FT8 L'evoluzione digitale dei radioamatori Uno sguardo al futuro
La rivoluzione digitale
nei radioamatori
L'elaborazione digitale dei segnali facilita l'utilizzo di segnali "rumorosi" in diversi tipi di propagazione come la riflessione tramite i meteoriti e le comunicazioni radio Terra-Luna-Terra [EME]. Se i segnali radio analogici vengono convertiti in dati digitali per essere elaborati da un computer, le regole di calcolo del PC determinano le prestazioni del collegamento radio. L'importanza del guadagno dell'antenna e delle apparecchiature radio diminuisce.
Minimalismo nella perfezione
Vengono trasmessi i due nominativi, entrambi i locatori , il rapporto in dB sul rumore e infine la conferma del QSO con RRR, RR73 o 73.
FT8: gli sviluppatori e i loro trucchi matematici per segnali ultra-silenziosi
FT8 prende il nome dalle prime lettere dei cognomi dei due sviluppatori Steven Franke, K9AN, e Joe Taylor, K1JT, per cui il numero 8 descrive il numero di simboli di trasmissione (frequenze) utilizzati nella modulazione FT8, il tipo di modulazione utilizzata, Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK) con 8 simboli. Tuttavia, probabilmente sarebbe appropriata anche la trasformazione di Fourier, in quanto la “Fast Fourier Transformation” [FFT] è il trucco matematico per estrarre i segnali estremamente deboli dal rumore.
Dr. Joe Taylor:
maestro dei segnali radio silenziosi e premio Nobel per le onde gravitazionali
I segnali radio estremamente silenziosi sono la specialità del dottor Joe Taylor, che ha sviluppato metodi di valutazione dei segnali in radioastronomia. Ore di registrazioni del rumore ricevuto dal radiotelescopio di Arecibo a Porto Rico, con un diametro dello specchio di 305 metri, sono state successivamente elaborate e valutate nel laboratorio dell'Università di Princeton utilizzando computer mainframe. Joe Taylor è stato insignito del Premio Nobel per la Fisica per il rilevamento delle onde gravitazionali nello spettro radio dei quasar, calcolato con i suoi metodi di integrazione del rumore.
Dal rumore alla chiarezza: la magia della trasformata di Fourier
Le registrazioni sonore digitalizzate vengono convertite dal dominio nel tempo al dominio di frequenza utilizzando la matematica della trasformazione di Fourier e poi sommate in strette gamme di frequenza di pochi Hertz. In questo modo si ottiene una media del rumore su un periodo di tempo più lungo e si notano più facilmente differenze nell'ampiezza delle gamme di frequenza.
Il PC della stazione radio funziona in questo modo: converte i toni o il semplice rumore della radio in un file WAVE della durata di circa 12 secondi; in meno di 2 secondi i segnali delle stazioni vengono calcolati e decodificati dallo spettro con il metodo della FFT. Si può immaginare che un segnale sull'oscilloscopio, ad esempio un tono sinusoidale, venga convertito in una linea sull'analizzatore di spettro. Prima si ha l'andamento del segnale nel tempo, poi lo spettro e l'ampiezza. Se si integrano queste due informazioni nel tempo, è possibile estrarre questi segnali estremamente deboli tra il rumore.
WSJT: L'evoluzione del software per PC nei radioamatori di Joe Taylor
Con WSJT, Joe Taylor ha sviluppato il primo software per PC nel 2005, inizialmente per le modalità operative per il meteorscatter e per l'EME, WSJT-X nel 2010 ha implementato ulteriori modalità operative. Nel 2017 è stato introdotto FT8, che trasmette 13 caratteri in un periodo di trasmissione di 15 secondi con una larghezza di banda del segnale di 50Hz. Nel 2019 è arrivato FT4, con un tempo di ciclo di 7,5 secondi e una larghezza di banda di 90Hz. FT8 utilizza 8 toni, che corrispondono a 3 bit binari. Il software è open source, altri programmi per PC sono JTDX e MSHV.
FT8: Trasmissione, sincronizzazione e magia dei simboli
Le trasmissioni FT8 hanno 77 bit di informazione, 14 bit CRC e 83 bit di parità, per un totale di 174 bit. Questi vengono convertiti in codice Gray e assemblati in gruppi di tre per ottenere 58 simboli o toni. Sommando le tre matrici Costas, ciascuna con sette bit (21 bit in totale) per la sincronizzazione di start e stop, si ottiene un messaggio FT8 composto da 79 simboli/toni o l'equivalente di 237 bit binari. La differenza di tempo tra la stazione trasmittente e quella ricevente non deve superare +/- 1 secondo, altrimenti il ricevitore non potrà sincronizzarsi correttamente con il segnale del trasmettitore.
Perché l'FT8 è il campione nelle comunicazioni a livello del rumore
In modalità SSB, il segnale dell'altra stazione deve essere maggiore di circa +10 dB rispetto al rumore sulla banda per essere comprensibile. Nella telegrafia Morse, il segnale può anche essere a livello del rumore, in quanto un buon radiotelegrafista CW può comunque sentire un cambiamento nel rumore. A -15 dB sotto il rumore, tuttavia, è la fine. Convertiamo questo dato nella potenza di trasmissione richiesta. Non ci addentreremo nella matematica (il logaritmo di un rapporto di tensione o di potenza), ma dovreste avere in mente alcuni valori: +3dB è il raddoppio della potenza di trasmissione, +6dB = 3dB + 3dB è quindi il quadruplo della potenza. +10dB è un aumento di dieci volte. Se davanti al valore c'è un segno meno, questo numero è al denominatore, cioè -10dB corrisponde a un decimo della potenza. Nel mondo dei decibel si possono fare solo addizioni o sottrazioni.
Se il segnale SSB deve essere 10dB sopra il rumore e il segnale CW può essere -15dB sotto il rumore, la differenza è di 25dB. Se ipotizziamo 26dB, allora possiamo calcolare: 10dB + 10dB + 6dB, o come potenza della stazione remota: 10 * 10 * 4 = 400.
Ciò significa che se la stazione SSB trasmette con 400 watt per essere appena comprensibile, una stazione CW con 1 watt genera un segnale al ricevitore che può ancora essere decodificato. Ora capite perché il CW è ancora praticato. E l'FT8? Lì il segnale può essere di -26 dB sotto il rumore per essere appena decodificabile. Quindi, invece di un segnale SSB da 400W, in FT8 è sufficiente una potenza di trasmissione ridotta di 36dB, ovvero 100mW. Questo è il motivo per cui l'FT8 è noto anche come " radio nel rumore ".
I massimi delle macchie solari e i loro effetti
Poiché attualmente stiamo vivendo il massimo delle macchie solari, che si verifica solo ogni 11 anni, e quindi tutti i continenti sono talvolta udibili nello stesso momento della giornata, un'antenna direzionale non è così vantaggiosa. Le antenne omnidirezionali, come una groundplane o la Cobweb a polarizzazione orizzontale, consentono di ascoltare le stazioni di Africa, Sud America, Asia e Oceania nello stesso intervallo di 15 secondi e di effettuare QSO direttamente uno dopo l'altro. Tutto il mondo in 10 minuti! In una situazione del genere, il lobo della direttiva non sarebbe in grado di riceverli da ogni direzione, perdendone parecchi.
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L'arte del collegamento tra radio e PC
In linea di principio, qualsiasi radio adatta alla SSB può essere utilizzata anche per la FT8. L'ingresso del microfono e l'uscita dell'altoparlante della radio devono essere collegati alla scheda audio del PC. Idealmente tramite trasformatori AF per evitare loop di massa. Tuttavia, una soluzione più elegante è quella di utilizzare i moderni ricetrasmettitori a onde corte dotati di interfaccia CAT e controllati a distanza da WSJT-X tramite questa interfaccia. Il ricetrasmettitore dovrebbe avere anche una scheda audio incorporata, quindi i comandi CAT e i dati della scheda audio TRX possono essere trasmessi tra la radio e il PC tramite un unico cavo USB. Il programma del PC può quindi selezionare le frequenze FT8 memorizzate e iniziare immediatamente la decodifica.
Radio con scheda audio integrata
FT8 in crescita
Gli operatori del sito web Clublog tengono statistiche aggiornate quotidianamente sul numero di QSO segnalati il giorno precedente nei modi operativi CW, SSB, RTTY, FT8, FT4 e altri.
La percentuale di QSO in FT8 ha raggiunto l'80% di tutti i collegamenti negli anni di minimo delle macchie solari, dal 2018 in poi, poiché l'FT8 può guadagnare punti grazie alla sua incredibile sensibilità in cattive condizioni sulle onde corte. Nel 2024, anno di massimo delle macchie solari, la quota è ancora intorno al 75%, con CW e SSB che rappresentano ciascuno il 10-12%.
Prestazioni FT8 sotto controllo
Come per tutti gli altri modi a onda continua, la regola è che la potenza massima del trasmettitore o dell'amplificatore di potenza non deve superare un quinto della potenza PEP per la quale il sintonizzatore, il cavo coassiale o l'antenna sono stati progettati in SSB. Il trasmettitore deve essere pilotato con un livello audio in mdo di iniziare a far intervenire l'ALC dello stesso. Ci si renderà presto conto che una potenza di trasmissione compresa tra 10 e 25 watt è del tutto sufficiente per la maggior parte dei collegamenti.
Etichetta: perché a volte "meno è meglio" quando si tratta di spedizioni
Se siete abituati a essere ascoltati abbastanza rapidamente nel traffico radio mondiale grazie a un sistema d'antenna potente e a un amplificatore di potenza adeguato, questa elevata intensità di campo al ricevitore può essere un ostacolo con l'FT8. Il software WSJT-X può semplicemente ignorare le stazioni che utilizzano una potenza di trasmissione significativamente superiore al necessario, cioè che generano livelli molto superiori a +5 o +10dB, utilizzando un parametro selezionabile. In questo caso, nessuna chiamata sarà utile e si otterrà il proprio turno solo dopo che la potenza di trasmissione sarà stata ridotta.
