STANAG 4285: suggerimenti per la demodulazione e decodifica

Giusto un paio di brevi note propedeutiche e necessarie per chi volesse avvicinarsi alla corretta ricezione delle stazioni operanti nella modalita' NATO STANAG 4285. Sulla rete esistono molti documenti certamente piu' completi ed esaustivi di queste brevi note: ma come ho detto, questo e' solo un piccolo "bignami" per affrontare questo tipo di trasmissioni, ognuno potra' poi approfondire l'argomento o fermarsi alla sola soddisfazione della decodifica di STANAG 4285.

la maggior parte delle trasmissioni STANAG 4285 provengono da citcuiti 'BRASS encrypted' che inviano dati pseudo-cifrati 24h/7 indipedentemente dal segnale che viene applicato al loro ingresso. Queste trasmissioni sono in molti casi sincrone e solo in rari casi si vede traffico asincrono. La corretta individuazione e decodifica (anche se' cifrata) di una stazione STANAG 4285 si basa:

- sulla centratura della frequenza 
- sull'analisi del segnale demodulato

Stanag 4285, tra i segnali UTE piu’ diffusi ma piu’ impalpabili e fuggevoli, e’ lo standard NATO per le comunicazioni in HF, e consiste di alcuni sotto-modi (da 75 a 2400 bps) con due opzioni di interleave (short and long) ed altri parametri di configurazione che devono essere propriamente settati a seconda della emittente che si desidera ascoltare:

configurazione STANAG 4285 con MultiPSK

Il ricevitore dev’essere settato in USB con centro banda a 1.800 Hz e deve avere una risposta in frequenza piatta da 600Hz a 3 KHz: la sintonia e’ veramente difficile, tocca avere la mano fina e la manopola del ricevitore molto leggera, un buon SDR aiuta in questa fase. Se si e’ ben centrati occorre attendere qualche secondo perche' il decoder si possa sincronizzare, solo a questo punto si e’ certi di essere sintonizzati bene, e la decodifica del testo sara’ corretta. Ovviamente, cio’ che riceverete potrebbe essere incomprensibile se si trattasse di una stazione crittografata!

Tecnicamente, STANAG 4285 e' una portante a 1.800 Hz  modulata in PSK-8 che da' origine a un segnale di ampiezza pari a 2,400 Hz: ecco il perche' la necessita' di una risposta audio da 600 a 3.000 Hz (1.800 - 1.200,1.800 + 1.200).

ricezione di un segnale STANAG-4285 con FDM-S1 (software SW2)

  

decodifica del segnale ricevuto tramite multiPSK

 Per quanto riguarda la centratura della frequenza e' bene procedere con step del VFO di 10 Hz aiutandosi con lo spettro AF ed osservando i valori di confidence (%) ed error rate  (tasso di errore, o "corrrections") indicati dal decoder: un valore uguale o prossimo al 100% ed un error rate minore di 10 stanno a indicare un buon segnale ed una sufficente sintonia.
Attenzione che occorre attendere almeno un decina di secondi ad ogni step del vfo: questo tempo serve al decoder per sincronizzarsi con il segnale in arrivo.
La situazione ottimale e' raggiunta con un confidence peri al 100% ed un error rate costante uguale a zero o prossimo allo zero (Multipsk indica invece il valore della frequenza di centro banda: quanto piu' questo valore e' prossimo a 1800 Hz quanto piu' corretta e' la sintonia). Da tenere presente che il filtro di banda AF dovra' essere non inferiore a 3300 Hz ed avere un AGC veloce.

Una volta ottento un valore di confidence prossimo al 100% ed un basso e costante tasso di errore potremo passare alla analisi del particolare mode (o modo)  usato dalla trasmittente, ovvero alla particolare combinazione velocita'/interleave con cui vengono trasmessi i dati.
La maggior parte delle stazioni usano una velocita' di 600 bps con interleave "long" (abbreviato in 600L) anche se ci sono alcune stazioni francesi e britanniche che utilizzano una velocita' di 1200 bps (1200L). Per quanto riguarda la impostazione del corretto mode e quindi della velocita' si provano i vari settaggi piu' comuni 600 e 1200) alternado fra short e long. Il diagramma relativo al piano della fase modulata o phase plane e' utile a questo scopo: 

• velocita' fino a 600 bps sono ottenute con una codifica PSK-2
• la velocita' di 1200 bps e' ottenuta da una codifica PSK-4
• la velocita' di 2400 bps (la massima) e' ottenuta con una codifica PSK-8

Da ricordare che quelle sopra sono le velocita' del flusso dati (o data-rate, espresso sempre in bps) mentre la velocita' "in aria" ovvero il symbol-rate e' espresso in Baud. Nel caso di STANAG-4285, i simboli ottenuti dopo la codifica vengono sottoposti a scrambler prima del modulatore di fase per apparire in aria come se fossero PSK-8! Da qui il valore costante del symbol-rate pari a 2400 Bd anche in presenza di diverse velocita' di data-rate.

Il phase-plane di Sorcerer o di k500 fornisce utili indicazioni circa la modulazione alla quale sono stati sottoposti i dati prima dello scrambler:

 

data-rate fino a 600bps: PSK-2

data-rate di 1200bps: PSK-4

data-rate di 2400bps: PSK-8

 
E' comunque da ricordare che - per quanto detto sopra circa lo scrambler - la modulazione di fase evidenziata da questi decoder e' quella dei dati e non quella del segnale (che e' sempre PSK-8).

 

Per stabilire se siamo in presenza di una trasmissione sincrona o asincrona dovremo guardare all'output in bitstream del decodificatore: in caso di traffico asincrono si vedranno chiaramente i bit di start e stop e solo in questo caso si passera' alla valutazione del "framing",ovvero numero di bit di dati, bit di stop e bit di parita'.

Se la trasmissione e' in chiaro, solitamente in caso di trasmissioni test, ...ci se ne accorge subito.

Sorcerer e fix per Windows 7

SORCERER è una collezione di moduli decoders per le modalità presenti nella gamma ELF-SHF sviluppato da KD0CQ. Questi funzionano in tandem con parser proprietari intelligenti in grado di identificare automaticamente il segnale in esame (paese e specifico servizio, individuazione dei protocolli di collegamento dati, schemi di compressione, formati di file e formati di crittografia in uso). Una volta presa la mano con questo software vi accorgerete della sua potenza e flessibilita' tanto da usarlo al posto dei vari decoders "verticali". Puo' inoltre operare in tandem con una vasta gamma di ricevitori a copertura continua o SDR. 

Il sito dello sviluppatore dal quale e' possbile scaricare SORCERER e':

http://www.kd0cq.com/sorcerer-decoder-download/

Puo' capitare che non venga eseguito su Windows7, ovvero viene lanciato correttamente senza messaggi di errore ma la icona si sposta sulla barra in basso e li' rimane. Si tratta di un piccolo bug del software al quale si pone facilmente rimedio modificamdo il regsitro di installazione di windows come segue:

1. eseguire RegEdt32
2. trovare la chiave HKEY_CURRENT_USER\Software\Sorcerer
3. trovare i 4 quattro valori che iniziano per "Main", ovvero: MainH, MainW, MainX, MainY
4. cliccare di destro su ciascuno di questi valori ed eliminarli
5. chiudere RegEdt32
6. rieseguire Sorcerer

Un amico e collega DXer (Fabio P.), che qui ringrazio, mi fa' notare che ha risolto brillantemente i problemi di Sorcerer/Windows7 assegnando alle chiavi MainH, MainW, MainX, MainY i valori qui sotto indicati (modifica da effettuare anch'essa con il rogramma regedit):

(alcune) QSL da broadcasters - p.1

la QSL del 1972

Elad FDM-S1 + FDM-SW2: che effetto che fa'

Disquisendo di un ricevitore SDR, a differenza di un ricevitore “tradizionale”, si deve anche dover parlare oltreche' delle caratteristiche hardware anche delle modalita' operative consentite dal software che – appunto – tali ricevitori definisce. Si, perche' SDR e' l'acronimo di Software Defined Radio, radio definita dal software

Infatti, a parita' di circuiteria impiegata, quello che fa' la differenza e' il programma che la gestisce; un po' come mettere un RX professionale nelle mani di un SWL smaliziato o in quelle di un ascoltatore di primo pelo: quello che riesce a tirar fuori il primo... il secondo neanche se lo immagina.

Sulla rete, e in primis sul sito FTP della ELAD, ci sono decine di recensioni, articoli e prove relative al modello FDM-S1 e sul suo software di gestione SW2, per cui reputo inutile fare il solito “copia e incolla” e snocciolare numeri e numeretti (ai piu' inconprensibili) che descrivono la bonta' dell'elettronica di bordo e descrizioni operative delle funzionalita' del software: tanto piu' che i rilasci di nuove versioni di SW2 si susseguono a cadenza quasi giornaliera. 

 

Le brevi note che seguono sono quindi un effetto-che-fa' l'ascoltare con un SDR, e piu' precisamente con il modello FDM-S1 e relativo software FDM-SW2: “un ascolto multi-sensuale”, “un investimento culturale” e “nuove tecniche di ascolto”.

Un ascolto multi-sensuale

La prima cosa che appare subito evidente e' che non si ascolta piu' solo con gli orecchi ma anche – se non di piu' - con gli occhi. Con un rx tradizionale, salvo qualche occhiata al s-meter, una volta impostata la sintonia e' l'udito il senso deputato al discernimento e alla comprensione di cio' che stiamo ricevendo. Con un SDR i segnali non solo si sentono ma “si vedono”, e non solo quello sul quale siamo sintonizzati in quel momento ma anche quelli a qualche MHz o Khz di distanza , a seconda della grado di “zoom” impostato sulla scala di sintonia. 

 

Non e' cosa di poco conto, soprattutto per gli ascoltatori UTE, il vedere al volo un segnale nuovo che si alza e la possibilita' di andarci subito sopra con un semplice click sul mouse. Gia' dopo una settimana di lavoro (ohibo'... lavoro) su un SDR, passando al pl-880 mi sembrava di stare chiuso in una stanza senza poter capire cosa succedeva fuori. Oltre agli immancabili waterfall e spettro in HF, e' possibile vedere il segnale prima e dopo la IF e lo spettro audio del segnale demodulato(AF): l'occhio esperto capisce subito se c'e' qualcosa da aggiustare in termini di filtri, AGC, guadagno in banda audio o se c'e' da ritoccare (al livello di 1 Hz) la sintonia.

Un investimento culturale

Se per certi versi e' sorprendente questo aspetto “visivo” dell'ascolto, e' di pari grado spiazzante la grande quantita' di settaggi a disposizione dell'ascoltatore: dai parametri piu' comuni e intuitivi fino a gli “internals” del software che vanno a incidere il funzionamento intimo dei chip dell'SDR. E qui giusto una paio di considerazioni.

 

Un SDR non si approccia alla “accendi-e-ascolta” ma per certi versi la radio va' preparata all'ascolto che si desidera ottenere. Per fare un esempio, ci si equipaggia con attrezzature diverse a seconda che si vada a pesca di carpe o di trote.

Come qualcuno che non ricordo ha giustamente scritto nel gruppo “fb” dell'AIR , l'aquisto di un SDR e' un “investimento culturale”: come non dargli ragione? La conoscenza e lo sfruttamento delle potenzialita' di un SDR passano necessariamente per lo studio e la comprensione di come funzionano questi apparati. Certo, occorre fatica e e impegno ma sarebbe un peccato non approfittarne e accontentarsi di rimanere allo stato elementare dell'“accendi e ascolta”.

Nuove tecniche di ascolto

Quello che a parer mio amplifica decisamente le possibilita' di ascolto sono le radio virtuali: con il software SW2 io non ho acquistato un ricevitore SDR ma ben 4!

E' possibile infatti attivare, all'interno della fetta di frequenza visualizzata dal display, fino a quattro ricevitori indipendenti, ciascuno su frequenza e modalita' diverse.Una caratteristica questa, che apre scenari completamente nuovi – e insperati - anche a quegli ascoltatori come me che non hanno la possibilita' o la voglia di acquistare 3-4 ricevitori (o scritto “ricevitori”, non - le seppur ottime - “radioline”). A maggior ragione per gli appassionati UTE, che solitamente “cacciano” con n-ricevitori collegati a pc diversi che eseguono programmi di decodifica. 

 Tanto per fare qualche esempio pensiamo alla reale possibilita' di avere:

- RX1 in ascolto su una freq JT65 e collegato a JT65-HF + RX2 a ricevere digital-sstv collegato a easyPal + RX3 per “girellare” sugli 11mt;

- tre RX a monitorare altrettanti network ALE collegati a MARS-ALE,PcALE e Mpsk;

- due (o piu') RX su freq diverse della stessa broadcasting per stilare rapporti di ascolto un po' piu' smart.

Ognuno poi secondo le proprie esigenze puo' configurarsi e immaginarsi le tecniche di ascolto piu' consone.

Ovviamente l'uso contemporaneo di piu' ricevitori virtuali si basa sulle possibilita' di usare schede-audio virtuali (chiamate anche “virtual cable”) come quelle offerte dal software VAC, Virtual Audio Clable(s).

Un'ultima cosa per concludere, FMD-S1 + SW2 magari tira fuori anche segnali sepolti nel QRM e che altri rx non sentono, ma non fa' i miracoli: un'antenna seria e' sempre necessaria.

MIL-STD-188-141 Alternate Quick Call ALE

Alternate Quick Call ALE (AQC-ALE) is derived from the MIL-STD-188-141B, Appendix A standard. 

When poor channel conditions exist, such as high noise levels, static crashes and weak signals that causes problems during a LINKing attempt where NORMAL-ALE fails to link the use of AQC-ALE can also be made to overcome such channel conditions.

AQC-ALE provides a link establishment technique that requires significantly less time to link than the baseline ALE system and is significantly better at establishing and maintaining a link on under poor channel conditions.
This is accomplished by some additional technology and trading-off some of the lesser used functions of the baseline ALE system for a faster linking process. The primary focus of AQC-ALE is to establish a link between two or more stations as rapidly as possible. Once linked, information can be exchanged in the most efficient manner as is common between stations. 

AQC-ALE is basically a tactical tool, in that although it supports Scanning/Sounding and most things that baseline (a.k.a. NORMAL ALE) supports, AQC-ALE is usually used in small tactical network operations rather than fixed point 24/7 ALE Network operations.

AQC-ALE allows for a maximum of a 6 character (2 ALE word) address for both the OWN, OTHER and NET address. In addition, AQC-ALE does NOT support AMD, DTM or DBM during link set up, or an AMD at link clear or an MOTD or initiating an QC-ALE link by use of a MIL-STD-188-110 modem associated link request.

AQC-ALE has a very fast calling handshake and all parties must be using FAST AGC and the Scanning/Sounding station MUST be operating at a 5 ch/sec scan rate for best results. A 2 ch/sec scan rate will work depending on the number of channels in the Scan Group and timing considerations as to when the calling station starts transmitting and when the Scanning station comes to that channel next, a 1 ch/sec. scan rate will not work reliably. An AQC-ALE call will reliably capture a station Scanning that is using a 6 channel or less Scan Group at a 2 ch/sec. scan rate and has “Listen Calls” checked and “Listen Time” set to 400.

Quick AMD Dictionary
AQC-ALE offers additional tactical features not found in baseline ALE, such as Quick AMD Dictionary operation. QAMD works from three dictionaries in a code book fashion where no actual text of the message is being sent out over the air. It is a table lookup value in the code book which are the dictionaries. There is no data encryption going on here. Using a combination of a fixed dictionary for most commonly needed words and mission specific expressions in the additional two dictionaries, which can be changed to fit the scenario of the Exercise or non-Exercise.

AMD Dictionary is a quick mouse double click system of selecting words and phrases to create an AMD when using AQC-ALE. The operator can not enter any words on the fly, the word or phrase must pre-exist in the dictionaries. If all the users are not using the same dictionaries then the receiving station will not print the proper message.

AQC-ALE MEET ME
AQC-ALE provides the “Meet Me” dialog for rapid frequency changes that can steer an entire net on the fly, the “Meet Me” Orderwire command capability.
The “Meet Me” capability requires that all stations in the link be under computer control and all are using the exact same GROUP/Channels configuration, then the NCS or any station can steer the group (or individual station) to a new channel instantly without the need for a voice announcement or even an AMD message.
The process simply requires entering the RX and TX frequency in Hz (channel based pull down from current GROUP is planned) and checking LSB if required and clicking OK, then an Ordewire message is sent and all the stations will QSY to the new frequency/mode pair if entered correctly and if existing in the current GROUP of all linked stations. Optionally stations may be added or deleted from the linked stations and an acknowledgement (Ack This) may be requested.