Da "Micro & Personal Computer" - Rubrica "PC & Radio"- Maggio 1995
G-TOR contro tutti (seconda parte)
[nota: la prima parte è andata perduta]
Abbiamo, nella scorsa puntata, iniziato a parlare del G-TOR, un nuovo protocollo presentato un anno fa come un clamoroso miglioramento, ma subito avversato come "bluff" dagli utilizzatori dei "vecchi" sistemi. Analizziamo stavolta in dettaglio i suoi aspetti più innovativi, facendo le pulci a sostenitori ed antagonisti
di Mario Chisari IW0CDT
Anche se la scorsa puntata è... passato un po' di fretta, per lasciare spazio all'appassionante epilogo della vicenda Mars Observer, abbiamo fatto in tempo ad introdurre gli aspetti più "classici" del G-TOR, ovvero la compressione Huffmann e RLE, e la velocità adattativa. Per questo appuntamento ci siamo lasciati proprio la parte più divertente, ovvero la codifica e la correzione d'errore, e l'interallacciamento dei dati.
Da questo punto di vista, al di là delle polemiche, G-TOR rappresenta una summa dei più recenti sviluppi delle tecnologie di telecomunicazione. Nel G-TOR, come in altri recentissimi protocolli, lo schema di codifica, la rilevazione, e la correzione d'errore lavorano fianco a fianco per massimizzare l'efficienza.
Non per nulla negli ultimi anni lo studio matematico di schemi di codifica dei dati per garantire certe caratteristiche (trasmissione in tempo reale, o assoluta resistenza ai disturbi, o crittazione indecifrabile) ha avuto notevole impulso. Per esempio, la codifica Reed-Solomon, impiegata nei lettori di Compact Disc musicali (CIRC, Cross-interleaved Reed-Solomon Code), in cambio di un modesto aumento di dimensione dei dati (circa il 30%) è in grado di garantire la correttezza e l'eventuale correzione di blocchi di una certa dimensione (4000 bit), operando in un ambiente di tempo reale, visto che ovviamente non è possibile fermare l'ascolto della musica finché non vengono corretti gli errori...
LA CODIFICA GOLAY
Lo schema di codifica Golay è nato per esigenze differenti, per la precisione per il collegamento delle sonde Voyager con la Terra durante l'esplorazione di Saturno. In queste condizioni non c'è più uno stretto vincolo di velocità, in quanto se la ricezione di un'immagine viene ritardata di pochi minuti non si hanno grossi problemi. Anche la dimensione dei blocchi su cui si opera diminuisce, a causa della velocità inferiore. È invece essenziale l'assoluta assenza di errori nel flusso di dati.
Come abbiamo già avuto occasione di vedere, nelle trasmissioni digitali via radio si possono impiegare, in base alle esigenze specifiche, due modalità distinte: la correzione "in avanti", e la richiesta di ritrasmissione, corrispondenti rispettivamente ai modi B ed A del SITOR o dell'AMTOR.
Nel primo caso i dati vengono trasmessi insieme ad informazioni ridondanti che permettono di ricostruire l'informazione completa anche se arrivasse solo in parte; nel caso del SITOR-B, per esempio, i dati sono semplicemente trasmessi due volte. Nel secondo caso, ai dati è aggiunto un blocco di controllo (in genere CRC) che consente al ricevitore di accorgersi che si è verificato un errore; se è così, il ricevitore chiede la ripetizione dei dati al trasmettitore finché essi non arrivano integri. Questo presuppone due distinte abilità, che normalmente nella codifica vengono conglobate in una sola: quella di correggere gli errori, se sono in numero non eccessivo, o di rilevarli comunque se sono in numero elevato.
Il G-TOR adotta uno schema a correzione mista, che dovrebbe unire i vantaggi della correzione automatica e della ritrasmissione. Tra poco vedremo in cosa consiste.
La codifica Golay opera su blocchi di 12 bit, aggiungendone altri 12 di controllo; all'interno di questi 24 bit, è in grado di correggere 3 bit errati. Trasmettere direttamente tutti i 24 bit sarebbe, oltre che un rallentamento, anche eccessivamente pessimista: non sempre il canale è così disturbato da richiedere un codice tanto robusto da dover raddoppiare i dati trasmessi.
Per questo i dati compressi, dopo essere stati sottoposti a codifica Golay, vengono impacchettati in blocchi di 69 byte, se la velocità è di 300 baud, o meno le la velocità è più bassa (45 a 200 baud, 21 a 100 baud), a cui vengono aggiunti 2 byte di CRC ed uno di controllo; in questo modo si mantiene una durata di trasmissione fissa di 1.92 secondi ed un tempo di ciclo totale di 2.4 secondi (trasmissione + risposta).
A 300 baud si ottengono in questo modo 48 blocchi da 12 bit; su essi viene applicata la codifica Golay, ricavando altri 48 blocchi di controllo da 12 bit.
In trasmissione, però, i 12 bit di controllo per ciascun blocco non vengono ancora trasmessi; con un po' di fortuna, se il canale è buono i dati arriveranno integri, come confermerà il CRC.
Se invece i dati arrivano corrotti, la stazione che riceve i dati richiederà l'invio degli altri 12 bit di controllo; usando questi, ed incrociando tra loro i dati ricevuti con i CRC, riuscirà in genere a ricostruire l'informazione originaria. Infatti una caratteristica del codice Golay, non presente invece sul Reed-Solomon, è la capacità di invertire il CRC per ricostruire i dati originari.
Su un protocollo di tipo tradizionale (come il Packet) avremmo avuto la ritrasmissione degli stessi dati, sperando in una ricezione corretta. Un solo bit sbagliato, ed anche la ritrasmissione è inutile; il vantaggio del G-TOR è evidente.
La potenza della codifica Golay è esaltata dalla particolare distribuzione dei bit di dato durante la trasmissione, detta "interallacciamento"; cioè, in ogni emissione non viene trasmesso prima tutto il primo blocco, poi il secondo, e così via, bensì vengono prima trasmessi tutti i primi bit di ogni blocco, poi i secondi bit, e cosà via. Il ricevitore dovrà quindi anche preoccuparsi di rimettere i bit nel giusto ordine. Qual'è il vantaggio di questa operazione? È presto detto: se si verifica un disturbo di durata abbastanza breve (diciamo qualche decina di bit), esso riuscità a danneggiare uno o due bit soli di ciascun gruppo; grazie agli altri dati, il ricevitore sarà comunque in grado di ricostruire tutti i gruppi. Se invece tutti i dati del gruppo fossero trasmessi di seguito, un disturbo che cancellasse più di tre bit di seguito impedirebbe la ricezione di un intero gruppo, e saremmo forzati ad una ritrasmissione.
LE CRITICHE DEI DETRATTORI
Fin qui la scheda tecnica; passiamo ora ad esaminare le critiche rivolte alle caratteristiche dichiarate del G-TOR, da parte dei sostenitori della "concorrenza", che in ambito radioamatoriale si chiama Pactor (l'incrocio tra Packet ed AMTOR) e Clover (un altro protocollo analogo derivato dalla RTTY).
La Kantronics, sviluppatrice del G-TOR, afferma di aver provato in identiche condizioni il trasferimento in banda 20 metri di un file lungo 9178 byte in G-TOR, impiegando 5 minuti, ed in Pactor, impiegandone 20.
Altre prove effettuate su un megabyte di materiale hanno evidenziato una velocità media del G-TOR di 23.7 CPS, e del Pactor di 8.64 CPS. Non sono state effettuate prove in Clover, ma da un'analisi tecnica la situazione dovrebbe essere analoga.
La differenza di velocità evidenziata, però, quasi quattro volte, sembra davvero troppo elevata. Effettuando un confronto teorico, G-TOR dovrebbe offrire una velocità a 300 baud di 69/2.4=28.75 CPS, rispetto ai 16 CPS con i 200 baud del Pactor; un rapporto di 1.8. Il resto dovrebbe essere dovuto alla migliore codifica, dal momento che la parte analogica è sempre la stessa.
La tecnica più raffinata di trasmissione a banda stretta in HF utilizza una raffinata analisi, tramite convoluzione e decodifica Viterbi, con l'utilizzo di una memoria ed una soglia di decisione analogica. Essa richiede un convertitore analogico/digitale ed un processore DSP dalla potenza almeno 100 volte superiore a quello disponibile sui comuni TNC. Nonostante la profusione di risorse, il miglioramento in termini di rapporto segnale/disturbo rispetto al Pactor è di soli 10 dB. Più ci si avvicina al limite teorico di capacità del canale determinato dal teorema di Shannon, più diventa difficile guadagnare un altro decibel.
Forse allora la spiegazione delle differenti prestazioni è da ricercare nel fatto che il confronto è stato effettuato rispetto all'implementazione del Pactor fatta dalla Kantronics sul KAM, che dispone di un modem ottimizzato per velocità di 300 baud (il Pactor va a 200).
Però tutte le nuove implementazioni dei protocolli amatoriali, ad esempio l'AMTOR ed il Pactor, con l'uscita del Pactor Level II, utilizzano tecniche DSP a decisione analogica per la ritrasmissione (ARQ-Memory): una tecnica che, tranne rari casi, non è possibile integrare nei TNC attualmente esistenti, comunque non nel KAM. L'impiego di questa tecnica migliora di svariati decibel il rapporto segnale/rumore effettivo, permettendo un minor numero di ritrasmissioni.
Infine, l'uso di una maggior velocità in baud implica una maggior larghezza di banda, il che vuol dire maggior rumore, ed in finale minore distanza superabile. L'aver effettuato le prove sui 20 metri, dove il rumore statico è molto ridotto, favorisce la tecnica interallacciata del G-TOR; sugli 80 e 40 metri, caratterizzati da un'alta evanescenza e lunghe scariche elettrostatiche, questo vantaggio sarebbe molto ridotto.
CONCLUSIONE: È VERAMENTE MEGLIO?
Alla luce di queste considerazioni sembra davvero difficile affermare se G-TOR rappresenta la svolta tecnologica che la Kantronics vorrebbe. Due cose, però, possiamo affermarle: lo schema di codifica è sicuramente uno dei più avanzati che si siano visti in campo amatoriale, e teoricamente potrebbe offrire le migliori caratteristiche. La seconda è che, per quanto riguarda il KAM stesso (e quindi probabilmente i TNC di tipo tradizionale), il G-TOR rappresenta un protocollo più efficiente, per quanto probabilmente non quanto afferma la Kantronics stessa; diciamocelo all'orecchio, non è difficile, per chi l'ha inventato, trovare anche inconsapevolmente dei piccoli "accorgimenti" per farlo andare leggermente meglio nelle prove...
Resta ancora da decidere, per chi ancora non possiede un TNC multimodo, se comprarne uno tradizionale od un più recente DSP; questo dipende essenzialmente da motivi economici; e, comunque, è tutta un'altra storia...
73 de Mario
