EA5JTT: FT8 TX BEACON: arduino / ESP32

No es el protocolo ideal para usarlo como baliza de propagación por varias razones:

WSPR tiene un margen adicional de 5dB sobre FT8
No dispone de la infraestructura de receptores y base de datos como WSPRnet limitándose al pskreporter para su monitorización.
No es puede codificar el hecho de que el TX sea una baliza al no admitir /B o el texto TEST en la llamada CQ

El proyecto de diseñar una baliza para FT8 presenta varias diferencias con respecto a WSPR:

WSPR es un protocolo unidireccional y FT8 es bidireccional. Este punto no es relevante pues solamente usaremos una llamada "CQ".
Como ya hemos avanzado los mensajes WSPR pueden ser decodificados con una relación S/N de 5dB peor que los mensajes de FT8 con un programa como WSJT-X.
Las redes que centralizan los mensajes recibidos son distintas WSPRnet para WSPR y pskreporter para FT8
Los mensajes de WSPR son de 162 símbolos que se transmiten dentro de un intervalo de 110,6" mientras que los de FT8 son 79 símbolos que se transmiten en apenas 12,74", a consecuencia de ello el ancho de banda de WSPR es de 6 Hz, mientras que el de FT8 es de 50 Hz (Requiere mas ancho de banda, a mayor velocidad de transmisión mayor ancho de banda)
WSPR usa la modulación de 4-FSK mientras que FT8 usa 8-FSK (mas tonos)
WSPR requiere de una precisión en la frecuencia +/- 1 Hz mientras que la de FT8 es de +/- 1,5 Hz (mas tolerante)

Un mensaje con formato para ser monitorizado sigue el siguiente esquema

CQ <indicativo 6> <locator 4>

PRUEBAS

ESp32+SI5351

Una primera prueba se realizó aprovechando una ESP32 y una Si5351. Una vez depurado el programa al ejecutarse se observó que no generaba una transmisión correcta, por lo que no era decodificable.

El posible motivo es que Si5351 no es capaz de responder a la velocidad que le exige la transmisión en FT8 por ello se decidió probar con un DDS como AD9850.

También se pensó en prepara una nueva versión que usara los datos precodificados con el fin de aligerar el procesado por si ese era el problema pero se obtuvo el error:

E (19736) i2c.master: I2C hardware timeout detected
E (19740) i2c.master: s_i2c_synchronous_transaction(945): I2C transaction failed
E (19747) i2c.master: i2c_master_receive(1268): I2C transaction failed

que sugiere que los cambios de frecuencia son demasiado rápidos.

Todo eran hipotesis que no se confirmaron pues con un nuevo código si consiguieron los resultados esperados.

ESP32 + AD9850

Como consecuencia del fracaso de la primera prueba se decidió conseguir una placa de desarrollo DDS AD9850 0-70MHz 0-40MHz capaz de generar 2 ondas sinusoidales y 2 ondas cuadradas concretamente la "HC-SR08 DSS_AD9850" (Disponible en Aliexpress por unos 10 €)

Aprovechando el tiempo muerto se buscó una placa de reloj de precisión del tipo DS3231 AT24C32 IIC dada la mayor exactitud demandada por FT8. Con este módulo ademas de disponer de una mayor precisión aunque haya fallos NTP y/o wi-fi se le da mas autonomía al no necesitar ni GPS, ni NTP de forma continua (Disponible en Aliexpress por unos 2€).

AD9850 0-70MHz 0-40MHz

Conviene calibrarlo con un programa de test y recibiendo la señal con un SDR

/ Programa de TEST
#include <Arduino.h>
#include "AD9850.h"
// Pines conectados al AD9850 (ajusta según tu módulo)
#define W_CLK 14
#define FQ_UD 25
#define DATA  26
#define RESET 13
// Crear instancia del DDS
AD9850 dds;
void setup() {
Serial.begin(115200);
Serial.println("Prueba mínima AD9850...");
// Inicializar DDS con pines
dds.begin(W_CLK, FQ_UD, DATA, RESET);
// Establecer frecuencia de prueba
double testFreq = 10000000.0; // 10 MHz
dds.setfreq(testFreq, 1);    // 1 = activar salida
Serial.print("Frecuencia configurada: ");
Serial.print(testFreq);
Serial.println(" Hz");
}
void loop() {
// Nada más, la señal sigue generándose en SINE OUT
delay(1000);
}

Segun el modelo:

AD9850: Banda de frecuencias 0-40MHz; reloj de 125 MHz
AD9851: Banda de frecuencias 0-70MHz ;reloj 30 MHz

Dispone de 4 salidas

QOUT1 / QOUT2 Señales cuadratura (I/Q) TTL
ZOUT1/ ZOUT2 Señales diferenciales internas del DAC TTL

Especificaciones

PLACA DE DESARROLLO ESP32

Se usa la placa ESP32 LiLYgo LORA32 T3 V1.6.1 con pantalla OLED, si bien este proyecto no usa LORA32 y es opcional usar la pantalla OLED. En cualquier caso se necesita el pinout de la placa de desarrollo ESP32 usada

Conexiones LILYGO T3 - AD9850

AD9850 LILYGO T3 GPIO PIN Comentario

W_CLK 14 14 señal de reloj de palabra

FQ_UD 25 25 actualización de frecuencia

DATA 19 19 datos serie

RESET 26 26 reset DDS

VCC 5V VCC alimentacion +5V del módulo

GND GND GND alimentación -5V del modulo tierra común

OUT1 salida RF

Frecuencias FT8

160m: 1840000 Hz
80m: 3573000 Hz
40m: 7074000 Hz
30m: 10136000 Hz
20m: 14074000 Hz
17m: 18100000 Hz
15m: 21074000 Hz
12m: 24915000 Hz
10m: 28074000 Hz
6m: 50313000 Hz

COMPILACION

Descargar https://github.com/F4GOJ/AD9850 y desde Sketch de IDE Arduino incluir biblioteca ZIP

PRUEBAS

La configuración final fue ESP32+SI5351 con sinconización mediante NTP de Wi/Fi. El código estará disponible en GitHub: