Clasificación de señales

Unas cuantas vueltas al dial de nuestro receptor nos hacen descubrir un mundo de sonidos extraños que contienen información en diferentes formatos. Los oídos entrenados son capaces de distinguir estas modulaciones: "Esto es SSTV, esto RTTY y esto otro CLOVER...". De este modo se puede seleccionar el demodulador adecuado para extraer la información.

Cuando se escucha en determinadas bandas y frecuencias es fácil saber el tipo de emisión asignado a esa banda, y no resulta difícil su identificación. Por ejemplo, el sonido que se escucha en la frecuencia de 13882.5 KHz. corresponde muy probablemente a una emisión FAX de una estación meteorológica (DDK) en Hamburgo.

Cuando no se dispone ni de la habilidad mencionada en el primer párrafo ni de listados actualizados de emisiones, el análisis de señal -que puede hacerse en cualquier ordenador empleando programas más o menos habituales- puede acudir en nuestra ayuda. Una visión del espectro de la señal y de su aspecto en el tiempo también nos permiten deducir el tipo de modulación. Esi sí, con algo más de conocimiento respecto a sus características.

Esta última aproximación es más "formal" que las anteriores, y mucho más precisa al implicar valores reales medidos y no percepciones o suposiciones. Por otra parte, resulta que es la más adecuada (ya que está en forma digital) para ser procesada de forma automática mediante un programa.

Las técnicas de análisis de señal para identificar los detalles de una forma de modulación concreta y facilitar la selección y configuración de demodulador adecuado se basan en el proceso digital de señales. Se denominan técnicas de clasificación de señales.

Estas técncias se pueden emplear en algo más que identificar modulaciones. Por ejemplo, se emplean en la identificación de tipos de sonido -voz hablando, voz cantando, música, tipo de instrumentos en una grabación...-, en trabajos forenses para la identificación de sonidos o en el análisis de un electroencefalograma.

Pero no nos salgamos de nuestro contexto SDR. Un oyente humano puede distinguir una emisión RTTY, pero resultará más difícil distinguir si la diferencia entre las frecuencias empleadas es de 150 o 180 Hz y si la velocidad es de 45 o de 50 Hz. Para un clasificador de señal esta es una tarea simple. En un tiempo muy corto puede extraer estos parámetros con gran precisión.

Podemos imaginar una próxima generación de radios en las que no será necesario seleccionar el modo -salvo para llamadas en transmisión, claro está-. La radio cambiará de modo automáticamente al detectar la señal. Mientras esto sucede, nos vendrá bien un poco de práctica auditiva. Para ello podemos escuchar como suenan diferentes modulaciones en la página de KB9UKD, Gary .

La tarjeta Beagle. OMAP-3530.

El tiempo de desarrollo de un sistema con un nivel de complejidad como el de la radio SDR que tengo en mi cabeza requiere una extraordinaria inversión de tiempo y esfuerzos. Por eso me veo en la necesidad de buscar formas que aceleren dicho avance. Una es el estudio y el uso de técnicas que mejoren el rendimiento. Otra es la implicación de más personas en la idea.

Buceando hace poco en internet tras una tarjeta basada en OMAP-L137 de bajo precio que sirviese como base para un desarrollo práctico -tarjeta que por cierto no encontré- me topé con otra tarjeta muy interesante basada en OMAP-3530, y denominada "beagleboard" (lo de beagle es por la raza de perros, no por la península). Aunque tras el análisis decidí no salirme de mi idea inicial de emplear un OMAP-L137, me pareció en producto muy interesante, especialmente por todo lo que ofrece a un precio de ¡$149!.

El OMAP-3530, se parace al OMAP-L137 en que dispone también de dos procesadores de propósito general, un ARM Cortex-A8 a 720 MHz y un DSP de coma fija a 520 MHz, además de otros procesadores especializados, especialmente en gestión de señales vídeo (compresión y descompresión) lo que le hace ideal para dispositivos portátiles de altas prestaciones como el novísimo N900 de Nokia, que también lo integra.

Gracias a esta tarjeta un aficionado puede acceder a estos dispositivos que de otro modo difícilmente podría emplear. Salvo que sea tan hábil como para hacer en casa una soldadura POP de dos encapsulados BGA.

Lo mejor -y a veces lo peor- de encontrar algo nuevo en la red, es que te abre un nuevo mundo -y también te ayuda a distraerte del camino original-. Y claro ¡alguien ya había tenido la misma idea!. Usar esta tarjeta como base para parte de una SDR. El resto de los componentes lo forman un convertidor -upconverter y downconverter- denominado USRP y el software gnuradio de los que no creo haber hablado hasta el momento.

Aunque finalmente veo que, si nadie lo remedia, tendré que preparar una solución similar con el OMAP-L137. Invertí unas cuentas horas, aprendí cosas nuevas... Aunque no haya resuelto el problema que me llevó a esta búsqueda, el viaje ha merecido la pena.

Hay ruidos... y ruidos (III)

En las dos primeras partes de esta serie he intentado explicar la diferencia entre un ruido aleatorio y un ruido "pseudo aleatorio" o al menos previsible en parte.

Además, en la segunda parte he hablado de redundancia para garantizar la llegada de un mensaje. ¿Cuánta información tiene la voz humana?. Mediante sistemas de compresión de voz para transmisión dgital es posible comprimir la voz a tasas de velocidad muy bajas. Por ejemplo, nuestros teléfonos GSM emplean tasas típicas de 9600 bits por segundo (bps), pero teléfonos de satélite pueden llegar a valores tan bajos como 2400 o 1200 bps con merma de la calidad pero manteniendo la comprensión del mensaje. Algunos sistemas militares van aún algo más lejos.

Consideremos una señal de voz recibida con una relación S/N de 12 dB (6dB es un salto en unidades S de un receptor). Es decir, que si por ejemplo se está recibiendo ruido de fondo en nivel S3, cuando hay señal sobre el ruido de S/N=12dB se recibe S5. Quien haya sufrido estas circunstancias sabe que la recepción, aunque no imposible exige concentración para su comprensión.

Empleando el teorema de Shannon podemos calcular la información que es posible transferir en estas circunstancias para un canal de 2500 Hz -típico de SSB- y que es de: 10190 bps. Esta capacidad es comparable a la de una comunicación típica GSM, pero se escucha peor.

La forma de pensar cómo mejorar esta situación, potencialmente mejorable a raíz de los cálculos, no es cómo bajar el nivel de ruido ¡que no se puede!, sino como mejorar el nivel de la voz aprovechando sus características redundantes y nuestra percepción. Aprovechando el concomiento de ciertas características de la voz y nuestra percepción de la misma es posible reforzar la comprensión de la voz por el oyente. Es lo que se llama "speech enhancement" -mejora de voz-, uno de los aspectos del "speech processing" -proceso de voz-.

Veámoslo de otro modo. Tenemos -la media de los hipaspanohablantes castellanos- más posibilidades de comprender lo que dice un buen locutor de radio -Y me viene a la cabeza Matías Prats- de lo que dice un andaluz de la sierra de Córdoba hablando como lo hacen en su pueblo. No se invierte más energía o se transmite más información en un caso que en otro. Simplemente, en el primer caso decimos que está "más claro". Potenciamos -bueno, lo hace nuestro cerebro sin dejarnos intervenir mucho- la redundancia que hay en la información recibida para comprenderla mejor.

Un buen proceso de mejora de voz trata de potenciar las partes que mejoran nuestra comprensión. Lleva de moda un tiempo llevar esto al otro extremo, es decir al punto en el que se genera la señal. El proceso de voz previo a la transmisión es una forma en muchos casos de mejorar la recepción de nuestro mensaje sin aumentar la cantidad de energía empleada.

Al menos de todo esto puede deducir que para su próxima emisión SSB hablar claro, potenciar la prosodia Pero ya lo sabe, si habla claro, mantiene un nivel constante y cuida la prosodia su mensaje llegará mejor aunque el receptor no disponga de un "mejorador de voz" ¿O debiera decir "mejorador de prosodia"?.