Señales FSK – Segunda Parte

Tony Paredes

Continuando con nuestra serie de artículos técnicos, tenemos aquí la segunda parte de “Señales FSK” donde trataremos de explicar algunos aspectos menos conocidos de estas señales, pero que en definitiva hacen a la cuestión para completar la introducción a las mismas. De esta forma iniciamos a quienes tengan interés en profundizar en el estudio de las señales FSK y MFSK.

Senãles sincrínicas y asincrónicas (Coherentes – No Coherentes)

Las señales FSK pueden ser emitidas en forma sincrónica o asincrónica. Sincrónica significa que la fase de marca o espacio está en relación (en fase) con una referencia (clock).Para que el cambio de marca a espacio y viceversa esté continuamente en fase con el clock (glitch free), la desviación (shift) y la velocidad (baudrate) deben Inter-relacionarse. Una señal FSK sincrónica que tenga una desviación en Hz igual a un múltiplo entero exacto de la velocidad de transmisión en baudios, es la forma más común de FSK coherente (sincrónica).

Mientras la FSK coherente tiene un mejor comportamiento frente a errores, la FSK no coherente es más simple de generar y es usada en la mayoría de las transmisiones FSK. La FSK no coherente no tiene ninguna especial relación de fase entre los consecutivos elementos de marca y espacio. (Fig.3)

Muchos diferentes códigos son usados para transmitir datos con señales FSK. Como ya hemos dicho, en las señales FSK sincrónicas, la transición marca – espacio y espacio – marca, están en sincronismo con un clock de referencia. Las señales FSK asincrónicas no requieren de un clock de referencia pero en cambio necesitan de un arreglo especial de bits para controlar el muestreo (timing) durante la decodificación.

Uno de los más comunes códigos asincrónicos utilizados es el código Baudot de 5 bits, conocido también como ITA-2. Este código incluye, además de los bits de datos, bits de start (release) y bits de stop (latch). En este sistema, originalmente diseñado para máquinas teleimpresoras mecánicas, la decodificación es “retenida” (latched) hasta que un bit de “liberación” (release) es recibido, permitiendo al sistema la interpretación de los siguientes cinco bits como datos. El valor binario de estos cinco bits se corresponde con un carácter del código. (Fig. 4)

En la figura 4 podemos observar las letras “I” y “B” del código Baudot, con sus correspondientes bits de latch y release.

Observe que la emisión finaliza en un bit de latch, por lo tanto el sistema queda así retenido hasta que un bit de release sea recibido. La longitud del bit de latch puede ser muy largo, en especial en los sistemas operados manualmente. Es el caso cuando recibimos un solo tono de los dos de una señal FSK.

Un sistema sincrónico común es el que usa el código Moore (ITA-3). Este código tiene siete bits por carácter y no utiliza bits de latch ni de release. La sincronización es mantenida utilizando un clock de referencia, el cual se obtiene de la propia señal recibida. La sincronización de los caracteres es mantenida enviando periódicamente caracteres sin valor entre los caracteres válidos.

ITA-2 (Baudot)
	Character tables		Bit coding tables
Code combination	Letter shift	Figure shift	Erect 12345	Inverted 12345
1	A	-	11000	00111
2	B	?	10011	01100
3	C	:	01110	10001
4	D	Who are you	10010	01101
5	E	3	10000	01111
6	F	%	10110	01001
7	G	&	01011	10100
8	H	#	00101	11010
9	I	8	01100	10011
10	J	Bell	11010	00101
11	K	(	11110	00001
12	L	)	01001	10110
13	M	.	00111	11000
14	N	,	00110	11001
15	O	9	00011	11100
16	P	0	01101	10010
17	Q	1	11101	00010
18	R	4	01010	10101
19	S	’	10100	01011
20	T	5	00001	11110
21	U	7	11100	00011
22	V	=	01111	10000
23	W	2	11001	00110
24	X	/	10111	01000
25	Y	6	10101	01010
26	Z	+	10001	01110
27	Carriage return		00010	11101
28	Line feed		01000	10111
29	Letter shift		11111	00000
30	Figures shift		11011	00100
31	Space		00100	11011
32	Unperf. tape		00000	11111

ITA-3 (Moore)
	Character tables		Bit encoding tables
Code combination	Letter shift	Figure shift	Erect 1234567	Inverted 1234567
1	A	-	0011010	1100101
2	B	?	0011001	1100110
3	C	:	1001100	0110011
4	D	Who are you	0011100	1100011
5	E	3	0111000	1000111
6	F		0010011	1101100
7	G		1100001	0011110
8	H		1010010	0101101
9	I	8	1110000	0001111
10	J	Bell	0100011	1011100
11	K	(	0001011	1110100
12	L	)	1100010	0011101
13	M	.	1010001	0101110
14	N	,	1010100	0111001
16	P	0	1001010	0110101
17	Q	1	0001101	1110010
18	R	4	1100100	0011011
19	S	‘	0101010	1010101
20	T	5	1000101	0111010
21	U	7	0110010	1001101
22	V	=	1001001	0110110
23	W	2	0100101	1011010
24	X	/	0010110	1101001
25	Y	6	0010101	1101010
26	Z	+	0110001	1001110
27	Carriage return		1000011	0111100
28	Line feed		1011000	0100111
29	Letters shif		0001110	1110001
30	Figures shift		0100110	1011001
31	Space		1101000	0010111
32	Unperf. tape		0000111	1111000
Specials:
Idle signal (Alpha) / phasing signal 1			0101001	1010110
Idle signal (Beta)			0101100	1010011
Repetition signal (RQ) phasing signal 2			0110100	1001011

Frequency Division Multiplex

Varias señales FSK pueden ser emitidas simultáneamente en una banda de frecuencia asignando diferente frecuencias centrales a cada una de las señales. Este método de transmisión es llamado FDM. Varias señales de audio de FSK son frecuentemente combinadas para luego ser emitidas por un transmisor de banda lateral. Esta forma de FDM es llamada VFT (Voice Frequency Telegraph ). Para minimizar el ancho de banda, los canales individuales de FSK tienen usualmente desviaciones angostas de 50 a 200 Hz. Un sistema FDM típico es mostrado en la fig. 5. en donde puede observarse 16 señales FSK cada una con una diferente frecuencia central, todas dentro de un canal de voz de 3 Khz. de ancho.

Como sabemos, la radio en HF está sujeta a diversos factores que alteran la calidad de la comunicación, entre ellos el desvanecimiento por caminos múltiples (multipath fading). La relativamente angosta naturaleza de este fenómeno de fading, causa que solo uno o dos de los canales sean afectados en un momento dado. Como una defensa en contra de este tipo de fading, es una práctica común duplicar los datos en el grupo FDM, es decir, si dos canales separados adecuadamente llevan la misma información, el fading afectará a un canal en particular en un momento dado, pero los datos estarán disponibles en otro canal que no está siendo afectado en ese momento. Usualmente los canales duplicados se intercalan, por ejemplo, 1 con 9, 2 con 10, 3 con 11, etc.

La desventaja de este sistema es que la capacidad de transmisión se reduce a la mitad debido a la duplicación de canales.

Una alternativa a este sistema es el FDM entrelazado. El FDM entrelazado toma ventaja del hecho que tonos de marca y espacio son complementarios. Esto sugiere que la recepción de tonos de marca o espacio solos es suficiente para determinar la transmisión de datos. Si los tonos de marca y espacio son separados por 1 Khz o más, pueden ser luego detectados por diversidad de frecuencia. Para combinar tonos de marca y espacio solos en una única señal FDM, cada par debe ser intercalado con los otros pares. Este sistema es mostrado en la fig. 6

Entrelazando los pares de tonos FSK es posible lograr buena performance contra el multipah fading sin sacrificar la eficiencia en cuanto al ancho de banda, sin embargo este sistema no es muy utilizado debido a la complejidad del demodulador.

DFSK (Double Frequency Shift Keying)

DFSK, algunas veces llamado DFS o TWINPLEX, es un sistema de transmisión de dos flujos binarios independientes corriendo la frecuencia de una simple portadora en cuatro frecuencias discretas. La fig. 7 muestra una tabla de código para convertir dos bits binarios en una salida de cuatro estados.

Si cada uno de estos estados es asignado a una correspondiente frecuencia FSK, luego es posible transmitir cualquier combinación de dos bits de entrada como un elemento simple. La fig. 8 muestra una señal DFSK típica.

Como los dos canales binarios son independientes, pueden contener combinación de señales sincrónicas y asincrónicas.

No es raro tener un teleimpresor en un canal y una señal CW en el otro canal. La sincronización de bits no es necesaria.

En los ejemplos de las figuras 7 y 8, los estados de las salida de A a D son asignados a las frecuencias f1 a f4 respectivamente. Como los sistemas DFSK transmiten solo una frecuencia a la vez, los transmisores trabajan con una mayor eficiencia de potencia que en FDM, los cuales necesitan de una alta linealidad para prevenir la intermodulación de tonos.

MFSK – Multi Frequency Shift Keying

MFSK es una técnica para transmitir datos digitales utilizando múltiples tonos. Diferentes técnicas de MFSK son utilizadas; en paralelo, secuencial y combinación de tonos.

Paralelo: varios tonos son emitidos simultaneamente.

Secuencial: los tonos son emitidos uno a continuación de otro.

Combinación: en secuencia por pares.

En general, las señales MFSK usan separación entre tonos relativamente angosto, entonces gran cantidad de datos pueden ser emitidos en un reducido ancho de banda. Los sistemas MFSK también pueden utilizar técnicas FEC para reducir errores en la transmisión.

Ejemplos de señales MFSK son: Coquelet, Piccolo, Crowd36, Diferentes sistemas MFSK utilizados por los radioaficionados, etc.

Auto-Correlation Frequency

La correlación es una operación matemática que permite cuantificar el grado de similitud entre dos señales, aunque aparentemente no haya evidencias de similitud entre ellas.

En la descripción y el análisis de señales la correlación juega un papel importante teniendo un amplio abanico de aplicaciones: La geología, la medicina y la economía son algunos ejemplos de ellas.

La estimación de retardos en radar y sonar, la detección y sincronización en comunicaciones digitales, el control predictivo de máquinas y procesos, el reconocimiento de patrones, con aplicaciones en procesado de voz y de imágenes, el estudio de entornos acústicos, la estimación espectral o la identificación de sistemas son un ejemplo de aplicaciones de la correlación en el campo de la ingeniería.

La autocorrelación es la comparación de dos secuencias, separadas una cierta “distancia” (en nuestro caso “bits”), de la misma señal.

Al estudiar la autocorrelacion de una señal, podemos comprender la naturaleza de la estructura de bits de la misma y de esta forma saber qué codificación tiene.

En el caso de señales FSK simples, y para ponerlo con palabras sencillas, el ACF indicaría el “régimen de repetición de bits de la señal”

Supongamos una señal FSK de RTTY, el cual, como sabemos utiliza el código ITA-2 de cinco bits.

Tomemos como ejemplo la siguiente linea:

0XXXXX10XXXXX10XXXXX10XXXXX1

Start bit XXXXX (caracter Baudot de 5bit) Stop bit

Sin importar el valor de XXXXX, veremos que esta secuencia tiene un ACF = 7.

En este ejemplo tenemos una señal RTTY en código ITA-2 (cinco bits) más un bit de start al comienzo de cada carácter más un bit de stop al finalizar cada carácter. Es decir que la secuencia encuentra coincidencias CADA 7 BITS, aunque no todos los bits coincidan.

Otros códigos (como el SITOR-CCIR476) tienen propiedades similares. Los sistemas que utilizan FEC (Forward error Correction), por ejemplo el SITOR-B, muestran un ACF igual a la cantidad de bits de diferencia entre las dos copias emitidas. (Ver FEC). Otros sistemas tienen ACF diferentes según el código utilizado, la cantidad de bits de stop, utilización de algún tipo de FEC, inversión de bits, etc.

Las transmisiones encriptadas (codificadas) muestran normalmente un ACF de cero, por ejemplo el sistema NATO KG84, sin embargo es posible encontrar transmisiones igualmente encriptadas que utilizan ITA-2 o algún otro código similar. Esto da un ACF como si no estuviera encriptada.

Esto es solo un ejemplo sencillo de un tema complejo que no necesitamos conocer a la perfección, pero si saber que existe y que se utiliza para la identificación de señales digitales.

Por suerte algunos software utilizados para la decodificación también tienen la posibilidad de analizar el ACF en forma automática.

Entre los programas más conocidos que ofrecen este módulo están: Hoka Code, Skysweep y Centurión.

Es posible obtener el ACF en forma manual (a ojo) extrayendo los unos y ceros de las señales FSK pero esto es un trabajo duro que yo no estoy en condiciones, por el momento, de hacer ni de explicar cómo se hace.

En la figura siguiente podemos observar el Hoka-Code en su módulo de Bit Correlation identificando una señal SITOR-B (ACF=35)

A continuación una breve lista de los modos digitales más usuales y su ACF característico

Baudot (RTTY)	7, 8 ó 15
MIL-STD-188-110A serial modem	20/60
ARQ-E	28/56
STANAG 4285 serial modem	32
SITOR-A	45
SITOR-B	35
ARQ-E3	56
PACTOR-FEC	97/194
GW Dataplex	102/204/231

FEC – Forward Error Correction

Como ya sabemos, hay múltiples factores en HF que pueden afectar la calidad de las comunicaciones; Ruidos, interferencias, desvanecimiento de la señal, entre otros.

Para evitar, o por lo menos disminuir la posibilidad de perder datos, algunos sistemas utilizan técnicas de repetición de bit para que, de esta forma, si se llegara a perder la primera línea de datos, estarán disponibles esos mismos datos un poco más adelante en la transmisión para que luego el programa decodificador los incorpore en el texto en la posición correcta.

Este es el caso de SITOR-B. Otros sistemas utilizan diferentes técnicas FEC.

ARQ – Automatic Repeat ReQuest

Como su nombre lo indica, consiste en que el receptor solicite al emisor en forma automática, la repetición de los últimos datos emitidos.

El modo ARQ más usual que podemos escuchar es SITOR-A, el cual es utilizado por estaciones costeras y barcos, entre otros servicios.

El modo SITOR-A permite establecer contacto entre dos estaciones entre las cuales se intercambian los datos. Mientras la comunicación se lleva a cabo, una estación emite su tráfico en cortos pedazos de datos, agregando algunos bits adicionales que sirven para detectar errores. Mientras esto sucede, la estación receptora analiza los datos recibidos y evalúa si han llegado bien. En este caso emite un corto pulso de datos indicándole a la estación emisora que los datos han sido recibidos correctamente, continuando luego con la siguiente paquete de datos. En caso que los datos hayan sido recibidos con errores, la estación receptora solicita la repetición de los mismos.

En el modo SITOR-A este proceso se lleva a cabo interrumpiendo momentáneamente la transmisión para recibir la respuesta de la otra estación, ya que la comunicación se establece en una única frecuencia.

Artigo publicado mediante autorização do autor. A utilização em qualquer outro meio é expressamente proibida.

CVC

Um QSL ”fácil” pode se tornar em um futuro não tão distante um trofeu precioso. Esta é a síntese deste post. Desde meados da década passada a CVC (que no passado também foi conhecida como Voz Cristã) transmitiu por longas horas em Espanhol e por um bom tempo inclusive com uma programação em Português que incluía até mesmo um programa sobre o Dexismo (alguém aí lembra do “Altas Ondas”?).

Infelizmente o tempo passou e esta foi mais uma emissora a nos deixar. Informações preliminares ao recebimento da confirmação inclusive dão conta do desmonte do centro transmissor de Calera de Tango.

Apesar de já ter o Chile confirmado graças à uma emissora utilitária, este é um país que agora não será tão fácil de confirmarm para quem ainda não o tiver (a não ser que goste do Dexismo Utilitário). Lembro que há anos atrás ignorei uma emissora chilena que captara muito bem (Radio Esperanza, em 6090 kHz) e a oportunidade de um bom QSL se foi. Dessa vez eu não deixei passar.

Fica o conselho: por mais fácil que seja a escuta de uma determinada emissora, se você tiver interesse no QSL não deixe para amanhã. Pode ser tarde demais.

Love FM

Quem está acostumado a sintonizar FMs caribenhas sabe muito bem como é difícil obter a identificação clara de uma emissora. Geralmente o melhor que conseguimos são jingles com locução extremamente rápida. Se aqui nós reclamamos do desrespeito à lei que exige a identificação de hora em hora, lá então…

Esta não é a primeira emissora do grupo Starcom que sintonizo e espero que não seja a última a me responder.

A Love FM foi sintonizada na frequência de 104,1 MHz em Apiaí/SP conforme áudio abaixo:

Modelo de informe em Russo

Martin C. Barry

No último mês prometi que entraria em maiores detalhes sobre os últimos modelos de informes publicados por conta da quantidade apresentada ultimamente. Mas, devido a falta de tempo para gerar material interessante pas a coluna “QSL report” acabei optando por trazer mais um. Este será particularmente interessante para os que buscam confirmações de emissoras da Rússia. Apenas não esqueça dos problemas com o sistema postal de lá, mas isso é assunto para outra oportunidade.

Uvazhayemyj Gospodin,

Ya slushatel radio korotkiye volny (SWL = Shortwave Listener) v ____ [sua cidade] ______ [coordenadas geográficas],  _____ [país]. Kak hobby ya slushayu volny HF. U mienia licencya radio liubitela ____ [seu indicativo].

____ [data] v ____ [hora] GMT ya prinial z udovolstviem vashu pieredachu_______ [indicativo ou nome da estação] v chastote  _____ [frequência] kHz i v systemie ____ [modo].

Dla informacij, kachestvo vashego signala bylo _____ (SINPO). Prinimatelnoye snariazheniye sostoviennoye iz priyomnika ________ [modelo e marca do receptor] antenny _______ [descrição da antena, altura, orientação,...].

Artigo publicado na edição de março de 1996 do boletim do Worldwide Utility News Club. A tradução foi efetuada mediante autorização e a publicação em qualquer outro meio é expressamente proibida.

Ya tozhe sobirayu karty (QSL) stacii kotorych ya slushayu. Mnie budiet ochen’   priyatno pridat’   v moyu kolekcyu kartu vashey stacii. Yesli u vas pro tomu vremia, ya vam budu prizniatelnyj za kontroliu ili etot priyom tochnyj.

Rádio Peking

Esta eu ainda lembro quando se identificava com o referido nome. Um sinal de intervalo bastante semelhante ao que ela usava na época ainda é empregado por algumas emissoras regionais do país.

Q100,7 FM

Seria muito bom se as demais estações do Caribe seguissem o exemplo das instaladas em Barbados. Embora o retorno não ocorra em nível máximo ele certamente é em nível muito bom. Tem me surpreendido também a atenção dada nas respostas recebidas de lá.

PPC e uma carta pessoal bastante detalhadas. Nos dias atuais está de excelente tamanho.

Love FM

Santa Lúcia não é um país novo a ser sintonizado na faixa de FM, entretanto é o que possui o menor número captações: apenas duas emissoras. Arriscarei novamente o informe pois seria um trofeu e tanto em minha coleção.

Em um momento em que o volume de gravações a serem processadas se aproxima do fim estou dando muita atenção à identificação e reportagem das emissoras pois há um bom tempo estou estacionado em 113 países confirmados. Chegar ao final de 2013 com uns 120 seria um número respeitável e que obviamente me alegraria bastante.

A Love FM foi sintonizada na frequência de 103,9 MHz em Apiaí/SP conforme áudio abaixo: