miércoles, 20 de febrero de 2013

La cuestión de la potencia en los concursos

 La cuestión de la potencia en los concursos, o mejor dicho los dudas sobre la exactitud de la potencia reportada en los concursos, es un tema que he compartido en varias oportunidades y que la comunidad concursera de tanto en tanto se brota en debates interminables, pero que en esencia está irresuelto. No hay una forma técnicamente sólida de comprobar en un sentido u otro cual es la potencia que una estación usa otra que el ir y medirla. Se ha propuesto incluso un mecanismo de veedores para todo aquel que aspire a las posiciones top, pero por ahora no se ha encontrado una forma práctica de hacerlo.
Esto ocurre en varios aspectos de la práctica concursera, pero lentamente la incorporación de tecnología para hacer chequeos intensivos de los logs y el monitoreo por medio de técnicas de SDR ha echado luz sobre varias otras faltas comunes que a proposito o inadvertidamente se cometen en concursos. Pero la potencia utilizada sigue siendo la elusiva medición sobre la que todos hablan pero no es mucho lo que se puede decir al respecto; he dedicado alguna entrada anterior a esta discusión compartiendo algunos criterios y técnicas no ya para dilucidar el punto sino solamente para aportar algunos elementos.
En una entrada reciente, la dedicada al fin del año, un lector aprovechó la oportunidad para echarme en cara una supuesta falta en el uso de potencia, puesto que según el utilizo potencia LP en vez de QRP.
Me resulta bastante inaudito que alguien tenga tan mala entraña como para subirse a un saludo de fin de año para tal comentario (un saludo de fin de año!!!!), que se suba a un pedestal para darme un sermón al respecto, que tenga la cobardía de hacerlo en forma pública pero además anónima y que, por sobre todas las cosas, muestre profunda ignorancia sobre los argumentos que esgrimía para hacer semejante afirmación.
En lo que respecta a cual es la potencia que uso para participar no voy a hacer ningún comentario, pues como bien dice el adagio "las explicaciones nunca son necesarias; los amigos no las necesitan, los enemigos no las creen y los idiotas no las entienden". No tengo claro si en este caso estaría lidiando en este caso con lo segundo o lo tercero, pero realmente no importa.
Lo que si es claro es que también estoy lidiando con un ignorante; en este caso de como son los métodos para poder detectar potencia y en particular las limitaciones que estos métodos tienen. Estas limitaciones siempre hay que tenerlas muy presente para salir muy suelto de cuerpo a afirmar nada. En particular me voy a concentrar en el funcionamiento del "Reverse Beacon Network" que es el argumento utilizado por este personaje.
Pero primero repaso los métodos que se disponen y cuales son sus limitaciones.
La primera y evidente es la señal con que recibimos a una estación; en lineas generales una estación QRP debería recibirse 13 dB mas liviana que una LP (5W vs. 100W) y una LP 10 dB menos que una HP (100W vs. 1 KW); es necesario retocar un poco la cuenta si se usan 150W y 1500W. O sea puesto tres señales una al lado de la otra debería haber (groseramente) dos unidades S de diferencia entre cada una; en forma simplificada una unidad S equivale a 6dB. Esta medición es endemoniadamente dificil de hacer porque deberían ser simultaneas y en la misma frecuencia. En la práctica uno escucha las estaciones en distintos momentos y en distintas frecuencias y trata de sacar un "promedio". En realidad ese método no sirve para mucho; en HF debe contarse un "fade margin" de al menos una unidad S cuando este no es severo (fluctuaciones rápidas) y eso elimina totalmente la resolución del método de medición. Deben jugar además la ganancia de las antenas que pueden contribuir entre media y una unidad S adicional; o sea que tratamos de medir con una resolución de dos unidades S cuando el "instrumento" (método) tiene un error optimista de entre una y  dos unidades S.
Quizás se puede extraer alguna conclusión, aunque no definitiva, sobre la magnitud absoluta de la señal recibida. Está el caso de una conocida estación concursera de nuestro vecino Brasil cuya señal cuando ambas antenas están de espaldas entre si es demoledora; pero es también una estación donde públicamente se ha admitido utilizar un incentivo de casi algo mas de 4 dB en potencia (4 KW vs. 1.5KW) para "compensar" las pérdidas en la linea de transmisión; claramente fuera de reglamento y con dificultades matemáticas (porque la extensión de cable tendría que ser mucha para tanta pérdida a compensar, supuesto que fuera un argumento válido y reglamentario que no lo es).
Un método no tan evidente pero que puede dar resultados sugestivos son los test de tipo estadístico; nuevamente se apela a determinadas aproximaciones en cuanto a la forma de la distribución y factores de sesgo (que hacen la medición menos precisa) pero que básicamente tratan de dictaminar si el resultado o comportamiento de una estación muestra causas "comunes" (similares a sus colegas en similares condiciones, todos afectados por efectos aleatorios) o causas "especiales" (hay algo que distingue a la estación de sus colegas). Por supuesto que el test no tiene forma de saber si las circunstancias especiales, de haberlas, responden a utilizar una potencia indebida, a un magnifico operador, a una instalación de primera linea o a una combinación de todas ellas. Solo podemos decir con alguna confidencia estadística que hubo "algo especial". Este análisis puede hacerse tanto en los resultados finales (distribución de contactos) como en series temporales de performance (tasas de contacto). Ya dediqué algún tiempo en una entrada anterior a explicar este punto.
El tercero, y elemento probatorio para alguno que en apariencia no sabe usarlo, es el RBN. El funcionamiento en si ya lo describí en una entrada anterior pero en forma resumida se trata de estaciones que acoplan un receptor de banda ancha (100 KHz o mas), normalmente basado en arquitecturas SDR, junto con un decodificador con tecnología CW-Skimmer de VE3NEA. El resultado de la decodificación pasa una serie de filtros y controles (que varían en su configuración de estación en estación) y si a juicio del algoritmo utilizado se trata de una estación llamando CQ genera un spot indicando su caracteristica, frecuencia y un indicador de "Relación Señal a Ruido" (SNR). Estos spots pueden ser utilizados localmente o agregados mediante un software especial en el RBN quien los va emitiendo tanto por su interfaz Telnet (para que pueda ser utilizado como un cluster común) o su interfaz Web. El RBN posee una serie de herramientas para buscar, filtrar y analizar el fantástico volumen de información que genera. No viene al caso explicar exactamente como funciona internamente, materia en la que tengo un detalle o dos, pero si que la prioridad de generación del spot es por tiempo y por cambios de frecuencia. Esta herramienta es como toda herramienta, tiene sus aspectos positivos, tales como un monitoreo automático casi online de las condiciones de propagación; y sus caracteristicas negativas, tales como el enorme volumen de información que genera (casi un orden de magnitud mas que un cluster normal) y los inevitables errores que introduce (licencias mal tomadas, reportes fantasmas, etc) que general no pocos problema a los concurseros por su parte, hay al menos un hilo reciente en el reflector LU-CG sobre la conveniencia o no de ser "spoteado".
El razonamiento utilizado es que la indicación de SNR reportada debería seguir aproximadamente las mismas relaciones que en el primer método, es decir mas o menos 13 dB entre una estación QRP y una LP, mientras que mas o menos 10 dB entre una LP y una HP. Los momentos en que esta relación no se cumple parecerían ser la "evidencia" para declamar el sermón de la montaña en un saludo de fin de año.
Pero en realidad son pamplinas; el RBN adolece de los mismos problemas que comenté para el primer método y las mismas fuentes de error; el fading y la ganancia en las antenas. Pero además le agrega otro y es como mide el SNR.
Basicamente el CW-Skimmer asigna un "procesador" (un hilo de procesamiento dentro del programa en realidad) con sus propios filtros a cada señal que detecta; estos filtros tienen que mantener un delicado equilibrio entre la velocidad de la señal y el nivel de ruido de fondo; de hecho es un triple lazo, por un lado un filtro pasabajos que elimina los ruidos spike, un filtro pasalto para detectar variaciones en la señal y un filtro pasabanda para capturar la señal misma; el conjunto se va ajustando en forma adaptativa (predictiva) y es la implementación de lo que se conoce como un filtro bayesiano (derivado del teorema de Bayes).
En esas condiciones el programa está en condiciones de decir cual es el nivel de energía que tiene la señal que está tratando de decodificar; pero al mismo tiempo está en condiciones de medir, sobre una banda pasante arbitraria del orden de 500 a 600 Hz cual es la energía que puede medirse cuando se elimina la de la señal que se mide; y a eso se lo denomina "ruido", ese canal en condiciones de concurso puede albergar a otra estación o incluso mas de una estación mas puesto que los espaciamientos entre estaciones durante los concursos puede ser tan bajo como 100 o 200 Hz.
Quiere decir que el CW-Skimmer, y por consecuencia el RBN, no reportan señal absoluta (en unidades S o en dBm) sino cual es la diferencia en dB entre la señal y el piso de ruido que percibe en su "canal" que por lo dicho puede tener un nivel de energía alto por otras estaciones en las proximidades.
Una primera consecuencia obvia es que la medición no depende, como en el primer método, de la magnitud de la señal misma sino que también depende de lo que esté ocurriendo en  las inmediaciones de ese canal en ese momento. Un ejemplo burdo, si una estación HP pone una señal S9, una LP S8 y una señal QRP pone S7; sobre una banda con un ruido atmosférico de S1 el Skimmer los reportará manteniendo las relaciones entre si. Pero si la actividad de sus respectivos canales es S8, S6 y S4 (porque son canales mas o menos despejados) entonces el Skimmer reportará 6 dB para la HP, 12 dB para la LP y 18 dB para la QRP, ateniendose a estas relaciones se implicaría que la estación QRP parece estar saliendo con una fracción de MWatt, pero eso por supuesto no es asi como veremos.
Solo puedo especular porque Alex decidió medirlo de esa forma, pero sospecho que es la mas directa desde el punto de vista del programa puesto que no tiene acceso al hardware (ni siquiera tiene supuestos sobre el hardware) que procesa la señal y no tiene las magnitudes absolutas. Es por otra parte conveniente y rápido desde el punto de vista computacional; hay formas mas sofisticadas de medir el ruido y al respecto he publicado un trabajo sobre el tema como resultado de investigación académica. Pero esta forma sencilla es adecuada y suficiente para el contexto en que se la quiere usar, y fundamentalmente para el contexto de concursos. Responde maravillosamente a la pregunta "¿que tan bien se escucha a la estación X cuando todos los factores relevantes son tenidos en cuenta?".
Para demostrar este punto tome algunos datos en el reciente concurso ARRL DX Internacional de CW Edición 2013. Durante un segmento del concurso operamos muy cerca con la estación de Alberto Silva (LU1DZ) quien a la sazón lo estaba haciendo en una configuración M/S e interpreto que en HP; por mi parte lo estaba haciendo en LP. Quisiera aclarar que Alberto y su equipo fueron participes involuntarios e inconsultos del experimento, no tuvieron otra participación que el aportar las señales analizadas mientras competían. El gráfico adjunto muestra la comparación entre los niveles de relación señal-ruido (Signal to Noise ratio, SNR) para los distintos spots hechos por el nodo Skimmer NY3A; tomé ese nodo porque daba señales importantes aun en condiciones marginales de propagación y tenía por lo tanto un número importante de spots. Tomé a la estación de Alberto por ningún motivo en particular, simplemente porque el es un concursero con mucha experiencia que suele salir en HP. El gráfico muestra la actividad durante el domingo del concurso en la banda de 10 metros.


Varias cosas saltan rápidamente a la vista; el mayor valor absoluto de SNR lo tiene mi estación, no la de Alberto. Luego siguen las cosas extrañas, por muchos momentos la diferencia de señales no respeta en absoluto los 10 dB de margen. En ocasiones la señal de Alberto me sobrepasa "hacia abajo" y en ocasiones mi señal sobrepasa largamente a la de el. No se dá, en ningún caso, ni siquiera promediando la dichosa diferencia de 10 dB  que aseguraría que somos todos "honestos". Pero eso no alcanza, hurgando en los detalles proporcionados por el raw data del sitio RBN puedo filtrar todos los spots para ambas estaciones y encuentro que en un tramo de aproximadamente hora y media estuvimos operando a 500 Hz de diferencia, esto debería disminuir  las chances de un fading selectivo que perjudique a uno o ayude al otro.

Durante ese tramo, ver figura adjunta y tabla con los resultados concretos, mi SNR fue sistemáticamente mas alto que el de Alberto excediendo en ocasiones los 20 dB de diferencia.  A la izquierda está la serie correspondiente a Alberto operando en 28019,1 KHz mientras que a la derecha operando en 28019.6 primero y 28020.1 después la mia. Siguiendo un razonamiento que a esta altura solo podría caratular de idiota solo me quedaría suponer que Alberto se dedicó en esos tramos a usar QRP o que yo conseguí de algún lado un lineal de 100 KW. Está claro que no tengo tal cosa, mi lineal es un viejo FLDX2000 que a duras penas alcanza los 500W de entrada y rinde algo mas de 200W de salida, y ciertamente no está para el trajín de un concurso por lo que jamas lo utilizaría en uno.
La respuesta es mucho mas simple, el sistema no solo tiene las mismas una o dos unidades S de error que el sistema absoluto mencionado al principio sino que depende además de las estaciones en los alrededores, y ese horario fue el peor para nosotros en cuanto a congestión y densidad de estaciones. Incluso se agrava por el hecho que las mediciones a distintas estaciones no están en modo alguno sincronizadas entre si y responden a un valor "instantaneo" sin hacer ningún promedio; es decir completamente aleatorio en el momento y el contexto de estaciones circundantes que se hace. Para agregar otro factor, toda esta mezcla depende además del AGC del receptor que sirve de front-end al Skimmer y que clase de ajustes está haciendo sobre la magnitud de la señal usualmente procesada a nivel de banda base y no de frecuencia intermedia. No descarto que parte del deterioro de su SNR fuera mi propia señal cayendo dentro del pasabanda del nodo Skimmer que reportaba a la señal de Alberto y su grupo. Es claro que ese indicador es netamente operativo y la unica conclusión que se puede sacar de el es si una estación determinada se escucha por encima del batifondo y en que magnitud; todo otro uso es mala praxis.
Conclusión, si esto no es evidencia de un razonamiento equivocado no me puedo imaginar que lo puede ser; pero como dice el dicho "es mejor guardar silencio y parecer idiota que abrir la boca y demostrarlo", lamentablemente nunca faltan candidatos para lo segundo.



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