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Artigos de natureza técnica ou histórica

Comunicações digitais

Rádio Pacote ou Rádio Paquete (1)

[ Miguel Andrade - Junho de 2001 ]

Este é o primeiro artigo de uma série sobre comunicações digitais no serviço de amador cujo objectivo é servir apenas de informação básica para despertar o interesse dos leitores a desenvolverem futuras pesquisas.

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Uma vez que não se tratam para já de artigos técnicos, não é intenção aprofundar de momento matéria de carácter prático sobre a tecnologia envolvida neste tipo de comunicações, mas, muito pelo contrário, servir como ponto de partida para aqueles que desconhecem este tipo de radiocomunicações a interessarem-se sobre este assunto e, quem sabe, a despertar o interesse dos radioamadores para novas formas de operações que modernizem a sua estação.

O rádio pacote é um meio simplificado de comunicar via rádio « de teclado a teclado » através do uso de computadores, ou seja, de forma escrita mas em tempo real.

A vantagem deste modo de comunicação é que não são necessárias grandes formações técnicas nem uma grande preocupação em ler manuais, fazer exames de aptidão ou em equipar com uma colecção de novos aparelhos uma simples estação de telefonia. Quase que apenas basta ter por perto alguém que já transmita neste modo, providenciar a ponte entre o computador pessoal e o emissor/receptor e uma vez em acção ir aprendendo com a ajudas que vão chegando durante a operação.

Em Portugal, o radio pacote é quase exclusivamente conhecido pela sua designação anglófona " packet radio ", o que é uma pena, pois os defensores da língua Portuguesa consideram esse estrangeirismo um atentado à nossa identidade cultural. Muitas outras culturas mais conservadoras da sua tradição raramente usam a expressão inglesa, preferindo traduzi-la para a sua própria língua.

Mesmo no Brasil, ( ao contrário do que é habitual ), muitos dos radioamadores fazem uso do termo em português para designarem este tipo de comunicações digitais em que a linha de telefone na comunicação entre computadores é substituída por este sistema onde os conteúdos são enviados em parcelas ou… pacotes com determinadas características técnicas.

Tal como na tradicional forma de comunicar entre computadores com o emprego da linha telefónica como ligação, também no radio pacote tem que existir uma " caixa mágica " entre o computador e o emissor/receptor de radiocomunicações para que sejam respeitados os protocolos e " linguagens " de comunicações entre as máquinas e converter-se essa linguagem máquina em modulações típicas da comunicação via rádio.

Aquilo que vulgarmente é conhecido como " modem " nas tradicionais ligações à Internet via linha telefónica, por exemplo, passa a designar-se por " TNC " - Terminal Node Controller ( ou Controlador de Ligação Terminal ), no sistema radio pacote do serviço de amador de radiocomunicações.

Para se compreender melhor como as coisas funcionam, convém termos também a noção de como tudo começou e evoluiu.

A técnica de conseguir que dois computadores pudessem " comunicar " entre si teve início a meio dos anos 60 e foi posta em prática pela primeira vez numa rede experimental denominada ARPANET em 1969, a qual viria a permitir pela primeira vez aos computadores transmitirem em tempo real informação entre si através de um cabo. Contudo o primeiro projecto em larga escala teve lugar em 1970 com uma nova rede de comunicações denominada ALOHANET, a partir da Universidade do Hawai.

O pioneirismo na adaptação destes conceitos ao uso de comunicações entre radioamadores teve lugar com a primeira experiência de transmissão a 31 de Maio de 1978 em Montreal, seguida de perto pelas experiências de uma associação canadiana, a VADCG ( Grupo de Radioamadores de Comunicações Digitais de Vancouver ) que desenvolveu o primeiro protótipo de TNC em 1980. Este protótipo viria a permitir pela primeira vez, com sucesso, que a radiofrequência viesse a substituir uma linha telefónica ou o cabo.

O actual controlador de ligação terminal derivou dos trabalhos desenvolvidos em resultado de um encontro técnico em Outubro de 1981 que motivou seis dos seus participantes a lançarem " mãos à obra " para conceberem um TNC que fosse acessível aos radioamadores a custos modestos. Assim nasceu uma das mais conceituadas organizações a nível mundial na área deste tipo de radiocomunicações amadoras, a TAPR – Organização Radio Pacote para o Serviço de Amador de Tucson ) precisamente a partir deste projecto.

Em 26 de Junho de 1982, os radioamadores Lyle Johnson ( WA7GXD ) e Den Connors ( KD2S ), estabeleceram com sucesso o primeiro contacto de radio pacote ligando dois computadores à distância através do primeiro protótipo TAPR de controlador de ligação terminal. As suas sucessivas versões, constituem hoje a base tecnológica de todos os terminais usados no mundo.

Desta forma tem-se assistido a uma expansão do número de utilizadores à medida que os computadores vão entrando nos lares e estes descobrem as vantagens e os aliciantes deste tipo de actividade, tornando-a numa das formas de comunicação com maior crescimento diário entre os radioamadores em todo mundo.

As vantagens sobre os outros tipos de comunicação, ( sobretudo os de características digitais ), começam desde logo pela transparência, correcção de erros, e automatismo de controlo.

Em princípio qualquer operador ligado por esta via está automaticamente identificado pelo seu indicativo oficial de estação.

Por outro lado, o sistema funciona de molde a detectar todos os possíveis erros decorrentes de más condições de propagação entre as estações uma vez que na compartimentação de informação em parcelas há mecanismos de verificação de erro nos próprios pacotes que permitem ao TNC detectar automaticamente as anomalias e perdas de informação ocorridas por condições adversas. A codificação e descodificação funciona de forma segura pelo que só se a informação recebida estiver livre de erros é inserida no computador.

O automatismo de controlo permite ( devido às suas características de comunicação do radio pacote ), que vários utilizadores possam funcionar em simultâneo no mesmo canal sem se interferirem.

Outra vantagem do radio pacote é que se estiver ausente, o utilizador pode receber mensagens destinadas a si através dos meios do tipo « caixa de correio », nomeadamente quando estas facilidades estão disponíveis na sua rede e na sua estação.

Relativamente aos componentes de estação necessários para se operar neste tipo de comunicação digital, são necessários apenas dois equipamentos que ultrapassam o material estritamente necessário de uma estação analógica, uma vez que estão envolvidos sistemas informáticos.

Assim sendo, para além dos emissores/receptores que constituem qualquer estação tem que incorporar ainda um computador e um Controlador de Ligação Terminal ( TNC ) para se poder operar via rádio pacote.

O TNC é na realidade composto um " modem " especial, uma unidade processadora ( CPU ) e todos os componentes necessários para converter sinais provenientes do computador ( geralmente via porta RS-232 ) no protocolo de comunicações do radio pacote em uso. A sua função é parcelar em blocos os conteúdos que se pretendam transmitir entre dois computadores, naquilo que se designa tecnicamente como um pacote. Neste pequeno volume de informação o TNC inclui uma verificação de erro ( CRC ), modulando todo o conteúdo assim organizado em frequência áudio com as características requeridas para a transmissão via rádio.

Na recepção todo este processo é invertido.

A velocidade de transferência de comunicação no radio pacote é por enquanto bastante mais baixa do que no sistema de linha telefónica devido a contingências relacionadas com as características das emissões via rádio nas faixas atribuídas ao serviço de amador mais utilizadas. A maioria as comunicações faz-se a 1200 bps ( bits por segundo ) sobretudo nas redes locais de VHF e UHF, enquanto que nas comunicações para longas distâncias em ondas curtas ( HF ) a velocidades pode cair para 300 bps. Há contudo possibilidade de se trabalhar a 9600 bps em UHF e até a velocidades maiores em frequências mais elevadas, tendo-se já feito experiências em que as velocidades dos actuais sistemas via linha telefónica podem ser igualadas, ( contudo são requeridos meios especiais de " hardware " ainda em estudo e em fase de investigação para serem conseguidas essa proezas nas micro-ondas).

Outro componente indispensável como se disse é o computador ou terminal.

Como é natural tem que existir nessa máquina um " software " próprio para trabalhar com este sistema, ou pelo menos um programa que se possa adaptar ao uso em radio pacote. As capacidades exigíveis é que são uma verdadeira surpresa, uma vez que mesmo um antigo computador com processador do tipo 286 a 30 MHz ( ou até anterior ) tem capacidade para suportar este tipo de comunicação digital sem quaisquer problemas. É tão grande a oferta de programas informáticos para este fim que muitos são os que funcionam exclusivamente nas versões antigas do sistema operativo MS DOS.

O emissor/receptor necessário para este tipo de operação depende muito das intenções e objectivos de cada utente em particular. À partida não é necessário pensar num novo equipamento específico para este tipo de comunicações, uma vez que esta actividade se desenrola por todas as faixas de frequências atribuídas ao radioamadorismo.

O mais simples equipamento comercial VHF para serviço portátil de baixa potência que emita em NFM ( F3E ) é mais do que suficiente para esta tarefa.

É necessário ter sempre em mente que trabalhar com um equipamento de HF SSB significa operar a baixa velocidade ( 300 bps ), enquanto que para estar no topo oposto é necessário possuir um transceptor de UHF para NFM o que permitirá velocidades na ordem dos 9600 bps. Para experiências mais fantásticas como participar nos mais recentes avanços, ( os ensaios técnicos para velocidades mais elevadas ), convém ter uma estação equipada com capacidade para emissão e recepção nas bandas de micro-ondas.

Como mais uma vez se pode comprovar, a velocidade de transferência de dados ainda está muito ligada à largura de banda utilizada, pelo que as opções são bastante limitadas nas frequências mais baixas, uma vez que aí as legislações nacionais e internacionais impõem faixas muito estreitas devido às características do comportamento dessas áreas do espectro da radiofrequência.

Pelo mesmo motivo, o alcance a esperar neste tipo de comunicação é bastante variável e não pode afastar-se muito das capacidades previstas para cada frequência.

A maioria das transmissões em radio pacote têm lugar sobretudo em VHF e só depois em HF ou em menor quantidade em UHF, ( com evoluções que levam a ciclos de utilização destas faixas em proporções diferentes ao longo do tempo ). Se tivermos em consideração a banda em que nos propomos utilizar este tipo de comunicações podemos desde logo compreender o alcance das nossas emissões em função do comportamento habitual de determinada frequência com outros modos de emissão.

Tal como em telefonia, as bandas mais altas têm a benesse de oferecerem quase sempre redes de estações retransmissoras específicas para este tipo de actividade o que faz incrementar largamente o alcance previsto das estações mesmo que trabalhem com fracas potências. A grande vantagem em relação aos sistemas de telefonia é que na rede de radio pacote as estações repetidoras podem estabelecer ligações múltiplas, ampliando muito o raio de acção de uma estação.

Outra consequência prática já aflorada anteriormente é o facto de que várias estações poderem usar em gestão de tempo o mesmo canal ao contrário das usuais comunicações analógicas em telefonia. Isto não quer dizer que nas colisões de utilizadores as estações não se interfiram, contudo essa relação não afecta o bom desempenho da troca de informações, uma vez que o sistema é capaz de gerir de forma automática a repartição do tempo de utilização do canal entre os seus utentes de acesso múltiplo.

A regulação das transmissões múltiplas no mesmo canal passam pela detecção de outros sinais por parte do TNC, o qual só envia os seus pacotes nos intervalos das restantes emissões, porém, pode dar-se o caso de duas estações emitirem em simultâneo, por diversos motivos, o que faz com que o controlador terminal de ligação perca o seguimento em relação ao último pacote enviado. Nesse caso ao fim de um certo tempo de compasso de espera dá-se uma nova transmissão com toda a informação para que não se perca qualquer conteúdo.

Para gerir a utilização e regular todos os aspectos da sistemática de comunicações, o radio pacote usa um protocolo denominado AX25 ( Amateur X.25 ), o qual veio a adaptar o protocolo X.25 às diferenças de canal ( linha telefónica / emissões de rádio ).

A função deste protocolo de comunicações é a de estabelecer regras de comunicação entre dois computadores, algo semelhante aos termos e regulamentos estabelecidos para a correspondência comercial entre empresas.

O AX.25 inclui ainda um campo destinado às estações repetidoras digitais do serviço de amador, o qual proporciona meios para que se estabeleça uma rede de comunicações através de ligações consecutivas usando vários destes suportes ( digipeaters ). Através da identificação de destino contida num pacote, o repetidor digital pode retransmitir esse pacote para outro mais adiantes, e assim sucessivamente até que o pacote chegue ao seu destinatário final dentro de um número máximo de transferências possíveis entre " digipeaters ".

Como é óbvio, o crescente número de utilizadores causa alguns constrangimentos no sistema que funcione desta forma, pelo que quando se usa o número máximo de saltos possíveis para se contactar um destinatário o processo leva o seu tempo a ser executado. Por outro lado, quando estão muitas estações " no ar " o congestionamento é agravado pela gestão de utilização simultânea do canal. Mais grave é quando a mensagem não chega ao seu destino e o pacote é repetido automaticamente desde o início causando ainda mais transtorno às comunicações.

Uma evolução neste sistema foi a criação dos " KA-Nodes " da firma Kamtronics. Estes dispositivos aliviam os congestionamentos apenas fazendo a confirmação de pacote em cada ponto de passagem em vez de confirmar todo o caminho percorrido na rede. Outras soluções muito interessantes foram encontradas por sistemas como as redes NET/ROM, ROSE, TCP/IP e TexNet, mas, como foi evidenciado anteriormente no início deste artigo, essa são matérias para uma futura aproximação mais técnica ao radio pacote.

O conceito de BBS " Boletim Board Sistem " é um daqueles assuntos que mesmo num artigo introdutório não podia faltar já que este sistema de informação é uma das mais interessantes vantagens deste tipo de comunicações digitais.

A BBS desenvolve duas funções principais; recebe, guarda e envia mensagens com destinatário e divulga mensagens destinadas a serem acedidas ou divulgadas pelo domínio público. Uma vez que falamos de uma rede de nível nacional ou mesmo internacional, estas informações e mensagens podem chegar quase a qualquer parte do mundo. Desta forma os utentes de uma BBS podem ter acesso a notícias e informações importantes sobre as suas associações, sobre relatórios de propagação, sobre estações especiais activas, sobre satélites de amador, sobre questões técnicas, listagens, relatórios e tudo aquilo que se possa imaginar com utilidade como a caixa de correio electrónico.

Pelas suas características o radio pacote tem vindo a ser usado em comunicações especiais, nomeadamente quando os radioamadores são chamados a prestar um serviço de utilidade pública em emergências no apoio às comunicações.

Uma das mais recentes aplicações é o APRS " Automatic Positioning Radio Sistem " ( Sistema de Posicionamento Automático via Rádio ) que combina os dados fornecidos pelos GPS " Global Positioning Satellites " ( Sistema de Satélites de Posicionamento Global ) com o radio pacote, através dos quais, uma estação consegue transmitir a sua posição.

A função do APRS é permitir múltiplas aplicações, sobretudo as relacionadas com o rasteio de posicionamento de estações móveis ou portáteis no terreno com todas os benefícios e vantagens que isso pode trazer em diversas actividades recreativas ou de utilidade pública.

Alguns satélites do serviço de amador providenciam a modalidade de radio pacote entre a sua oferta de comunicações disponível, podendo caracterizar-se pela possibilidade de terem incorporada uma BBS a bordo entre outras aplicações usuais neste tipo de radiocomunicações digitais. Há um protocolo especial AX.25 usado por alguns satélites que está gratuitamente acessível inclusivamente em muitos sítios na Internet.

Há ainda muitas aplicações para o radio pacote por desenvolver, de toda a forma, para quem ainda não teve oportunidade para experimentar as comunicações digitais este será sem dúvida um excelente começo que por certo trará muitos bons momentos à actividade do radioamador que faça esta aposta.

 

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