D-Star com radio FM analógico
por PY4ZBZ em 23-05-2015 rev. 14-06-2015
Estou relatando aqui a minha experiência bem sucedida em usar um radio FM analógico Yaesu FT857D para transmissão/recepção de voz digital em D-Star. Como o sistema D-Star usa um codec de voz (vocoder) proprietário da AMBE, e não existe software aberto para tal, é preciso usar um DV Dongle, pois esse contém um vocoder AMBE. São usadas também duas placas de som e um computador que interliga tudo com o software "Sound Card Client" (também chamado de "D-Star Client" nas versões anteriores). A figura seguinte mostra essa implementação:
O software pode ser obtido no grupo dstar_development, em Files, Beta.
A figura seguinte mostra a tela do software com o FT857D em operação pela repetidora D-Star PY4RSE de Mateus Leme MG:
Teoricamente, qualquer radio FM com capacidade de operar com modem a 9600 bps serve. Testei o FT100D que funciona na recepção, mas não na transmissão, onde distorce o sinal de banda base.
Na recepção, o FT857D usa a saída "9600 data out" (pino 4 do mini-DIN), que na verdade é uma saída de áudio direto da saída do discriminador FM, antes do circuito de de-enfase usado para fonia. Esta saída é ligada ao "Line-in" (entrada de linha) da placa de som 2 do PC, e corresponde ao sinal de banda base RX.
Na transmissão, o FT857D deve ser configurado para packet a 9600 bps (menu 73), e usa a entrada traseira "data in" (pino 1 do mini-DIN), que é na verdade uma entrada de áudio ligada ao modulador FM. Esta entrada é ligada na saída de linha da placa de som 2 do PC, e corresponde ao sinal de banda base TX.
Essas duas conexões do radio devem ser configuradas na aba "Radio Sound Card" do software.
O microfone e os alto-falantes estão ligadas nos respectivos conectores da placa de som 1 do PC, e devem ser configurados na aba "Audio Sound Card" do software.
A tela seguinte mostra a janela de configuração do software Sound Card Client:
Na aba DV-Dongle deve ser escolhida a COM-3 e a do Controller para a porta COM usada no acionamento do PTT. A inversão GMSK ou não deve ser configurada durante testes e depende do radio FM.
A figura seguinte é um exemplo de segunda placa de som, que estou usando: um adaptador USB com entrada de microfone e saída para fones (linha):
A figura seguinte é um outro exemplo de configuração das duas placas de som, sendo uma a Realtek do PC e a segunda o USB Sound Device:
Um ponto muito importante é o ajuste do nível de modulação da transmissão e que idealmente deve ser feito monitorando o espectro com um analisador de espectro ou SDR como mostra a figura seguinte, até obter um sinal com banda de 6,25 kHz @ -30 dB, semelhante ao da figura da direita. O sinal D-Star corretamente ajustado esta uns 17 dB abaixo da portadora pura que aparece na figura da esquerda:
As figuras seguintes mostram nível de modulação muito baixo (esquerda) e alto demais (direita):
A titulo de comparação, a figura seguinte mostra o espectro do repetidor PY4RSE. Como o sinal recebido do repetidor é mais fraco que o local, os lóbulos espectrais laterais estão quase escondidos no ruído. O que importa é a largura do lóbulo principal a -30 dB do topo (e o seu formato):
Existem dois ajustes de nível TX, um no FT857 que deixei no máximo em 100 (menu 72) e o outro na placa de som usada para o sinal BB TX onde é feito o ajuste fino:
Após o ajuste de nível, convém também monitorar a forma de onda do sinal de banda base transmitido pelo radio analógico, usando um SDR com demodulação FM. Ela deve ser semelhante a figura seguinte, onde mostrei o detalhe de 22 bits, com duração total de 4,58 ms (a 4800 bps). O sinal digital original de dados tem forma quadrada, mas após a passagem por um filtro Gaussiano fica "arredondado" para ocupar uma banda menor com modulação GMSK:
A titulo de comparação, a forma de onda do sinal de banda base do repetidor não é tão boa, mas aceitável, como mostra a figura seguinte, onde longas seqüências de dados em 1 ou em 0 não mantêm corretamente a componente DC (decaimento):
Outro ponto importante é o transformador de acoplamento/isolador de áudio entre o PC e o TRCVR. A figura seguinte mostra o sinal de banda base distorcido por um transformador inadequado, o que impede a demodulação do sinal :
O diagrama em blocos seguinte mostra os diversos sinais na parte de transmissão:
A figura seguinte mostra as formas de onda do sinal digital (quadrado) antes (a esquerda) e depois de passar pelo filtro Gaussiano (a direita) em banda base:
A figura seguinte mostra o espectro do sinal de banda base, com um nulo em 4800 Hz que corresponde à taxa de transmissão de 4800 bps :
A figura seguinte mostra o espectro do sinal em RF, sobreposto ao da portadora pura cujo nível é o da linha verde. Os dois mínimos (ponto 1) estão a +-3,6 kHz, sendo os lóbulos laterais a -30 dB do nível máximo do sinal D-Star GMSK:
Links:
73 de Roland.