Please enable / Bitte aktiviere JavaScript!
Veuillez desactiver vos / Por favor desactiva el Javascript![ ? ]
WSPR El hombre que susurraba a la Radio | Radioaficion Ham Radio

WSPR El hombre que susurraba a la Radio

Share

El hombre que susurraba a la Radio

Un circuito único, unos pocos metros de alambre, y un software de gran alcance se combinan para hacer una increíble herramienta de comunicación capaz de atravesar el mundo.

Por George Steber

www.nutsvolts.com/index.php7/magazine/article/january2012_Steber

Comentar este artículo en el Foro Nuts & Volts http://forum.nutsvoIts.com

Los avances en las comunicaciones en los últimos años han llegado a un ritmo alarmante. En los viejos tiempos, para comunicarse a través de la radio se necesitaba una buena antena, un receptor selectivo, y un transmisor de gran alcance. Mientras que estos equipos siguen siendo útiles, hoy en día hay un elemento más necesario: un buen software

WSPR significa Weak Signal Propagation Reporter: "Reporte de propagación de señales débiles". También llamado WHISPER (se pronuncia "susurro") es una metodología muy avanzada. WSPR le sorprenderá con su habilidad para comunicarse a nivel mundial con muy baja potencia con las señales recibidas en o cerca del umbral de ruido. Estamos hablando (en este contexto) sobre la transmisión de niveles de potencia de 500 milivatios (mW) y, a menudo mucho menos. Una de las señales de mi WSPR fue recibida a 1.600 kilometros de distancia de mi casa mientras yo estaba usando sólo 10 mW de potencia y un corto cable de 24 pies de largo. Señales de baja potencia WSPR se recibieron con el mismo pedazo de alambre a más de 6.000 kilometros de distancia.

Si está interesado en aprender más sobre esta tecnología y cómo se puede participar mediante la construcción de su propio receptor de bajo costo WSPR, siga leyendo....

 

Vamos a cubrir todo eso y mucho más. Pero antes de llegar a eso, vamos a hablar de una aplicación especial. Si usted es un educador o conoce a alguien involucrado en la enseñanza de la ciencia, por favor, tome nota. WSPR no es sólo para los experimentadores electrónicos, también se puede utilizar para ayudar a los profesores para motivar a sus estudiantes en la ciencia, ya que WSPR abarca una amplia gama de temas tales como la electrónica, comunicaciones, Internet, software, física, geografía, y mucho más.

Filosóficamente hablando, la metodología científica moderna es algo que aprendemos, no algo con lo que se nace sabiendo. Tenemos una capacidad inherente de explorar y comprender el mundo que nos rodea. La curiosidad está en la raíz de la ciencia. La pregunta: "¿Cómo funciona eso? "es la clave. De hecho, este camino ha sido seguido desde Einstein a Hubble.

En el aula, un receptor WSPR simplemente se conecta a un cable de antena y un PC o MAC. una vez en funcionamiento, las estaciones de todo el mundo (en ciertas bandas) se pueden recibir. Es diferente de escuchar la radiodifusión comercial de onda corta, ya que están recibiendo los datos de carácter científico. Esta es una etapa apasionante, de motivación para los niños. Ellos van a querer saber cómo funciona. Por lo tanto, no se sorprenda si alguno de ellos le pide prestado el receptor para llevar a casa y utilizar por su cuenta.

Una característica particularmente agradable de WSPR es que las "recepciones" (llamadas manchas) se puede descargar automáticamente a una base de datos central (WSPRnet.org) y los resultados se muestran en un mapa del mundo.

¿Qué es WSPR o Wisper?

Una bandera aparecerá en el mapa para mostrar su ubicación y las estaciones que ha recibido. Por lo tanto, las ubicaciones exactas del transmisor se pueden determinar e informar de las distancias, títulos y otra información. En el mapa del mundo se puede hacer zoom para aprender más sobre la geografía y la ruta de acceso de radio encontrado. Especialmente emocionante para los niños más pequeños se esta informando de fase ya que se sienten un sentido de participación.

Más detalles sobre este proyecto (incluyendo cómo obtener listas para receptores WSPR, planes de lecciones para maestros, y más) están disponibles en stellarwspr.com. Las señales WSPR se encuentran en todo el espectro de bandas de radioaficionados y para los transmisores se requiere una licencia en la mayoría de las jurisdicciones. Afortunadamente, muchos transmisores WSPR están operando en todo el mundo para proporcionar interesantes "escuchas" para los niños.

¿Por qué necesitamos WSPR?

Sabemos por nuestra clase de física del colegio que cuando una señal del transmisor se mueve por un cable a una antena que parte de ella se lanza al espacio como un campo electromagnético (EM) de onda. Esta energía se propaga a través del espacio en varias direcciones que dependen de muchos factores, como el tamaño de la antena y la orientación. Todo tipo de cosas pueden pasar a la señal una vez que se pone en marcha. Puede ser refractada y polarizada, por ejemplo. Para la comunicación, otra antena a cierta distancia desde el transmisor puede interceptar parte de la señal y recibir un mensaje. En un universo ideal, la onda EM se propagaría por siempre y seria capaz de ser demodulada perfectamente en casi cualquier distancia con sólo la más pequeña cantidad de señal disponible. Sin embargo, en nuestro mundo real hay otro factor. Además de lo mencionado anteriormente, debemos tener en cuenta las perturbaciones del ruido eléctrico.

A medida que la onda electromagnética se propaga, se extiende en el espacio y por lo tanto, disminuye la fuerza en una dirección dada. En pocas palabras, se vuelve más débil. Para agravar el problema, la ionosfera - que lleva la mayor parte de las señales de alta frecuencia - también está cambiando continuamente, provocando variaciones de propagación. Por otro lado el ruido está por todas partes de nuestro universo real generado a partir de todo tipo de cosas, como electrodomésticos, el radar, como los fenómenos naturales como un rayo. El nivel de ruido fluctúa continuamente y causa interferencia a nuestra señal.

Para hacer frente parcialmente con el ruido y también para proporcionar características adicionales, diversas técnicas de modulación se han desarrollado. Dos clásicos que son probablemente están familiarizados con AM (Amplitud modulada) y FM (frecuencia modulada). Algunos métodos de modulación son mejores que otras para lidiar con el ruido, pero todos ellos se meten en problemas cuando la intensidad de la señal se acerca al nivel de ruido.

Lo que hace WSPR es diferente? Es el protocolo. WSPR software utiliza una banda de frecuencia muy estrecha, en especial con código de corrección de errores en recepción (FEC) y la manipulación por desplazamiento de frecuencia (FSK). FSK es como FM banda muy estrecha. Esta técnica reduce los errores y mejora la posibilidad de copiar el mensaje en el ruido. La señal encaja en un segmento Hz minúsculo 200. Dentro de cada segmento, el ancho de banda de la señal es sólo 6 Hz. Esto permite que varias decenas de estaciones puedan coexistir en un segmento con una mínima interferencia. Hay actualmente 12 segmentos (denominado aquí como las bandas de WSPR), ubicado dentro del espectro de frecuencia de radio

WSPR frecuencias , frequency

El protocolo WSPR es extremadamente eficaz a relaciones señal-ruido tan bajas como -28 dB en un ancho de banda Hz 2.500. Se trata de más de 10 dB por debajo del umbral de audibilidad. En otras palabras, a veces se puede copiar las señales que usted no puede oír. Es debido a esta capacidad de que las señales eléctricas de baja, incluso WSPR pueden ser decodificados en los confines más lejanos del mundo.

WSPR Reconocimiento y uso

WSPR fue concebido y puesto en marcha por Joe Taylor (K1JT), un radioaficionado (profesor de Física en Princeton) y su compañero de aficionados Bruce Walker

(W1BW). El software de código abierto se ejecuta en Windows, Linux y otros sistemas. Está disponible desde www.physics.princeton.edu/pulsar/K1JT como una descarga gratuita.

WSPR utiliza la tarjeta de sonido interna o externa de su PC / MAC. Estas tarjetas tienen buenas especificaciones. Los más importantes son los convertidores de datos que proporcionan un gran rango dinamico de 90 dB de rango dinámico. WSPR está programado para enviar y recibir mensajes a través de la tarjeta.

¿Qué es WSPR o Wisper?

WSPR utiliza las comunicaciones sincronizadas tiempo sobre la base de Tiempo Universal Coordinado (UTC). Transmisiones de durar algo menos de dos minutos cada uno, nominalmente de partida un segundo en un minuto incluso UTC. Por lo tanto, es importante para su equipo al tener una precisión de un segundo o menos de la hora UTC. Por lo tanto, ajuste el reloj de su computadora desde una fuente precisa, como www.usno.navy.mil

Dado que la mayoría deriva de los relojes equipo, tendrá que Actualiza tu reloj de forma periódica.

WSPR está diseñado para hacer sólo una cosa: encontrar una vía de comunicación. Se comunica a través de mensajes especialmente formateados dirigidas a determinar si un trayecto de propagación está abierto en una frecuencia dada transmitiendo. Formato contiene un nombre, de cuatro caracteres rejilla de localización, y el nivel de potencia en dBm (decibeles en relación con un milivatios). Esta información se comprime en 50 dígitos binarios y codificados usando un código convolucional de longitud 32 y la tasa de 1/2. Las resultantes 162 bits se transmiten a través de cuatro FSK tono en 1,46 baudios. El bit menos significativo se define por una secuencia pseudoaleatoria conocida por el software en ambos transmisor y el receptor. Se utiliza para establecer la hora exacta y la sincronización de frecuencia. Largas códigos convolucionales son ventajosas ya que no detectados errores de descodificación son raros. Normalmente, un algoritmo de Viterbi se utiliza para la decodificación pero debido a la complejidad, el descodificador WSPR utiliza un algoritmo secuencial especial.

Cuando una estación se descodifica, otra información, como "la ubicación de recepción", nombre, relación S / N, y el DT (diferencia de tiempo) se aplica normalmente registran. Esta información puede ser descargado automáticamente al WSPRnet.org utilizando la opcion "manchas". Su nombre será mostrado en una bandera en un mapa mundial con los demás. Opciones en la página web se puede utilizar para encontrar la distancia y la dirección de la emisora ​​recibida.

¿Qué se necesita para recibir las señales WSPR?

En primer lugar, darse cuenta de que WSPR se transmite como una única banda-lateral (SSB) de la señal por lo que no puede ser recibida con un receptor AM ordinaria. Algunas radios de onda corta tiene un BFO (oscilador de frecuencia) y se podran utilizar si tienen la suficiente precisión y estabilidad. Asimismo, puesto que la señal está en una banda muy estrecha y casi inaudible, la sintonización manual sería difícil. Los receptores de radioaficionados de la banda son otra opción, pero son más costosos. Por lo tanto, parece que la búsqueda de un receptor de bajo costo WSPR puede ser problemático.

¿Hay otro enfoque? ¡Sí! Vamos a diseñar nuestro propio receptor WSPR  de cabo a rabo. En cuanto al hardware, que necesitamos para construir un receptor WSPR con alta precisión, estabilidad y sensibilidad a bajo costo. Además, no deberán exigir alineación complicada o procedimientos de ajuste que implican equipo especial. Una tarea difícil.

Recordemos que la función del receptor es la de convertir las señales de radio WSPR a audio para la tarjeta de sonido del ordenador. Un buen candidato para estos requisitos sería algún tipo de fijo, la conversión directa (DC) de radio. Receptores de CC convertir las señales de radio con el audio directamente, sin etapas intermedias.

Diagrama de bloques de la radio propuesto.

WSPR receptor diagrama de bloques

Así es como funciona.

Las señales de RF de la antena se filtra en el paso de banda WSPR recibir frecuencia para evitar la sobrecarga del mezclador a partir de señales fuertes fuera de banda. Un oscilador local (LO) sintonizado a la WSPR transmitir frecuencia es mezclado con el de RF. Dado que las dos frecuencias están separadas por 1.500 Hz, de audio centrada a 1.500 Hz se produce en la salida de la mezcladora. Por último, este audio se alimenta a la tarjeta de sonido del ordenador. WSPR software tiene un paso de banda de 200 Hz centrado en 1500 Hz con estrechos filtros digitales. Por lo tanto, si tenemos el audio a la tarjeta de sonido hay una buena probabilidad de que se decodifica. Aplicación del diagrama de bloques requiere un poco de pensamiento único. En primer lugar, no queremos un ajuste LO, ya que esto requiere de equipo especial. Además, no queremos que las bobinas especiales que deben ser atentos porque la medición de éstos sería difícil para muchos aficionados.

ESQUEMA RECEPTOR WSPR

WSPR esquema receptor schematic

Los cambios necesitan más explicación. En primer lugar, la LO se sustituye con un oscilador programado. Esto elimina la necesidad de ajustar un oscilador. Osciladores programables son osciladores programados esencialmente personalizados de cristal. En segundo lugar, el filtro de paso de banda de entrada es ahora un cristal sintonizado a la frecuencia WSPR. Cristales proporcionar una función de paso de banda estrecha sin usar convencionales circuitos sintonizados. Sin embargo, las frecuencias especiales de cristal son obligatorios. Cristales de los 20 y 30 metros de bandas WSPR estará disponible como se señala más adelante. Aquí está una descripción del circuito

Desde la antena, la señal se pasa a través del filtro de cristal a un amplificador FET. A continuación, se alimenta a una entrada (pin 1) de U2 - el mezclador SA612. Los SA612 funciones así en esta aplicación ya que tiene ganancia (a diferencia de mezcladores pasivas) y está protegido contra las señales de fuera-de-banda por el filtro de cristal. Oscilador programable U1 - programada a una determinada frecuencia de transmisión WSPR - pin 6 canales de la mezcladora. El resultado es una señal diferencial de audio en los pines 4 y 5 de la mezcladora. Esta señal se procesa posteriormente por U3 y presentado a la tarjeta de sonido a través de JP1 y J2. Seleccione la "línea" o "micro" puente de la tarjeta de sonido del ordenador.

El filtro de cristal puede ser necesario en horas pico a través de la CV condensador de 20 pF variable. Dado que este es un lugar sensible en el circuito, utilice cuidado para evitar lecturas falsas. Ajustar para obtener el audio de máxima a 1.500 Hz. Una forma es buscar en el espectro de audio con un programa gratuito como "Laboratorio de Espectro", de www.qsl.net/dl4yhf. Un mejor método de alineación consiste en recibir un generador de señal cercano establece en el WSPR frecuencia de recepción. Ajuste CV máxima mientras se ve el pico de 1.500 Hz de espectro de audio.

El circuito se alimenta de cinco voltios a través de una AC a DC convertidor de montaje en la pared. Convertidores Tales pueden ser molestos. Compruebe la tensión bajo carga antes de usarlo. Una tension superior a 5,5 voltios puede dañar algunas partes. El uso de un puerto USB del ordenador puede funcionar. Tuvimos una buena experiencia de la alimentación de los puertos USB de algunos ordenadores portátiles más antiguos, pero la experiencia con otros equipos ha producido una fuerte interferencia del puerto USB. En estos casos, se recomienda el uso de los cinco voltios del tipico convertidor.

Para fines de demostración, una placa del receptor de 20 metros fue construido sobre una placa protoboard. Esta técnica, en general, no es un buen método para circuitos de RF, pero funcionó. Un PCB es una mejor opción.

Lista de componentes para el proyecto.

CANT

Etiqueta VALOR

DESIGNACIÓN

DESCRIPCIÓN

8

0.1 | JF

C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11,

condensadores

3

10 mF

C12, C13, C14

Electrolítico

2

150 pF

C15, C16

Disco cerámico

3

0.01 uF

C1, C2, C3

Disco cerámico

1

15K

R11

1/4W 5%

3

1K

R15, R6, R7

1/4W 5%

1

1.5K

RIO

1/4W 5%

1

27

R14

1/4W 5%

1

10K

R1, R2, R3, R4, R5

1/4W 5%

1

470

R9

1/4W 5%

1

1M

R8

1/4W 5%

1

220K

R12, R13

1/4W 5%

1

3SIP

JP1

SIP3

1

MPF102

FET1

FET

1

LED

VERDE

LED

1

20p

CV

Variable

1

J1

Corriente continua

Jack 3,5 mm

1

J2

AUDIO

Estéreo de 3,5 mm

1

J3

ANT

Dos terminales

1

U2

SA612

Mezclador de RF

1

U3

TLC272

doble amplificador operacional

1

U1

OSC programable

WSPR frecuencia de transmisión

1

CR1

Cristal

WSPR frecuencia recepcion

Los componentes para el receptor son fácilmente disponibles. Osciladores programables están disponibles desde Digi-Key y otros como una orden de encargo. Es necesario especificar el paquete (por lo general de ocho pines DIP) y la frecuencia. Algunos cristales especiales están disponibles en Internet. La PCB y la mayoría de las partes críticas tales como cristales y osciladores programables para las bandas de 20 y 30 metros estan disponibles en eBay.

También comprobar http://stellarwspr.com para la información más reciente sobre este proyecto.

WSPR Software y Funcionamiento del receptor

Usando el software de WSPR es fácil. Para empezar, descargue y ejecute el software de http://physics.princeton.edu/pulsar/K1JT/. Dos ventanas van a aparecer en la pantalla. El negro es para los mensajes de error.

muestra de la ventana principal.

WSPR Software

Para comprobar el funcionamiento, puede reproducir una muestra de audio incluido en el programa. Si quieres echa un vistazo a la actividad de la banda real, utilice WSPRnet.org para spots actuales.

Asumiendo que tiene un receptor, conéctelo a una buena antena y la salida de audio a la tarjeta de sonido. La antena funciona mejor con un buen plano de tierra, pero funciona incluso un alambre de longitud al azar. Si es posible, trate de hacer la antena de un cuarto de onda larga, ya que más coincide con el de entrada. Por ejemplo, en la banda de 30 metros hacer el alambre de unos 7,5 metros de largo (24.6 pies). No puede ser más de hincapié en que una buena tierra, ayuda enormemente. Incluso un cable a tierra de largo en el suelo ayuda. Mantenga la antena lejos de la computadora.

Ahora, pon tu reloj de la computadora a UTC en un segundo o algo así. Corregir UTC se puede encontrar en la Web. Usamos el observatorio Naval de www.usno.navy.mil. Ahora viene la parte ansiosa. Tienes que esperar a que un incluso minutos numerados (0, 2, 4, etc) para que el software comience a recibir. Mira el reloj del ordenador. En este punto, el mensaje en la esquina inferior derecha cambiará de "espera" a "recibir". Cuanto más bajo a la esquina izquierda se especifique el nivel del audio de entrada en dB. Esto se puede ajustar con el control de nivel de tarjeta de sonido de grabación.

Un nivel de 12 a 19 dB funciona bien, aunque el software dice lo contrario y produce una ventana roja. Hay algunas otras cosas que usted puede hacer, como poner en su posición en la rejilla y la llamada (o nombre) si desea informar de sus puntos. Pero eso vendrá más adelante. Por el momento, sentarse y ver por su primera captura.

Comentarios Finales

WSPR es increíble tecnología. La simplicidad del receptor WSPR descrito aquí lo hace atractivo como una herramienta de promocion de la radio a un bajo costo.

Con un poco de suerte, motivará a los experimentadores, los maestros y estudiantes para empezar a explorar las muchas facetas de la ciencia y la ingeniería.

Como se ha dicho, la pregunta: "¿Cómo es eso?" es sin duda la clave de la curiosidad. Esperemos que ayudar a que el joven interesado en la ciencia.

Este receptor es sólo el primer paso. Otros proyectos relacionados con los receptores y transmisores más sofisticados seguramente seguirá. Hace poco salió un artículo de "Chips en el espacio" por Mason Peck (IEEE Spectrum Agosto '11), que describe cómo los satélites del tamaño de pequeños circuitos integrados podría revolucionar la forma de explorar el espacio. Proyecto Sprite consiste en el diseño y más tarde en el lanzamiento de miles de chips de baja masa (menos de 50 miligramos) con el único propósito de monitorear el espacio con sensores simples. Cada chip tiene un transmisor de radio de la señal débil y apenas perceptible del ruido. Un sofisticado software de procesamiento de señales serán necesarios para tirar de las señales fuera del ruido.

Tal vez un joven intrigado por WSPR será el futuro ingeniero para diseñar el software.

Related Articles