Transceptor de señales débiles, bit a bit [Parte 2]

En realidad, y como aclaré al comienzo, la historia contada en ésta serie de entradas no transcurrió en la misma linea de tiempo que la estoy contando; en mi caso el paso de instalar una baliza WSPR fue el primero, y el experimento consistió en ver si podría lograrse con solo una placa RBPi y ... ¡nada mas! (spoiler: ¡si, se puede!).

He realizado algunas entradas por fuera de ésta serie comentando algunos detalles de la implementación técnica de la baliza, el cual se hace con el programa wspr del paquete WsprryPi [link], el cual deriva de una larga trayectoria de programas que exploran la capacidad de una RBPi de generar RF directamente desde sus puertos GPIO mediante la reprogramación de su timer, y lo logra en una sorprendente gama de frecuencias que llega hasta el espectro de VHF lejano. 

Cuando se lo activa se obtiene  una señal de RF que puede entregar apróximadamente 10 mW de potencia desde el pin GPIO04 del GPIO. Inicialmente no pensé que fuera posible, pero luego lo medí rudimentariamente (¡no tengo un miliWattimetro!) con una carga fantasma, y si, entrega incluso un poco mas que eso en condiciones ideales. Alimentado por una sana incredulidad hice algunas cuentas.

Lo que sale del pin GPIO04 (sin carga) es una onda cuadrada de 3.3Vpk-pk. Quiere decir que la tensión RMS será Vrms=(Vpk-pk/2) * 0.707 o sea 1.16V. La potencia Pmax=(Vrms^2)/RL y con R=50 ohms eso es 0.026 W (26 mW), si era mas que 10 mW después de todo.... En realidad la potencia es menor, porque al cargar al pin la tensión no es 3.3Vpp y por otra parte cualquier proceso de filtrado introduce algo de pérdida, estimando ambos factores en -3 dB dá... para sorpresa de nadie.... 0.013W (13 mW).

Podemos, para una prueba cruda y algo arriesgada para la integridad de la placa, conectar directamente ese pin a una antena y estar en el aire. Hacer eso es una mala idea por un número importante de razones, entre ellas la posibilidad de dañar la placa por estáticos, la nula protección contra cortocircuitos y sobrecargas y la rica (e indeseable) producción de armónicos que tiene una señal cuadrada como la presente a la salida. Hay que tener en cuenta que muchas (¡muchas!) antenas están en cortocircuito para la tensión continua, eso es mortal para la placa si no hay al menos un capacitor en serie que la proteja.

Se puede hacer una prueba corta, pero muy corta, directamente conectando a la antena. Pero hay que mas o menos rápidamente tomar medidas. Los modos de baja señal son increibles, pues una señal tan débil como 10 mW puede efectivamente llegar muy lejos, y si está mal formada causar problemas muy lejos también.

Un filtro pasa bajos es una medida aconsejable (para aislar y reducir contenido de armónicos) y algo de potencia adicional (10 a 100 mW) con algo de amplificación.

Inicialmente probé con un filtro Pi casero, aislación eléctrica mínima con la antena  y solo 10 mW de potencia. ¡El resultado fue fantástico! en forma marginal la señal era tomada en distancias de hasta 5000 Km (repito ... ¡10 mW!). Lo que me animó a dar el siguiente paso y apelar a la placa QRPi ofrecida por el TAPR [link], la que contiene un filtrado bastante exhaustivo y un amplificador de +10 dB. Esta placa está especialmente diseñada para entrar en el gabinete de la RBPi, provee un buen  filtrado de entrada y salida además de los +10 dB de ganancia; pero comodidad (eufemismo por vagancia) de construcción aparte es perfectamente reproducible con esfuerzo modesto en cualquier taller pues ninguno de sus componentes es crítico.

El resultado fue inmediato y sorprendente, la baliza con ella pasa a ser reportado de ocasionalmente a  rutinariamente en distancias de 5000 Km y habitualmente a distancias entre 8 y 13 mil Km. No es milagro, WSPR puede operar con márgenes de relación señal-ruido de hasta -30 dB, por lo que tiene una ventaja de +40 dB sobre una señal de fonía y +15 dB sobre una de telegrafía. En las mismas condiciones que la baliza es reportada en -30 dB necesitaría transmitir en CW con al menos potencias QRP (3-5W) para ser escuchado en el borde mismo del circuito de comunicación. WSPR logra ese milagro en base al método de codificación empleado y al tiempo de emisión de cada mensaje. Para instalar WsprryPi el proceso es simple.

#!/bin/sh

sudo apt-get install git

git clone https://github.com/JamesP6000/WsprryPi.git

cd WsprryPi

make

#  Install to /usr/local/bin:

sudo make install

exit 0

Para implementar la baliza se necesita algo mas que simplemente lanzar el programa, el cual tendrá una forma

wspr -r -s  LU7DID GF05 20 20m 0 0 0 0

En este caso configurado con mi licencia, mi QTH locator, la potencia que uso [20 dBm=100 mW] y la banda (20m), los cuatro "0" luego de 20m indican que si bien el beacon funciona permanentemente salte 4 "ventanas" sin emitir, o sea que emita una vez cada 10 minutos. Eso es un buen equilibrio entre la calidad del reporte, el uso juicioso del espectro radioeléctrico limitado y preservar la placa en el largo plazo (puede aumentar su temperatura en hasta 3 °C en cada emisión). Como he compartido en entradas anteriores si el objetivo es tener algo ejecutando permanentemente hay que darle un marco que permita su control,  supervisión y gestión.

Para eso es mas conveniente hacer un script de lanzamiento en bash, que de acuerdo a los argumentos que se le den permita lanzar, detener, bloquear, liberar o conocer el estado de ejecución de la baliza, por ahora solo de transmisión; hacerlo de ésta forma es no solo cómodo sino que permite automatizar el lanzamiento del script, el script en mi caso se llama whisper y puede obtenerse una copia del mismo [link]. Para correrlo se ejecuta con la instrucción:

/home/pi/whisper/whisper start

Dado que el script es re-entrante en realidad lo ejecuto una vez por minuto con crontab, si ya está corriendo simplemente termina dejando un registro en el log del intento y si por alguna razón no está corriendo (¿reboot reciente? ¿problema de ejecución? ¿detención manual?) lo reinicia.

La función de lock/reset está implementada, justamente,  como un apoyo a la operación regular del baliza, pues si apagamos la baliza para hacer una prueba el crontab que así está programado intentará cada minuto y lo lanzaría de vuelta, el lock hace que si eso ocurre la baliza no arranque hasta que se dé el reset.

/home/pi/whisper/whisper stop (para detener el beacon)

/home/pi/whisper/whisper lock (para detenerlo y establecer un "lock").

/home/pi/whisper/whisper reset (para eliminar el "lock" y dejar que pueda ser lanzado)

El script es, por lo tanto,  "re-entrante" y "re-usable" condición que permite que a pesar que esté corriendo permanentemente, su lógica es tal que cuando comienza revisa si ya está corriendo el programa principal, y si lo está termina, y si no lo está queda ejecutando. Debido a ésta forma de funcionar  cuando el sistema arranca, bastará que transcurra un minuto para que lance la baliza a funcionar. Y lo repetirá cada minuto luego, solo para detectar que ya está funcionando y terminar. La información que el script va registrando en términos de temperatura, tensión, estado del disco (tarjeta SD en realidad), uso de CPU y condición de "throttling" (restricción de la velocidad de la CPU) es muy útil para gestionar un dispositivo que está funcionando no atendido durante 24 horas.

En el estado actual el script no hace nada con esa información otra que registrarlo, pero no sería descabellado con modificaciones simples que tome acciones de gestión. Por ejemplo si sube la temperatura espaciar las transmisiones o directamente apagar el transmisor, si la tensión no es estable lo mismo o incluso apagar la placa (sudo shutdown -h now); no es muy extenso de desarrollar y permite mucha experimentación.

En la gestión diaria he encontrado útil introducir un reboot diario, usualmente en horas de la madrugada que no hay gran propagación de todas formas para que "limpie" los procesos que se estuvieran ejecutando, borre los espacios temporarios y otras actividades de "limpieza" de la placa que ocurren automáticamente al hacer reboot.

El alcance de la baliza es sorprendente, los reportes que se hacen de el en WSPRNet siempre contienen alguna sorpresa. La siguiente es una mañana típica incluye muchas estaciones de Europa, Norteamérica y de tanto algunas francamente exóticas de Africa, Asia u Oceanía.

¡Realmente da alegría y orgullo lograr semejantes distancias con tan pocos recursos!

ARRL DX Pronóstico vs. Realidad

Y pasó el ARRL DX International de CW 2019. Entretenido a pesar que las condiciones no estuvieron tan buenas. Justamente quería compartir una análisis entre lo que fue el pronóstico del concurso (basado en WSPR) y la realidad, al menos la realidad vista desde mi estación.

El método de abordar númericamente el pronóstico, ensayado ya muchas veces en función de información extraida de los DX Clusters o directamente el Reverse Beacon Network sienta sus bases en métodos de matemáticas aplicadas (estadísticas), en particular una rama llamada estadística inferencial. La estadística tiene sus raices en el estudio de las matemáticas y se hunde en la noche de los tiempos, casi tan lejos como hay evidencia de saber matemático. Pero no fue sino hasta la edad moderna con Descartes, Laplace y Fermat que las estadísticas adquirió un cuerpo formal. A comienzos del siglo XX el trabajo de matemáticos brillantes, pero en particular de Pearson y Fischer, dio los fundamentos en los cuales es posible mediante el estudio de una población en el pasado inferir su comportamiento en el futuro. Todo esto viene a cuento porque es muy común que se menosprecie a las estadísticas como instrumento, lamentablemente con no poca frecuencia las estadísticas son utilizadas (en ocasiones por ignorancia, en otras por simple mala fé) para demostrar cualquier cosa. Sin embargo, cuando se las usa profesionalmente no hay tanto margen a la chantada, así como hay predicciones también hay instrumentos para estimar su validez (que usualmente son omitidos), con lo que uno puede estimar su "confianza" en si los resultados son puro azar o tienen escondido en el ruido cual puede ser la verdad (y medir que tan alto es el ruido). La propagación, dicho múltiples veces, en fenómeno caótico y que involucra energías de escala cósmica, es por lo tanto impredecible sobre una base completamente heurística. Sin embargo, de Einstein (movimiento browniano) para aquí, las estadísticas pueden caracterizar ese tipo de fenómenos aleatorios. Dias pasados compartí lo que podía ser un pronóstico del comportamiento de las bandas de 20 y 40 metros basado en el reporte de estaciones de la red WSPR de-hacia Argentina en la semana inmediata anterior al concurso. Este tipo de análisis se basa en algunas premisas, que si no se sostienen lo invalidan.

La primera y mas obvia es que las condiciones ambientales son similares, hablando del Sol esa es una hipótesis un tanto arriesgada, porque si bien sigue ciclos conocidos (pero no comprendidos) en el largo plazo en el corto es impredecible. Por otra parte su rotación puede ocasionar que una particularidad (un poro, una mancha, un plague, etc) que estaba oculto al comienzo de la semana no lo esté al fin (o viceversa). Las condiciones de acuerdo a las principales mediciones fue razonablemente estable, un SFI del orden de 70 y un SSN cercano o en cero. Los indicadores de actividad magnética K y A  mostraron valores razonablemente calmos. El segundo factor es, según lo comentado antes, la variabilidad misma de un proceso aleatorio. Dicho todo esto resta entonces comparar el pronóstico con el perfil de contactos, lo que se hace en la figura que se corresponde con el pronóstico para 20 metros (banda en la que participé). El perfil nocturno fue adecuadamente representado en el primer día y no tanto en el 2do. Aquí creo que opera un factor que estadística se denomina "especial" y es que allí estaba terminando el concurso y la falta de contactos podía deberse no solo a la propagación sino a otros factores tales como estaciones disponibles, cansancio, cierre de la participación, etc. De hecho había entre 2300Z y 2359Z del Domingo bastantes estaciones, solo que ya había trabajado a la mayoría, y las que no estaban en run con otras partes y no contestaban. En el comienzo de la propagación el pronóstico anduvo bastante bien aunque el sábado se adelantó casi 3 horas y el domingo una hora, la duración de las aperturas fue razonablemente bien pronosticada y por cierto los tiempos sin aperturas fueron bastante bien anticipados, lo que en lo particular me ahorró varias horas de estar llamando inútilmente. O sea que el resultado fue bastante bueno en mi opinión, el error medio está dentro del 10%, margen mas que aceptable para éste tipo de pronósticos. Nada supera el monitorear la situación real para decidir sobre el concurso que hacer, participar o no en Single Band, quedarse o saltar en All Band. Pero es un instrumento mas que bueno para hacer un planeamiento de como se encarará el concurso, mas o menos cuantas horas estará y complementarlo con otras actividades. Una herramienta ciertamente útil que hay que perseverar en mejorarla.

¡Nodo 499 de SatNOGS online!

Luego de algún porrazo en la configuración inicial finalmente pude poner "online" el nodo 499 en SatNOGS (¿quinieleros en la audiencia?) con el nombre artístico LU7DID. Por ahora en modo "testing" según recomienda la guía de puesta en marcha. Guía no del todo clara, por ejemplo no quedaba para nada claro cual era el ID de la estación, sin el cual la conexión a la red no era posible.

He calendarizado tres observaciones a modo de prueba como para ir depurando la configuración. OSCAR 7 (¿sigue vivo?), un satélite ignoto y un FUNCUBE con una pasada de muy baja elevación. A primera vista  parecería que esto se aleja bastante de la experimentación mayormente centrada en modos de señales débiles, sin embargo tiene mucho en común. Se basan en el uso conjunto de una placa Raspberry Pi, el uso intensivo de SDR, la utilización de un dongle RTL-SDR como receptor y el funcionamiento automático.

La configuración inicial es con una antena Ringo (¡ya sé que no es adecuada!) hasta que pueda traer una Walmar de VHF que utilicé durante mucho tiempo (¡años!) para recibir satélites NOAA desde Córdoba la semana que viene. También quiero probar con tiempo la direccional apuntando en forma fija al Norte o al Sur (o viceversa); por bastante tiempo sin rotor en Córdoba hacía satélites así y podía tomar medio paso. El nodo en sí está corriendo en una Raspberry PI Mod 3 (mucrux) que está integrado al cluster de otras máquinas similares, tiene su propio dongle RTL-SDR asignado porque la idea general es que opere en forma autónoma 7x24, bastante lejos de eso todavía.  Todavía falta tomarle bastante la mano y ver como se puede maximizar la toma de pasadas de satélites y a cuales se puede intentar escuchar, por ahora solo en VHF.

Vamos a ver que sale, por ahora el nodo figura ya en el mapa, y eso es todo un logro. La configuración inicial fue un poco a los golpes, la imagen del Raspbian que ofrecen en SatNOGS pesa poco (600+MBytes) comparada con la distribución standard Raspbian pero también le falta las cosas mas elementales, supongo que está hecha así para que la bajen y no la toquen demasiado (en mi caso no fue así)

Transceptor de señales débiles, bit a bit [Parte 1]

Si bien hay un "ecosistema" de aplicaciones derivadas, complementarias y especializada el grueso de la actividad en modos digitales de señales débiles (weak signal) gira alrededor del uso del programa de Joe Taylor (K1JT) [aqui] llamado wsjt-x y cuya versión mas actualizada al momento de ésta entrada es 2.0.0. Tengo el programa instalado y actualizado periódicamente en la PC de mi estación donde hago contactos frecuentemente en estos modos. Pero al mismo tiempo vengo llevando adelante una iniciativa para tener una baliza/estación de escucha de WSPR (Weak Signal Propagation Report, Reporte de Propagación de Señales Débiles) permanente y que funcione con la mejor disponibilidad posible. Y para eso nada mejor que tratar de implementar todo el proyecto alrededor de la plataforma Raspberry Pi, proyecto que terminó siendo muy desafiante y rico en aprendizajes.

Esta entrada y las siguientes dan cuenta de los apuntes tomados durante la experiencia, en ellos trataré de expresar las ideas en la secuencia de implementación que ahora, con el "diario del lunes" de todas las idas, vueltas y callejones sin salida, parece es la forma mas directa de desplegarlo (y no necesariamente el orden en que hice las cosas).

Algunas pruebas rápidas me permitieron estar seguro que el programa wsjt-x mismo puede correr en la plataforma Raspberry Pi. No es novedad, misterio ni gran logro pues está reportado en muchos sitios en Internet y en la página hay una versión específicamente para Raspbian a nivel imagen [aqui] además de, por supuesto, poder construir la aplicación desde los fuentes  [aqui], como por otra parte siempre es preferible cuando sea posible.

Antes de eso, por supuesto, tenemos que tener una placa Raspberry mod 2 o 3 configurada y andando, en general una tarea fácil aunque hay algunas veces que problemas simples dan algo de pelea, no es dentro del alcance de ésta serie abundar en detalles sobre como hacerlo pues hay una enorme cantidad de recursos en Internet que pueden ser de ayuda [video].

En las pruebas que hice tanto la Raspberry Pi (o RBPi) 2 como la 3 han funcionado bien, obviamente cuanto mas potente , lo que se mide en términos de reloj, de memoria y de espacio en SD Card, mejor es. La mayor parte de los experimentos en ésta serie fueron realizados con una RBPi Mod 2 B (900 MHz) y varias Mod 3 (1.2 GHz).

Una vez que el RBPi está andando y configurado, que le hemos puesto la imagen que nos gusta como fondo de pantalla, explorado un poco el vecindario y bajado cosas que no tienen nada que ver (pero son divertidas) empezamos con nuestra materia. Hay dos formas de instalar el programa wsjt-x; la rápida y la divertida.

Empecemos por la rápida. Siguiendo el link anterior desde la RBPi (usando Chromium como browser) bajar el archivo de distribución para el ambiente Raspbian (un archivo que llamará en el estilo de wsjtx_X.X.X_armhf.deb con X.X.X siendo la versión corriente, al momento de ésta entrada es 2.0.0), al hacerlo se descargará en el directorio "Downloads". Al finalizar la descarga ir con el explorador de archivos y hacer "click" en el archivo bajado, nos pedirá la verificación con password y lo instalará. El programa wsjtx estará disponible en la opción "Sonidos y Video", pero en ocasiones dependiendo de la configuración puede terminar en otra parte. Arrancando el programa tendremos la posibilidad de configurarlo, por ahora no mucho mas que establecer la señal distintiva y el QTH locator.

También se puede construir el programa desde los fuentes, lo que tardará un poco mas pero será mucho mas didáctico. La construcción de programas desde los fuentes es la forma mas efectiva de estar en razonable control de lo que estamos creando, pero requiere paciencia y ser riguroso en no omitir pasos, alterar el orden o indicar todas las opciones necesarias.

Instalar WSJT-X

Para construir desde fuentes habrá que construir primero el paquete HamLib y luego el wsjt-x, si bien el Raspbian Jezzy ya viene con el primero está normalmente muy  fuera de nivel y termina conveniendo instalarlo desde cero. Los pasos, que se ejecutan en la misma placa RBPi,  son:

Paso 1 - Instalar pre-requisitos

cd /home/pi
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y cmake
sudo apt-get install -y asciidoctor
sudo apt-get install -y asciidoc
sudo apt-get install -y gfortran
sudo apt-get install -y subversion
sudo apt-get install -y libwxgtk3.0-dev
sudo apt-get install -y libusb-1.0-0-dev
sudo apt-get install -y portaudio19-dev
sudo apt-get install -y libsamplerate0-dev
sudo apt-get install -y libasound2-dev
sudo apt-get install -y libao-dev
sudo apt-get install -y libgsm1-dev
sudo apt-get install -y libsndfile1-dev
sudo apt-get install -y libjpeg9-dev
sudo apt-get install -y libxft-dev
sudo apt-get install -y libxinerama-dev
sudo apt-get install -y libxcursor-dev
sudo apt-get install -y libboost-all-dev
sudo apt-get install -y libqt5multimedia5
sudo apt-get install -y libqt5multimedia5-plugins
sudo apt-get install -y libqt5multimediaquick-p5
sudo apt-get install -y libqt5multimediawidgets5
sudo apt-get install -y libqt5serialport5-dev
sudo apt-get install -y libqt5svg5-dev
sudo apt-get install -y libqt5widgets5
sudo apt-get install -y libqt5sql5-sqlite
sudo apt-get install -y libqwt-qt5-dev
sudo apt-get install -y libudev-dev
sudo apt-get install -y qtmultimedia5-dev
sudo apt-get install -y libfftw3-dev
sudo apt-get install -y xsltproc
sudo apt-get install -y swig

Paso 2 - Bajar "tarballs" de fuentes (HamLib y wsjtx)

cd Downloads

wget http://physics.princeton.edu/pulsar/k1jt/wsjtx-2.0.0.tgz

wget https://sourceforge.net/projects/hamlib/files/hamlib/3.3/hamlib-3.3.tar.gz

Es posible que se tenga que revisar cual es el último nivel de ambos programas pues el mismo puede variar al momento de ejecutar éstas instrucciones.

Paso 3 - Construir HamLib (tarda bastante)

cd /home/pi
sudo apt-get remove libhamlib2
cd Downloads
tar -zxvf hamlib-3.3.tar.gz
cd hamlib-3.3
./configure --prefix=/usr/local --enable-static
make
sudo make install
sudo ldconfig
cd ..

Paso 4 - Construir wsjt-x (tarda aún mas)

cd /home/pi

tar -zxvf Downloads/wsjtx-2.0.0.tgz 

cd wsjtx-2.0.0/src/

tar -zxvf wsjtx.tgz 

mkdir build

cd build

cmake ../wsjtx

make

sudo make install

cd ~

Al finalizar estos pasos debería quedar instalado el programa el cual puede accederse tanto desde el menú como tipeando "wsjtx" en una consola.
Es conveniente para la construcción utilizar "scripts BASH", eso ocurre porque hay que ser muy meticuloso en las acciones y la secuencia de comandos y por otra parte es bastante común tener que repetir la instalación  (scripts de pre-requisitos, construcción de hamlib y construcción de wsjtx).

Usando WSJT-X

El programa wsjtx espera recibir sonido tal como el entregado por un transceptor sintonizando en USB sobre las frecuencias que correspondan a los modos que se desea recibir, por ejemplo en 20 metros FT-8 usará 14.074 MHz mientras que WSPR 14.0956 MHz. El programa cuando se lo ejecuta indica en que frecuencia debe sintonizarse, y si configuramos un CAT lo hará automáticamente.

La placa Raspberry tiene sonido, pero solo de salida, no de entrada. Es necesario instalar algún dispositivo ALSA (Advanced Linux Sound Architecture).

El requisito que suena complicado pero en realidad se soluciona en forma relativamente fácil con un dispositivo de sonido USB, el cual se conectará con el transceptor de la estación. Sin embargo en mi configuración tomé una ruta un poco mas complicada (y específica de mi estación), lo contecté a mi transceiver SDR mcHF, el cual tiene una configuración de conexión USB que se presenta al procesador como un puerto serie y una placa de sonido. Gran misterio gran, ¿como se llevarían una placa Raspberry con un mcHF?

En el caso del transceiver mcHF la página de DF8OE [link] es un recurso imprescindible, la documentación anticipa que conectando el cable USB a uno de los puertos disponibles en la RBPi lo reconocerá inmediatamente, ya así ocurrió. Con el comando aplay -l se pueden ver las placas de sonido instaladas y allí el transceiver está listado como una placa de sonido (plugHW:CARD=mcHF,DEV=1) y el puerto serie para comando está disponible como /dev/ttyACM0.

Para quienes no tengan  un mcHF se conecta un "dongle" de soundcard USB (y se verifica que lo reconozca también con aplay -l) y se conecta por separado un puerto serie USB (tipo Prolific) el que también es reconocido como /dev/ttyACM0 usualmente.

Esos son los dispositivos que se utilizarán posteriormente para configurar, es mas cómodo el primero (para el que tiene un mcHF en particular) pero el segundo también funciona.

En realidad, para comenzar no hace falta ninguna otra cosa que disponer de audio, el no poder controlar la frecuencia del transceptor no es un gran problema pues los modos digitales de señales débiles se sintonizan en un solo canal y todos los contactos ocurren en el. Para transmitir se puede utilizar el sistema VOX, no es lo ideal pero funciona.

Finalmente es útil poder controlar via CAT (Computer Aided Tuning) al transceptor desde wsjt-x, y cuando éste se encuentra habilitado también se puede tener PTT (Push to Talk) por esa vía (no hace falta un dispositivo de hardware para hacerlo).

Puedo ser incluso mas detallista y utilizar el manipulador y PTT por puerto serie a partir de un puerto Prolific USB y con un circuito muy simple [ver sitio de  lu9dpd] operar el PTT del transmisor e incluso, ahora si, controlar la frecuencia y modo mediante CAT. La instalación del puerto serie no tiene ningún misterio (hay links para hacerlo) , al igual que la placa de sonido USB basta enchufarlo en uno de los slots USB que tiene el RBPI para que sea reconocido y puesto como disponible.

Voila! En el aire!

Todos los modos digitales de señales débiles requieren un reloj sumamente preciso, puede usarse al efecto un receptor GPS, pero si de dispone de Internet es preferible sincronizar el reloj de la placa periódicamente con el uso del protocolo NTP. Para eso hay que instalar el paquete ntp que consulta los servidores de protocolo NTPD.

sudo apt-get install ntp

Al instalarlo se sincronizará periódicamente, pero si quisiéramos forzarlo podemos hacerlo ejecutando:

sudo /etc/init.d/ntp stop >> ntpd.sync.log
sudo ntpd -q -g >> ntpd.sync.log
sudo /etc/init.d/ntp start >> ntpd.sync.log
echo 'date' " ntpd sync completed " >> ntpd.sync.log

Una vez instalado se puede utilizar wsjtx para cualquiera de los modos que soporta, primariamente la experimentación inicial está destinada a implementar el receptor de la baliza (beacon) WSPR para transformarlo en un monitor WSPR.
Una vez instalado y funcionando el programa wsjtx se puede usar con todos los modos que soporta, por eso si bien la instalación inicial tenía por proposito usarlo en WSPR hice también  numerosos contactos en FT8 con potencias muy bajas, si bien el mcHF entrega hasta 10W de potencia rara vez lo he usado mas que a 5W, lo que me permite contactos regionales con facilidad y con buenas condiciones de propagación algunos DX muy interesantes. No es para nada casualidad la revolución que está causando FT8, con el nivel de propagación pésima que hay poder realizar los DX que se hacen no es poca cosa.

Toda ésta configuración la hice en una placa dedicada (bcrux) configurada "fresca" desde cero, pues siempre se corre el riesgo cuando se está experimentando de romper algo con las idas y vueltas para luego encontrarnos con comportamientos erráticos que no se deben a lo que estamos haciendo sino a alguna otra cosa (normalmente diferencias de nivel entre los paquetes utilizados). Como toda máquina siempre es útil y efectivo dedicar algún esfuerzo para implementar ciertas rutinas de  backup, recovery y housekeeping, por supuesto no daña implementarlos en ésta placa aunque la capacidad disponible supere en mucho a lo que realmente utilizaremos con ésta configuración. En particular si es algo que vayamos a dejar prendido permanentemente, o por lo menos está hecho con ésta intención.

Una nota de atención, es importante configurar que guardará wsjt-x mientras es operado, dependiendo de que alternativa se utilice en la opción "save" del wsjt-x pueden generarse varios GBytes de información de sonido (.WAV) en muy poco tiempo de uso, y el espacio de "disco" (tarjeta SD) en la placa no es tan grande; es necesario por lo tanto tener desactivada la opción o introducir algún modo de mantenimiento que elimine los archivos mas viejos periódicamente. Un script sencillo para eliminar los archivos mas viejos puede ser:

for f in $(ls -La /home/pi/*.log | head -n 1); do sudo rm -r $f; done

Donde debe reemplazarse "/home/pi/" por el path donde estén los archivos a depurar.

Otro punto importante es asegurarse que la "profundidad" de análisis de wsjtx está puesta en "Normal" o incluso "Rápido", la RBPi es una placa noble pero no tiene el músculo de procesamiento para manejar cómodamente el modo "Profundo" (al menos la RBPi 2).

Al finalizar el proyecto seguramente reflexionaremos que no hay una "ganancia" demasiado exagerada en esta configuración, nada que no hubiéramos podido implementar en forma mucho mas sencilla directamente conectando el transceptor a nuestra PC (si es que ya no lo estaba); pero claro, esta parte del proyecto en realidad no es mas que realizar la configuración inicial de la RBPi y su puesta en marcha, y estar seguro que instalamos wsjt-x de la forma mas sencilla posible, cosa que si no anda podamos estar razonablemente seguros de que pasó y como arreglarlo, puesto que si instalamos muchas cosas al mismo tiempo es quizás luego dificil saber donde está el problema.

Con un proyecto tan polifacético como éste no puedo sino recordar con asombro el cuento de Borges denominado "El Aleph".

SatNOGS (Satellite Networked Open Ground Station)

Información muy interesante distribuida por AMSAT Argentina relacionado con una red abierta para el seguimiento de satélites. Usa una configuración de SDR+RBPi Pi muy similar a la que estoy utilizando en experimentación para modos digitales de bajas señales, lo que hace muy probable que ponga un nodo experimental en los próximos días. La información está contenida en un correo enviado desde AMSAT Arg. que transcribo como ellos pidieron, literalmente, a continuación.

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Amigos,

Hasta que surgieron los SatNOGS, solo había dos posibilidades para recibir un satélite: esperar hasta que este "sobre su cabeza" (y esto puede llevar mucho tiempo) o alquilar una costosa red comercial de estaciones terrestres para la comunicación, ahora hay una tercer posibilidad por demás interesante. 

SatNOGS es libre y gratuito y permite analizar muchos datos, dado que hay muchas estaciones recibiendo muchos satélites y en muchos lugares diferentes, es una solución para recibir voz o datos de casi cualquier satélite este donde este.

SatNOGS integra la Fundación 'Espacio Libre'. El objetivo de este proyecto es armar una red global de estaciones terrestres de satélite. 

Es un proyecto participativo de codigo abierto basado en estaciones automatizadas, accediendo a sus capturas a traves de una pagina web. https://wiki.satnogs.org/Raspberry_Pi_3#Raspbian 

Quienes contribuyen a la red usan una Raspberry Pi-3 + un dongle SDR + una antena VHF o UHF. Hay una imagen de Raspberry Pi disponible para simplificar la instalación del software . 

A nivel publico, podremos escuchar p.ej al LUSAT yendo a https://network.satnogs.org/observations/?norad=20442 donde veremos quienes y cuando lo recibieron, su waterfall, su audio, etc. (20442 es el Nro.de catalogo, puede ponerse cualquier otro).

Otro ejemplo: https://network.satnogs.org/observations/452813/ permite escuchar la operación del AO-92 sobre Norteamérica, ademas de habilitar decodificar telemetría. 

Quizás algún dia tengamos una estación SatNOGS en nuestra region dando un servicio muy util a la radioafición.

Agradecemos, de ser posible, la difusión de esta información.

73, LU7AA, AMSAT Argentina

ARRL DX International 2019 (CW)

Se viene el ARRL DX International de CW edición 2019, uno de los principales concursos del calendario internacional que abre la temporada y otorga puntos para el WRTC 2022 (en ¡Italia!).

Si bien hay algunos signos débiles que el ciclo solar ya pegó en el fondo y está empezando a repuntar estamos aún lejos, muy lejos... varios años, que la propagación sea realmente importante. En éstos días se puede observar un SFI=70 y un SSN=0, pobrísimo  (la nada misma) para sostener propagación en las bandas altas. Dado que las antenas necesarias hacen complicado trabajar en las bandas de 160 y 80 metros es de esperar que el grueso de la acción transcurra en las bandas de 20 y 40 metros. El pronóstico de propagación se complica un poco pues los modelos de propagación ionosférica tienden a dar resultados marginales, sobre todo en 40 metros, cuando no hay una propagación neta por capa F. Por otra parte, el método estadístico basado en contactos registrados en los clusters, en particular en el Reverse Beacon Network, es probable que no sea realistas puesto que hace prácticamente dos meses que no hay concursos significativos que permitan registrar un nivel de actividad aproximadamente similar al de un concurso con la configuración aproximadamente encontrada en el Sol. Para solucionar esos problemas intento estudiar la propagación a partir de los datos en el WSPRNet (Weak Signal Propagation Report). Para ello filtro la actividad durante el mes de Febrero de forma de quedarme con los reportes que involucren estaciones de Argentina y de zonas W/VE/XE. El resultado es un dataset de mas de 15000 reportes para 40 Mts. y otro tanto para 20 Mts. (el que incluye los reportes realizados por y hacia mi estación de monitoreo WSPR). En base a esos

datos es posible establecer una distribución de frecuencias horarias las que, estimo, correlacionarán con las condiciones de propagación (mas frecuencia, mejor propagación). Ahora bien, el WSPR como modo es capaz de generar un reporte para un circuito con una señal que está -30 dB por debajo del ruido en un canal de 2.5 KHz, claramente una performance que CW no tiene. Pero eso puede igualarse (aproximadamente) con algunas cuentas sencillas, las que son mostradas en la figura para mayor sencillez. A la relación señal a ruido (SNR) reportada en WSPR hay que sumarle la diferencia entre la potencia de la estación con la que se concursará (supuesta 100W o 50 dBm) y la señal del beacon que fue reportado, es decir mayor potencia menor SNR. Por otra parte el umbral de detección de CW es un poco difuso, para detección por máquina una estimación rápida entrega -5 dB mientras que se reporta que la combinación "oido-cerebro" puede mejorar esa figura hasta -15 dB, se toma como conservador el punto medio, es decir -10 dB. Eso hace que cualquier señal que esté hasta -10 dB por debajo del ruido en un canal de 2.5 KHz podrá ser decodificada. Con esa cuenta sencilla es posible identificar que señales están por encima del umbral y que por lo tanto deberían ser operables.

Filtrando por el criterio de relación señal-ruido es posible estimar un pronóstico preliminar de horarios tentativos para las aperturas de propagación, los que pueden verse en la figura. Según éste cálculo 40 metros debería presentar aprox. 12 horas de propagación siendo aproximadamente la mitad razonablemente buenos y el resto marginales, es decir aprox. 12 horas en todo el concurso.

Por su parte 20 metros presenta un patrón algo mas restringido  con también 12 horas de propagación esperada pero solo 3 o 4 horas de buenas condiciones. ¡Sin duda que va a ser un evento desafiante!

Datos, datos y mas datos....

La Raspberry Pi depende de como se use puede calentar bastante, por eso los modelos mas recientes vienen con unos pequeños disipadores para colocar sobre la CPU/GPU y el dispositivo periférico  BCM2835. En algunos usos se necesita incluso agregar algún dispositivo soplador para proveer refrigeración adicional. No es raro, además, que mientras se está trabajando normalmente con cualquier GUI X-Windows (lxterminal por ejemplo), aparezca un ícono de un termómetro (sobre-temperatura), o uno como un pequeño rayo (voltaje bajo). La estrategia de gestión de la placa hace que ante eventos de esa naturaleza se intente generar mejores condiciones de funcionamiento mediante bajar la velocidad de los dispositivos (si, disminuir la frecuencia del clock). Cuando tenemos una placa funcionando permanentemente queda la duda sobre si ocurren estos eventos, que tan severos son y con que frecuencia o patrón aparecen. La mejor solución es registrar en el log (del sistema o del programa, yo prefiero del programa) datos de "telemetría" periódicos, tales como temperatura, clock del procesador o tensión. Lo interesante es como medirlo.

Viene en nuestro auxilio un comando disponible en la Raspberry Pi llamado vcgencmd el cual tiene por propósito gestionar distintos aspectos del firmware. Antes que nada es necesario transmitir algo de cautela. Se trata de un comando en el que la mayoría de las opciones no está documentado que hacen, y no son siempre funciones de "lectura", las hay también funciones que operan sobre el hardware modificando la configuración. Algunos incluso el nombre meten "dudita" sobre que tan beneficioso puede ser ejecutarlos.

Por fortuna hay unas pocas opciones del comando que si se sabe que hacen, y son muy útiles.

Para empezar, el comando se ejecuta con vcgencmd operador [argumento] el operador es siempre requerido, el argumento en ocasiones no es necesario, en otras tiene un default y en oportunidades es mandatorio dependiendo del operador. El operador "commands" (vcgencmd commands) produce un listado de todos los operadores soportados, luce como

commands="vcos, ap_output_control, ap_output_post_processing, vchi_test_init, vchi_test_exit, vctest_memmap, vctest_start, vctest_stop, vctest_set, vctest_get, pm_set_policy, pm_get_status, pm_show_stats, pm_start_logging, pm_stop_logging, version, commands, set_vll_dir, set_backlight, set_logging, get_lcd_info, arbiter, cache_flush, otp_dump, test_result, codec_enabled, get_camera, get_mem, measure_clock, measure_volts, scaling_kernel, scaling_sharpness, get_hvs_asserts, get_throttled, measure_temp, get_config, hdmi_ntsc_freqs, hdmi_adjust_clock, hdmi_status_show, hvs_update_fields, pwm_speedup, force_audio, hdmi_stream_channels, hdmi_channel_map, display_power, read_ring_osc, memtest, dispmanx_list, get_rsts, schmoo, render_bar, disk_notify, inuse_notify, sus_suspend, sus_status, sus_is_enabled, sus_stop_test_thread, egl_platform_switch, mem_validate, mem_oom, mem_reloc_stats, hdmi_cvt, hdmi_timings, file"

Lo que es, como corresponde, un poco intimidante. Por ejemplo vcgencmd display_power 0 apaga el video de la placa, vcgencmd display_power 1 lo vuelve a prender. Los operadores que son interesantes con propósito de registro y telemetría son:

vcgencmd measure_clock arm

vcgencmd measure_temp

vcgencmd measure_volts

vcgencmd get_throttled

Que sirven respectivamente para medir el clock, la temperatura del chip, el voltaje (del chip, no de la fuente) y si hay alguna condición que empuje la restricción del clock y cual es.

De esa manera, periódicamente podemos grabar en el log esta información, y luego revisarla para ver en que condiciones ha estado operando el dispositivo, y si hay que hacer algo. Por ejemplo, en el beacon en funcionamiento continuo emitiendo cada 10 minutos el clock es el nominal, la tensión se mantiene estable en 1.2-1.3V, no se observan casi nunca eventos de restricción de performance (get_throttled dá 0x00) y la temperatura oscila entre 45-52 °C dependiendo de la temperatura ambiente y el ciclo de trabajo (suele subir entre 1 °C y 2 °C durante los 2 minutos que está transmitiendo el beacon. He observado alguna ocasión que la temperatura subió a casi 70 °C pero sin mostrar restricción de performance por ello.
Para interpretar los valores de get_throttled debe revisarse la documentación disponible (aqui entre otros), pero un resumen de los posibles valores distintos de 0x00 y su significado es:

bit 0: under-voltage (0xX0001)
bit 1: arm frequency capped (0xX0002 or 0xX0003 with under-voltage)
bit 2: currently throttled (0xX0004 or 0xX0005 with under-voltage)

bit 16: under-voltage has occurred (0x1000X)
bit 17: arm frequency capped has occurred (0x2000X or 0x3000X also under-voltage occurred)
bit 18: throttling has occurred (0x4000X or 0x5000X also under-voltage occurred)

La condición de tensión baja se dá cuando la fuente externa entrega menos de 4.63V y se empieza a gestionar el clock cuando la temperatura excede los 80 ºC, cuando la temperatura excede 85 ºC empieza a marcarse que es excesiva.
La lectura se puede hacer con un simple script en Python (por ejempo picheck.py es el que uso) e integrar fácilmente con otro script que esté manejando el beacon pues la salida es entregada en stdout mediante una función en (por ejemplo) bash.

getTelemetry () {

   TEMP=`sudo python picheck.py -t`

   VOLT=`sudo python picheck.py -v`

   OPST=`sudo python picheck.py -s`

   FREQ=`sudo python picheck.py -f`

   echo "Whisper: "`date`" Telemetry: "$TEMP" °C "$VOLT" V "$FREQ" MHz ("$OPST")" | tee -a $DPATH$TLM

   CMD="python wsprtlm.py -g "$GRID$GRIX" -e "$HEIGHT" -c "$CHANNEL" -b "$VOLT" -t "$TEMP" -l -q -p"  

   TLMG=`$CMD`

   echo "Whisper: "`date`" WSPR TLMF: "$TLMG  

   return 0

}

El log termina teniendo registros que lucen como:

Whisper: vie ene 11 21:31:05 -03 2019 Telemetry: 48.2 °C 1.3125 V 900000000 MHz (Normal operation)

Whisper: vie ene 11 21:32:04 -03 2019 Telemetry: 48.7 °C 1.3125 V 900000000 MHz (Normal operation)

Whisper: vie ene 11 21:33:04 -03 2019 Telemetry: 48.7 °C 1.3125 V 900000000 MHz (Normal operation)

Usando ésta información podemos ir haciendo cambios para refrigerar mejor la placa, por ejemplo, o ponerle una fuente de mayor capacidad. Es improbable que una operación razonable dañe la placa, que por cierto es bastante robusta. Pero lo que en realidad se quiere preservar es que el firmware no recurra a hacer mas lento el clock para gestionar un problema de temperatura o de tensión.
Si tenemos la placa visible en la red con puertos abiertos en el router y la podemos acceder desde Internet, cosa que no siempre se puede hacer pero es muy útil cuando se puede, seguramente nos encontraremos a nosotros mismos tirando de tanto en tanto un

cat whisper.log | grep "Telemetry: " 

Para pegarle una mirada rápida a como van las cosas y si hay algún evento raro, se deja para el lector el ejercicio de hacer que el beacon nos mande un correo si pasa algo raro. Beacon saludable, ¡operador contento!

HNY 2019!

Un año con muchas alegrías, alguna que otra dificultad, aprendizajes y logros se acaba de ir, uno con muchas expectativas está por comenzar.
Momento para la pausa, el recuerdo a los que se fueron, el deseo de felicidad a los que continuan en la ruta. Cuando llega esta época es poco lo que queda por decir excepto compartir mis deseos de muy felices fiestas y un gran 2019 para todos.
En paz, en familia, con salud y si es posible con prosperidad.

Frambuesas susurrantes cinco nueves!

Dias atras comentaba que la experimentación con un beacon tiene muchos aspectos divertidos. Armarlo y ponerlo en funcionamiento por supuesto es uno, y para muchos el mas importante. Un segundo aspecto es poder realizar experiencias con el, como las compartidas en entrada anterior donde con cuentas simples puede evaluarse distintos circuitos de propagación basado en los reportes que nos entregan del beacon. Estamos hablando de un beacon de WSPR, pero estoy seguro que lo que comparto en ésta entrada es válido para un beacon de cualquier otro modo, y también para cualquier otro tipo de servicio o recurso de infraestructura que nos propongamos poner en funcionamiento.

El título de ésta entrada alude, justamente, a la denominación en "jerga" informática de cualquier servicio con altisimos niveles de prestación, responde a un servicio que está disponible el 99.999% del tiempo comprometido (cinco nueves). Para transmitir la idea de que significa basta una figura, implica que el servicio en cuestión solo no estuvo disponible en horarios comprometidos 5 minutos por año. Eso es una cifra que requiere inversiones cuantiosas en recursos de infraestructura para lograrse, y aún así muy pocas instalaciones realmente lo consiguen. Si el servicio depende de una computadora solo dar un reboot toma mas que eso, o sea que en la práctica implica que no haya caidas. Posiblemente mueva a la reflexión sobre si no es una exageración para una actividad amateur siquiera plantearselo, mas de uno concordará que lo es. En ocasiones me han comentado con cierta incredulidad sobre mis esfuerzos para hacer mas robusta mi estación de concursos un ¿Para qué?, es un juego... un hobby, ¿no?.

Bueno, si lo es. Pero la gracia de un hobby es experimentar, y se experimenta para aprender, esa es la clave. Para mejorar el nivel de servicio hay que pensar, trabajar, experimentar, encontrar soluciones ingeniosas y finalmente comprender la mejor forma de abordar sensatamente el problema. Hay servicios amateurs que tienen una disponibilidad altísima, posiblemente "cinco nueves" en ocasiones, aunque no tengo datos confiables para afirmarlo. Los satelites OSCAR vienen a mi cabeza inmediatamente, algunos han fallado sin cumplir su misión, pero la mayoría funcionó continuamente por muchos años, incluso muchisimo despues de cualquier expiración sensata de su vida útil. El OSCAR-7 me viene a la cabeza, del cual aún se reportan momentos de funcionamiento luego de 40 años (!¡) de su lanzamiento, o mismo nuestro LUSAT OSCAR-19 quien superó holgadamente la década de funcionamiento. Mas terrenales, pero no menos útiles, las repetidoras de VHF-UHF son recursos que funcionan prácticamente sin interrupción, en ocasiones por meses o incluso años. Si bien la red de packet no es lo que supo ser, los nodos o BBS de esa red funcionaban en forma continua por semanas o meses por vez, y cualquiera que haya sido responsable de uno sabe también que eso no ocurre por casualidad. Si bien profesionalmente estoy habituado a gestionar proyectos de despliegue o funcionamiento de servicios de misión crítica que apuntan a los "cinco nueves" también tengo claro que los esfuerzos (y costos) involucrados en proveerlos distan de ser triviales, el enfoque que se usa en ellos tiene que ser necesariamente diferente de lo que se pone en juego en un esfuerzo amateur. Algo de eso aprendí hace bastante tiempo, tuve en funcionamiento por casi un lustro el nodo LU7DID:ABROWN (década el 90) que operaba como BBS de packet, nodo NETROM y gateway AX.25-Internet; aún hoy me cruzo con gente para el que significó sus primeros contactos con Internet, cuando tener contacto con Internet no era como hoy algo ubicuo y casi universal, sino mas bien todo lo contrario; eso, quizás, es una historia en si misma. El punto es que con su funcionamiento aprendí la esencia de lo que puede llevar ser un servicio de alta disponibilidad amateur, y llegó a funcionar en forma ininterrumpida de a semanas por vez. De alguna manera esos aprendizajes los estoy tratando de poner en juego con la baliza WSPR. Un resumen.

Para empezar la disponibilidad 99.999% las 24 días y los 7 días de la semana es una quimera, ningún servicio, excepto contadisimas ocasiones y a gran costo, lo alcanza. Es mucho mas sensato poner una ventana de funcionamiento mas reducida o una exigencia de disponibilidad mas pequeña; 80 o 90% del tiempo estaría bien, algunas horas por día también. En el ámbito amateur es una mejor estrategia no establecer una disponibilidad, sino tratar que sea lo mas alta, medirla y encontrarnos con el resultado real. Medir la disponibilidad implica que tendremos que desarrollar un método para hacer un "logging" detallado y extensivo del servicio, de manera que cuando ocurra una falla (la que ocurrirá casi siempre con nosotros lejos) nos permita luego reconstruir que pasó. Tener un logging trae el primer problema de mantenimiento, que hacer con ellos cuando crecen incesantemente. Bueno, seguramente adoptaremos alguna estrategia de retener el logging durante algunos pocos dias, lo suficiente mucho para que no se nos escape del horizonte un problema, y lo suficiente poco para que no nos ocupe recursos excesivamente. Siete dias suele ser un buen compromiso. Pero el logging tiende a "achanchar" el proceso que lo escribe cuando se hace muy grande, abrir un archivo de muchos centenares de MBytes o incluso algunos GBytes para agregar una linea de texto puede llevar un tiempo muy significativo, tanto que empieza a distorsionar el funcionamiento mismo del servicio. Por eso hay que tomar la decisión de irlos "rotando", es decir en algún momento del día (medianoche) hacer que se cierre el log del día, guardarlo y abrir uno nuevo para el día siguiente; en le proceso se puede aprovechar para eliminar el mas viejo en la lista, de tal manera que tengamos un número constante de dias guardados. Si fueran importantes o el horizonte debiera ser mas grande que una semana podría considerar que la "cola" guardada sea mayor o periódicamente sacar los logs mas viejos y guardarlos en alguna otra parte (¿un pen drive? ¿un disco externo?) por un tiempo mas prolongado (¿un mes?¿varios meses?¿un año?). En mi experiencia nunca necesité un log mas antiguo que un mes y es eso lo que guardo. A todo ésto, si no quiero encasillarme con estar todos los dias a la medianoche haciendo todas estas cosas tengo que empezar a automatizar, un recurso infaltable es instalar un utilitario tipo "cron", casi standard en Linux pero con versiones para Windows también. Básicamente es un utilitario donde podemos programar que un determinado comando (que puede ser un script complejo incluso) se ejecute a determinada hora. Ya que tenemos algo que puede correr comandos a cualquier hora también hay que aprovechar para resguardar periódicamente el software y la configuración del servicio, porque nos encontraremos permanentemente haciendo modificaciones a uno u otro, en ocasiones triviales y facilmente reproducibles y en ocasiones muy profundas que si tuvieramos que revertirlas nos llevarían mucho trabajo. De esa forma, y al igual que los logs, podremos recurrir a una copia anterior en caso que la modificación se muestre como inconveniente o, tampoco impensable, que tengamos una falla lo suficientemente severa como para que parte de los datos, configuración o software del servicio se pierda. De esa forma vamos mirando cada vez que ocurre una falla que fue lo que la produjo y pensando como subsanarla, o al menos mitigarla. Descubriremos, con algo de estupor, que muy rápidamente aparecemos nosotros como causa de la falla. Al hacer modificaciones o mejoras, algunas incluso increiblemente sencillas (hacemos una modificación sencilla, en un sistema complejo cuando ya estamos cansados de un día de trabajo.... ¿que puede salir mal?). Pero ¿como evitamos hacer lo que en definitiva es el propósito mismo de tener el beacon o el servicio que sea?... divertirnos.... experimentar.... cambiar cosas... mejorarlas....

Es bueno comprender, y lo mas rápidamente que se pueda, que la única forma de juntar ambas tendencias opuestas, y aparentemente irreconciliables, es con método. Para empezar, nunca tocar el servicio "vivo", por simple que sea la falla o la mejora, excepto que ya esté caido y aún así no siempre es buena idea. Rápidamente uno descubre que tiene que tener una versión, un duplicado un "muletto" para desarrollo, donde uno hace las modificaciones y las prueba, antes de trasladarlas el servicio de "producción" (el que funciona). El "muletto" debe ser tan parecido al real como nos sea prácticamente posible. Y se debe desarrollar, con paciencia y perseverancia, un conjunto de pruebas mínimas para correrlas cada vez que se haga un cambio con el propósito de detectar si se rompió algo fundamental. A ese test se lo suela llamar "smoke test" (prueba de humo), y proviene del viejo método de encender un dispositivo de hardware y observar con atención (y cautela) que no salga humo. Hay que recordar que por mas que nuestros instintos digan lo contrario podemos provocar fallas grandes realizando cambios pequeños, incluso en partes del sistema aparentemente no vinculadas con el cambio. Lo que se cuenta tan sintéticamente lleva horas, dias, semanas de estudio y trabajo tanto para desarrollar los instrumentos como para identificar el software que nos permita hacerlo o nos ayude a hacerlo.

Continuando con la evolución rápidamente encontraremos que la disponibilidad está gobernada por la energía, o mas bien su disponibilidad. En un beacon WSPR es relativamente sencillo de mitigar, bastará utilizar un pack de carga de 5A/h de teléfono celular para tener una autonomía de 12 horas o más. Bastará tenerlo con un esquema de carga flotante para que esté siempre listo. El tipo de consumo (1 a 2A/h @ 5V) permite considerar alternativas, una batería de gel mas un regulador puede alimentar el servicio por horas, incluso una placa de paneles solares pequeña (como las que se venden para cargar celulares) puede ser suficiente para independizar el beacon de la red de alimentación.

¿Es realmente necesario el servicio de un beacon WSPR para que tengamos tanto cuidado con la disponibilidad? ¿Que pasa si simplemente se apaga?. La respuesta, para sorpresa de nadie es, nada. La disponibilidad, o su mejora, no es necesaria para la red de estudio de propagación, hay muchas otras alternativas, y de última unos pocos reportes perdidos no alteran los GBytes o TBytes de información acumulada a nivel global. No es una cuestión de necesidad, es una cuestión de ansias de aprender. Cuando mejoramos la disponibilidad nos enfrentamos a problemas, los estudiamos, buscamos estrategias para solucionarlos, descubrimos que las buenas ideas no siempre son buenas, que hay veces que las malas ideas confirman que lo son y que sorprendentemente la "navaja de Occam" (Occam's razor) es casi siempre cierta. Y alli también aplicamos el juicio y el sentido común, aplicamos un pack de recarga si ya tenemos uno, y si tenemos uno mas chico entonces acordamos con nosotros mismos que la autonomía será de unas pocas horas en vez de días, cosa que de todas maneras probablemente será suficiente. Y miraremos con cariño los avisos en Mercado Libre o en los cambalaches de FaceBook para cuando ofrezcan paneles solares chicos a buen precio. ¿Un generador?, ... ¿porque no?, ¿no quisimos siempre acaso tener uno y no queremos ver como es la mejor forma de dar energía alternativa a la estación?

Aprenderemos que en algún momento de la hoja de ruta nos encontraremos con una pared, pasada la cual nos es cada vez mas trabajoso, o costoso, mejorar. En la mejora de procesos profesional también pasa, se lo llama "plateau" y es el indicativo que lo que estamos haciendo agotó el potencial para seguir mejorando, hay que buscar otra cosa... Se pueden tomar muchas estrategias, pero la redundancia suele ser una buena opción. No tiene que ser el sistema completo, en ocasiones basta con partes de el. En el caso de una baliza es posiblemente una placa Raspberry adicional, con una configuración denominada "hot stand-by", es decir, que toma control cuando la principal por alguna razón queda fuera de servicio. Un par de relays bastarán para conmutar otros componentes como antenas por ejemplo, y algo de software para implementar todo, y backups, claro.

En realidad al beacon WSPR lo respalda una constelación de otras 5 placas Rasbpberry, el conjunto lo he llamado "Croix du Sud" y las hosts se llaman respectivamente GaCrux (Gamma Crucis, en la foto arriba, el beacon propiamente dicho) y las otras ACrux (Alfa Crucis) máquina de desarrollo y "hot stand-by", BeCrux (Beta Crucis o "Mimosa"), DeCrux (Delta Crucis), ECrux (Epsilo Crucis) y KaCrux (Kappa Crucis) que no es una estrella sino uno de los cúmulos mas bonitos de los cielos australes, la "caja de joyas" o el "Joyero". Necesito todo ésto para un beacon WSPR, claro que no :-)

Lo necesito para de paso estudiar en detalle problemas de computación de alta performance (computación paralela) y correr ciertos paquetes de software que se benefician del alto paralelismo, o en todo caso para preparar software para luego correrlo en computadores realmente grandes.

El proceso de mejora, que técnicamente se llama de "mejora continua", puede continuar tan indefinidamente como uno quiera o le haga sentido los esfuerzos incrementalmente mayores para perfeccionar aspectos cada vez mas menores (rendimientos decrecientes). Quizás no lo mencioné, pero todo ésto corre en Linux, y mi mejor estimación en éste momento es que uno puede estudiarlo por una vida y no será suficiente, siempre encontrará algo que no conocía.

Y si.... me descubrieron, poner un beacon es, después de todo una excusa. Feliz Navidad!

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.

ARRL 10 Mts 2018

El próximo fin de semana se viene el ARRL 10 Meter Contest organizado por la ARRL. Tradicional concurso y uno de los que cierran el calendario 2018 de concursos internacionales.

Si bien es un concurso muy desafiante y entretenido en los momentos del máximo solar, donde la propagación en la banda de 10 metros es global y prácticamente 20 o más horas por día, no lo es tanto en momentos en que el ciclo solar está en el mínimo y la banda a duras penas se abre unos momentos por día, si es que lo hace.

Existe una tímida actividad solar que algunos expertos asimilan a las primeras manchas que por su polaridad y ubicación parecen empezar a anticipar el nuevo ciclo solar; sin embargo estamos muy lejos que la propagación tenga buenas características y con un Solar Flux Index (SFI) de 69 y un SN=0 los pronósticos dejan poco margen para el aliento.

Utilizando el método que expliqué en muchos otros "pronósticos" anteriores utilizo los spots del Reverse Beacon Network durante el reciente CQ WW CW 2018, como un posible indicador de los horarios en que se puede esperar algo de propagación.

Filtrando los archivos "crudos" (raw) disponibles en el sitio del Reverse Beacon Net para los días 24 y 25 de Noviembre y filtrando por spots que provengan o reflejen actividad de estaciones LU y CX pues por proximidad las características de propagación se asumen comparables. En base a ellos se extrae la tabla adjunta donde se indica la probabilidad de tener propagación (rojo=sin propagación, verde=con propagación, amarillos/naranjas=estados intermedios).

Puede observarse que éste pronostico proyecta 15 horas de apertura durante los dos días de concurso, con solo 7 horas (marcadas con un asterisco en verde sobre la columna izquierda) entre ambos días donde la propagación se pronostica moderada a buena. El grueso de las aperturas serán con estaciones de Sud América y el resto con Norte América. No hay trazas de posibles aperturas con el resto de los continentes. Esto parece corresponderse con aperturas de tipo "Esporádica-E" mas que ionosfèrica; lo que de ser cierto desalienta participaciones con potencias menores a LP (y el que pueda con HP incluso).

Intenté corroborar éste pronóstico con otro basado en los patrones de propagación detectados por la red WSPR, pero en ese caso me encontré con que no hay datos para 10m que incluyan estaciones de Sud América, parece un buen proyecto poner una baliza WSPR que opere en 10 metros para proveer datos que existen con cierta abundancia en otras bandas.

Cada uno decidirá si un concurso que plantea tan pobres condiciones es suficientemente desafiante o divertido como para justificar la "inversión" en horas necesaria. Hay dos puntos a favor de participar, una es que después de todo la propagación es impredecible y quizás haya aperturas mas amplias que las que éste pronóstico permite establecer. Por otra parte se puede utilizar una estrategia de participación mínima pues después de todo la cantidad de horas en las cuales el movimiento puede ser de cierta intensidad es ciertamente muy bajo, y está concentrado en el domingo además; debido a éste factor con una concentración muy baja de horas se puede lograr un puntaje aceptable e incluso competitivo. A diferencia de la tradicional ventaja que disfrutamos en el cono sur para participaciones en la banda de 10 metros es posible que ésta oportunidad no tengamos esa ventaja; si la propagación ocurre mayormente dictada por condiciones típicas de Esporádica-E las estaciones en el Caribe, Europa y Estados Unidos nos llevarán una enorme ventaja. La única forma de saberlo será participando!