posicionar en ellos estaciones y objetos, mediante un sistema abierto y transparente, basado en  el protocolo AX.25

Ello ha permitido que hoy en día existan al alcance de cualquier radioaficionado multitud de recursos para utilizar esta modalidad e ir aplicando las frecuentes innovaciones que se producen. Y se ha convertido en una herramienta de soporte casi imprescindible, para radioaficionados dedicados a otras modalidades.

Si en VHF y superiores el Radiopacket, hoy por hoy, parece no tener rival, el resultado es diferente cuando se pretenden mayores velocidades en HF, donde las condiciones son mas complicadas. Las particularidades de las emisiones permitidas a las estaciones de radioaficionado, en lo referente al ancho de banda, potencias utilizables, etc. suponen además, un “handicap” importante. Es por ello que muchos radioaficionados diseñan e implementan nuevos modos de comunicación que intentan paliar esas limitaciones o sus efectos.

PACTOR y PACTOR-II

Pactor es un sistema que viene a superar las limitaciones del Amtor y del Radiopacket en enlaces de HF con deficiente calidad. Originario de Alemania, a medianos de los 90, Pactor es un desarrollo de la casa SCS. Se opera en modulación FSK y permite no solo el juego de caracteres ASCII completo sino también transferencia binaria y adopta la técnica de compresión Huffman. Pactor se opera a 200 baudios y Pactor II tiene su estándar en 1.200. Son compatibles entre sí.

Su robustez en condiciones precarias de enlace hace que Pactor-II vaya desplazando al Radiopacket en HF, convirtiéndose en el estándar de estas bandas para CDRA.

CLOVER y CLOVER-II

Clover fue desarrollado por Ray Petit, W7GHM y lo dio a conocer el año 1.990 con el nombre de “Cloverleaf”, pero quedó el nombre de Clover. Posteriormente otros colegas y la casa HAL aportaron mejoras, hasta la aparición de Clover-II. Utiliza modulación PSK mediante la cual facilita simulación “full-duplex” y alcanza los 750 baudios. Es apto para la operación en HF, especialmente cuando las condiciones son correctas. Necesita transceptores muy estables en frecuencia. Los datos son transferidos automáticamente entre dos estaciones enlazadas. Una característica interesante de esta modalidad es la habilidad para ajuste automático de la potencia de transmisión requerida en los enlaces.

Mas información: artículo “Clover, un campeón de velocidad en todo terreno”, autor: Antonio Alcolado, EA1MW, publicado en “Radioaficionados” (URE), en 03/1996

PSK31

Esta modalidad, en pleno auge, ha sido diseñada por Peter Martínez G3PLX, autor de Amtor, desarrollando una idea de Pawel Jalocha SP9VRC. Se trata de una forma de realizar contactos “teclado a pantalla” similar al RTTY dado que el sistema de corrección de errores empleado en otras modalidades las hacen poco aptas para contactos “operador-a-operador”. Esta es su primera ventaja. Por ello no dispone de un protocolo a nivel de enlace. El emisor y los receptores se sincronizan solos e incorpora corrección de errores. . Se basa en el empleo de un alfabeto de longitud variable (varicode) de 255 carácteres que incorporan al completo el alfabeto ANSI. La velocidad de transmisión es de 31,25 bps y se consigue una velocidad real de 50 p.p.m. Utiliza dos tipos de modulación: BPSK y QPSK. Su otra gran ventaja es que ocupa un ancho de banda de 40Hz a -3Db (el de los otros modos varía entre 300 y 600) por lo que resulta apropiado para condiciones difíciles y la utilización de filtros estrechos.

Se recomienda la lectura de los artículos de G3PLX traducidos al castellano por EA3BLQ, Paulí Núñez y publicados en C.Q. Radio Amateur nº 185 (mayo-99), 186 (junio-99) y sobre el interfaz de usuario PSKGNR, en el nº 188 (agosto-99), obra del mismo EA3BLQ.

MT63, Coherent BPSK, NEWQPSK,…

MT63 está siendo desarrollado por Pawel Jalocha SP9VRC.

Coherent BPSK es un modo desarrollado por Bill VE2IQ y también se utiliza para contactos “teclado a teclado”. Utiliza algo mas de ancho de banda que PSK31.

NEWQPSK diseñado por el mismo autor, bajo una idea de KA9Q, Phil Karn y pretende implementar TCP/IP en HF.

Todas estas modalidades en desarrollo ahora mismo, tienen en común que utilizan la versatilidad de la tecnología DSP y evidencian que la experimentación no cesa y existen amplios horizontes y posibilidades para las CDRA.

 

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