Introducción a la voz digital

Artículo cortesía de Ham Radio School
HamRadioSchool.com
Intro to Digital Voice

La radioafición en las bandas VHF y UHF ha estado dominada por la modulación de frecuencia (FM), un modo analógico inventado en la década de 1930. La FM sigue siendo muy popular en la actualidad pero en la última década han ganado popularidad varios formatos digitales. Estos formatos se conocen como modos de voz digital (DV).

¿Qué es la voz digital (DV)?

Los transceptores de FM tradicionales transmiten una señal analógica al aire. Los transceptores DV convierten el audio del micrófono a formato digital que luego se utiliza para producir un flujo digital de bits que sale por la portadora de RF. El convertidor de analógico a digital (A/D) muestrea la forma de onda analógica y la convierte en bits digitales que el vocoder (codificador de voz) comprime en un formato digital más compacto. El vocoder es una pieza clave de la tecnología, siendo los decodificadores AMBE los más comunes. El audio digital comprimido se envía al modulador, que modula la portadora de RF en el transmisor. En el receptor estas mismas funciones se invierten para recrear el audio del micrófono original.

La cadena de procesamiento de audio de un transmisor de voz digital. — Cadena de procesamiento de una señal de audio mediante un transmisor de voz digital.

Existen varias ventajas clave de las radios DV:

Los dígitos se codifican en la radio de origen, por lo que, mientras el flujo de bits no encuentre errores, no hay degradación de la señal durante el transporte.
El distintivo de llamada e información adicional se pueden codificar en la transmisión digital. Esto puede actuar como un “identificador de llamadas”, pues permite mostrar en la pantalla de nuestra radio el nombre y el distintivo de llamada de la estación con la que estamos hablando. Se puede incluir más información, como la ubicación del GPS, el nombre del operador o un mensaje breve.
Las señales DV ocupan menos ancho de banda en el espectro de frecuencias, por lo que se dice que son espectralmente eficientes. Para un espectro de frecuencias determinado, se pueden admitir más canales de radio.

Y, en general: ¡lo digital es genial! En la actualidad, ¿por qué no habríamos de utilizar tecnología de voz digital?

Conectividad a Internet

Algo habitual que suele hacerse con las señales de radio digitales es transferirlas a cierta distancia a través de una red digital. A menudo, la red utilizada es Internet, que permite que la señal llegue a cualquier lugar donde haya una conexión, lo que suele denominarse Voz sobre Protocolo de Internet (VoIP).

Las señales de audio digitalizadas pueden viajar a través del aire, vía radio, y por redes interconectadas como Internet.

Podemos utilizar la tecnología VoIP para conectar un conjunto de repetidores, recibir señales en nuestros teléfonos inteligentes o computadoras y conectar una estación de punto de acceso personal.
Y si la red no funciona (o simplemente no quieres usarla), los modos DV también se pueden utilizar en repetidores digitales y canales simplex.

Formatos comunes de voz digital

Analizaremos los tres principales formatos DV utilizados en radioaficionados: D-STAR, DMR y YSF. Existen otros formatos DV pero es poco probable que te cruces con ellos. D-STAR (Tecnologías Inteligentes Digitales para Radioaficionados) fue la primera tecnología DV diseñada específicamente para radioaficionados, desarrollada por la Liga de Radioaficionados de Japón a fines de la década de 1990. ICOM adoptó y promovió la tecnología D-STAR y sigue siendo su principal impulsor (Kenwood ahora ofrece también radios con capacidad D-STAR). Echa un vistazo a este antiguo vídeo de ICOM que habla sobre los beneficios de usar D-STAR.

En 2005, el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) publicó el estándar comercial de radio móvil digital (DMR). El DMR es un estándar comercial muy sólido, pero no está definido para la radioafición. Aun así, muchos radioaficionados vieron el potencial de usar el DMR en las bandas de radioaficionados y rápidamente ganó terreno. Hay muchos fabricantes que fabrican equipos DMR y venden tanto al mercado comercial como al de aficionados (Motorola, Hytera, Anytone, TYT, Alinco y muchos otros). Lee este artículo acerca del origen y el funcionamiento de la DMR.

En 2013, Yaesu presentó el tercer formato DV, diseñado para uso amateur, llamado System Fusion. (A menudo se lo llama Yaesu System Fusion o simplemente YSF). Esta tecnología fue diseñada para radioaficionados y algunos de ellos la consideran una mejora con respecto a D-STAR. Actualmente, Yaesu la único marca importante de radioaficionados que produce radios YSF.

Llegados aquí, puede que estés pensando que seguramente estos tres formatos DV son compatibles, de modo que las distintas radios DV se pueden utilizar para comunicarse. Pero, por desgracia, no es así. A grandes rasgos, estos tres formatos de radio hacen básicamente lo mismo: utilizan modulación digital para transmitir señales de voz por el aire. Sin embargo, estos tres formatos DV son lo suficientemente diferentes como para que sean incompatibles.
Estas radios digitales son compatibles de una forma: todas admiten la buena y antigua FM analógica. Esto permite que las radios admitan su modo respectivo de DV y, al mismo tiempo, sigan siendo compatibles con versiones anteriores de FM.

Analicemos más de cerca estos tres formatos DV. Nuestro objetivo aquí es brindarte una idea general de cómo funcionan y en qué se diferencian. Sin embargo, este breve artículo no te convertirá en un experto en la materia.

D-STAR

El modo D-STAR más utilizado se denomina “DV”, que envía 4800 bps para admitir transmisiones simultáneas de voz y datos. La voz digitalizada utiliza 3600 bps, lo que deja 1200 bps para la transmisión de datos. La transmisión de datos es bastante lenta pero suficiente para admitir funciones como la visualización del distintivo de llamada (“Caller ID”), la posición GPS y mensajes cortos. El formato D-STAR incluye el distintivo de llamada de la estación transmisora y los encabezados que indican a dónde se pretende enviar la señal transmitida (puede ser su repetidor local u otro radioaficionado al otro lado del mundo).
El sistema D-STAR original no incluía el concepto de que muchas estaciones se reunieran en un canal para hablar (utilizando repetidores en todo el mundo). Por eso, la comunidad de radioaficionados creó esta capacidad que se llama reflector. Un reflector es básicamente un servidor informático ubicado en la red que retransmite (“refleja”) una señal transmitida a cada repetidor que lo esté escuchando. Esto da naturaleza al uso habitual de los radioaficionados que posibilita la reunión en un canal de comunicación en particular.

Yaesu System Fusion

YSF tiene varios formatos DV para elegir, pero el más común se llama DN, que significa digital normal. Este modo se asemeja al de D-STAR en cuanto que los datos de voz se combinan con un flujo de datos que puede transportar el distintivo de llamada, información de ruta, coordenadas GPS y mensajes cortos. Los otros modos de YSF son Voice Wide (VW), que ofrece una calidad de audio mejorada pero sin el flujo de datos digitales; y Data Wide (DW), que solo admite la transmisión de datos, sin voz.
Similar a los reflectores D-STAR, YSF proporciona una red de comunicación llamada WIRES-X, que admite un método de comunicación llamado salas, similar a los reflectores D-STAR, permitiendo que varios operadores se reúnan y se comuniquen.

DMR

De las tres tecnologías DV, la DMR es la más exclusiva. Como se mencionó anteriormente, el estándar DMR se creó para la radio móvil terrestre comercial, no para la radio amateur. En primer lugar, la DMR no admite distintivos de llamada, sino que utiliza un número único llamado radio ID para etiquetar cada radio. La comunidad de radioaficionados ha adaptado el enfoque de radio ID para admitir indicativos de llamada mediante la creación de una base de datos mundial que asigna un radio ID único a un indicativo de llamada en particular. La radio de un aficionado puede almacenar esta tabla que relaciona radio ID y distintivos de llamada para que la radio pueda mostrar el distintivo asociado a la señal que se escucha.
Dado que se trata de un estándar industrial desarrollado por un organismo de normalización formal (ETSI), la documentación de DMR está bien elaborada y es completa. DMR define tres niveles de funcionalidad (Tier I, Tier II y Tier III), aunque la radioafición solo utiliza Tier II.
El DMR utiliza el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) para crear dos canales de comunicación (llamados intervalos o slots) en una portadora de RF. Cada intervalo de tiempo tiene una duración de 30 ms. y un ciclo completo dura 60 ms. Como se muestra en la figura, las radios asignadas al slot 1 transmiten y reciben durante ese intervalo de tiempo de 30 ms. De manera similar, las radios asignadas al slot 2 utilizan el otro intervalo de tiempo de 30 ms. Esto requiere una sincronización estricta entre el repetidor y las radios del usuario.

DMR utiliza acceso múltiple por división de tiempo para admitir dos canales (ranuras) en una portadora de RF. — DMR utiliza acceso múltiple por división de tiempo para admitir dos canales (*slots*) en una portadora de RF.

Un repetidor DMR puede admitir dos QSO simultáneamente y solo requiere un transmisor y un receptor. Desde la perspectiva del propietario de un repetidor, se trata de un “dos por uno”: instale un repetidor y obtenga dos canales inalámbricos.
DMR introdujo cierta nomenclatura de radio comercial en la comunidad de radioaficionados. La información de programación de la radio se denomina comúnmente Code Plug, pero en realidad sólo se trata de un archivo que se carga en la radio para configurar los canales de memoria y otras funciones.
DMR tiene el concepto de código de color, que selecciona el repetidor al que se está intentando acceder. Si dos repetidores se superponen en cobertura, se les asignarán códigos de color únicos y el canal de memoria de tu radio coincidirá con el repetidor que está utilizando.
Un concepto muy importante en DMR es el grupo de conversación, que selecciona con qué grupo de usuarios está en contacto por radio. Por ejemplo, en su repetidor local, si usted y sus amigos tienen programado en sus radios el grupo de conversación 100, se escucharán entre sí, pero no otras emisiones de grupos diferentes. Otro grupo de usuarios del repetidor podría elegir el grupo de conversación 101 para sus comunicaciones y escuchar el grupo de conversación 101, pero no escucharán el grupo de conversación 100. Los grupos de conversación también se pueden utilizar con repetidores enlazados y sistemas VoIP.
Hay varios sistemas de red que admiten comunicaciones DMR mediante VoIP, incluidos DMR-MARC, DMR+ y Brandmeister. Estos sistemas tienen servidores en red que conectan a varios radioaficionados en otras tantas ubicaciones, seleccionados por Talk Group o TG. Estas redes son bastante complejas, aunque en esencia se trata de un conjunto de servidores que ejecutan protocolos de red que conectan a miles de usuarios que utilizan radios DMR.

Repetidores y puntos de acceso o hotspots

Para obtener el máximo partido de estos modos DV, tendrás que poder usar repetidores o puntos de acceso para conectarte a redes mundiales. Para obtener información sobre los repetidores disponibles en su área, usa un directorio de repetidores como repeaterbook.com. El directorio te permitirá ver qué repetidores admiten D-STAR, YSF o DMR. Los repetidores YSF de Yaesu se pueden configurar para admitir tanto FM como YSF, detectando automáticamente el tipo de señal que ingresa al repetidor y repitiendo en el mismo formato. Esto permite que los usuarios de FM y los usuarios de YSF compartan el mismo repetidor (aunque normalmente no pueden entenderse entre sí). Los repetidores DMR normalmente solo admiten DV, pero a veces encontrarás algún repetidor DMR que también admita FM. Los repetidores D-STAR de ICOM solo admiten D-STAR, por lo que la mayoría de los repetidores D-STAR serán solo DV.

El uso típico de un punto de acceso es un transceptor portátil que se comunica localmente con un punto de acceso de bajo consumo conectado a Internet. — El uso típico de un punto de acceso o *hotspot* es como un transceptor portátil que se comunica localmente con un punto de acceso de bajo consumo conectado a Internet.

Los puntos de acceso o hotspots son otra opción muy popular para acceder a una red DV. Un punto de acceso es un transceptor de baja potencia (normalmente de menos de 100 mW) que se conecta a una red DV a través de Internet. Es semejante al punto de acceso WiFi que puedes tener en casa para acceder a la red. De hecho, un punto de acceso DV puede conectarse a Internet a través de tu enrutador WiFi. Así que un hotspot es tu propio punto de acceso DV personal con tu distintivo de llamada, bajo tu control y configurado a tu gusto.
El uso típico de un punto de acceso es conectarlo a Internet en casa (a través de la WiFi o cable LAN), configurado para transmitir en una frecuencia simplex de 2 m. o 70 cm., preferentemente UHF, asegurándote de consultar los planes de banda para usar las frecuencias adecuadas. Configura el punto de acceso para conectarte a la red deseada (a través de una dirección de servidor específica) y haz que transmita cualquier reflector (D-STAR), sala (YSF) o grupo de conversación TG (DMR) con el que quieras comunicarte. Por lo general, el punto de acceso transmite a corta distancia de tu walki, lo que te permite caminar por casa y el jardín mientras hablas con otros radioaficionados situados en casi cualquier parte del mundo.

Los puntos de acceso suelen ser compatibles con varios formatos DV. En muchos casos, pueden traducir de un formato DV a otro. Por ejemplo, puedes utilizar una radio YSF para comunicarte con un punto de acceso que luego se conecta a una red DMR. En la misma línea, hay punto de acceso que se comunican con radios FM analógicas mientras permanecen conectados a redes DV. Muchos de estos puntos de acceso están construidos sobre la plataforma informática Raspberry Pi, un dispositivo muy popular utilizado para aplicaciones de radioaficionados.
Si los puntos de acceso parecen complicados, es porque lo son. Hay mucha innovación y experimentación alrededor de los puntos de acceso y las redes DV, lo que genera complejidad y confusión. Algunos radioaficionados lo encuentran desafiante y divertido, mientras que otros simplemente se frustran, siendo importante abordar este asunto siendo conscientes de ello.
Yaesu ofrece la caja de interfaz HRI-200 para su red WIRES-X, permnitiendo que un transceptor Yaesu se convierta en un punto de acceso. Yaesu afirma que es fácil de configurar, pero que funciona únicamente en el sistema WIRES-X.

Resumiendo

Hemos analizado los tres formatos DV más populares utilizados en radioafición. Se trata de modos digitales en gran medida incompatibles, pero existen algunas capacidades de modo cruzado que pueden vincularlos entre sí (por ejemplo, puntos de acceso). Por lo tanto, cuando te decides por el uso de radios DV, normalmente te estarás adentrando en un ecosistema DV en particular, ya sea D-STAR, YSF o DMR.
Un primer paso obvio es averiguar qué formato es el más popular en tu zona y, especialmente, qué repetidores están disponibles. Es posible que optes por utilizar un punto de acceso o hotspot, lo que te abrirá muchas más posibilidades junto con algunos desafíos de configuración. Encontrar un mentor que ya haya descubierto esto en tu zona es una muy buena idea.
Debes tener claro que has de ingresar en el mundo de la DV con la expectativa de tener que aprender algunas cosas nuevas (no esperes que todo sea llave en mano). Esto no es malo, más bien lo contrario, pues tendrás que aprender nuevas tecnologías, siendo ésto una parte importante de la radioafición y resultando al final una experiencia muy divertida.

— Bob, KØNR

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