RTTY: A História e a Tecnologia da Transmissão de Dados por Radio Teletipo

O ar cheira (não de forma desagradável) a óleo de máquina quente. A mesa da estação vibra tanto que o café faz ondas. O barulho é violento, um alto chocalhar sustentado pelo cantar de um motor elétrico. Você não vai querer fazer isso com seus ouvidos e sua família por muito tempo. Isso é RTTY. Ou melhor: isso era RTTY, porque hoje ele é silencioso e livre de vibrações.

A evolução do RTTY: de máquinas barulhentas à transmissão moderna e silenciosa de dados

RTTY, ou Radio Teletype, é um dos modos de dados mais antigos na tecnologia de rádio, não apenas no radioamadorismo. Originalmente, o RTTY era operado com teleimpressores mecânicos, ou seja, sistemas eletromecânicos muito semelhantes a máquinas de escrever. A única diferença é que, além do teclado, também existe a possibilidade de enviar e receber dados por meio de uma linha serial e de imprimir os dados. Esses teleimpressores eletromecânicos eram um verdadeiro prodígio da engenharia de precisão.

A velocidade de escrita estava no limite do que era possível na época (início a meados do século XX) com esforço razoável: inicialmente cerca de 6 caracteres por segundo, mais tarde 13 caracteres por segundo. Esses teleimpressores mecânicos eram utilizados na comunicação empresarial no chamado sistema “telex”. Após a Segunda Guerra Mundial, houve um excedente de muitos teleimpressores usados no mercado. Não surpreendentemente, os radioamadores rapidamente consideraram utilizar esses dispositivos também para a transmissão de dados por rádio.

O desafio dos dois níveis de caracteres na transmissão de dados RTTY

Assim como nos sistemas telex com fio, o teletipo de radioamador utiliza um código de dados serial muito simples. Ele usa 5 bits por caractere. Isso resulta em um máximo de 32 códigos possíveis (2⁵ = 32). Isso é apenas suficiente para representar o alfabeto e alguns caracteres especiais — não sobra espaço para os números!

Isso foi aprimorado com a definição de dois “níveis” de caracteres, ou seja, utilizando determinados códigos duas vezes. Dois códigos eram usados para alternar entre os níveis; certos outros códigos tinham o mesmo significado em ambos os níveis (avanço de linha, retorno de carro, espaço, etc.).

Assim, para transmitir a sequência simples “VY 73”, o seguinte era enviado:

[Alternar para o nível de letras]
[V]
[Y]
[espaço]
[Alternar para o nível de dígitos]
[7]
[3]

E ai de você se uma mudança de nível fosse perdida durante a transmissão. Nesse caso, os caracteres seriam impressos no último nível selecionado, e o texto só poderia ser convertido em algo legível com um pouco de experiência. Aliás: esse procedimento não distingue entre letras maiúsculas e minúsculas, mas apenas LETRAS MAIÚSCULAS.

Os desafios da correção de erros no código Baudot do RTTY e seu significado histórico

O código de dados serial utilizado no RTTY (chamado código Baudot) não utiliza nenhum mecanismo de redundância ou correção de erros. Essa decisão foi tomada para manter o código o mais curto possível para cada caractere, ou seja, para aumentar a velocidade. Isso porque cada mecanismo de proteção da transmissão de dados exige bits adicionais redundantes, que reduzem a velocidade de transmissão.

Operar sem correção de erros ainda era viável na transmissão por linha física; a comutação por fio era semelhante à telefonia e bastante confiável. Mas a transmissão por rádio, especialmente em ondas curtas, é bem diferente! Aqui, um estalo breve já é suficiente para corromper um bit. Um “A” então se transforma em um “S” ou “Z”. Isso torna a transmissão confiável de dados mais difícil, e a atuação do operador faz uma grande diferença entre um QSO bem-sucedido e um NIL (Not In Log).

É claro que hoje existem métodos de codificação melhores, mais seguros e mais rápidos. Mas é preciso considerar a época em que o RTTY foi criado. Naquele tempo, por volta de 1930, não havia outro método praticável e econômico.

A codificação na linha de transmissão é, portanto, também a mais simples possível: um tom alto para um “um” lógico, um tom baixo para um “zero” lógico (ou corrente/sem corrente em uma linha física). Essa codificação binária muito simples pode ser facilmente implementada com recursos de radioamador, tanto na transmissão quanto na recepção.

A técnica de Frequency Shift Keying (FSK) no RTTY e seus parâmetros

Esse método de transmissão muito simples é chamado FSK — Frequency Shift Keying (chaveamento por deslocamento de frequência). Ainda é possível ouvir esse tipo de transmissão de dados com bastante frequência em ondas curtas; ele é utilizado principalmente por serviços comerciais e militares.

Mais precisamente, a modulação deveria ser chamada de 2FSK, o que descreve o chaveamento do sinal transmitido entre duas frequências. Isso é perfeitamente adequado para dados digitais — afinal, transmite-se 0 ou 1. Por razões históricas, esses estados de sinal também são chamados de “mark” e “space” no RTTY. Em um receptor super-heteródino (ou seja, na posição “SSB”), esses dois sinais produzem tons que diferem na altura.

Os parâmetros técnicos de uma transmissão 2FSK são determinados por dois fatores — a distância entre os dois tons e a velocidade de varredura. No radioamadorismo, a distância (“shift”) é fixada em 170 Hz, e a velocidade de varredura em 45 baud (exatamente 45,45 Bd). Esses dois valores também têm origem histórica.

No serviço de rádio comercial, houve e ainda há muitos outros valores de “shift” e velocidades de varredura. Por exemplo, o Serviço Meteorológico Alemão utiliza 450 Hz de shift e 50 baud em suas transmissões em ondas curtas.

Muito antes do início da informatização, utilizavam-se os chamados “conversores”.

Tratava-se de um circuito eletrônico com dois filtros de áudio (AF). Esses filtros eram ajustados exatamente para os dois tons do sinal. Assim, era necessário ajustar o receptor SSB de modo que o sinal recebido produzisse exatamente as alturas de som para as quais os filtros do conversor estavam sintonizados.

Isso não era problemático, mas também era bastante inflexível. Para estabelecer uma especificação de frequência uniforme, as alturas dos tons foram padronizadas. Existem dois conjuntos, os chamados “low tones” (tons baixos) e “high tones” (tons altos).

A altura dos tons foi escolhida de modo que os low tones ficassem confortavelmente dentro da faixa de voz e, assim, dentro do filtro de FI do receptor SSB. Isso significa que o mesmo equipamento utilizado para transmissão de voz pode continuar sendo usado com os filtros já existentes.

No entanto, alguns conversores apresentavam problemas com as primeiras harmônicas dos low tones, que ainda permaneciam dentro da banda passante do filtro. Por isso, foi criado um segundo padrão, os High Tones. Eles se situam na borda superior da faixa de áudio da fala, e quaisquer harmônicas são cortadas pelo filtro de FI.

Hoje, essas alturas de tom já não têm grande importância, pois podemos ajustar o decodificador do computador para qualquer tom que desejarmos. No entanto, ainda encontramos esses tons nas configurações até mesmo de transceptores muito modernos, pois eles também oferecem filtros de áudio controlados por DSP que são otimizados para essas alturas de tom fixas.

Para a decodificação, os dados Baudot de 5 bits precisam ser convertidos para os dados ASCII de 8 bits (ou UTF-8) utilizados pelos computadores modernos. Antigamente, isso também era feito por um conversor; os dados eram então enviados por meio de uma interface serial clássica RS-232. A saída era gerada por um computador.

O método de transmissão RTTY: FSK vs. AFSK e seus efeitos na transmissão de dados

Para gerar o 2FSK descrito acima no lado da transmissão, existem dois métodos. Ou o transmissor é chaveado diretamente, caso em que o rádio possui uma entrada de chaveamento específica para essa finalidade, ou é selecionado um modo de operação próprio para RTTY no transceptor. Esse método é geralmente chamado de FSK.

Ou então um sinal de áudio é modulado na posição LSB/USB. Nesse caso, uma interface ou a placa de som do computador gera dois tons, que por sua vez produzem uma modulação correspondente com duas frequências. Esse procedimento é chamado de AFSK (Audio Frequency Shift Keying — chaveamento por deslocamento de frequência em áudio).

Para o lado da recepção, não importa como o sinal transmitido é gerado. Se tudo estiver corretamente ajustado, o receptor não consegue distinguir se o sinal é produzido pelo chaveamento direto do oscilador do transmissor (FSK) ou pela modulação do sinal SSB (AFSK). No entanto, cada método apresenta determinadas vantagens e desvantagens:

	Vantagens	Desvantagens
AFSK	• Funciona com qualquer rádio SSB • Funciona com qualquer programa e modem	• Sobremodulação é facilmente possível • Indicação de frequência ambígua
FSK	• Não há possibilidade de sobremodulação • A indicação de frequência é “correta” • Posição precisa dos tons e do shift • Modo “RTTY” específico em muitos rádios, com configurações próprias de filtro	• Requer rádio compatível com FSK • O programa ou modem deve oferecer chaveamento direto • Possíveis problemas de temporização ao usar portas COM virtuais via USB

Um guia detalhado para a transmissão e recepção de dados RTTY

Muitos transceptores SDR modernos possuem um decodificador de RTTY integrado, e a memória pode ser utilizada para enviar textos curtos e pré-definidos. Assim, não é necessário nenhum equipamento adicional nesse caso. No entanto, isso não é muito flexível, embora, com um pouco de esforço, possa se tornar bem mais conveniente.

Para a operação em RTTY, é necessário um modem, ou seja, uma interface. O modem assume a modulação ou o chaveamento FSK do transceptor, bem como o controle de PTT. O sinal recebido (o áudio — AF) é digitalizado e disponibilizado ao computador por meio de uma placa de som virtual emulada pelo modem. Opcionalmente, muitas interfaces também oferecem uma interface CAT.

Cabos adequados da interface para o transceptor. O cabo conecta:

Áudio de TX (ou chaveamento FSK)
Áudio de RX
Chaveamento de PTT
Controle CAT (opcional, não obrigatório)
Um PC com software apropriado
Um transceptor de ondas curtas — em princípio, qualquer modelo serve.

A interface é conectada por meio de cabos ao transceptor, seja à entrada de microfone e a uma saída de áudio (conector de alto-falante), ou (preferencialmente) a uma conexão dedicada para acessórios. Essa conexão costuma ser chamada de “ACC” (Accessory). As conexões ACC têm a vantagem de fornecer e esperar níveis de áudio constantes. Elas também apresentam menor distorção, pois o sinal de recepção é captado antes do amplificador de áudio do rádio, e o sinal de transmissão é injetado independentemente do amplificador de microfone.

O software é configurado para controlar a interface (que se comporta como uma placa de som). Alternativamente, um pino não utilizado de uma interface serial (virtual) pode ser selecionado como sinal de chaveamento FSK. O chaveamento de PTT é feito por outro pino não utilizado de uma interface serial (virtual) ou (se conectado) por meio de um comando CAT enviado ao rádio.

Agora, ajuste para “RTTY 45 baud” e verifique se algo está sendo recebido. A maioria dos sinais RTTY pode ser ouvida na faixa de 20 m, em torno de 14085 kHz. E, caso não haja radioamadores ativos no momento, você pode utilizar alguns sinais comerciais na Europa para teste. O Serviço Meteorológico Alemão (DWD) transmite continuamente um loop de CQ ou boletins meteorológicos em várias frequências de ondas curtas. Atenção: nesse caso, o decodificador deve ser ajustado para 50 baud e para um shift diferente (85 ou 450 Hz).

As frequências do DWD são:

147,3 kHz, indicativo DDH47 (50 Baud, "shift" de 85 Hz).
4583,0 kHz, indicativo DDK2 (50 Baud, "shift" de 450 Hz)
7646,0 kHz, indicativo DDH7 (50 Baud, "shift" de 450 Hz)
10100,8 kHz, indicativo DDK9 (50 Baud, "shift" de 450 Hz)
11039,0 kHz, indicativo DDH9 (50 Baud, "shift" de 450 Hz)
14467,3 kHz, indicativo DDH8 (50 Baud, "shift" de 450 Hz)

A IARU definiu a posição dos tons RTTY no canal de rádio de acordo com as recomendações da UIT: Segundo essas recomendações, o tom “Mark” deve ser sempre o tom mais agudo em termos de HF. Em HF, a configuração se apresenta da seguinte forma ao operar com tons graves na banda lateral inferior (LSB):

O tom 'Mark' está, portanto, a 1275 Hz da portadora (suprimida), e o tom 'Space' está a 1445 Hz (1275 + 170 Hz) abaixo da portadora.

Novamente, “Mark” é o tom mais alto em termos de RF, conforme estabelecido na recomendação da IARU.

O resultado é que a posição dos dois tons é sempre a mesma. Isso evidencia um dos problemas desse modo antigo: o sinal pode ser facilmente recebido “invertido”, e a tela então mostra apenas “lixo”. Isso se deve à codificação muito simples do sinal: tom alto = 1, tom baixo = 0. Se, em vez de USB, você ajustar acidentalmente para LSB, os tons alto e baixo são invertidos; 0 se torna 1 e vice-versa — e então nenhum programa consegue decodificar nada.

Na prática, a maioria dos programas oferece funções para realizar essa inversão via software (comutação normal/reverse).

Se a recepção estiver funcionando, você pode testar cuidadosamente a transmissão. O ideal é fazer isso em uma carga fictícia (dummy load), com a menor potência possível. Se for utilizado AFSK, ou seja, a modulação do sinal SSB com tons de áudio, o nível do sinal de áudio deve ser ajustado com bastante precisão. Um nível muito alto leva rapidamente a um sinal sobrecarregado; o sinal de RF torna-se desnecessariamente largo e ninguém consegue decodificar nada.

RTTY QSOs: Como estabelecer contatos fora de concursos e as faixas para operação em RTTY

Fora de concursos, geralmente só é possível encontrar um parceiro de QSO nos fins de semana ou em boas condições de propagação. Ainda assim, vale a pena tentar — somente se também chamarmos CQ de vez em quando é que a atividade em nossas faixas aumenta.

O RTTY é utilizado em todas as faixas de ondas curtas. As respectivas faixas na Região 1 são (cada uma ± alguns kHz, com base no plano de bandas da IARU):

80 m: 3580 – 3590 kHz
40 m: 7040 – 7047 kHz
30 m: 10130 – 10150 kHz
20 m: 14080 – 14089 kHz
17 m: 18095 – 18105 kHz
15 m: 21080 – 21090 kHz
12 m: 24915 – 24925 kHz
10 m: 28080 – 28120 kHz e 28150 – 28190 kHz

O procedimento é o mesmo de qualquer comunicação via rádio: você se apresenta, fornece um relatório de sinal e descreve sua estação. Na maioria das vezes, é só isso. Textos recorrentes podem ser convenientemente atribuídos a teclas de função, as chamadas “macros”.

Idealmente, você também deve se esforçar para “bater nas teclas” manualmente; isso torna o QSO muito mais pessoal. E a baixa velocidade de transmissão disfarça bem o fato de que você não é um profissional no teclado.

Concursos de RTTY

Ao lado da fonia e da telegrafia, o RTTY é o modo mais utilizado nos grandes concursos de ondas curtas. Concursos conhecidos, com milhares de participantes, são o CQ WPX RTTY Contest, o CQ World Wide RTTY Contest, o WAEDC RTTY e muitos outros.

Programas de concurso (loggers) bem conhecidos, como o N1MM Logger+, também oferecem suporte a RTTY, geralmente com a ajuda de um plug-in como o MMTTY.

RTTY vs. Modos Digitais Modernos: Por que o desafio do RTTY é apreciado

Frequentemente ouve-se a pergunta sobre por que uma transmissão de dados tão obsoleta, sem qualquer correção de erros, ainda é utilizada. Existem muitos outros “digimodes” que oferecem transmissão perfeita e sem erros, além de exigirem potência de transmissão muito menor.

Certo, isso é verdade. O PSK31 (por exemplo) é praticamente livre de erros e funciona com o mesmo equipamento e software. Outros modos digitais também são extremamente robustos e muitas vezes exigem apenas alguns watts de potência de transmissão. O progresso técnico e a inventividade dos radioamadores produziram avanços enormes nessa área nos últimos anos.

A diferença é que o RTTY desafia o operador justamente por causa de suas limitações. Por meio de uma operação habilidosa do equipamento, um operador experiente de RTTY pode salvar um QSO. Reconhecem-se erros de grafia típicos, entende-se como os participantes de concursos se comportam e, assim, é possível marcar mais pontos. O RTTY apresenta um desafio próprio, que só pode ser dominado com experiência e um pouco de dedicação. Isso contrasta fortemente com modos muito modernos, que funcionam de maneira extremamente confiável, mas também se tornaram um pouco mais monótonos. Talvez seja possível comparar com andar de moto ou dirigir um carro: por que enfrentar frio e chuva ao vento sobre duas rodas, quando se pode estar confortavelmente sentado em um carro aquecido? Porque é possível — e porque as pessoas gostam de desafios. É por isso que existe o RTTY.

Perguntas Frequentes

P: Por que devo usar uma interface entre o PC e o rádio?
R: Para evitar loops de terra (ground loops). Loops de terra ocorrem porque o computador e o rádio utilizam suas próprias fontes de alimentação e, assim, podem surgir pequenas diferenças de potencial no nível de terra. Alguns poucos milivolts já são suficientes para gerar um zumbido perceptível na modulação. O isolamento galvânico completo entre o PC e o rádio impede esses loops de terra — e é exatamente isso que uma interface desse tipo proporciona. Uma interface utiliza optoacopladores e transformadores para alcançar o isolamento galvânico. Isso elimina as conexões de terra indesejadas e previne a formação de loops de terra.

P: Que software está disponível para RTTY?
R: Há muitos programas disponíveis. Um dos mais conhecidos é o FLDIGI, desenvolvido por W1HKJ. Ele pode ser utilizado tanto para QSOs normais quanto para concursos. Um programa típico para concursos é o N1MM Logger+. Outros programas bastante conhecidos são o MixW, o MMTTY, o MultiPSK e muitos outros.

P: Qual é melhor para RTTY — AFSK ou chaveamento FSK?
R: O FSK é preferível se o transceptor oferecer suporte a esse modo. O FSK é menos problemático, não permite sobremodulação e a indicação de frequência é correta. Mais detalhes podem ser encontrados acima.

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