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Full-duplex en satélites con un SDR: el software (y II)

¿Añadir un receptor SDR es fácil?

El artículo anterior del mismo título, pero sobre el hardware (I) lo dediqué a plantear las soluciones que se me han ocurrido para resolver los problemas que aparecen al añadir un SDR para la recepción de satélites, para conseguir operar con ellos en Full Duplex, cuando se tiene un equipo clásico, tipo TS-2000, ICOM-9100 u otros, al que no se quiere operar para instalarle una salida en la FI para el SDR, así como también trabajar en full dúplex con muchos otros equipos clásicos en transmisión, mientras recibimos con un SDR separado que nos permitirá la visualización de todas las señales presentes en la salida del satélite, incluida la nuestra.

Ahora hablaremos del software, pero antes preparemos bien el terreno y repasemos las dos configuraciones que presentaba allí, para todos aquellos que no quieren modificar sus equipos (Figuras 1 y 2) y colocar el SDR en una salida adicional de la FI del un transceptor clásico.

Figura 1: Equipo clásico tipo FT-2000 con SDRFigura 2: Equipo clásico tipo FT-897 con SDR

Una de las conclusiones que se deducían de estas configuraciones es que si se sobrecargaba el SDR en recepción por la transmisión simultánea en la banda opuesta, no tendrías otro remedio que sustituir el duplexor que actúa como mezclador en el frontal  de la entrada del receptor SDR, por un conmutador que añadiera un mayor aislamiento entre la transmisión y la recepción simultánea, aunque tendrías que accionarlo manualmente para cambiar la modalidad, según el satélite fuera  V/U o U/V.

Pero debe quedarte bien clarito que, si estás dispuesto a comprarte los conmutadores MFJ-1708B para el SDR (que valen una pasta), lo más lógico sería que invirtieras mejor tu dinero comprando un SDR algo más caro, uno que tuviera mayor margen dinámico y que cuente con sus propios filtros pasabanda para VHF y UHF, filtros que ayudarían a evitar la temible sobrecarga que arruinaría la recepción de tu propia transmisión desde el satélite en la banda opuesta. Me refiero a comprar por ejemplo un Funcube Pro+ o un SDRuno o un Airspy, que ya llevan sus propios filtros en cada banda, en lugar de intentar utilizar un barato RTL-2832 que no lleva ningún filtro incorporado.

La corrección del Doppler: ¿necesaria en FM?

Hablemos del efecto Doppler (figura 3), esa desviación que se produce en las frecuencias de un satélite debido a su velocidad relativa con respecto a la antena del observador. En 144 Mhz, la velocidad del satélite llega a desviar la frecuencia unos +/- 3, 5 kHz a cada lado de la frecuencia nominal (de entrada o salida), con un cambio total desde el orto (aparición) del satélite hasta el ocaso (desaparición) de unos 7 kHz,  así que no es un problema especialmente grave y no vale la pena molestarse en corregirlo, como vemos en la figura 3. Pero en la banda de 435 MHz, la desviación por el efecto Doopler llega a alcanzar casi +/- 9,5 kHz durante un pase, lo que representa un cambio de frecuencia de unos 19  kHz en total.

Figura 3: Desviación de frecuencia por efecto Doppler
Nota: Estas cifras de desviación máxima por el Doppler son meramente aproximadas, porque estos valores dependen de la velocidad de cada satélite y ésta depende de la altura de su órbita, así como también de la elevación máxima del pase en concreto, así que solo nos sirven de referencia  aproximada para la mayoría de los satélites LEO (Low Earth Orbiting sat).

Si comparamos estas dos cifras (3,5 y 9,5 kHz) con el ancho de banda más habitual de unos 16 kHz de un receptor de FM clásico, vemos que ni en recepción ni en transmisión en 144 MHz apenas necesitamos mover la frecuencia del receptor, porque siempre estamos dentro de margen de captura de un demodulador de FM, tanto en recepción como en transmisión.

Sin embargo con los +/-9,5 kHz en 435 Mhz, nos saldremos del margen de captura del  demodulador del receptor de FM, si no cambiamos la frecuencia de transmisión o la de recepción en algún momento del pase.  Así que necesitaremos ya sea  ajustar la frecuencia del receptor del satélite que opera en el modo U/V, o bien la del transmisor cuando opera en modo V/U, por lo menos un par de veces durante el pase.

En FM, prepara tres frecuencias

En UHF, lo más aconsejable es anotar previamente tres frecuencias (figura 4), una a +6 kHz por encima de la frecuencia nominal para el primer tercio del pase (1); la segunda debería ser la frecuencia exacta nominal en que recibe el satélite (2) y la tercera tendría que ser una frecuencia  -6 kHz más baja (3) que la nominal para el tercer tercio, cuando ya se aleja el satélite de nosotros. Por supuesto, no hay que olvidarse de cambiar la frecuencia a lo largo del pase en cada tercio, por lo que debemos anotar,  junto con las tres frecuencias, los minutos del pase en que debemos utilizar cada una y hacer el cambio, habiendo dividido previamente la duración del pase en tres partes iguales 1, 2 y 3.

Figura 4: Corrección Doppler en UHF.

.Este sistema sirve tanto para la operación en V/U como para la operación en U/V,  así que según sea el satélite, deberemos aplicar este cambio de frecuencia en UHF a la transmisión o la recepción. De todos modos, actualmente, debido al problema del tercer armónico de la transmisión de 144 que puede saturas la recepción en UHF, se lanzan más satélites que tienen la entrada en UHF y pueden ser  recibidos en VHF, de modo que pocas veces tendremos el problema de tener que atenuar el  tercer armónico de 144 (El tercer armónico de 435 = 1205 Mhz no nos molestará). De este modo, el problema del tercer armónico lo tienen que resolver los que diseñan los satélites, para que este tercer armónico de 144 no les bloquee la recepción en 435 en el satélite.

SSB: indispensable la corrección del Doppler

Aunque en FM se puede operar en satélites sin corregir automáticamente la desviación del efecto Doppler,  ya hemos comentado otras veces que en SSB es misión casi imposible operar la frecuencia de un modo manual, así que debemos operar con los equipos de transmisión y recepción bien corregidos y conectados a un programa de ordenador que controle la frecuencia de nuestro equipo por CAT, para poder contestar a una estación en su propia frecuencia y mantenerse allí la posición durante todo el QSO.

Por tanto, la autoescucha de nuestra propia emisión es indispensable, para comprobar en todo momento que estamos transmitiendo en la frecuencia deseada y por eso recomendamos también utilizar un receptor SDR, para poder comprobar visualmente nuestra posición en la salida del satélite, lo cual es mucho más difícil de conseguir inicialmente a oído, aunque luego también necesitaremos la oreja para el ajuste fino.

Mi corrector Doppler favorito: SatPC32

Aunque el Orbitrón es el programa más fácil de configurar para el seguimiento de satélites y se puede conectar internamente también para controlar a algún programa SDR, como por ejemplo el SDRSharp (o SDR#), su sistema de envío de datos para la corrección del Doppler es unidireccional y demasiado rígido porque no se adapta a los cambios de sintonía.

En cambio, el programa SatPC32 (Figura 5) tiene totas las virtudes que ya expliqué en el artículo “Patinaje sobre satélites” publicado en  la revista Radioaficionados de Marzo de 2017, en las páginas 13-16, en  el que describía con todo detalle cómo este programa es uno de los más flexibles para contrarrestar el Doppler. Su gran ventaja es que te permite mover la sintonía de tu equipo, la detecta y varía la frecuencia de tu transmisión y recalcula el Doppler en consecuencia, para mantener tu salida en la frecuencia deseada en el dial del receptor, (recuadro E de la figura 5) siempre que, al inicio del pase, hayas calibrado (corregido) la  pequeña desviación que pudiera haber inicial, como se indica en la figura 6.

Figura 5: Pantalla principal del SatPC32

Calibración inicial del SatPC32

Para la calibración inicial, el SatPC32  dispone de toda una serie de recuadros que te permiten corregir ya sea  tu frecuencia de transmisión hasta que te escuches bien a ti mismo, o bien cambiar tu frecuencia de recepción para que puedas sintonizarte donde has descubierto que sales repetido sin mover el transmisor (figura 6). Escoge uno de los dos métodos a conveniencia para calibrar tu propia escucha en la frecuencia deseada. Son los dos recuadros RX o TX de la figura 6.

Silba un par de veces en la frecuencia de entrada, comprueba en el espectro de tu SDR si tu transmisión sale más arriba o más bajo de lo previsto, y en consecuencia  pulsa en el recuadro correspondiente, en el  marcado TX si lo que deseas es corregir tu transmisión para escucharte centrado sin mover el dial del receptor, o en los de RX si lo que deseas es mover la recepción para colocar el receptor en la frecuencia en que aparece tu emisión.

Figura 6: Calibración TX/TX en la salía del satélite.

SatPC32 es el programa más flexible porque calcula el Doppler inicialmente para las frecuencias que tiene memorizadas para este satélite en el archivo DOPPLER.SQF, pero si mueves el dial de tu receptor para sintonizar otra estación en la salida del satélite, recibe esta información de que has movido el dial y aplicará automáticamente la corrección necesaria a la nueva frecuencia que hayas escogido para contactar con una estación en ese satélite en cuestión.

Equipos controlables por CAT en el SatPC-32

Para que todo esto funcione bien, necesitas disponer de una buena conexión CAT entre tu PC y el transceptor mediante un puerto serie COM, que modernamente se habrá realizado mediante un conversor USB/COM, pero ahora, para el SDR, también será necesaria  otra conexión interna, esta vez mediante  un puerto serie COM virtual, que se conecte entre el programa de seguimiento y el programa de funcionamiento del receptor SDR.

Los equipos que se pueden configurar en el Radio Setup del SatPC32 son los que se muestran en la figura 7a, 7b y 7c, y abarcan casi todos modelos clásicos de las marcas Yaesu, ICOM y Kenwood, que son apropiados para la operación en satélites. Y estas configuraciones están disponibles para dos equipos por separado, tanto para el Radio 1 (receptor SDR) como el Radio 2 (el transceptor convencional).

Figura 7a: Equipos YaesuFigura 7B: Equipos ICOMFigura 7c: Equipos Kenwood

En las tres figuras 7a, b y c comprobamos que no está previsto el control de ningún receptor SDR, pero tenemos la suerte de que algunos diseñadores de software para SDR, han previsto que sus equipo respondan a todos los comandos CAT de un Kenwood TS-2000, un conjunto de comandos que han venido a convertirse en una especie de estándar, no sé muy bien porqué, tal vez porque sea uno de los conjuntos de comandos más completo.

Es posible que tengáis problemas en la velocidad en baudios de la conexión entre el PC y el equipo, así que deberéis comprobar que la velocidad de conexión de los puertos COM del CAT configurada en el programa SatPC32, es la misma que la configurada en el equipo transceptor. Esta velocidad (baurate) en el SatPC32 está “oculta” bajo el desplegable “Model” de las figuras 7a, 7b y 7c.

Un programa SDR controlable: el Radio Console

Tanto los fabricantes FlexRadio así como ApacheLabs, fabricantes de los equipos Flex-6000 y  de los ANAN respectivamente, han incluido que sus equipos respondan a todos los comandos Kenwood estándar, pero entre los diseñadores de software para SDR, destaca por sus prestaciones el programa de Simón Brown, G4ELI, el realizador del software SDR-Radio o bien SDR Console, un programa que es capaz de manejar una lista impresionante de receptores y transceptores SDR  (Figura 8) con el mismo software.

Figura 8: Lista de equipos SDR manejables con SDR Console de Simon Brown

La página principal del programa la podemos ver en la siguiente figura 9 en la que me gustaría comentar un par de truquillos que aparentemente dificultan el primer contacto con este programa, pero que son fáciles de resolver mediante los recuadros que se indican en la pantalla (Figura 9), como por ejemplo los cambios de banda que se encuentran escondidos en la solapas “Favourites” -> Amateur marcadas en rojo.

Figura 9 pantalla Principal del SDR Radio Console

En la Figura 9 muestro unos  recuadros marcados en rojo, pero fijaos especialmente en el recuadro desplegable que se muestra en el lado derecho (que se hace aparecer cuando se escogen las opciones Receive -> DSP  en el menú superior), y en el que se encuentra el deslizante de control del volumen y, justo encima, se escoge el dispositivo de salida de audio del programa SDR. Ahi yo he cambiado la opción por defecto (default) “Altavoces (Realteck High Definition Audio)”, y he escogido en el desplegable un cable virtual VAC Virtual Audio Cable) denominado “Line 1″ , para poder enviar el audio a un programa decodificador de modos digitales.

De este modo el audio del SDR entra en el Input de audio de un programa decodificador digital y, al mismo tiempo, consigo que suene el audio por los altavoces, activando una casilla que se encuentra en las propiedades del cable virtual de audio, en el Panel De Control de Sonido del Windows 10 (y también W7), tal como se describe con todo detalle en el artículo “CatSync para comunicaciones digitales”, colocado en esta misma web..

A principios de verano  me prestaron un nuevo receptor SDR recién aparecido en el mercado, el SDR-Duo de SDRPlay que incluye la recepción diversificada, y entonces aún no estaba presente en la lista de Radio Console y no pude probarlo con este programa y me tuve que conformar con el soft de SDRPlay, que francamente me resultó antipático por el exceso de pantallas que abre. Pues a la hora de escribir este artículo, tan solo tres meses más tarde, Simón Brown ya había incorporado el nuevo SDR-Duo a su programa SDR-Radio (o Radio Console). Como dicen los franceses… “chapeau”.

Control por CAT del Radio Console

En cuanto al acceso a la configuración para que corrija el Doppler el programa Radio Console de Simon Brown, modificando la frecuencia del receptor SDR mediante el programa SatPC32, debemos dirigirnos a la sección  “Tools” del menú superior del programa y escoger la última opción: “Options”. Allí se abren toda una serie de opciones en la que escogeremos “Controller” y podremos seleccionar alguno de los cables virtuales previamente instalados en el PC. En la imagen los cables COM virtuales que aparecen han sido creados por pares por mi Flex-6500, de los que escojo un par adecuado (COM 5/COM 105) y lo conecto por un lado al SatPC32 (COM5) y por otro lado escojo el COM 105 cuya casilla marco en el SDR para que sea convenientemente controlado por el SatPC32.

Figura 10: Activación del control por CAT mediante  un puerto COM virtual (COM105).

El archivo DOPPLER.SQF del SatPC32

Para calcular el Doppler, el programa SatPC32 necesita disponer de un archivo de configuración que contenga todas las frecuencias del todos los satélites, concretamente el archivo DOPPLER SQF, en el que se encuentran listadas tanto las frecuencias de transmisión y de recepción de todos los satélites que deseamos trabajar, una línea para cada modalidad de operación del satélite. En realidad este es un archivo de texto plano, es decir que equivale a un archivo  de texto con la extensión <.txt>, aunque  le hayan colocado una extensión <.sqf> y  aparece en un lugar muy curioso del disco duro del PC con Windows 10, que cuesta algo de encontrar y por eso lo comento aquí. El lugar en que se encuentra es:

Disco  C:\ -> Usuarios -> “nombre usuario” -> AppData -> Roaming ->  SatPC32 -> DOPPLER.SQF

Si en tu PC no aparece la carpeta AppData, no desesperes porque debes seguir las instrucciones de la Figura 11 para hacerla aparecer.

Figura 11

Si no aparece la carpeta AppData donde te indico, tienes que cambiar las opciones de carpeta, para que el Windows 10 no te oculte las carpetas del sistema y puedas ver la carpeta AppData.

Debes activar la solapa “Vista” de las “Opciones de carpeta”  (11a) y buscar en el lado derecho “Opciones” para allí escoger “Cambiar opciones de carpeta y búsqueda” (11b).

Luego allí (11b) debes escoger  la solapa “Ver”. Luego cambiar la opción “Mostrar archivos, carpetas y unidades ocultas” y finalmente clicar sobre  “Aplicar a las carpetas”.

Archivo DOPPLER.SQF puesto al día

Por desgracia, el archivo original DOPPLER.SQF que debe contener todas las frecuencias de cada uno de los satélites y que viene incluido con el programa SatPc32, aunque sea la última versión, no lleva las frecuencias de los nuevos satélites aún no lanzados, de forma que tienes que buscarte la vida para añadir a este archivo las frecuencias de todos los nuevos lanzamientos que te interesan.

La buena noticia es que, aunque no lo había descubierto hasta ahora, resulta que en la página de AMSAT (http://www.amsat.org) en la solapa “Satellites Info -> Communications Satellites” un alma caritativa, un japonés, JE9PEL,  que mantiene al día un archivo actualizado y te permite la opción de obtener un archivo DOPPLER.SQF que contiene TODAS las frecuencias de TODOS LOS SATÉLITES puestos al  día y que, para mi desesperación, no había descubierto hasta ahora (figura 12) porque se encontraba al final de todo de la página web, a la que nunca había llegado. Para verlo, debes abrir la web: http://www.ne.jp/asahi/hamradio/je9pel/Doppler.sqf

Figura 12: Página de JE9PEL que permite obtener el archivo DAPPLER.SQF.

Aunque no es un archivo descargable, nada más fácil que seleccionar y copiar todo el texto, pegarlo en una nueva página en blanco del  programa Wordpad de Windows, para que no le añada caracteres de formato y luego grabarlo en el lugar mencionado, asegurándose de que tiene el nombre correcto, o sea nombre <Doppler> y cambiarle la extensión <.txt> pro una nueva que ponga <.sqf>.

¿Y el programa Ham Radio De Luxe?

Sí, efectivamente es un programa que incluye el cálculo de órbitas de satélites y la corrección del efecto Doppler, pero es un programa que ha sido mayormente diseñado para controlar equipos clásicos, y no ha sido diseñado especialmente para controlar receptores SDR, puesto que no dispone de la visualización del espectro, y los SDR  tienen sus propios programas de funcionamiento y control en la pantalla del PC mediante puertos COM virtuales.

HRD es perfecto para el seguimiento de satélites con los equipos pensados para operar en full dúplex como el TS-2000 y los ICOM 910 y 9700, pero no he conseguido utilizarlo con un SDR, porque yo no he sido capaz de configurar el control de dos equipos distintos con este programa. Tal vez no he sido suficientemente persistente y algún amable lector haya descubierto el modo de usarlo con dos equipos diferentes. Si así fuera, estaré encantado de explicarlo en estas páginas.

Para controlar dos equipos (un transmisor clásico y un receptor SDR), se necesitaría enviar las instrucciones de CAT por dos puertos COM diferentes, uno físico (conversor USB/COM) para el equipo tradicional y un segundo puerto COM virtual para controlar el SDR, y yo no  he descubierto cómo hacerlo en el HRD. Solo he conseguido enviar comandos CAT por un solo puerto COM y eso es perfecto para los equipos como el Kenwood TS-2000 y el ICOM 9100, pero insuficiente para manejar dos equipos distintos,  uno convencional y otro SDR.

En cambio el SatPC32 sí me lo permite.  Puedo configurar dos equipos distintos y enviar los comandos CAT de frecuencia de transmisión y de recepción por dos puertos COM separados. Supongo que tarde o temprano, esta posibilidad la incluirán también en alguna versión posterior del HRD, pues no parece difícil de  añadir al software actual. Avisadme en cuanto ya lo hayan incluido en el programa.

Y ahora a por los satélites, que no es algo que sea  tan difícil y es mucho más divertido que hacer cientos de contactos en FT8, que cada vez me aburren más.

73 de Luis EA3OG

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