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sabato 17 aprile 2021

WSPR

Sono ben conscio che esistono sistemi meno invasivi ed invadenti per sperimentare trasmissione e ricezione in WSPR: non c'è certo bisogno di sacrificare un ricetrasmettitore da un migliaio di Euro, capace di trasmettere dai 160 metri ai 23 cm con 100 watt, un'antenna multibanda ed un computer. Ma al momento questo ho e cerco di capire il cosa e il come di questo sistema per me nuovo ed assai intrigante. Se tra un mese mi sarò ridotto a più miti consigli, smonterò tutti i collegamenti e riprenderò la mia attività su e giù per le onde corte "su tutte le frequenze" (come indicava il capitano Kirk dell'astronave USS Enterprise al tenente Uhura, nella famosa saga di Star Trek);


mi sarò fatto altre ed ulteriori esperienze sulla propagazione e sulla disseminazione di segnali digitali, mi sarò cimentato nel collegare questo e quello... ovvero mi sarò divertito un mondo (è proprio il caso di dirlo visto che si ascolta e si collega il mondo con appena 5 watt!) esercitando il mio hobby di radioamatore, che significa per l'appunto fare ricerca e sperimentazione.


Non pago di aver sacrificato un Kenwood TS-570D per fare sperimentazione WSPR in 30 metri, ho deciso di precludermi ogni altra possibile attività in HF dedicando un Kenwood TS-2000 al sistema di trasmissione/ricezione WSPR in 20 metri, per l'esattezza a 14.095600 kHz, con 5 watt di uscita (37dBm) ed un'antenna Create 730v (che risuona su ben 6 bande). Siccome il convertitore logico USB-RS232 è occupato per connettere il computer di stazione con la radio dedicata ai 30 metri, così come l'interfaccia Nomic RigBlaster, mi sono dovuto arrangiare.
Per ovviare al fatto che il computer portatile è dotato di un connettore unico ingresso/uscita audio, ho usato una scheda sonora esterna, dotata di ingresso ed uscita audio separati. In ingresso ho fatto arrivare l'audio del TS-2000 prelevato dall'uscita di cuffia; per l'uscita della scheda sonora ho preparato un cavetto audio che si connette all'ingresso microfonico della radio tramite il connettore a 8 poli. La commutazione ricezione/trasmissione avviene per mezzo del controllo VOX della radio, calibrato alla bisogna nei suoi vari parametri.


Un precedente setup prevedeva l'utilizzo di un vecchio portatile con sistema operativo Windows 7, con ingresso e uscita audio separati, che è stato in esercizio per 36 ore, ma che ha presentato problemi di deriva oraria non da poco; una delle caratteristiche irrinunciabili di certe trasmissioni digitali prevede che tutte le stazioni che trasmettono e tutte le stazioni che ricevono siano in passo con l'ora UTC, sono ammessi scostamenti massimi di circa 2 secondi. Ma il portatile dopo 3/4 ore di funzionamento aveva già perso tre secondi, non era in grado quindi di decodificare più nulla e nessuno più mi decodificava.

Una volta settati i vari parametri di WSJT-X, settato lo slot di trasmissione, verificati i livelli di ingresso e di uscita audio, compilati i vari campi di call, locatore e potenza, settato il programma per la ritrasmissione verso https://pskreporter.info (ma i dati finiscono anche a https://wsprnet.org/ e http://wsprd.vk7jj.com/), settati i parametri del VOX, i livelli di guadagno audio e non so più cos'altro, ho fatto click su Enable TX ed ho aspettato con ansia di vedere i primi segnali WSPR ricevuti in 20 metri e la mia prima trasmissione in WSPR. Anche qui con opportuno strumento ho verificato che i 5W indicati dai settaggi della radio fossero 5W output effettivi.
Per la mia e per la vostra gioia mi sono affrettato a salvare la mappa con le stazioni che per la prima volta in assoluto hanno ascoltato i miei due primi slot di trasmissione. Da non credere...

Una cosa interessante da osservare è la quantità di nominativi strani che sono utilizzati da palloni sonda per telemetria. Nominativi come: Q31TII, Q51CCA, Q51CCB, QT1GWX, QQ8MBS, QR1UZA, QR1TJZ, 069PKX, QQ1HMD, QT8MJW, QL1MRA, QQ8MUF, 0A3ETE, QL1BZ, QN8MGL ed altri. Al momento non ho ancora scoperto a chi appartengono, ma la caccia è aperta.




L'attività in WSPR su 14.095600 kHz (banda 20 metri) è terminata nel pomeriggio del 19 aprile. Come era facile intuire, il blocco totale di ogni tipo di attività, se non quella in VHF e UHF, a favore di questa ultima, curiosa, intrigante, interessante, decisamente spettacolare e coinvolgente, attività in WSPR, non poteva continuare in questo modo. Il mio parco antenne per le HF è limitato, l'attività ha senso se fatta H24 7/7. Così il sistema è stato settato per continuare testardamente l'attività in 30 metri (10.138700 kHz), liberando il dipolo multibanda Create 730v, liberando il PC di stazione, liberando il convertitore logico USB-RS232 e l'interfaccia Nomic RigBlaster, nonché il Kenwood TS-570D, tutte cose che ora sono libere e pronte per altre mirabolanti avventure!

lunedì 12 aprile 2021

WSPR

Mi ha recentemente incuriosito il sistema di trasmissione/ricezione WSPR, acronimo di Weak Signal Propagation Report, che i più pronunciano "whisper", sussurro, proprio per le potenze irrisorie utilizzate e per il "suono" caratteristico. E' un sistema digitale, ideato da John Taylor K1JT nel 2008, fisico e Premio Nobel, molto noto nella comunità dei radioamatori per il vasto contributo nella messa a punto di sistemi di trasmissione e ricezione digitali (JT65, JT9, FT8, FT4, etc.).

Questo sistema di trasmissione utilizza una modulazione digitale 4-FSK, le cui caratteristiche - semplificate - sono mostrate qui sotto:

Ci sono porzioni specifiche su tutte le bande dei radioamatori universalmente dedicate a questo tipo di traffico, come sintetizzato qui sotto: 

Le potenze irradiate sono irrisorie, non più di 5W (37dB), i segnali vengono ricevuti senza difficoltà a distanze incredibili. Non si tratta di effettuare un QSO: nell'arco temporale di 10 minuti, 2 minuti sono deputati alla trasmissione, 8 minuti alla ricezione. Come si legge nella tabella più sopra, la larghezza di banda del segnale è appena di 6Hz e può essere ricevuto fino a -29dB di SNR su 2500 Hz di banda di riferimento.

La foto qui sotto mostra una parte della finestra del programma WSJT-X, dove si vedono i deboli segnali, larghi appunto 6Hz e la larghezza della banda di riferimento (segnalato dalla riga verde tra i numeri 1400 e 1600). 

Dopo un periodo di tempo di solo ascolto mi sono deciso a buttarmi nella mischia ed a dedicare un'antenna, una radio e la scheda sonora del mio PC, ed a diffondere il mio segnale. Setup:

  • Software: WSJT-X
  • RTX: Kenwood TS-570D
  • PWR: 5W
  • Converitore logico USB-RS232 Digicom
  • Interfaccia: Nomic RigBlaster
  • Ant: EndFed di circa 50 metri con Un-Un 9:1 (parte dal balcone di casa al 4° piano e va verso il colmo di un muro di circa 6 metri, direzione 170°, praticamente Sud)
La scelta di questo setup non è casuale. Il Kenwood TS-570D è da tempo utilizzato per i modi digitali, quindi ho interfaccia e cavi di connessione già collaudati; la radio è in grado di trasmettere con una potenza minima di 5W che ho controllato con Wattmetro ed è esatta. La EndFed è l'unica antenna che riesco ad accordare facilmente sulla banda che ho deciso di utilizzare, i 30 metri; inoltre mi mantengo libera la Create 730v ed altre radio, per continuare l'attività di radioamatore in SSB e CW nelle altre bande.

Il programma WSJT-X, come anche altri programmi dedicati a questa attività di WSPR, è in grado di inviare i dati da me ricevuti a dei concentratori presenti sulla rete Internet, che vengono raccolti a formare un corpus visibile ed interrogabile. Tante altre stazioni nel mondo effettuano attività simili, sui 30 metri come su altre bande, e molte di loro inviano i segnali ricevuti, attraverso la rete Internet. Sicché io posso controllare sulla Rete chi ha ricevuto i miei segnali, oltre che controllare i segnali che ho ricevuto (che posso fare anche interrogando il log di stazione che automaticamente archivia tutti i segnali captati).

I risultati non hanno tardato ad arrivare... da una settimana raccolgo in un mio database personale tutti i segnali che ho ricevuto e tutti miei segnali che hanno ricevuto gli altri, ed il corpus di dati è impressionante! Una tal mole di dati si presta a tutta una serie di interrogazioni e di analisi, che solo il tempo e la fantasia possono circoscrivere.

Per intanto ho appurato che i miei segnali, trasmessi H24 7 giorni su 7, a 10.138700 kHz, vengono regolarmente ricevuti da Roger Jamieson ZL1AMI a Turanga, New Zealand che dista ben 18793 Km; dal centro di ricerche antartiche "Neumayer III" DP0GVN a Dronning Maud Land, Antartide; da TF4X a Otradalur, West Fjords, Islanda; da tante stazioni australiane, statunitensi (anche Alaska e Hawaii), Sud Africane...

Insomma: a dispetto delle centinaia e centinaia di Watt che molti radioamatori usano per effettuare i loro collegamenti in SSB, a dispetto delle decine e decine di watt usati per collegamenti in CW, delle poche decine di Watt per collegamenti in digitale (FT8, FT4, etc.) in questa modalità WSPR è possibile farsi ascoltare con pochissimi watt praticamente in tutto il mondo. Al momento sto sperimentando (per i motivi sopraddetti) la sola banda dei 30 metri. Chissà che il futuro non porti novità...

Ci sono almeno due concentratori che possono essere interrogati via Internet. Uno è wspr.rocks gestito da tale Phil Barnard VK7JJ, un australiano di Tasmania che ha messo su un sistema decisamente funzionale. L'altro, forse più conosciuto, è wsprnet.org, altrettanto semplice e funzionale; entrambi mostrano su mappe le stazioni che hanno ricevuto i segnali e/o quelle che sono state ricevute; e altro.

Cosa serve per mettersi all'ascolto? Un ricevitore che non abbia deriva in frequenza, un programma adatto allo scopo. Io ho usato sia WSPR 2.0 che WSJT-X; il primo è specifico per il solo modo WSPR, il secondo permette di decodificare molti più sistemi; e siccome già lo usavo per JT65, FT8 ed FT4, ho continuato ad utilizzarlo con profitto. Occorre che data e ora del proprio computer siano perfettamente sincronizzati con UTC (io uso Net Time).
Cosa si ascolta ad orecchio? Se si è fortunati un segnale simile a questo:


E se si è meno fortunati non si ascolta nulla, ma non significa che la scheda sonora del PC non senta e non decodifichi! Che cosa si legge nella finestra del programma? beh, abbastanza poco, come si vede qui sotto:

A fronte delle informazioni irradiate (nominativo di stazione, locatore geografico, potenza di emissione utilizzata), le informazioni a video sono molto poche: ora UTC del segnale ricevuto, forza del segnale ricevuto espressa in dB su SNR, l'eventuale scostamento dell'orologio del PC rispetto al Tempo Universale Coordinato o UTC, il nominativo del radioamatore ricevuto (su altre bande si ricevono anche i palloni sonda), la sua posizione geografica, la potenza dichiarata, la distanza tra chi riceve e chi trasmette in Km. Alcuni dati sono ovviamente elaborazioni del programma; la distanza è calcolata a partire dal locatore captato, avendo avuto l'accortezza di istruire il programma con il proprio locatore. Basta dunque collegare l'audio del ricevitore all'ingresso della scheda sonora del computer, settare uno dei programmi citati con almeno il proprio locatore (i radioamatori metteranno il proprio nominativo, gli SWL la propria sigla distintiva) e il gioco è fatto. Se poi si usa l'accortezza di settare anche quei parametri che permettono la ritrasmissione in Rete di ciò che si è ricevuto, si potranno interrogare i concentratori sopra segnalati per sapere chi ha lanciato il segnale ricevuto, magari visualizzandolo su una mappa.

Per trasmettere ovviamente ci vuole qualche accortezza in più, ma i radioamatori che mi leggono sapranno sicuramente cosa e come fare, specie se usano già altri sistemi di trasmissione digitale. In ogni caso i programmi segnalati hanno delle istruzioni e la rete Internet è prodiga di istruzioni e suggerimenti. Un buon punto di partenza è it.wikipedia.org/wiki/WSPR che riporta diversi siti dove raccogliere altre informazioni e suggerimenti. Si veda anche www.cisar.it.

Ed ora un po' di immagini... 


Questo grafico è ottenuto estrapolando dei dati raccolti su foglio Excel. Si tratta della ricezione dei miei segnali da parte della stazione TF4X in Islanda tre le 05:12 UTC dell'8 marzo e le 11:42 UTC del 10 marzo scorsi.

Questo grafico mostra la ricezione dei miei segnali da parte di DP0GVN, tra le 00:12 UTC dell'8 marzo e le 18:44 del 9 marzo scorsi. Si tratta della stazione scientifica Neumayer III a Dronning Maud Land, Antartide.

 

Questa è una mappa estrapolata da WSPRNet.org; sono indicate le varie stazioni di radioamatore che mi hanno ascoltato. Si notino le stazioni in Hawaii ed Alska. Immagine catturata alle 10:30 UTC circa, mostra gli ascolti delle ultime 6 ore.


Qui sopra le mappe costruite da WSPRD.org più o meno nello stesso arco temporale.

Se qualcuno vuole placare la sua sete di curiosità e vedere alcuni file di Excel dal corpus di dati raccolti, ecco qui quelli relativi alle stazioni che mi hanno ascoltato (il nome del file è composto da data in formato 'anno/mese/giorno' - ora UTC ultimo rilievo):

E qui sotto quelli relativi alle stazioni ricevute:

 

domenica 23 luglio 2017

FT8

L'ultima invenzione di K9AN Steven Franke e K1JT Joseph Taylor, premio Nobel per la fisica,  è il sistema digitale chiamato FT8 (dalle iniziali dei due cognomi dei noti radioamatori statunitensi). La notizia appare il 15 luglio sulla pagina https://w5fc.org/2017/07/15/new-digital-mode-from-k1jt-ft8/.

Vi rimando al sito Internet in oggetto, dove potete leggere le caratteristiche e le peculiarità del sistema. Da notare che il tempo di trasmissione di ogni frame è di soli 13,48 secondi, per cui la sincronizzazione tra i due corrispondenti deve essere molto precisa e per la quale cosa l'impostazione dell'ora veramente esatta su ogni PC è essenziale.

Il programma per codifica e decodifica è il già noto WSJT-X nella versione dalla 1.8 a seguire.


I primi risultati sono incoraggianti anche se manovrare tastiera e mouse in pochi attimi è piuttosto problematico. Ma come esistono i cultori del tasto veloce, esisteranno anche i cultori della tastiera veloce... vedrò di fare un po' di pratica.



Qui sotto, estratto dal sito https://pskreporter.info, c'è la lista delle stazioni che mi hanno ascoltato in circa un'ora di attività. Davvero incoraggiante...

TRX Kenwood TS-570D, antenna Create 730v, PWR 35 W, QTH Pinerolo


Buoni contatti, dunque in FT8.

Chi vuole approfondire può proseguire nella lettura...


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Copyright 2001 - 2017 by Joe Taylor, K1JT.


  Release: WSJT-X Version 1.8.0
  -----------------------------

NEW FEATURES IN WSJT-X Version 1.8.0
------------------------------------

1.  New mode called FT8: sensitivity down to -20 dB on the AWGN
    channel; QSOs 4 times faster than JT65 or JT9; auto-sequencing
    includes an option to respond automatically to first decoded reply
    to your CQ.

2.  New mode for accurate Frequency Calibration of your radio.

3.  Improved performance of decoders for JT65, QRA64, and MSK144.
    MSK144 includes facilities for amplitide and phase equalization
    and an "SWL" mode for short-format messages.
    
4.  Options to minimize screen space used by Main and Wide Graph
    windows.
    
5.  Enhanced management scheme for table of operating frequencies, and
    a new set of default frequencies specific to the three IARU
    Regions.
    
6.  Improved CAT control for many rigs, including those controlled
    through Commander or OmniRig.
    
7.  New keyboard shortcuts to set "Tx even/1st" ON or OFF.

8.  A number of (mostly minor) bug fixes and tweaks to the user
    interface.  For example: new behavior for the audio level slider;
    correctly logged QSO start times in certain situations; correct
    control of FT-891/991 and some other radios via rigctld.

At the time of the v1.8.0-rc1 release the following tasks are yet to
be completed:

1.  Updates to WSJT-X User Guide.
2.  Sample files for FT8.
3.  Enhanced FT8 decoding using AP ("a priori") information.
4.  Signal subtraction and multi-pass decoding for FT8.
5.  Option for FT8 to Auto-respond to the weakest responder to your CQ.


Installation packages for Windows, Linux, OS X, and Raspbian can be 
downloaded from the WSJT web site:
http://physics.princeton.edu/pulsar/K1JT/wsjtx.html

Please send bug reports to either wsjtgroup@yahoogroups.com or
wsjt-devel@lists.sourceforge.net.  Such reports should include a full
prescription of steps to reproduce the undesired behavior.  You must
be a subscriber to post to either of these lists.


  Brief Description of the FT8 Protocol
  -------------------------------------

WSJT-X Version 1.8.0 includes a new mode called FT8, developed by K9AN
and K1JT.  The mode name "FT8" stands for "Franke and Taylor, 8-FSK
modulation".  FT8 uses 15-second T/R sequences, provides 50% or
better decoding probability down to -20 dB on an AWGN channel, and 
maintains good performance on Doppler-spread fading channels.  An
auto-sequencing facility includes an option to respond automatically
to the first decoded reply to your CQ.  FT8 QSOs are 4 times faster
than those made with JT65 or JT9.  FT8 is an excellent mode for HF
DXing and for situations like multi-hop E_s on 6 meters, where deep
QSB may make fast and reliable completion of QSOs desirable.

Some important characteristics of FT8:

  - T/R sequence length: 15 s
  - Message length: 75 bits + 12-bit CRC
  - FEC code: LDPC(174,87)
  - Modulation: 8-FSK, tone spacing 6.25 Hz
  - Constant-envelope waveform
  - Occupied bandwidth: 50 Hz
  - Synchronization: 7x7 Costas arrays at start, middle, and end
  - Transmission duration: 79*1920/12000 = 12.64 s
  - Decoding threshold: -20 dB; several dB lower with AP decoding
  - Multi-decoder finds and decodes all FT8 signals in passband
  - Optional auto-sequencing and auto-reply to a CQ response
  - Operational behavior similar to JT9, JT65

We plan to implement signal subtraction, two-pass decoding, and use of
a priori (AP) information in the decoder.  These features are not yet
activated in v1.8.0.

We haven't yet finalized what the three extra bits in the message
payload will be used for.  Suggestions are welcome!

 -- Joe, K1JT, for the WSJT Development Team

martedì 2 maggio 2017

Un paio d'ore in JT

Ho fatto un piccolo esperimento questa mattina, potendo lasciare un computer in ascolto radio sul ricevitore SDR dell'Università di Twente per un paio d'ore, posizionato a 14076 kHz, e decodificando i segnali digitali in modalità JT65 e JT9 attraverso il programma WSJT-X.



Nei settaggi del programma, sotto Network Services, è possibile attivare il PSK Reporter Spotting e quindi inviare i report a pskreporter.info.

La mappa mondiale ha cominciato a popolarsi delle stazioni ascoltate ed in un paio d'ore ecco cosa ne è scaturito:


La stazione più distante è risultata essere quella di YC3BFX, a quasi 12000 km. I Countries ascoltati sono stati 40, eccoli:


Le stazioni ascoltate sono state 427... ascoltare la SDR di Twente è stato come poter disporre di un ottimo ricevitore ed una ancora migliore antenna locale.


La prossima volta vedrò come si comportano altre bande. Ciao!