Parte la stagione FM DX, con un nuovo tool SDR

Proprio in queste ore sembra essere ufficialmente partita la stagione della propagazione FM in E Sporadico, la modalità di forte attivazione dello strato ionosferico E che nelle ore diurne (ma anche nella pre-oscurità del tramonto) permette alle emissioni di frequenza superiore ai 30 MHz e fino a circa 150 MHz di superare il tradizionale limite dell'orizzonte ottico. In questo modo trasmissioni radioamatoriali (nelle bande dei 6 e 2 metri) e radiotelevisive in VHF possono essere ricevute a distanze notevolissime. I record raggiunti dagli appassionati di ricezione FM negli 88-108 MHz comprendono per esempio di migliaia di kilometri dal continente americano (ricevuto nelle isole britanniche). Secondo le prime teorie si tratta di distanze compiute attraverso due o più "salti" ionosfera-terra, ma in epoca più recente i radioamatori hanno studiato modalità a geometri "cordali" che prevedono rifrazioni terra-ionosfera-ionosfera-terra e secondo tali ipotesi sono più attendibili, almeno per distanze così notevoli. Nell'Europa delle medie latitudini distanze tra i mille e i duemila chilometri da singolo "skip" sono abbastanza normali. Grande è ancora l'incertezza sulla formazione delle aree di eccitazione Es, a parte forse la banale considerazione che nasce dalla stagionalità di questi fenomeni. Chiaramente il tipo di insolazione influisce, ma sono molto meno correlati i collegamenti tra E sporadico e attività solare. Negli anni recenti, in pieno minimo solare, ci sono state stagioni Es molto intense e prolungate.

Gli eccellenti risultati raggiunti dagli appassionati di questo tipo di ricezione a lunga distanza sono legati anche all'uso di attrezzature più evolute: ricevitori più sensibili, antenne ben dimensionate e ampio impiego di sistemi di decodifica basata su software delle informazioni RDS trasmesse dalla quasi totalità delle stazioni FM europee e da buona parte di quelle del bacino mediterraneo. Oggi è possibile che un nuovo salto di qualità venga dall'applicazione del software anche alla demodulazione dei segnali audio basata sull'attuale generazione di ricevitori SDR. Apparecchi che oltretutto consentiranno di analizzare in maggior dettaglio gli aspetti propagativi.

Ho ricevuto in questi giorni alcune informazioni dal mio corrispondente "scientifico" sul fronte della sperimentazione SDR in modulazione di frequenza. Il mio contatto ha effettuato alcune prove con il nuovo ricevitore Elad FDM-S1, che consente di acquisire frequenze fino alla banda FM campionando però sotto la soglia di Nyquist (che in pratica dice che una frequenza n deve essere campionata a 2n). In teoria è possibile applicare il criterio del sottocampionamento effettuando un adeguato filtraggio delle frequenze superiori che possono generare immagini (Nyquist parlava di "ripiegamenti") all'interno della porzione di spettro interessata e proprio per questo motivo Elad ha pensato di offrire una scheda di espansione su cui realizzare circuiti di questo tipo. Ma queste schede sono appena state rilasciate e la comunità degli sperimentatori non ha ancora avuto la possibilità di sbizzarrirsi con le sue soluzioni. Il risultato è che FDM-S1 riceve l'FM, ma ovviamente può dare molti problemi di immagini che si sovrappongono ai segnali più deboli.

In altre parole se si utilizza un ricevitore SDR pensato per le HF, cioè limitato a 30 MHz, è praticamente obbligatorio utilizzare un convertitore che trasporti la banda dell'FM in una porzione di spettro più bassa. Microtelecom l'azienda italiana produttrice dell'SDR Perseus ha rilasciato per esempio il convertitore FM+, ma sul mercato esistono anche convertitori adatti a chi utilizza radio SDR che non sono a campionamento diretto, come la PMSdr che il mio contatto utilizza con successo insieme al convertitore NTi FMI 108-28, che riporta l'intera banda dell'FM in una finestra compresa tra i 7,5 e i 28 MHz.

La notizia interessante è che per ricevere l'FM (e decodificare l'RDS), il nostro esperto sta utilizzando un software SDR sperimentale, realizzato da un appassionato olandese per l'ambiente Linux (ma la portabilità è assicurata per Windows e probabilmente lo sarebbe anche per Mac OS, non fosse per delle criticità che vedo segnalate per alcune delle librerie utilizzate). Il software, JSDR (il programmatore si chiama Jan Van Katwijk), si compone di due ricevitori software, swreceiver e fmreceiver. Quest'ultimo implementa anche il decoder RDS (dal canto suo swreceiver integra anche diversi moduli per la decodifica di segnali radiotelegrafici, cosa che rende molto, molto interessante JSDR nel complesso).

Quella che vedete qui è una videata di JSDR-fmreceiver compilato per Linux. Il setup per la ricezione FM è costituito da un PMSdr con downconverter NTi e scheda audio 192 kHZ/24 bit.

La finestra di fmreceiver visualizza lo spettro del segnale FM con indicazione della frequenza dopo la conversione, il secondo spettro contiene il segnale MPX, prima della decodifica stereo/RDS (si distinguono bene, rispetto alla frequenza centrale, il pilota stereo a 19 kHz e la gobba delle informazioni RDS a 53 kHz), una finestra con la misura di intensità di varie componenti del segnale MPX, le informazioni RDS e tutto il restocompleto decoder RDS. JSDR è in grado di effettuare un band scan registrando i valori ottenuti. Il software non è ancora del tutto stabile e sui segnali più deboli è meno efficace ma la messa a punto continua e col tempo ci saranno quasi sicuramente miglioramenti.

Come reperire JSDR? In questo momento il sorgente è disponibile in un "tarball" nell'area file del gruppo Yahoo "Soft_radio", dove Jan lo ha depositato e quindi richiede l'iscrizione per il download. Non credo che per il momento esista una pagina Web dedicata. Per chi fosse interessato a una eventuale ricompilazione riporto la descrizione proposta dall'autore di JSDR nel suo manuale molto completo (quello lo potete prelevare da qui, l'ho salvato io):

jff-sdr (or JSDR) is an implementation of a set of support programs for software de ned radio. The programs implement a basic receiver in the sdr domain: functioning, but many improvements and enhancements are possible and needed. The set is written in C++, it was developed under Linux (recent versions of Fedora and Ubuntu, both 32 and 64 bits versions), using Qt (and Qwt) for the gui. Thanks to the portability of Qt and C++ and thanks to Mingw-32 as Windows development platform with all its libraries (e.g. portaudio), porting it to Windows turned out to be surprisingly simple (though not trivial).

The software has been tested under Windows XP, Vista, W7, Fedora 12/13/14/15,16 and Ubuntu 10.04/11.10. Currently I am running Fedora-16 (32 bits), Ubuntu 11.10 (64 bits) and Windows-7 with Mingw-32 on one laptop and Ubuntu-10.04 and Fedora-15 (both 64 bits) on another.

The software is being developed as a hobby project and is available as open source under the LGPL V2 and V3. It builds upon many open source libraries (e.g. Qt, Qwt, tw3, libusb-1.0, libftdi, libsamplerate, libsndfile, libportaudio) while other existing software available under open source licenses, e.g. gmfsk and fldigi, served as source of inspiration (and some lines of code) for the various decoders. The set contains a shortwave and an fm receiver (swreceiver resp. fmreceiver).

Analoghe prove di ricezione FM sono state fatte con il PMSdr (utilizzato in terza armonica, come specificato nel messaggio dallo stesso esperto), con il software SDR che ho segnalato ieri, SDRSharp. La soluzione di Youssef Touil, scrive il nostro sperimentatore, non ha filtri variabili e non decodifica l'RDS, ha un suono accettabile, ma non HiFi, però funziona alla grande: tutte le 80 e più stazioni ricevibili nel centro di Roma, forti, medie, deboli risultano ricevibili.

Anche senza aver provato direttamente questo programma ho appena trovato su You Tube un breve filmato con un esempio di ricezione con SDR# di una stazione FM americana (ricevuta con il FunCube Dongle) e in effetti si notano strane saturazioni. Non fosse per quelle anche questo sembra essere un software molto promettente: