Introduccion al Wsjt

Más modos digitales: PARA METEOR SCATTER.

Muchos son los colegas que gustan de cazar ráfagas de “basura” dejadas por los meteoritos para hacer contactos. Es el llamado “METEOR SCATTER”. El uso de este modo requiere transmitir rápidas ráfagas de datos a efectos de aprovechar la duración de las estelas dejadas por los meteoritos. Las
estelas
tienen lugar a más o menos 100 km de altura, y usando las bandas de 50 y 144 Mhz se pueden alcanzar distancias de contacto de 800 a 2250 km.

La revista QST de diciembre de 2001 ya mostró un artículo sobre el nuevo software WSJT (Week Signals communicatios – comunicaciones con señales débiles), de Joe Taylor, K1JT (radioaficionado y presigioso astrofísico de la Universidad de Princeton), desarrollado principalmente para su uso en actividad de Meteor Scatter a alta velocidad (para bandas de VHF y superio- res). Dicho software salió a la luz el año 2001.

Al igual que los modos digitales PSK31, MFSK16 y Hellschreiber, WSJT necesita un ordenador de al menos 75 MHz, con tarjeta de sonido SoundBlaster o compa- tible, y Win95/98, etc.

La versión a la que me refiero es la 1.0, descrita en la revista arriba mencionada. Hoy en día las versiones más modernas del software WSJT usan dos modos digitales de señales: el FSK441 (primero que usó el WSJT) y el nuevo modo JT44.

El modo FSK441 es especialmente adecuado para ráfagas muy cortas de señales débiles aunque audibles, como son las típicas en comunicaciones por meteor scatter.

El nuevo modo JT44 es muy adecuado para señales muy débiles pero que son constantes (y no ráfagas cortas), como son las que se dan en trayectos troposféricos e ionosféricos a altas frecuencias, o en comunicaciones EME (Rebote lunar).

Estos dos modos del software WSJT permiten decodificar señales que se encuentran incluso 10 o más decibelios por debajo de la señal más baja que en CW puede ser audible por el oído humano. Esta gran sensibilidad frente a señales tan débiles es lo que hace a este software muy atractivo para la actividad en meteor scatter troposférico, scatter ionosférico y propagación por rebote lunar (EME). Además, se pueden llevar a cabo QSO terrestres en las bandas desde 50 MHz a 10 GHz.

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

– Requiere el mismo hardware y sistema operativo que otros programas de comunicaciones para radioaficionados, tal como el PSK31, WinMSDSP, etc..
– Usa modulación MFSK de 4 tonos, a 441 baudios.
– Requiere el ancho de banda correspondiente a un canal de voz en SSB.
– El espectro de transmisión es bastante limpio.
– Transmite a la velocidad de 147 caracteres por segundo, o 8820 LPM.
– Convierte desde “pings” apenas audibles a señales bien recibidas a mensajes cortos críticos.

REQUISITOS DE HARDWARE Y SOFTWARE

– Transceptor SSB para una o más bandas de VHF.
– Ordenador PC usando sistema operativo Windows 95, 98, ME. Bajo Windows 2000 y XP parece que trabaja bien, aunque ha sido poco probado
– CPU Pentium 75 MHz o superior.
– Monitor a resolución 800 x 600 o superior.
– Mínimo de 32 MB de memoria RAM y 40 MB de espacio libre en disco duro.
– Tarjeta de sonido Windows-compatible
– Interface Ordenador-transceptor similar a los requeridos por programas que usan la tarjeta de sonido como interface, tales como PSK31, MFSK16, Hellschreiber, etc. Las líneas DTR o RTS de uno de los puertos COM es usado para gobernar la línea PTT del transceiver. Entre las tomas de audio de la tarjeta de sonido y del transceiver se usarán conexiones estándard.

SOFTWARE DISPONIBLE

El software es freeware y est á disponible en los sitios:

http://pulsar.princeton.edu/~joe/K1JT
http://www.vhfdx.de/WSJT
http://www.vhfdx.de/wsjt/ (página de K1JT)

También aquí se accede a otros softwares relaccionados con este programa.

WSJT201.EXE Software WSJT v.2.01, versión completa autoinstalable.
NOTA: Requiere la librería MSVBVM60.DLL para funcionar
(está presente en muchos sistemas Windows)

WSJT_MANUAL.PDF Manual de usuario en formato PDF del software WSJT, en inglés.

TSKY.ZIP Incluye el archivo TSKY.DAT, que es necesario para poder usar el modo JT44 en WSJT.
TSKY.DAT debe de copiarse en el mismo directorio donde se encuentre el archivo WSJT.EXE (una vez instalado WSJT).

EME-QSO.ZIP Conjunto de archivos WAV registrados por GM4JJJ correspondientes a un QSO vía EME con K1JT, usando el modo JT44,
para que puedan ser decodificados usando el software WSJT.

MODO FSK441. DEFINICIONES Y ESPECIFICACIONES

El modo FSK441 fue el primer modo implementado en el software WSJT, contribuyendo a popularizar este software. Es un modo desarrollado para la operación en Meteor Scatter a alta velocidad (HSMS, High Speed Meteor Scatter), en cuyas comunicaciones se reciben ráfagas (“burts” o “pings”) de señales que se transmiten por reflexión en las estelas meteóricas ionizadas que se producen cuando los meteoros que entran en la atmósfera terrestre y se desintegran a alturas en torno a los 100 Km de altura por la fricción con la atmósfera. Las señales recibidas suelen tener una potencia de sólo unos pocos decibelios por encima del ruido natural, y una duración de diez a unos cuantos cientos de milisegundos.

 

FSK441 es un sistema FSK de 4 frecuencias, con una velocidad de modulación de 441 Baudios. Los cuatro tonos usados son de 882, 1323, 1764 y 2205 Hz.

 

Cada carácter se codifica con la transmisión sucesiva de tres tonos, por lo que la duración de cada carácter es de 3/441 segundos (aproximadamente 2.3 ms).

 

El alfabeto usado por FSK441 es un alfabeto potencial de 48 caracteres, de los cuales 43 de sus caracteres son los definidos por Robert Larkin W7PUA
para su software PUA43 (alfabeto PUA43).

 

La siguiente tabla muestra la codificación de los caracteres empleada. Los tonos transmitidos para cada carácter se etiquetan como tonos 0 a 3 para los tonos de 882 a 2205 Hz (en orden creciente de frecuencia).

 

Número de Carácter Tonos Carácter

00 000 [reservado]
01 001 1
02 002 2
03 003 3
04 010 4
05 011 5
06 012 6
07 013 7
08 020 8
09 021 9
10 022 .
11 023 ,
12 030 ?
13 031 /
14 032 #
15 033 Espacio
16 100 $
17 101 A
18 102 B
19 103 C
20 110 D
21 111 [reservado]
22 112 F
23 113 G
24 120 H
25 121 I
26 122 J
27 123 K
28 130 L
29 131 M
30 132 N
31 133 O
32 200 P
33 201 Q
34 202 R
35 203 S
36 210 T
37 211 U
38 212 V
39 213 W
40 220 X
41 221 Y
42 222 [reservado]
43 223 0
44 230 E
45 231 Z
46 232
47 233
… …
63 333 [reservado]

 

Obsérvese que el espacio es codificado con la combinación de tonos 033, y que ninguna combinación de tonos comienza por el tono 3, el de mayor frecuencia, por lo que el carácter de espacio queda correctamente identificado durante una transmisión, al no poder darse una secuencia de tonos 333 durante la transmisión de un texto. La inclusión de caracteres espacio en el mensaje permiten que el algoritmo de decodificación del WSJT permita una sincronización adecuada con el contenido del mensaje. Toda esta estrategia de codificación es uno de los secretos de la alta eficiencia del modo FSK441 en las comunicaciones por meteor scatter.

 

Las combinaciones de tonos 000, 111, 222 y 333 están reservados en el WSJT para mensajes abreviados especiales. Si una de estas combinaciones de un único tono se transmite de forma continuada, se escuchará como la transmisión de un tono continuo puro, y serán fácilmente reconocidos por el oído humano y por el software WSJT. Los mensajes abreviados correspondientes a estas combinaciones son:

 

Tonos Mensaje

000 R26
111 R27
222 RRR
333 73

 

Las abreviaturas R26, R27, RRR y 73 son muy usadas en las comunicaciones

 

HSMS en Norteamérica.

 

MODO JT44. DEFINICIONES Y ESPECIFICACIONES

 

El modo JT44 es un modo muy adecuado para señales muy débiles pero que son constantes (y no ráfagas cortas), como son las que se dan en trayectos troposféricos e ionosféricos a altas frecuencias, o en comunicaciones EME (Rebote lunar).

 

El modo JT44 es un modo multi-FSK que emplea 44 tonos que opera a la velocidad de transmisión de 5.38 Baudios. Está pensado para ser usado en ordenadores trabajando con tarjetas de sonido como inteface con el transceptor, que muestreen las señales a 11025 veces por segundo. (11025/2048 = 5.38).

 

Cada mensaje tiene el tamaño de 135 intervalos, de los cuales 69 transmiten un tono de sincronización, y los 66 restantes son caracteres de datos,
transmitiendo 22 caracteres del mensaje repetidos tres veces. Cada intervalo corresponde a 2048 muestras de audio realizadas por la tarjeta de sonido muestreando a 11025 Hz, y se usa para transmitir un único tono.

 

El tono de sincronización es de 1270.5 Hz ( = 118 * 11025 / 1024 ), mientras que los caracteres usan 43 frecuencias comprendidas entre 1302.8 y 1755.0 Hz (Frecuencia = 11025 * (N + 121) / 1024 , con N = 0 a 42 , valores enteros), asignando una frecuencia a cada carácter. Los tonos de caracteres
consecutivos tienen una diferencia de frecuencia en torno a 10.7 Hz.

 

Los caracteres empleados son las cifras 0 a 9, las letras A a Z (sin distinción de mayúsculas y minúsculas), el espacio y algunos caracteres especiales.

 

JT44 es un modo de comunicación que funciona sincronizado con el tiempo, y establece periodos de transmisión y recepción de 30 segundos,
controlados por el ordenador y sincronizados con la hora UTC (Tiempo Universal Coordinado). El periodo de transmisión se inicia en una de las dos mitades de cada minuto UTC, y a los 30 segundos, se inicia el periodo de recepción. En transmisión el audio comienza a transmitirse 1.0 segundos después del inicio del periodo de transmisión, y la transmisión del audio dura 25.08 segundos (135 interva- los * 2048 muestras, a 11025 Hz).

 

Quedan 3.92 segundos al final del periodo de transmisión que son usados para proporcionar un tiempo de espera para el cambio transmisión/recepción y
estabilización de la recepción. En versiones futuras del WSJT este tiempo será también usado para la transmisión de la identificación de la estación mediante
telegrafía de alta velocidad (no disponible aún en la versión 2.0 de WSJT). Y en comunicaciones por EME (Rebote lunar), este tiempo sirve además para acomodar los retardos de propagación (que son de 2.5 seg.aproximadamente) y aún deja cerca de 1 segundo para corregir errores de reloj.

 

Cada mensaje consta de 135 intervalos, de los cuales se ha dicho que 69 se usan para transmitir el tono de sincronización, y los 66 restantes transmiten los tonos de datos del mensaje. Los intervalos de sincronización y los de caracteres del mensaje se transmiten entremezclados (“interleaving”) siguiendo un patrón pseudoaleatorio de entremezclamiento calculado para tener una buena función de autocorrelación (función que permite al decodificador conocer qué parte del mensaje se está recibiendo en caso de que se pierda parte de éste, por análisis de la secuencia de tonos de sincronización y de datos recibidos).
Esta función de autocorrelación proporciona al modo JT44 acomodarse a situaciones de errores de frecuencia y de reloj relativamente grandes: El programa
permite sincronizarse a señales recibidas con tolerancias de frecuencia de +- 600 Hz, y tolerancia de tiempos de -2.0 a +4 segundos.

 

Las + tolerancias de tiempo que admite el programa están pensadas para dar cabida a los retardos de propagación de las señales en comunicaciones EME, que están en torno a +2.5 segundos, mas los posibles errores de los relojes de la estación +propia y de las estaciones corresponsales. Las tolerancias en frecuencias se introducen para dar cabida a los desplazamientos de frecuencia por efecto Doppler, y a los errores de calibración de las estaciones implicadas en la comunicación.

 

La siguente tabla muestra las frecuencias usadas por el modo JT44:

 

Tono Carácter Frecuencia (Hz)

– sincronismo 1270.5
0 0 1302.8
1 1 1313.5
2 2 1324.3
3 3 1335.1
4 4 1345.8
5 5 1356.6
6 6 1367.4
7 7 1378.1
8 8 1388.9
9 9 1399.7
10 . 1410.4
11 , 1421.2
12 espacio 1432.0
13 / 1442.7
14 # 1453.5
15 ? 1464.3
16 $ 1475.0
17 A 1485.8
18 B 1496.6
19 C 1507.3
20 D 1518.1
21 E 1528.9
22 F 1539.6
23 G 1550.4
24 H 1561.2
25 I 1571.9
26 J 1582.7
27 K 1593.5
28 L 1604.2
29 M 1615.0
30 N 1625.8
31 O 1636.5
32 P 1647.3
33 Q 1658.1
34 R 1668.8
35 S 1679.6
36 T 1690.4
37 U 1701.1
38 V 1711.9
39 W 1722.7
40 X 1733.4
41 Y 1744.2
42 Z 1755.0

 

La siguiente tabla muestra cuál es el patrón de transmisión de los 135 intervalos de tono de cada transmisión:

 

Nota: 0 = Intervalo de tono de datos
1 = Intervalo de tono de sincronización

 

Intervalos Tonos

1-20 : 1,1,1,0,1,0,0,0,0,1,1,1,0,0,1,1,0,0,0,0,
21-40 : 1,0,0,1,0,0,0,1,0,1,0,1,1,1,0,1,0,1,1,1,
41-60 : 1,0,0,1,0,0,1,0,1,1,1,0,0,1,1,1,0,0,0,0,
61-80 : 0,0,1,1,1,0,1,1,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,1,0,
81-100 : 1,0,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,1,0,1,0,
101-120 : 1,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,1,0,0,0,0,0,1,1,0,
121-135 : 1,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,0,1,1,0

 

Usando el modo JT44, éste tiene una sensibilidad a las señales débiles muy elevada. Así, para un ancho de banda de 2500 Hz y para un nivel de ruido dado, mientras una señal de telegrafía (CW) comienza a ser inteligible para el oído humano para una relación señal-ruido de -11 dB, JT44 tiene una sensibilidad límite para sincronizarse para una relación señal-ruido de -29 dB, pudiendo sincronizarse con bastante seguridad para -25 dB. A la práctica eso significa que JT44 puede copiar y decodificar señales tan débiles que el oído no las perciba.

En este modo, la pantalla principal del programa muestra un espectro gráfico con las señales recibidas en el periodo de recepción (30 segundos), mostrando con líneas de tres colores el nivel de la señal recibida (verde), el espectro de la señal mejor candidada para su sincronización (sobre un rango de +-600 Hz respecto a la frecuencia de sincronización de 1270.5 Hz ; línea roja), y la amplitud de la señal sincronizada decodificada, sobre una tolerancia de tiempo de -2 a +4 segundos (línea azul). También muestra en una ventana azul datos sobre la situación de la Luna (Moon) y del Sol (Sun), y la frecuencia con Doppler. En otra ventana muestra líneas de texto correspondientes a los últimos periodos de recepción de 30 segundos, en las que aparecen reflejadas la hora UTC, un indicador de la calidad de la sincronización, la relacción señal/ruido para la señal captada, retardos de tiempo (DT) en segundos y desviación de frecuencia (DF) en hercios, el texto recibido (22 caracteres máximo), y algún dato más. La parte inferior de la pantalla muestra fecha y hora UTC actual, ubicación de la estación (Rejilla Locator o “Grid”), estación corresponsal y una serie de textos preparados seleccionables para ser transmitidos (22 caracteres máximo).