L’evoluzione dei metodi software di K1JT (Joe Taylor)

by Giorgio IK1UWL

 

Joe è un radioastronomo (premio Nobel). Nella sua vita professionale ha esplorato i segnali radio provenienti dalle pulsar, usando banda stretta e media su lunghi periodi.
Radioamatore fin da giovane, nel 2002 ha affrontato un problema che lo affascinava da lungo tempo, decodificare segnali a bassissimo livello, quali quelli di ritorno dalla Luna.
L’attenuazione è di circa 250 dB. Per visualizzare cosa questo significa, permettetemi alcuni numeri.
Io trasmetto con 1 kW ed un’antenna da 23 dBi, quindi il mio segnale di partenza ha una potenza equivalente a 200 kW. Dopo un’attenuazione di 250 dB, il segnale da rivelare è di 0,000 000 000 000 02 microwatt, che è disperso tra il rumore cosmico presente.

JT44
Nasce JT44, un metodo efficacissimo, che fa scansioni con larghezza di banda di soli 5 Hz dello spettro presente in un passabanda di 2500 Hz, individuando così eventuali toni presenti purchè con S/N di 2 dB in 5 Hz di banda. I toni rappresentano caratteri, quindi lo spettro individuato dovrebbe rappresentare il messaggio.
Non è ancora così perché i toni ricevuti risentono delle imprecisioni di taratura dell’apparato trasmittente e ricevente, nonché dell’effetto doppler dovuto al movimento relativo Terra-Luna. Errori che possono tranquillamente arrivare a svariate centinaia di Hertz. Per questo introduce una seconda grossa innovazione: un tono di sincronismo (1270,5 Hz), che viene trasmesso intercalato tra i toni rappresentanti il messaggio, per il 50% del tempo. In ricezione, dopo costruito lo spettro, viene identificato il tono che ha questa ripetizione. La differenza della sua frequenza rispetto a 1270,5 Hz da l’errore che va applicato come correzione a tutto lo spettro. Adesso si può passare dai toni al messaggio, cioè fare la decodifica. Ovviamente alcuni toni vanno persi o male identificati, quindi il messaggio decodificato contiene errori. Per ovviare anche a questo, il software effettua una media tra messaggi, dopo alcuni volte il messaggio medio resta costante, segno che è corretto.
Ecco un esempio delle fasi iniziali di un QSO JT44 con il compianto Josep:

223000 5 -21 2.8 -32 * T#1UWENBA3DXUSU E UYG
223100 3 -22 2.9 -33 * IK1BWL EC3,X7 9N
223200 4 -19 2.8 -32 * IK1UWLDEA/NXU
223300 6 -15 2.8 -28 * IK1UWL EA3DXU
223400 6 -14 2.9 -27 * IK1UWL EA3DXU

Il quarto e quinto passaggio sono risultati esatti ed il QSO ha potuto proseguire.

Riassumendo, il primo gradino è:
– Scansione a banda stretta (5 Hz)
– Uso di un tono di sincronismo per correggere l’errore di frequenza (50% del tempo)
– Media tra messaggi successivi.

JT65
Joe non si è accontentato del successo immediato di un metodo che consentiva QSO a livelli inferiori di 10 dB di quelli necessari per il CW, metodo adoperato sulla Luna fino ad allora, e che richiedeva stazioni molto potenti ed attrezzatissime come antenne (il migliore italiano, Franco I2FAK, aveva 16 yagi lunghe 9 metri ciascuna).
Ha continuato a studiare teoria dell’informazione, ed ha deciso di introdurre sistemi di correzione errore. Per fare questo ha dovuto, per prima cosa, trasformare il messaggio in un numero binario. Numerando progressivamente tutti i possibili nominativi (da AA00AA a ZZ99ZZ sono 262 milioni) ha ottenuto un numero binario di 28 bit. Stessa cosa per tutti i possibili locatori: 15 bit. Quindi per trasmettere XYnnWZ IK1UWL JN33 gli servono 28+28+15+1=72 bit.
Applica a questi l’algoritmo di Reed Solomon, che introduce altri 306 bit a scopo correzione preventiva dell’errore, ed ottiene 378 bit, che suddivide in 63 simboli da 6 bit.
Ciò che dovrà trasmettere sono questi simboli, ognuno dei quali sarà rappresentato da un tono, oltre naturalmente al tono di sincronismo.
Nasce cosi JT65, in cui la decodifica è esatta od assente. I QSO si velocizzano, e la maggioranza dei “Lunatici” si vota a questo metodo. Non solo. Il numero dei “Lunatici” cresce data la possibilità di successo con stazioni molto più piccole.
Riassumendo:
Mantiene:
– Scansione a banda stretta
– Tono di sincronismo (50% del tempo)
Aggiunge:
– Codifica a due livelli, con aggiunta bit correzione errore.

JT64
Questo fino ad oggi. Ma un genio non si ferma mai. Quando Joe Taylor è stato qui a Sanremo nel 2009 in occasione del centenario del Nobel a Marconi e del nostro Meeting del Ponente Ligure, mi diceva che era insoddisfatto di dover usare metà dell’energia trasmessa per il tono di sincronismo, e quindi solo metà per il messaggio.
Successivamente mi ha inviato alcune tabelle con le caratteristiche dei nuovi modi digitali che sta studiando, tra cui JT64 per l’EME.
Ha trovato un nuovo modo di inviare l’informazione di sincronismo (usando delle matrici), più efficace, quindi sarà sufficiente dedicare a queste solo il 28% del tempo, cioè dell’energia. Il messaggio avrà a disposizione il 72% dell’energia, con un ovvio guadagno in sensibilità, stimabile in circa 3 dB, in pratica il doppio!
Sul suo simulatore tutto questo funziona, stiamo attendendo le prime prove in aria.
Riassumendo:
Mantiene:
– Scansione a banda stretta
– Codifica a due livelli, con aggiunta bit correzione errore
Modifica:
– Informazione di sincronismo, con matrici Costas, 28% del tempo.

WSJT8
Conterrà, oltre al JT64 per l’EME, anche i nuovi JTMS per il Meteorscatter, JT8 per HF QRP, e ISCAT per lo ionoscatter in 6 m.
Tutti questi nuovi modi rappresentano l’aggiornamento dei vecchi, applicando a tutti la codifica a due livelli con aggiunta bit di correzione preventiva errori e un sincronismo. In tutti la decodifica, o è esatta o è assente.
La sensibilità migliora in tutti. Speriamo che lo renda disponibile presto.

 

 

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