DSP :

 

 

    Muito tem se falado em DSP no nosso meio nos últimos anos. Como qualquer novidade, podemos nos maravilhar com os resultados de sua aplicação ou nos decepcionar com a performance. Tudo isso depende da expectativa. Muito parecido com o que ocorreu quando os primeiros programas para simulação de sistemas irradiantes apareceram. Acreditava-se que os resultados dos cálculos eram definitivos. Mas são ferramentas auxiliares, com suas virtudes e limitações. Desta forma, entendendo a base do seu funcionamento e para que servem, saberemos selecionar a plataforma mais adequada às nossas necessidades.

    Se nos limitarmos a um transceptor de HF que dispõe de algum recurso de DSP já teremos coberto uma vasta gama de aplicações para esta tecnologia. No fim das contas, DSP vem do inglês Digital Signal Processing ou, no nosso próprio idioma, Processamento Digital de Sinais.

    Este processo é, na realidade, um "devorador" de números e um solucionador de equações matemáticas. Compõe-se basicamente de:

Conversor Analógico para Digital (ADC): é o componente que se encarrega de transformar o sinal de um microfone, alto-falante ou FI de receptor em números.

Processador (Processor, CPU, etc): é o componente onde serão executadas diversas operações com estes números. É basicamente um microcomputador que fará cálculos o tempo inteiro.

Conversor Digital para Analógico (DAC): é o último elo desta cadeia simplificada, que transformará os resultados dos cálculos do processador em um sinal analógico novamente.

    Assim, se soubermos a matemática necessária para expressar um filtro, modular em AM, demodular RTTY, PSK31, CW, separar sinal de ruído, aumentar a potência média e assim por diante, escrevemos estas fórmulas como programas na memória do processador e ele se encarregará da execução destas tarefas.

    Hoje na indústria temos duas maneiras principais de aplicar DSP num transceptor de HF: nos estágios de FI e/ou nos estágios de áudio. Diversos fabricantes optam ou optaram por uma solução ou outra, dependendo do seu domínio tecnológico da matéria. Porém estas duas "escolas" tem vantagens e desvantagens.

    O uso do DSP em FI é sem sombra de dúvida o mais vantajoso, até que apareçam componentes capazes de processar sinais na sua frequência fundamental. Assim um receptor de HF com DSP na FI apresentaria o mesmo diagrama em blocos de um super-heteródino tradicional:

RXDSP.gif (4410 bytes)

    Aqui podemos ver que temos um oscilador local (VFO, PLL, DDS, etc), um misturador e um estágio de FI, como em milhares de receptores de conversão simples. Porém os ADC e os processadores não são componentes baratos. Quanto mais rápidos, mais caros. De qualquer forma, a necessidade a ser atendida pode ser concentrada de DC até 5KHz na maioria dos casos afinal estamos interessados em escutar. Por isso o uso de processamento que acontece numa taxa de 40KHz é mais do que adequado para os nossos modos mais comuns de transmissão.

    O curioso nestes equipamentos é, finalmente, a obediência à regra de que quanto menos conversões, melhor. Observamos aqui apenas duas: uma de HF para 75MHz (a primeira FI) e uma segunda de 75MHz para 40KHz. A finalidade da primeira conversão é resolver o caso da frequência imagem. Como estamos interessados em receber sinais de 15KHz a 30MHz, uma FI em 75MHz resolve este problema. Passo seguinte, temos que transformar esta FI em 40KHz que é a capacidade do DSP em questão.

    Diz-se no mundo "digital" que para tratar um sinal de uma frequência qualquer necessitamos amostrá-lo numa taxa igual a duas vezes a sua frequência. Assim, 40KHz permitiria o processamento de sinais de até 20KHz. Estes números, para os usuários dos PCs, são familiares: é o clock usado nas placas de som e, noutros casos, 44KHz para CD Players. Existem algumas técnicas de amostragem do sinal analógico (sub-sampling) que nos permitem sermos mais "relaxados" na qualidade sobrando assim mais recursos de processamento.

    Uma vez que tenhamos o sinal de RF convertido para a "FI" de 40KHz, podemos aplicá-lo ao módulo do DSP para filtragem, demodulação, redução de ruído, AGC, notch filter e etc. Quando estas operações ocorrem na FI a performance é melhor do que a outra opção: DSP em áudio. As diferenças se dão na variedade de filtros de FI que podemos implementar. Uma coisa é já nos livrarmos de problemas adjacentes neste estágio. A outra é sofrermos com um filtro muito largo na recepção e tentarmos resolver o problema em áudio.

    Uma comparação entre estes dois métodos na prática: um transceptor com DSP na FI e, externamente, um acessório da mesma família para áudio (Timewave, DSPBlaster, etc). O problema é a tentativa de receber uma transmissão em CW onde os dois sinais estão espaçados 200Hz e o que nos interessa é muito mais débil que o outro.

    No equipamento que processa em FI aplicamos um notch-filter que eliminará este sinal indesejado com a vantagem de não permitir que este atue sobre o ganho do receptor. Praticamente teríamos um filtro de FI com uma largura qualquer, digamos 2700Hz, onde as freqüências compreendidas entre 990 e 1010 Hz seriam bloqueadas.

    No equipamento que processa em áudio teríamos quase o mesmo efeito. Porém este sinal interferente já atuou sobre o ganho do receptor e, eventualmente, o reduzirá ao ponto de perdermos o sinal que nos interessa no patamar de ruído do equipamento.

    É indiscutível a vantagem que temos no DSP em FI na questão da variedade de filtros. Podemos ter centenas de larguras de faixa à nossa escolha ou mesmo larguras variáveis, ao gosto de cada um. Não é necessário lembrar quando queríamos aquele filtro Collins de 500Hz para CW ou situações similares. O custo do filtro é o custo do hardware de um chip DSP!

    Uma outra particularidade que veio com o DSP foi a possibilidade de redução de ruído. Muito ao gosto de cada usuário, e sem ser "hi-fi", os processos de redução de ruído nos exigem uma espécie de aprendizado ao ouvir. Porém como o que interessa ao radioamador é a inteligibilidade e não a fidelidade torna-se aceitável um áudio que, em muitas vezes, lembra o dos telefones celulares digitais ou dos equipamentos de trunking. Diversas escolas de redução de ruído são encontradas para aplicação nos módulos em questão. Outros implementam estas rotinas para a placa de som do PC, como no caso da Silicon Pixels e de K6STI.

    No caso da redução de ruído já em FI, em certos casos os distúrbios atmosféricos são atenuados, reduzindo a fadiga auditiva ou mesmo permitindo contatos em situações não muito favoráveis. Já nos equipamentos que processam em áudio, estes distúrbios acabam atuando sobre o AGC do receptor. Porém o processamento em áudio pode ajudar. De qualquer forma, não existem milagres.

    Na transmissão, implementar AM, SSB, CW, RTTY, MT63, PSK31, FM é muito fácil, afinal sempre se pode expressar estes modos de transmissão pela álgebra e como o DSP trata de números, basta aplicar a fórmula correspondente. A vantagem nos processos de modulação é, praticamente, a inexistência dos subprodutos destes (espúrios). Além disso, na linha de que eficiência é sempre desejável, o processamento do áudio de transmissão pode ocorrer já na geração. Existem diversos algoritmos para realçar a inteligibilidade, aumentar a potência instantânea no SSB, equalizar e ajustar timbres, remover ruído de fundo, entre outras funções, facilmente implementáveis nas plataformas de DSP.

    Para o mercado amador, os fabricantes tradicionais em um primeiro momento introduziram acessórios para os transceptores que fabricavam. Mas em todos os casos esta primeira geração atuava nos circuitos de áudio. A partir de um certo ponto alguns começavam a tratar a FI com DSP, mas somente na parte de redução de ruído e notch-filter.

    Por outro lado, a idéia de associar estes recursos e integrar de alguma forma com computadores pessoais fez a Kachina num primeiro momento e a Ten-Tec mais recentemente, lançarem transceptores totalmente controlados pelo PC, sem painel nem nada, de baixo custo e que são totalmente baseados em DSP. Vejam bem: isso para o mercado amador. Na área profissional isso já ocorre há anos.

    E, finalmente, se imaginarmos as aplicações do DSP no nosso meio, podemos considerá-las quase que ilimitadas. Os módulos de desenvolvimento (Motorola, Texas, Harris, etc) permitem a implementação de uma série de "acessórios" numa só placa, desde um filtro de áudio até um transceptor inteiro. As placas de som dos PCs são DSPs também. E escolhendo a placa certa podemos ter, na placa de som, os mesmos filtros e transceivers. Existem várias aplicações neste sentido disponíveis na Internet. É verdade que exigem uma operação extra e algumas montagens periféricas. Já imaginaram implementar um transceptor de HF usando uma placa de som de PC? Ou em um kit de R$350,00 da Motorola ou Texas? Isso já foi feito.

    Este resumo do resumo aqui apresentado apenas pretende mostrar muito superficialmente o que se pode fazer com o DSP. E paralelamente, que ele pode substituir alguns estágios nos equipamentos de comunicação (moduladores, demoduladores) e ao mesmo tempo realizar outras operações (filtrar, reduzir ruído, processar). Não entramos na "matemática da coisa". Mas sobre o assunto a Internet é a grande biblioteca. Nas homepages dos fabricantes citados temos diversos textos sobre. Sites de amadores também se dedicam exclusivamente ao assunto. Alguns endereços seguem abaixo.

Referências:

Tuckson Amateur Packet Radio (http://www.tapr.org/tapr/html/dspf.html) , com diversos kits DSP, softwares, papers e atalhos para páginas de experimentadores.

Kachina (http://www.kachina-az.com/Amateur.htm), fabricante do 505DSP, com papers, teoria e Notas de Aplicação. Selecionar

Motorola (http://mot-sps.com/products/) fabricante do EVM56002, adotado por amadores para desenvolvimento de vários testes, por exemplo, MT63 e PSK31. Selecionar Digital Signal Processors.

Texas Instruments (http://www.ti.com/sc/docs/products/dsp/index.htm)

Textos de KC7WW ,John, sobre DSP em (http://www.tapr.org/tapr/html/kc7ww.index.html)

A página de KC7WW, John, com diversos textos e softwares para DSP em (http://www.peak.org/~forrerj/)

"Transceiver" para CW usado em Moonbounce usando plataforma Pentium-MMX em (http://ham.te.hik.se/homepage/sm5bsz/)

Página de EA2BAJ, Eduardo, com muito material sobre DSP em (http://det.bi.ehu.es/~jtpjatae/ham.html)

       

                                                            FONTE : www.py.qsl.br