Armando47

modem tascabile

modem piccolo, economico e a basso consumo per lo scambio a bassa velocita' di dati cifrati su canali rumorosi half-duplex con banda passante da 1Hz a 5khz.

---

Livello fisico

Caratteristiche del mezzo trasmissivo

• e' sempre broadcast
• banda 1 Hz - 5 kHz
• puo avere SNR infimi
• e' half-duplex
• puo' avere tempi di commutazione R/T lunghi
• non ha meccanismi di collision detect
• puo' non essere possibile la rilevazione di canale occupato
• puo' presentare condizioni di terminale nascosto
• puo contenere uno o piu' canali

esempi di mezzi fisici usabili possono essere:

• radio(pmr, cb, vhf, hf)
• rame
  • RS485
  • Powerline
    • https://it.wikipedia.org/wiki/Powerline
    • https://it.wikipedia.org/wiki/LonWorks
    • https://en.wikipedia.org/wiki/KNX_%28standard%29
    • https://en.wikipedia.org/wiki/G.hn
    • http://www.st.com/web/catalog/sense_power/FM1968/SC923/PF144101
• ottico
  • fibra
  • in aria
    • http://ronja.twibright.com/
• acustico
• idroacustico
• induzione magnetica
• neutroni
• neutrini
• onde gravitazionali
  • http://astronomyonline.org/Astrobiology/SETIAlternatives.asp
• piccioni, topi, cani, blatte

Caratteristiche elettriche

input e output sbilanciati standard consumer line-level −10 dBV con impedenza 10kohm

seriali UART con livelli TTL 3.3v

Modulazione

Implementa schemi di modulazione ASK, PSK, QAM o FSK , con costellazioni di dimensione da 2 a 64, frequenza massima 5khz (campionamento a 16khz).

Ogni simbolo della modulazione viene descritto come:

struct symbol_struct {
    uint16_t rotor_inc;
    uint16_t phase_offset;
    float gain;
};

http://cgit.brokenbydesign.org/cgit.cgi/armando.git/plain/dds.h

FSK

Implementata con un accumulatore di fase.

http://cgit.brokenbydesign.org/cgit.cgi/armando.git/plain/dds.c

http://altivec.indivia.net/code/modulator.c (OOK, BFSK e BPSK)

La demodulazione è fattibile in linea di principio con:

• FFT: si prende un blocco di campioni, si fa la FFT e si misurano le energie nei bin corrispondenti alle frequenze di ciascun simbolo. Se il segnale ha però una banda stretta rispetto alla banda totale dei dati, calcolare tutti i bin è uno spreco inutile; inoltre la FFT deve avere una risoluzione sufficiente almeno a mappare le diverse frequenze in bin diversi, e questo richiede una quantità sufficiente di campioni. Se questa quantità supera di molto il numero di campioni per simbolo, questo sistema non funziona.

• Banco di filtri adattati: se ci sono N simboli (N frequenze) si costruiscono N filtri narrow-band centrati sulle frequenze corrispondenti. I dati vengono filtrati con ciascun filtro e si ottengono in uscita le N ampiezze, che formano un vettore che rappresenta il simbolo. Questo sistema dovrebbe andare bene se non ci aspettiamo portanti troppo ballerine; in particolare la fluttuazione della portante non deve portare una frequenza sopra al filtro di quella vicina. Schema a blocchi: Correzione automatica della soglia in presenza di fading selettivo: http://www.w7ay.net/site/Technical/Old/ATC/

• Misura della variazione di fase: si costruisce una portante e si demodula il segnale in modo che le frequenze dei simboli siano centrate sulla DC. Si moltiplica ciascun campione demodulato con il complesso coniugato del campione precedente. La fase di questo prodotto rappresenta la variazione della fase del segnale tra i due campioni, ovvero la frequenza del segnale, che quindi è direttamente mappabile nel simbolo corrispondente. Questo metodo dovrebbe essere computazionalmente banale e abbastanza robusto a derive della portante; se necessario, dovrebbe permettere un tracking semplice della portante stessa.

letture:

• http://www.w7ay.net/site/Technical/Old/ATC/
• http://www.cse.yorku.ca/course_archive/2010-11/F/3213/CSE3213_07_ShiftKeying_F2010.pdf

PLL

quando si e' riconosciuto il preambolo, un PLL deve sincronizzarsi con la portante del segnale. fatto questo l'oscillatore locale rimane fisso fino alla fine del pacchetto. praticamente lo smorzamento del loop e' basso durante il preambolo e diventa infinitamente alto durante il pacchetto.

letture:

• https://en.wikipedia.org/wiki/Phase-locked_loop#Implementing_a_digital_phase-locked_loop_in_software
• http://lists.canonical.org/pipermail/kragen-hacks/2012-February/000534.html una delle cose piu divertenti che abbia mai provato
• http://arachnoid.com/phase_locked_loop/

Possibili usi

Comunicazione sicura mobile

L'apparato in modalita' modem+microterminale e' connesso a un CB/PMR/LPD. Ogni terminale puo' mandare e ricevere informazioni in maniera sicura senza rischio di essere intercettati. Volendo si puo' stabilire una stazione fissa collegata a un pc dove si loggano tutti i messaggi e si possono mandare informazioni in broadcast/multicast, nonche' creari ponti radio a lunga distanza mediante internet/ponti radio wifi/etc. etc.

Dove:

• polizia comunitaria (Mexico)
• manifestazioni (ovunque)
• qualunque evento pubblico in cui si voglia coordinare su corto/medio raggio.

rete dati a banda stretta

Una serie di modem collegati a computer che utilizzano il protocollo ArNet per scambiarsi dati a bassa velocita'. Utilizzabile come rete primaria per comunicazione scritta, oppure come rete di backup in caso di spegnimento della rete internet. Dove: ovunque il governo abbia la possibilita' di censurare/spegnere le connessioni internet (Egitto, Siria, Libia, Turchia...).

data-logger, APRS

Il modem e' collegato direttamente a un altro dispositivo via UART, e manda/riceve dati a velocita' e intervallo costante. Se la UART non e' disponibile o troppo complessa, si possono i usare i GPIO.

Dove:

• data-logging scientifico
• APRS per mezzi e/o persone in movimento
• sistemi di soccorso.

radiocomando R/C

• TX: i gpio sono input analogici
• RX: i gpio sono output pwm in standard r/c

comandi configurazione

nome	valore	argomento	descrizione
NUL	0x00		Nullo
RGR	0x01	registro	Legge valore registro di configurazione
RGW	0x02	registro+valore	Scrive valore nel registro
TQA	0x03	dati	Appende dati nella coda TX
TQF	0x04		Termina scrittura coda TX
RQR	0x05	n	Legge n bytes dalla coda RX
RST	0x06		Resetta modem

registri configurazione

nome	valore	dimensione (byte)	descrizione
SYF	0x01	3	1 byte symbolo (00 - 15), 2 byte frequenza
SYP	0x02	3	1 byte symbolo (00 - 15), 2 byte fase
SYA	0x03	3	1 byte symbolo (00 - 15), 2 byte ampiezza
MBS	0x04	1	Bit per simbolo
MSR	0x05	2	Symbol rate

TODO

• Decidere dove mettere il modem, il terminale, la chat
• In-band or out-of-band signalling? (Controllare lo standard Hayes/AT, Xmodem/Zmodem, escape characters)
• Come gestire la memoria: volatile (si perde tutto al riavvio) / non volatile (salvare lo stato nella flash)
  • http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2680&dDocName=en538000
• Bisogna scrivere il menu di configurazione
• Possibile out-of-band con il FT232*
• Uso automatico (modem, APRS) / Uso manuale (chat/sms)