Modalità operative digitali

Modalità digitali — da RTTY e PSK31 a FT8 e FreeDV: collegamenti radio in tutto il mondo con bassa potenza e antenne semplici, grazie alla scheda audio e al software libero.

Modalità di trasmissione quali PSK31, Olivia, JT65 e FT8 consentono collegamenti radio in tutto il mondo già con antenne di piccole dimensioni e bassa potenza di trasmissione. L’ampio elenco dei modi di trasmissione digitali — i cosiddetti “Digimodes” — riflette la storia della tecnologia: dalle telescriventi meccaniche ai primi sistemi assistiti da computer, fino ai moderni algoritmi in grado di decodificare segnali ben al di sotto del rumore di fondo. I metodi originari servivano esclusivamente alla trasmissione di testo; quelli moderni consentono invece di trasmettere qualsiasi sequenza digitale — da qui il termine generico «digimodes».

Nota: una panoramica completa dei digimode presenti sulle onde corte (compresi quelli militari e commerciali), comprensiva di schermate a cascata ed esempi audio, è disponibile sul sito sigidwiki.com — HF Signals.

Il piano di banda della Regione 1 dell’IARU prevede per le modalità digitali segmenti con larghezza di banda fino a 500 Hz, 2’700 Hz e 6’000 Hz — la frequenza deve essere scelta in base alla larghezza di banda di trasmissione. Una parte di questi segmenti è contrassegnata come «stazioni digitali automatiche» ed è riservata a gateway e caselle di posta; in tali segmenti non si dovrebbero avviare QSO individuali. Per la trasmissione di immagini sono previsti appositi centri di attività — si veda Trasmissione di immagini. Nelle bande contrassegnate come CW, il funzionamento digitale non è gradito.

Come si diventa QRV?

Per le modalità operative digitali è solitamente sufficiente un semplice ricetrasmettitore SSB — solo poche procedure richiedono una stabilità di frequenza particolarmente elevata. La modulazione e la demodulazione vengono gestite da un software per scheda audio come FLdigi, DM780 o MixW. Per questo motivo, le modalità digitali vengono anche denominate «modalità operative con scheda audio».

Tra la scheda audio e il ricetrasmettitore è consigliabile utilizzare un’interfaccia per scheda audio: essa regola i livelli, isola galvanicamente entrambi i dispositivi (nel caso ideale, evitando i circuiti di terra) e consente l’attivazione del trasmettitore tramite un segnale del PC o un Vox AF integrato.

Attenzione: si prega di consultare il manuale del ricetrasmettitore per verificare quale potenza di trasmissione sia consentita per le modalità operative digitali («segnale continuo»). In caso di dubbio, ridurre la potenza al 50% della potenza di picco o meno; in caso contrario, l’amplificatore di potenza potrebbe subire danni.

Suggerimenti di lettura:

FT8, FT4, JT65 e JT9

Alla base di questa famiglia c’è WSJT, un programma per computer ideato dal premio Nobel per la fisica Joe Taylor (K1JT). WSJT consente di effettuare QSO anche quando il segnale si trova di molti decibel al di sotto del rumore in un canale SSB largo 2’500 Hz — grazie alla standardizzazione dei contenuti e alla riduzione della velocità di trasmissione. Originariamente concepito per la propagazione troposferica e i collegamenti Terra-Luna-Terra, il metodo ha trovato ben presto applicazione per i QSO QRP sulle onde corte.

  • FT8 — presentato da Joe Taylor (K1JT) e Steve Franke (K9AN) nel giugno 2017. Durata del passaggio di soli 15 secondi, larghezza di banda di 47 Hz. Rispetto a JT9 / JT65 è leggermente meno sensibile, ma quattro volte più veloce. Oggi è la modalità digitale dominante sulle onde corte — si veda la pagina dedicata all’FT8.
  • FT4 — Presentato nel 2019 da Joe Taylor (K1JT) e Steve Franke (K9AN) come variante più veloce, specificamente pensata per le operazioni di contest (parte di WSJT-X). Durata del ciclo di soli 7,5 secondi, larghezza di banda di circa 90 Hz. Leggermente meno sensibile dell’FT8, ma due volte più veloce — ottimizzato per elevate frequenze di QSO.
  • JT65 — 65 toni, larghezza di banda di 175 Hz. Molto sensibile (oltre 10 dB al di sotto del CW), sviluppato per le bande VHF/UHF con intensità di segnale pressoché costante; utilizzato con successo sulle onde corte fin dal 2006 da stazioni QRP.
  • JT9 — 9-FSK, larghezza di banda inferiore a 16 Hz con intervalli di 1 minuto. Originariamente concepito per le onde lunghe e medie; disponibile anche nelle versioni da 2, 5, 10 e 30 minuti per segnali ancora più deboli.

VARA e VarAC

VARA è un potente modem software sviluppato da José Alberto Nieto Ros (EA5HVK), che trasforma la scheda audio in un veloce modem OFDM. Esistono due varianti: VARA HF per le onde corte e VARA FM per il traffico dati veloce tramite ripetitori FM su VHF/UHF. VARA adatta costantemente la velocità di trasmissione e la robustezza alle condizioni di propagazione e raggiunge, sulle onde corte, diverse migliaia di bit/s a seconda della larghezza di banda.

L’applicazione principale è la rete mondiale Winlink per la trasmissione di e-mail senza Internet: in tale contesto, VARA HF e VARA FM hanno ampiamente sostituito i precedenti modem PACTOR e WINMOR. Su VARA HF si basa inoltre VarAC, un’applicazione gratuita per connessioni da tastiera a tastiera (chat in tempo reale, beacon, chiamate CQ automatiche), che negli ultimi anni ha acquisito grande popolarità.

Il software VARA è uno shareware: nella versione base funziona gratuitamente a velocità ridotta; per la velocità di trasmissione massima è necessaria una licenza. VarAC è invece gratuito.

Famiglia PSK

Il PSK31 è diventato così popolare da aver soppiantato l’RTTY dalla posizione di vertice. Soprattutto nella banda dei 20 m, al di sopra dei 14’070 kHz è possibile ricevere stazioni da tutto il mondo praticamente 24 ore su 24. Rispetto al CW, il PSK31 richiede una larghezza di banda inferiore; il filtro DSP stretto del software decodifica i segnali anche quando non si sente praticamente più nulla. Nel diagramma a cascata, spesso diverse dozzine di stazioni si trovano contemporaneamente nel filtro SSB: basta un clic del mouse per selezionare la stazione desiderata.

Le varianti più recenti PSK63 (63 baud) e PSK125 (125 baud) offrono rispettivamente una velocità di trasmissione doppia o quadrupla, ma richiedono in cambio una larghezza di banda doppia o quadrupla e presentano di conseguenza un rapporto segnale-rumore dimezzato o ridotto a un quarto.

Vantaggi: banda molto stretta; popolare in tutto il mondo (partner di QSO sempre disponibili); non richiede un TCXO; QSO QRP a livello mondiale possibili con 5 W. Svantaggi: prevalentemente QSO a lunga distanza («da F1 a F12»), quasi nessun ragchew; nessuna correzione degli errori; a causa della modulazione di fase, è sensibile al fading selettivo e alla ricezione multipath — adatto solo in misura limitata sulle bande 160 m / 80 m e sulle bande VHF/UHF.

Il SIM31 (detto anche SIM-BPSK, di ON4NB et al.) è un recente ibrido tra PSK31 e JT9 con una larghezza di banda di soli 45 Hz (USB). Più resistente alle interferenze e al fading rispetto al PSK31 — particolarmente adatto per QRP/DX. L’MFSK16 (Murray, ZL1BPU) utilizza 16 toni con un intervallo di 15,625 Hz (larghezza di banda totale di 316 Hz) e opera con un FEC effettivo a una velocità di trasmissione netta di 42 WPM. Sensibilità simile a quella del PSK31, ma nettamente meno sensibile agli effetti Doppler.

Olivia

Olivia è stata sviluppata alla fine del 2003 da Pawel SP9VRC — una combinazione di MFSK e di un codice FEC basato sulle funzioni di Walsh. Olivia è in grado di decodificare segnali fino a 15 dB al di sotto del rumore di fondo. Larghezze di banda disponibili: 125, 250, 500, 1’000 e 2’000 Hz; le combinazioni più comuni sono 4/125, 8/250, 8/500, 16/500 e 32/1’000 (toni/larghezza di banda).

Toni / larghezza di bandaBaudWPMSoglia S/N
OLIVIA 32/1’00031,2524,4−12 dB
OLIVIA 16/50031,2519,5−13 dB
OLIVIA 8/50062,529,3−11 dB
OLIVIA 8/25031,2514,6−14 dB
OLIVIA 4/12531,259,8−15 dB
I formati Olivia più diffusi.

Vantaggi: massima tolleranza nei confronti dell’effetto Doppler, del fading, dell’aurora e della propagazione multipla; filtro SSB sufficiente; ideale per i QSO Ragchew (8/500, 16/500, 32/1000); non è necessario un TCXO (una deviazione di frequenza > 100 Hz viene comunque corretta). Svantaggi: diffusione moderata; larghezze di banda superiori rispetto al PSK31.

Modalità classiche e obsolete

Oltre alle modalità operative sopra descritte, sulle bande si osservano occasionalmente altre modalità operative digitali:

  • RTTY — la classica modalità telegrafica. I caratteri vengono codificati a 5 bit, trasmessi tramite FSK con uno spostamento di 170 Hz o 850 Hz a 45,45 baud. Se trasmesso come AFSK tramite un trasmettitore SSB, si parla di metodo AFSK.
  • AMTOR (Peter, G3PLX, 1981) — teletipo radio con elevata affidabilità di trasmissione grazie all’ARQ (Automatic Repeat reQuest) o al FEC. Caratteristico suono «chirp-chirp» dovuto alla rapida commutazione tra trasmissione e ricezione. Oggi ampiamente sostituito dal PACTOR.
  • PACTOR (DL6MAA, DF4KV, a partire dagli anni ’90) — sviluppato appositamente per il traffico dati in onde corte. Il PACTOR-4 raggiunge, con la compressione, una velocità fino a 10’500 bit/s. Ampiamente diffuso come protocollo di trasmissione in WinLink per l’invio di e-mail via onde corte. Richiede uno speciale controller (TNC).
  • WINMOR (ARRL/TAPR DCC 2008) — protocollo di trasmissione ARQ per WinLink che non richiede un costoso TNC — sono sufficienti una scheda audio e un ricetrasmettitore SSB. Fino a 1’300 bit/s con larghezza di banda di 500/1’600 Hz. Software: RMS Express gratuito.
  • MT63 (Pawel SP9VRC) — 64 toni con intervallo di 15,625 Hz, modulati in DBPSK, molto resistente al QRM e al fading. Larghezza di banda da 500 Hz a 2’000 Hz. La trasmissione viene visualizzata con un ritardo fino a 6 secondi — la modalità continua a funzionare senza errori anche se manca il 25% delle informazioni.
  • Packet Radio — protocollo AX.25, derivato dal protocollo commerciale X.25. Sulle bande VHF/UHF solitamente a 1’200 o 9’600 baud, sulle bande a onde corte (KW) solo a 300 baud — sulle onde corte ormai ampiamente soppiantata da altre modalità.
  • DominoEX (Murray ZL1BPU) — basato su MFSK, destinato principalmente alle bande a bassa frequenza (NVIS — Near Vertical Incidence Skywave). Tollera differenze di ritardo fino a 80 ms e una deriva di 200 Hz/min. Lo standard è DominoEX11 (262 Hz, circa 70 WPM).
  • FSQ (ZL1BPU, ZL2AFP, 2015) — «Fast Simple QSO», 33 toni con intervallo di 9 Hz, larghezza di banda di 300 Hz. Con protocollo FSQCALL per la chat con una o più stazioni, la ricezione di file e le richieste di stato. Sensibilità da circa −13 a −16 dB SNR.
  • Contestia (Nick UT2UZ, 2005) — derivato direttamente da Olivia, circa due volte più veloce ma con una sensibilità inferiore di 3 dB. Il suono è quasi identico a quello di Olivia.
  • CLOVER (HAL Communication, 1993) — trasmissione dati a 8 bit con modulazione adattiva; misura le condizioni di trasmissione e adatta automaticamente il formato di modulazione e la velocità di trasmissione dei dati.
  • ROS (José Alberto Nieto Ros) — Procedura CDMA, teoricamente decodificabile fino a −35 dB SNR, ma con elevata larghezza di banda. Negli Stati Uniti, ROS è classificato dall’ARRL/FCC come «spread spectrum» e non è consentito sulle bande KW/2 m.
  • THOR — affine a DominoEX, 18 frequenze tonali in relazione di fase costante, molto robusto per collegamenti RF deboli. Velocità da 14 a 78 WPM con larghezza di banda da 173 a 524 Hz.
  • THROB (Lionel G3PPT) — MFSK a 9 toni, larghezza di banda di 72 o 144 Hz, da 10 a 40 WPM. Suono “Throbharmonika”. Resistente al rumore e alle interferenze impulsive, ma lento.
  • V4Chat — Client da tastiera basato sul modem WINMOR; fino a 55 WPM con una larghezza di banda di soli 200 Hz. Supporta ASCII e UTF-8, nonché le modalità FEC e ARQ. Successore H4 (Hamming Encoded 4FSK) in versione beta.

WSPR — Weak Signal Propagation Reporter

WSPR (si pronuncia come la parola inglese «whisper») è un altro programma di Joe Taylor (K1JT). Il trasmettitore trasmette segnali a banda molto stretta che, grazie a una codifica altamente specializzata, possono essere rilevati e decodificati ben «al di sotto della soglia di percezione» — fino a −28 dB al di sotto del rumore. Destinato principalmente al funzionamento come radiofaro.

Vengono trasmessi il nominativo, il grid locator e la potenza di trasmissione in dBm. Le stazioni riceventi calcolano un valore SNR e trasmettono i dati a wsprnet.org, dove sono disponibili a livello mondiale per studi sulla propagazione e confronti tra antenne. Le potenze di trasmissione sono in genere pari o inferiori a 5 W. In questo modo, anche le stazioni dotate di antenne limitate possono ricevere rapporti di ricezione da tutto il mondo, provenienti da paesi esotici.

Hellschreiber

L’Hellschreiber è stato il primo sistema di trasmissione a stampa diretta di successo, paragonabile al fax. Le lettere vengono trasmesse come piccole immagini in una griglia approssimativa 7×7: sebbene le interferenze possano deteriorare l’immagine, raramente rendono il carattere completamente illeggibile. Questa ridondanza costituisce il vantaggio fondamentale rispetto al classico teletipo (RTTY).

  • Feldhell (1935) — 122,5 baud, larghezza di banda di 360 Hz, quasi-sincrono. Utilizzato durante la Seconda Guerra Mondiale per impieghi mobili sul campo.
  • Siemens GL (1955) — Sistema Start-Stop, 300 baud, frequenza del segnale 1’000 Hz, larghezza di banda 600 Hz. Utilizzato prevalentemente per collegamenti FM VHF privi di interferenze.
  • HELL 80 (1965) — modulazione di frequenza a 1’625 / 1’925 Hz, 315 baud, larghezza di banda di 900 Hz. Trasmissione sicura anche su tratte radio fortemente disturbate.
  • CP-16 (CRAC, 2011) — caratteri cinesi in matrice a 16×16 punti con una larghezza di banda di soli 400 Hz. 2–5 caratteri al secondo.

Oggi è disponibile una serie di programmi gratuiti per schede audio dedicati alla trasmissione in codice Morse. Le frequenze preferenziali (IARU Regione 1) sono 3’584, 7’085, 10’144, 14’063, 18’104, 21’063, 24’924 e 28’063 kHz (frequenze centrali). Anche il radiofaro Aurora DK0WCY è un trasmettitore che trasmette a 10’144 kHz.

FreeDV — voce digitale

FreeDV è un’applicazione GUI open source per Windows, Linux e macOS che, utilizzando qualsiasi radio ricetrasmettitore SSB, trasmette voce digitale («DV» — Digital Voice) a bassa velocità di trasmissione in un canale SSB. Il segnale del microfono viene compresso a 1.400 bit/s (codec 2 di David Rowe, VK5DGR) e modulato su un segnale QPSK con larghezza di banda di 1.100 Hz. A differenza di D-STAR, FreeDV è completamente open source.

Frequenze di incontro

All’interno dei segmenti di banda dei digimode della Regione 1 dell’IARU, le seguenti frequenze di incontro si sono affermate come frequenze operative preferite. Per i digimode viene sempre indicata la «frequenza di sintonia» (portante USB); in molte modalità, i toni effettivamente trasmessi si trovano a 1’400–1’600 Hz al di sopra di essa.

CW (riservata — non sono graditi i digimode): 1’810–1’838, 3’500–3’570, 7’000–7’040, 10’100–10’130, 14’000–14’070, 18’068–18’095, 21’000–21’070, 24’890–24’915 e 28’000–28’070 kHz.

PSK31 (USB) rispettivamente al di sopra di 1’838, 3’580, 7’040, 10’140, 14’070, 18’100, 21’070, 24’920 e 28’120 kHz. I primi ~1 kHz sono riservati preferibilmente al QRP; PSK63 / PSK125 a partire da 2 kHz al di sopra.

SIM31 (USB): 1’839, 3’596, 7’045, 10’142, 14’067 (non conforme al piano di banda), 18’098, 21’100, 24’916, 28’127 kHz.

AMTOR, MFSK16, MT63, OLIVIA, PACTOR, RTTY, THROB ecc. (USB): 1’838–1’842, 3’583–3’600, 7’043–7’050, 10’143–10’150, 14’080–14’099, 18’103–18’109, 21’080–21’120, 24’923–24’929 e 28’080–28’150 kHz. Olivia 32/1000 si riceve principalmente a 14’107,5 kHz (frequenza centrale).

Modalità Hellschreiber (USB, frequenza centrale): 3’584, 7’085, 10’144, 14’063, 18’104, 21’063, 24’924 e 28’063 kHz. Sulla banda dei 20 m, la frequenza di chiamata preferita del Feld Hell Club è 14’063 kHz (fino a 14’069).

FAX/SSTV: 3’735 (LSB; DRM-SSTV 3’733), 7’165 (LSB; DRM-SSTV 7’058), 14’230 (USB; DRM-SSTV 14’233), 21’340 (USB; DRM-SSTV 21’233), 28’680 kHz (USB).

FreeDV (voce digitale): 7’190 e 14’236 kHz (USB).

JT65A (frequenze di selezione, USB): 0,13613, 0,4742, 1’838,0, 3’576,0, 5’357,0, 7’076, 10’138,0, 14’076,0, 18’102,0, 21’076, 24’917 e 28’076 kHz.

JT9 (frequenze di sintonia, USB): 0,4742, 1’840,0, 3’578,0, 5’359,0, 7’078,0, 10’140,0, 14’078,0, 18’104,0, 21’078, 24’919 e 28’078 kHz.

FT8 (frequenze di sintonia, USB): 1’840,0, 3’573,0, 7’074, 10’136,0, 14’074,0, 18’100,0, 21’074, 24’915 e 28’074 kHz — si veda la pagina dedicata all’FT8.

WSPR (frequenze di sintonia, programmate; frequenze di trasmissione 1’400–1’600 Hz superiori): 0,136, 0,4742, 1,8366, 3,5926, 5,3647, 7,0386, 10,1387, 14,0956, 18,1046, 21,0946, 24,9246, 28,1246 MHz, nonché 50,293, 70,091 e 144,489 MHz.

FSQ: 3’588, 5’355, 7’044 e 10’144 kHz (USB). Per gli esperimenti sulle bande più alte si suggeriscono le frequenze 14’074, 18’104, 21’074, 24’924 e 28’124 kHz.

Nota sulle indicazioni di frequenza

Nei digimode vengono sempre indicate come frequenze le «dial frequencies», ovvero la frequenza portante soppressa in modalità USB. I toni generati dal software o dalla scheda audio sono, a seconda della modalità, più alti di 1’400–1’600 Hz; con una frequenza di selezione pari, ad esempio, a 3’572,6 kHz, la trasmissione avviene di fatto a 3’574,0–3’574,2 kHz.