Enseñanza de la pequeña frambuesita (susurrante)

He compartido en entradas anteriores el comienzo de experimentos con el maridaje entre una placa de procesamiento de propósitos múltiples como la Raspberry Pi junto con el sombrero (shield) QRPi de TAPR siendo utilizados en el modo WSPR creado por Joe Taylor (K1JT). Que todo ésto ande junto es un entretenimiento fantástico, que seguramente generará una nota posterior. Que además funcione como un recurso de infraestructura (7x24) es otro entretenimiento fantástico, que también seguramente compartiré en una nota posterior. Lo que quiero compartir ahora son algunas conclusiones, simples pero interesantes, que se pueden obtener con el análisis de los datos obtenidos. El database de observaciones puede bajarse desde WSPRNet.org, es gigantesco y cubre todos los reportes compartidos en todas las bandas donde opera el sistema (virtualmente todas). Sin embargo es un poco difícil cuadrar los datos y hacerlos comparables entre estaciones diferentes. Puedo tomar dos spots entre USA y EU por ejemplo, donde alguno de los actores es diferente y siempre me  quedará la duda sobre si las diferencias de nivel de señal se corresponden con propagación o se trata de alguna particularidad de las estaciones intervinientes. Para solucionar eso puedo tomar todos los spots reportados a una estación en particular, allí la diferencia será la que corresponda a la estación receptora solamente. Puedo reducir el alcance tomando  estaciones receptoras de referencia en distintos puntos geográficos y estudiar la propagación en el "circuito de propagación" (como se lo denominaba antes) entre dos referencias estables.

En la medida que los datos de mi beacon empiezan a ser significativos en volumen es posible hacer ese estudio con mis propios datos, después de todo conozco muy bien uno de los extremos. El beacon opera en 14 MHz con 100 mW (+20 dBm) sobre una antena dipolo rígido orientada en dirección NNO-SSE.

El beacon es rutinariamente reportado por un conjunto de estaciones, de las cuales tomo una representativa de Brasil (PY), Antártida (DP0) y USA Costa Oeste (W6), los resultados de múltiples observaciones puede verse en la tabla adjunta.

Las sucesivas columnas son el promedio de la mejor relación señal a ruido (SNRmax), la peor que es el límite del sistema WSPR (-28 dB, SNRmin), la grilla, distancia y luego un cálculo simplificado de cual debería ser la potencia a utilizar en esas condiciones en SSB y CW para ser audible (condición tomada arbitrariamente como 6 dB de SNR).

Dado que WSPR mide su SNR directamente sobre un ancho de banda de fonía la diferencia para el caso de SSB será entre +6 dB y lo que fuera el máximo, en éste ejemplo 21 dB para PY, 25 dB para DP0 o 31 dB para W6 todas para SSB. En el caso de CW éste modo tiene una ventaja "teórica" sobre el SSB de 10 dB la que se deriva de comparar un ancho de banda de 2700 Hz contra uno de 250 Hz. Esto es muy arbitrario, se puede tomar CW con filtros mucho mas angostos que eso, en concursos rutinariamente uso 100 Hz o menos. Y además la combinación cerebro-oido agrega un filtro aún mas selectivo que mejora la SNR. Pero esas son medidas subjetivas que no tomará en cuenta, bastará para la comparación que el CW tenga una ventaja en SNR de 10 dB sobre el SSB.

Luego se pueden calcular los SNR como en el caso anterior. Teniendo los SNR es posible calcular la potencia que requeriría en CW o SSB para obtener una relación equivalente a la promedio obtenida con WSPR. Puede verse por ejemplo que para obtener una señal audible en SSB cuando el circuito con PY en WSPR es de -15 dB SNR la potencia debería ser de 13W en SSB y 1W en CW. Figuras largamente consistentes con la experiencia práctica. Para un circuito mas complicado, W6 por ejemplo, para obtener un equivalente a -25 dB SNR en WSPR debería utilizar 126W en SSB y 13 W en CW; de nuevo consistente con la experiencia para las geografías involucradas.

Usando el mismo criterio se puede calcular la potencia mínima necesaria en CW o SSB para obtener una relación SNR de 6 dB cuando el sistema WSPR está al límite (-28 dB SNR), el resultado puede verse en el gráfico donde para un beacon WSPR de 100 mW en 14 MHz se grafica cuanta potencia sería necesaria en CW o SSB cuando es reportado en WSPR como distintos niveles de SNR. Entonces si el beacon, que recordemos tiene solo 100 mW,  es reportado como teniendo -28 dB SNR en WSPR para un dado circuito en un dado momento, se necesitan para ese circuito y ese momento 25 W en CW o 250 W en SSB para ser escuchados al limite sobre el ruido (+6 dB SNR), siempre midiendo en términos de potencia irradiada. A medida que la señal mejora en WSPR los requerimientos de potencia se hacen mas modestos en los otros modos; en el extremo cuando el sistema WSPR reporta un SNR de -13 dB bastarán 1 W en CW u 8 W en SSB para trabajar el mismo circuito, claramente potencias del orden de las usadas en QRP!

Para comunicar con la base antártica DP0GVN se necesitarán en los mejores momentos 3 W en CW y 32 W en SSB; finalmente con zona W6 en los mejores momentos se necesitarán 13 W en CW y 126 W en SSB. Notese que en CW las potencias solo son un poco mejores que QRP, mientras que en SSB son bien compatibles con equipos normales de baja potencia. No lo he comparado con otros modos en términos prácticos, pero como una hipótesis de trabajo inicial diría que las condiciones de CW son aplicables a PSK31. Asumiendo que FT8 tiene una performance 8-10 dB peor que WSPR una primer iteración del análisis podría decirse que el circuito debería estar habilitado a igual potencia cuando WSPR reporta -18 dB o mejor o igual SNR con potencia en FT8 10 dB mayor (1W).
Esta es una fantástica referencia para comparar antenas, comparar condiciones, planear concursos y hasta estudiar condiciones de DX con un determinado lugar; y es sorprendente los poquisimos recursos que es necesario poner en juego para habilitar éste tipo de estudios; y lo divertido que es hacerlo, pero eso como dije al principio lo contaré en otra entrada.