1

Componentes de sistemas de voz digitales de Radioaficionados. (Un vistazo general de cómo funcionan).

Por Miguel Dario XE1UD

Supongo que muchos radioaficionados a los que les gusta experimentar con los sistemas de radio digital como DMR, YSF, D-Star, P-25 y otros pueden llegar a sentirse frustrados por la cantidad y complejidad de los varios productos, equipos, artículos, y opiniones en diferentes foros de Internet.

Es difícil al principio obtener una buena idea de cómo todos los componentes de los sistemas de voz digital se integran y encajan dentro de las diferentes redes de radioaficionados.

DMR (Digital Mobile Radio) - EcuRed

Una vez que comienzas a trabajar con las diferentes tecnologías involucradas y te vas familiarizando con los diferentes conceptos y modos, descubres como por arte de magia cuan poderosos los medios de radio digital pueden llegar a ser.

La “magia” está basada en la integración de diferentes tecnologías de radio comunicación y sistemas de cómputo conectados por Internet.

Las voces de las comunicaciones digitales viajan sobre las diferentes redes de radioaficionados en forma de ráfagas altamente comprimidas de datos.

Uno de los modos con más crecimiento en la actualidad es DMR. Sin embargo existe más de una sola red DMR de aficionados.

Todo comenzó con la tecnología de Motorola “DMR IP Site Connect”. Los productos Motorola contienen tecnología propietaria que ha definido el comportamiento actual de la voz digitalizada y que eventualmente han generado la estandarización de las comunicaciones principalmente en Europa.

La infraestructura de redes como DMR-MARC son una versión extendida de la tecnología propietaria de Motorola, y esta red en particular fue una de las primeras en tener una amplia difusión entre los radioaficionados de todo el mundo.

Sin embargo existen otras redes de comunicación digital de voz.

D-Star y Yaesu YSF son ejemplos de redes alternas que han desarrollado sus propias versiones de tecnología propietaria con sus propios servidores.

Sin embargo, y utilizando diferentes formas de “puentes” y “pasarelas”, estas tecnologías pueden ser interconectadas para poder comunicarse entre los usuarios de redes diferentes. Las principales diferencias radican en la forma en como las conversaciones y los grupos de conversaciones son administrados, pero como siempre los radioaficionados se las ingenian para hacer que la comunicación sea posibles aun cuando las diferentes tecnologías no lo faciliten.

Sistemas como Brandmeister en DMR son particularmente poderosos, y eso explica en gran medida su popularidad entre los radioaficionados.

Este sistema es en realidad una segunda generación de concepto en cuanto a las redes de voz para radioaficionados por cómo se gestionan y construyen las redes de voz vía radio.

Ahora la pregunta… Como se integran en estas redes los diferentes componentes?

Primer elemento: Pi-Star

Pi-Star hace varias cosas. Conecta tu instalación al Internet, convierte los paquetes de voz entre Internet y los equipos de radio (repetidores dúplex o simples hotspot) y despliega un panel de control lleno de mensajes de información e indicadores acerca del estado de las conversaciones que se encuentran en curso.

Esto se hace en varias “capas” o niveles, la más básica provee una interfase entre los usuarios y las redes de Voz sobre IP (VOIP). Las redes VOIP que conectan directamente a tu equipo son específicas para cada tecnología o protocolo.

Los productos Yaesu únicamente se conectan con servidores compatibles con YSF y utilizan su tecnología propietaria.

El comportamiento de cada tecnología ha sido analizado y clonado, y esto nos permite contar con herramientas de código público que nos permite comunicarnos a través de pasarelas o puentes entre las diferentes tecnologías propietarias de Voz sobre IP.

D-Star es otra tecnología propietaria que ha sido analizada y también clonada.

DMR es una tecnología estándar que fue primero implementada en una familia de productos de Motorola. También fue analizada y clonada, pero este trabajo fue mucho más explorado y a mayor profundidad.

Existen componentes de Pi-Star que hablan directamente con las redes DMR VOIP a través de protocolos estandarizados “IP Site Connect”.

Las redes DMR soportan por si mismas varias caracteristicas implementadas por Motorola. Por ejemplo, DMR-MARC está construida parcialmente por componentes Motorola, y soporta administración remota para repetidores de esa marca. La red Brandmeister hace un uso limitado de esos protocolos, y no los expone directamente a los usuarios.

Los puentes y pasarelas entre las diferentes redes permiten la conexión administrada de comunicaciones entre esas redes. En el caso de Brandmeister, te conectas a un “Master” desde tu Pi-Star instalado en una Raspberry Pi en tu casa vía redes IP, y los servidores interconectados por todo el mundo se hacen cargo del tráfico de paquetes de voz y enrutamiento hacia y desde otras estaciones de radioaficionados y la tuya.

Los “Master servers” convierten los paquetes de voz hacia otros masters de la misma tecnología (DMR a DMR), o a enlaces de otras tecnologías (DMR a YSF por ejemplo).

Pi-Star hace parte de esa magia al conectar hotspots y creando “repetidores” a través del componente MMDVMHOST que se ejecuta dentro de la Raspberry Pi y que sabe como “hablar” con diferentes tipos de radios usando varias tecnologías. Esto es lo que significa “MM” (de ‘Multi Modo’). Y puede manejar paquetes de voz y controlar datos en DMR, D-Star y YSF, así como en P.25 (que es un protocolo de seguridad pública), y en NXDN también (la versión Kenwood de radios digitales).

La Raspberry Pi tiene un sistema operativo Linux y el software se ejecuta en su procesador ARM 32. Existen varias versiones de estas versátiles microcomputadoras de una sola tablilla, y aun las más pequeñas Raspberry Pi Zero W tienen la potencia suficiente para ejecutar Pi-Star de manera eficiente.

MMDVM es el firmware que controla un dispositivo de RF local, algunas veces llamado “hat” (tablilla de radio) que se conecta directamente encima de una Raspberry Pi a través de pines GPIO, maneja el control de RF y casi siempre tiene integrado un chip de radio definido por software de baja potencia (usualmente 10 mW).

Se han fabricado varios productos que corren MMDVM ya que al ser el “Multi Mode Digital Voice Modem” o modem de voz digital multimodo completamente basado en una plataforma de software abierta, permite que varios experimentadores hagan mejores versiones de estas tablillas continuamente.

Existen varios productos que corren MMDVM o su equivalente. Proyectos abiertos como el Hotspot MMDVM «JumboSpot» tienen competidores comerciales como la tarjeta similar ZumSpot, DVMega, OpenSpot y otros.

Estas tarjetas proveen el modem y el radio o la interfase para radios externos de mayor potencia, y pueden incluso contener la interfase VOIP como en el caso de los OpenSpots.

Se requiere de un “Firmware” para crear la interfase entre el Pi-Star y el radio definido por software que transmite los paquetes de voz al aire y que también permite decodificarlos. Este firmware sabe cómo transmitir los paquetes de datos a través de los diferentes protocolos y se especializa en controlar el chip de radio contenido en las tablillas MMDVM.

Estas tablillas tienen un controlador que prepara las transmisiones de paquetes de voz, administra los paquetes entrantes y prende y apaga el chip de radio incorporado. En las tablillas JumboSpot el controlador está integrado en un procesador que controla el radio transmisor y el receptor, sin embargo existen tablillas controladoras para radios externos que no contienen chip de radio, ya que su función es controlar precisamente a equipos de radio externos de mayor potencia.

JumboSPOT official website: how to connect mmdvm modem to gm300

El radio definido por software depende en gran medida de la precisión del chip de reloj interno, y tiene mucho que ver con la calidad de una tablilla en particular. Si se usa un chip de reloj de alta estabilidad, el comportamiento de la tablilla también será estable y exacto mientras que un chip de baja calidad ocasionara inestabilidad en la operación del radio.

SDR – Radio Definida por Software

Este chip transceptor genera una señal de muy baja potencia que es transmitida por la tablilla de un hotspot directamente a una pequeña antena, pero con solo unos cuantos mili watts es suficientes para poder operar con un radio portátil hasta varios cientos de metros de distancia.

Estos chips tienen la flexibilidad de poder operar con los protocolos de radio digital más comunes como DMR, D-Star, YSF, NXDN y P-25 de una forma barata y sencilla.

Usando estos componentes de bajo costo y el software de uso libre es posible armar hotspot eficientes y versátiles, sin embargo existen algunos inconvenientes que vale la pena mencionar: La mayoría de los radios digitales requieren de gran precisión al centrar las frecuencias de transmisión y recepción. Y cada radio tiene una ligera variación de algunos ciclos (o hasta cientos de ciclos) basados en las tolerancias de sus componentes, lo cual significa que un radio portátil puede estar un poco “desviado” de la frecuencia exacta de RF central del hotspot.

En los radios más caros, los receptores incluyen un «Automatic Frequency Control» o control automático de frecuencia que auto ajusta el centro de la frecuencia recibida, y la mayoría de los JumboSpots no tienen implementado este circuito AFC.

Esto significa que si la señal recibida está ligeramente fuera de frecuencia se generaran errores de tipo «Bit Error Rate» o BER. Sin embargo Pi-Star cuenta con una herramienta de ajuste que permite centrar estas pequeñas desviaciones de frecuencia al ajustar los parámetros «RXOffset» y «TXOffset» y minimizar los errores para una tablilla de radio en particular.

Con estos ajustes o calibraciones, se puede lograr un BER debajo del 1% lo cual es bastante aceptable. La herramienta se llama «MMDVMCAL» y está incluida dentro del Pi-Star.

Espero que esta breve reseña los ayude a comprender las relaciones entre los componentes y nuevos conceptos que encontraran al iniciarse en el uso de los modos digitales de voz para radioaficionados.

Mario

Amante de la radio.

Un comentario

  1. Excelente artículo,ayuda mucho en la comprensión de estos nuevos modos digitales, sería beneficioso para los que estamos indicándonos en este campo otro artículo con instrucciones operativas de cada modo es decir como operarios en la práctica. Muchas Gracias 73s.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *