QDX de QRP Labs

Bastó que completara una serie de entradas, luego de bastante tiempo sin hacerlo, reflejando la actividad técnica de varios meses alrededor de modificaciones al diseño QCX y su evolución para SSB el μSDX para que Hans Summers (G0UPL) anunciara su nuevo producto el QDX (Digital Transceiver).

En varios sentidos se trata de un aparato revolucionario desde su concepción técnica, al mismo tiempo es notablemente simple.

La recapitulación de la evolución de las distintas placas involucradas en el transceptor QCX y sus derivados (QCX+, QCX-Mini), el firmware revolucionario de Guido (PE1NNZ) que lo habilita para trabajar en SSB (QCX-SSB) y la optimización realizada por Manuel (DL2MAN) entre otros con el uSDX sandwich puede verse en detalle en entradas anteriores de éste blog y siguiendo los respectivos links de referencia.

Por supuesto que el firmware QCX-SSB, como transceptor SSB que es, permite la operación de modos digitales en general y de modos digitales de baja señal en particular. En especial FT8, el que es el modo que ha revolucionado la radio.

Hans tuvo un razonamiento novedoso preguntándose porque es necesario contar con un transmisor de SSB para generar una señal digital como FT8, esa es la manera convencional de hacerlo por cierto, se empieza por el programa WSJT-X, se extrae la señal de audio modulada y se introduce en un transmisor de SSB. Del receptor a la placa de sonido para la decodificación por el programa WSJT-X completando el camino inverso. 

La señal FT8 modulada no tiene información de amplitud, es una modulación de fase (el nombre FT8 deriva de Franken-Taylor PSK 8), por lo que es perfectamente posible emitirla por una cadena que no sea lineal. En el proyecto PixiePi comentado en éste portal utilizo de hecho un transceiver Pixie de CW para emitir en FT8. Sin embargo, el problema es la modulación, como empiezo con una señal de audio y modulo si no es una cadena lineal, como la de un transceiver SSB. Pero implementar un transceiver SSB es costoso, relativamente importante como proyecto y tiene sus propias limitaciones técnicas en cuanto a distorsión, supresión de portadora y supresión de banda lateral no deseada.

La generación de una señal FT8, pero por sobre todo su demodulación, requiere cierto músculo de procesamiento; en definitiva en éste mundo de procesamiento estocástico de señales la capacidad de procesar mas señales en la breve ventana de pocos segundos disponibles termina determinando la sensibilidad del sistema y la capacidad de recuperar señales que están muy profundamente por debajo del ruido en un ancho de banda de fonia. Volvemos al audio inyectado en una PC para el tratamiento.

Hay soluciones relativamente sencillas, el kit D4D de CRKits (reportado en éste blog aqui) aborda el problema manteniendo la PC para generar y demodular las señales pero utilizando un receptor de conversión directa simple para recibir y un transmisor de DSB para emitir. El enfoque es muy simple, pero tiene sus propios problemas (aunque la simplicidad, portabilidad y practicidad del kit ayudan a disimularlos). Uno es el uso de DSB, modo ineficiente y que además es cuestionable puesto que genera una banda lateral que puede interferir fuera de la sub-banda FT8. El receptor de conversión directa es siempre una alternativa interesante de experimentar pero tiene también problemas de mayor ruido, sensibilidad de ruido de modo común y por sobre todo interferencia de la frecuencia imagen. He realizado muchos contactos con éste kit y operarlo en condiciones de portátil tiene sus encantos.

Pero Hans toma un enfoque totalmente diferente, descarta el uso de un transceptor SSB convencional, al menos para transmitir. Para recibir utiliza una arquitectura similar a la del QCX. Para transmitir recibe la señal de audio, producida por cualquier programa de generación de modos digitales por caso el WSJT-X, y mide la frecuencia de la señal. Habiendo detectado la misma altera la frecuencia del DDS Si5351 para que la salida sea a la frecuencia del piloto de banda base (virtual) mas la frecuencia de audio, exactamente lo que haría un proceso de modulación por SSB. 

Si se mide la frecuencia con la suficiente velocidad y se actualiza el DDS en forma acorde la señal de salida es, efectivamente, modulada por la banda base de audio. Pero no hay proceso de creación de SSB involucrado, no hay mezclador balanceado, no hay señal portadora que suprimir ni banda lateral indeseable que retirar.

El truco para hacerlo en forma eficiente no es utilizar, como podría suponerse una transformada rápida de Fourier (FFT), sino mucho mas simple. Básicamente medir el tiempo entre cruces por cero de la señal de entrada. Esa es una forma de medir el período, y la frecuencia es su inversa. Dependiendo de la frecuencia de la señal y la de muestreo ese cruce puede caer entre dos muestras sucesivas, pero si el muestreo es suficientemente rápido de forma que existan muchas muestras (25-30) por cada ciclo se puede aproximar con una cuenta simple la señal senoidal al valor de la señal misma (sin(x)=x), y por lo tanto usar una regla de tres simple para ubicar el cruce exacto. Repitiendo esa cuenta muchas veces y promediando es posible extraer un cálculo de la frecuencia muy preciso y detectar variaciones muy rápidamente, las que comunicadas al DDS producen la modulación deseada. La imagen, tomada del manual del kit (link) muestra esquemáticamente el proceso.

Una vez que el DDS emite una señal de la frecuencia deseada solo es necesario amplificar la misma en forma eficiente (con un amplificador clase D) y filtrarla de armónicos para tener la señal que emitir.  Eso es exactamente lo que hace el transceptor QDX.

Una placa Arduino (o el procesador ATMega328p) puede procesar con cierta holgura unas 9600 muestras por segundo, con algunos trucos de programación y no haciendo otra cosa puede llegarse a 56000 muestras por segundo, claramente es insuficiente. Para poder procesar con holgura las 48000 muestras por segundo que requiere éste enfoque se utiliza un procesador de arquitectura ARM STM32F401RBT6 el que además de más músculo de procesamiento y memoria aporta la capacidad de tener una placa de sonido y un bus USB integrado, eso permite un diseño relativamente sencillo para el resto de la placa. 

Originalmente pensada para 80,40,30 y 20 metros la placa provee también los filtros pasabanda respectivos para suprimir la generación de armónicos en cada banda y la capacidad de conectar electrónicamente el filtro apropiado.

El formato de comercialización, como casi todos los productos de QRP Labs es en kit, aunque la evaluación preliminar es que se trata de uno de complejidad media-baja puesto que la mayor parte de los componentes SMT ya vienen soldados y hay que soldar capacitores, hacer algunas bobinas, los transistores de salida y los conectores grandes.

De acuerdo al manual no son necesarios ajustes especiales. Una explicación mas detallada puede verse en el video YouTube que Hans preparó (en inglés link).

El aparato se maneja tanto por una interfaz CAT (a través del puerto USB, el que aparece en la PC como un puerto serie) usando el protocolo Kenwood TS-440/480, como por una terminal serie usando el mism puerto la que permite configurar los principales parámetros internos.

En principio el procesador de audio no asume nada sobre la señal que recibe, solo que es en una banda base de fonía y que puede cambiar de frecuencia para lo que debe trasladarse; debido a ello puede usarse para cualquier modo digital aparte de FT8 (PSK31, RTTY, ¿SSTV?).

Sospecho que con FLDigi podrá usarse como receptor de propósito general y aunque a riesgo de generar alguna espuria o clicks indeseados (que habrá que medir) es probable que se pueda usar en CW mediante la salida CW/Soundcard de FLDigi o MixW entre otros.

El transmisor entrega 5W de RF con una alimentación de 9V y si bien esa cifra sube a 8W con una alimentación de 12V el manual de construcción previene enérgicamente no hacer eso, en cambio propone una modificación en el transformador de excitación para que entregue alrededor de 5W con 12V también.

La expectativa que generó el kit está dado por el record absoluto de su venta inaugural, los primeros 500 kits disponibles se vendieron dentro de los 15 minutos del lanzamiento. Ahora hay que esperar una temporada a que repongan, estoy en la cola.....