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1 Estudiante de tecnología en electrónica (ciclos propedéuticos). Universidad Distrital Francisco José de Caldas FacultadTecnológica. E-mail: [email protected] Estudiante de tecnología en electrónica (ciclos propedéuticos). Universidad Distrital Francisco José de Caldas FacultadTecnológica. E-mail: [email protected] Ing. Electrónico, Licenciado en Física, Especializado en Informática para la Gestión Educativa, Especializado enEdumática, Maestría en Teleinformática. Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad Tecnológica. E-mail:[email protected]
DISEÑO DE UNA INTERFAZ DE COMUNICACIÓN ENTRE
UN RADIO DE DOS VÍAS Y UN SMARTPHONE
PARA LA
DESIGN OF A COMMUNICATION INTERFACE BETWEEN
A TWO-WAY RADIO AND A SMARTPHONE
FOR THE "CORPORACIÓN RADIOCLUB COLOMBIA"
Luque Tovar Angela Lizeth1, Aguilar Osorio Sebastian2, Mantilla Bautista Edgar Javier3.
Resumen: En el siguiente documento se describe el desarrollo de una interfaz física que
permite la comunicación entre un radio de dos vías el cual trabaja en las bandas del espectro
VHF y UHF, con el puerto de audio de un Smartphone. En el dispositivo móvil se utiliza una
aplicación que emula el funcionamiento de un radio con sistema PTT. De esta manera se
logra efectuar una comunicación a larga distancia, reduciendo los costos que implica usar
estaciones repetidoras, además de brindar una alternativa de comunicación más versátil.
El proyecto es , entidad que agrupa a los
radioaficionados colombianos.
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Palabras clave: Radiocomunicación, semi-dúplex, estación repetidora, interfaz de
comunicación, banda base.
Abstract:
The following document describes the development of a physical interface that allows
communication between a two-way radio which works in the bands of the VHF and UHF
spectrum, with the audio port of a Smartphone. An application that emulates the operation of
a radio with PTT system is used in the mobile device. Thus, long-distance communication is
achieved, reducing the costs of using repeater stations, as well as providing a more versatile
communication alternative.
The project is used by the "Corporación Radioclub Colombia", entity that groups the
Colombian radio amateurs.
Key Words: Radiocommunication, half-duplex, repeater station, communication interface,baseband.
1 Introducción
El ser humano ha tenido la necesidad de comunicarse desde puntos geográficamente
alejados, la radiotelefonía permitió el intercambio de información de una manera rápida y
sencilla. La comunicación por radio se ve limitada al uso de estaciones repetidoras de señal y
al uso de equipos más robustos que permiten la comunicación entre dos o más estaciones
ubicadas en puntos distantes. Para suplir dicha limitación, algunas empresas ofrecen
servicios de infraestructura que permite comunicar las diferentes estaciones a larga distancia,
estos servicios aumentan el costo de operación a usuarios domésticos, microempresas,
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radioaficionados, fundaciones, entre otros. Lo que deriva en el uso de distintas tecnologías y
otras adaptaciones para sistemas de radio.
La radioafición es el desarrollo de las técnicas para lograr establecer comunicación
entre dos estaciones a través del espectro radioeléctrico [1], estas técnicas son variadas,
pero el objetivo es el mismo, comunicar a las personas mediante la radio, una de estas
técnicas la cuál ha sido utilizada desde el año 2002 es Echolink.
Echolink es un software gratuito de comunicación por voz utilizado exclusivamente por
radioaficionados, este sistema permite el envío de mensajes de audio alrededor del mundo
de manera confiable, basándose en la transmisión de voz de modo digital vía internet, tal
como lo realizan otras aplicaciones que utilizan la tecnología voz sobre IP, por ejemplo,
Skype. Sin embargo, lo que hace único a Echolink es la capacidad de conectar un equipo
transceptor de radio al sistema [2]. Un transceptor es un dispositivo electrónico capaz de
realizar funciones de transmisión y recepción de comunicación pero no simultáneamente.
Figura 1. Diagrama general de EchoLink
Fuente: [2]
La radioafición es una oportunidad para la innovación técnica y la experimentación [3],
incluso es usada como tecnología de aprendizaje en algunos países en desarrollo [4]. En
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regiones significativas de nuestro país, dichas tecnologías se encuentran desactualizadas e
incluso en algunas zonas no es asequible el internet, lo cual reduce la posibilidad de adquirir
información y comunicarse de una manera eficiente [2].
Otro sistema similar a Echolink es un sistema voz sobre IP llamado eQSO, el cuál es
un programa de software diseñado por radioaficionados para conectar las puertas de enlace
de radiofrecuencia de los radioaficionados y sus repetidores a través de Internet.
Este software puede ser utilizado por operadores autorizados de radioaficionados
siempre que se cumplan las reglas [5]. Este sistema envía la información de voz en formato
digital en paquetes discretos en lugar de los protocolos tradicionales de circuitos
comprometidos de la red telefónica pública conmutada.
El desarrollador de eQSO fue Paul M0ZPD y aunque fue diseñado solo para ser
utilizado por radioaficionados ha permitido el uso del software dentro de los términos de su
licencia de software gratuito. Los usuarios de eQSO pueden estar en diferentes países en
todo el mundo, y este sistema les permite hablar con otros usuarios de otros países
utilizando un radioteléfono personal en el espectro UHF.
El sistema requiere aproximadamente 15kbps de ancho de banda por transmisión de
audio, cuando un usuario transmite ya sea por la puerta de enlace en la que está trabajando
o por el PC Client en el que se encuentra conectado. Por lo cual es importante que cada
usuario que desee conectarse al software debe contactarse primero con el radioaficionado
encargado, pues se necesita calcular cuánto ancho de banda se utiliza y cuando se requiere
un
retraso del paquete[6].
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Figura 2. Diagrama del sistema eQSO
Fuente:[7]
Otro sistema similar que también es desarrollado por radioaficionados y es un sistema
servidor Svxlink, el cuál es dirigido a radioaficionados únicamente y es más avanzado que
Echolink, es un sistema de servicios de voz de propósito general que, cuando se conecta a
un transceptor, puede actuar como un sistema repetidor avanzado y también puede operar
en un canal simplex, es un sistema operativo de radio, ya que se encuentra entre el hardware
transceptor y maneja aplicaciones que contienen los servicios básicos del sistema.
Svxlink puede ser utilizado para conectarse a otras estaciones de EchoLink, enviar
correo de voz a otros usuarios locales, recibir anuncios de avisos de propagación, recibir
secuencias de llamadas selectivas al ingresar códigos DTMF[8].
Es posible transmitir información modulando la frecuencia de la onda portadora, a este
proceso se le llama modulación en frecuencia (FM). En la figura 3 se pueden observar los
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componentes de la modulación en frecuencia, estos son la onda portadora, moduladora y
modulada respectivamente.[9]
Figura 3. Modulación en frecuencia
Fuente: [9]
Las emisiones en FM tienen características como la frecuencia, modulación y ancho
de banda las cuales son necesarias para emitir señales estreofónicas. Las emisiones estéreo
debían garantizar la compatibilidad con los receptores mono, es decir cuando se pasaba de
mono a estéreo tanto los usuarios que tenían un receptor de radio estéreo o mono debían
obtener el mensaje íntegro y sin perder ningún tipo de información.
Las señales de radio eran Mono antes de la aparición del estéreo en la radiodifusión,
se hacía previamente la mezcla de los dos canales L y R para poder emitir, la suma
resultante es una única señal de audio en banda base de 30Hz a 15KHz, esta señal se
El término banda base se refiere a la banda de frecuencias
producida por un transductor, en caso del presente proyecto, un micrófono[10].
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La señal multiplex estéreo es la señal que se emite y se recibe en el receptor, contiene
las señales de audio suma y resta además de otros servicios como lo son SCA y RDS, tiene
un ancho de banda de 100KHz. Esta señal se divide en 30Hz a 15KHh la señal suma, 19
KHz piloto estéreo, 23KHz a 53KHz señal resta, 57KHz servicio de datos RDS, 67KHz a
94KHz servicios SCA, como se muestra en la figura 4.
Figura 4. Demodulación de frecuencia de una señal fm stereo
fuente: [11]
La señal suma es la única parte de la señal multiplex en la que se descodifican los
receptores mono. El gráfico del espectro de una implementación de una señal BB (banda
base) modulada en FM estéreo en la que se aprecian la señal suma, resta y el tono piloto de
19KHz de la señal multiplex y el gráfico del espectro de la señal suma en banda base
únicamente se pueden observar en las figuras 5 y 6 respectivamente.
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Figura 5. Espectro en Banda Base de las señales múltiplex
Fuente: [9]
Figura 6. Espectro en Banda Base de la señal suma
Fuente: [9]
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El presente proyecto representa una alternativa de comunicación similar a Echolink y
eQso en el cual se utiliza en banda base de una señal modulada en FM
estéreo.
Al juntar la radiotelefonía y la comunicación vía internet se logra una mayor cobertura,
además de brindar un enlace directo entre un radioteléfono y un smartphone, lo que
manifiesta el desarrollo del conocimiento, tecnologías e innovación.
Este prototipo utiliza un tipo de comunicación semi-dúplex entre un radioteléfono y un
Smartphone, se optó por el uso de un aplicativo móvil llamado Zello, el cual es un software
libre con un sistema PTT (Push To Talk), que imita el funcionamiento de un radioteléfono
(walkie talkie), transmite en tiempo real y tiene compatibilidad con el puerto auricular del
smartphone [12].
Por lo anterior, el proyecto es una solución versátil y en la que se reducen los costos
invertidos en repetidores, amplificadores de señal, atenuadores y demás equipos necesarios
para lograr establecer la comunicación en una amplia cobertura, permitiendo así, suplir la
necesidad en la Corporación Radioclub Colombia.
La Corporación Radio Club Colombia (RCC), es una entidad que agrupa a los
radioaficionados colombianos, es reconocida a nivel nacional e internacional como una
entidad privada sin ánimo de lucro, ajena a actividades políticas, religiosas o de
discriminación económica o racial y criterios comunes a todos los radioaficionados del
mundo. RCC se encuentra afiliada a la Federación de Radio Clubes de Colombia (FRACOL)
[13].
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Radio Club Colombia se comunica a nivel mundial y nacional, operando equipos de radio
en las bandas y frecuencias autorizadas. De igual manera cuenta con un sistema de
comunicación alternativo vía internet por medio de los programas de eQSO y EchoLink.
Emplea el llamado general utilizando el código fonético internacional y codificando los
respectivos indicativos, de esta forma Radio Club Colombia presta el servicio de
comunicaciones en emergencias y a toda comunidad que lo demande [13].
Corporación Radioclub Colombia tiene por objeto el fomento, desarrollo y protección de la
ciencia electrónica y de las radiocomunicaciones, así como también la prestación de
servicios a la comunidad a través de su propia actividad [14].
2 Diseño del sistema
Figura 7. Diseño del sistema
Fuente: elaboración propia
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En la figura 7 se representa el diseño general del proyecto y sus partes, entre ellas están el
radiomóvil base, la interfaz de comunicación, el smartphone base con aplicativo Zello, los
radioteléfonos sintonizados en la frecuencia del radiomóvil y el o los smartphone con el
aplicativo Zello sincronizados con el smartphone que se encuentra en la base.
Cuando se va a realizar la comunicación de radio a celular, los radioteléfonos transmiten en
la frecuencia que esté programada en el radiomóvil, el cuál envía una señal DC y el mensaje
transmitido a la interfaz, quien habilita la comunicación en ese sentido y envía el mensaje al
celular que tiene conectado, el cuál debe tener la aplicación Zello, por medio de este
aplicativo se transmite el mensaje recibido por el radio a todos los celulares que estén
sincronizados en el canal del celular base.
Cuando se desea realizar la comunicación de celular a radio, el celular envía un mensaje a
través de la aplicación Zello al celular base, el cual tiene conectado un Jack al puerto
auricular, en el otro extremo de esté Jack se encuentra conectada la interfaz, así que
transmite el mensaje, la interfaz lo recibe, habilita la comunicación en ese sentido y lo envía
al radiomóvil y este a su vez lo transmite a todos los radioteléfonos que estén conectados en
la frecuencia programada.
Radiomóvil base
Como se observa en la figura 8 el radiomóvil base es un dispositivo fijo de radio, se utiliza
para comunicar uno o más radioteléfonos de baja potencia entre sí, esta estación base se
encuentra conectada por el puerto DB25 a la interfaz de forma alámbrica.
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Figura 8. Radiomóvil marca Kenwood
Fuente: [15]
Interfaz de comunicación
La interfaz de comunicación transmite y recibe el audio de un Smartphone y un radioteléfono
alternadamente; se conecta al radiomóvil a través de un conector DB25, y se conecta a un
smartphone por el puerto auricular. El smartphone tiene instalada la aplicación móvil ZELLO
por la cual se comunican vía internet con los dispositivos móviles que se requiera, el
radiomóvil está enlazado a uno o varios radioteléfonos en la frecuencia de trabajo.
Smartphone base con aplicativo Zello
El Smartphone debe estar conectado de forma alámbrica necesariamente desde el puerto
auricular a la interfaz de comunicación, debe contar con una conexión a internet sea por WIFI
o datos de la red móvil y así mismo debe tener instalada la aplicación ZELLO.
Smartphone con aplicativo Zello
Este Smartphone es el emisor o receptor del mensaje, debe estar conectado a internet sea
por WIFI o datos de la red móvil, tener instalada la aplicación ZELLO y tener en la lista de
contactos al Smartphone base o estar agregado a un canal en común con el Smartphone
base.
Radioteléfono(s)
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Se usó un radioteléfono KENWOOD, es el emisor o receptor del mensaje, es un radio
transmisor Walkie Talkie de dos vías que trabaja en las bandas del espectro UHF y VHF este
tiene un alcance dependiendo lo que haya en la línea de vista, es decir, si no hay obstáculos
tiene un alcance de aproximadamente 150 Km, y si hay obstáculos tiene un alcance
aproximadamente de 10 Km sin el uso de repetidoras.
3 Metodología
La figura 9 describe el diagrama de bloques de la interfaz de comunicación, en el cual se
presentan las etapas principales del diseño circuital del sistema.
Figura 9. Diagrama de bloques de la interfaz de comunicación
Fuente: elaboración propia.
A continuación se describe el diseño de la interfaz de comunicación propuesta:
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Figura 10. Alimentación
Fuente: elaboración propia.
La alimentación de la interfaz de comunicación es acogida de la salida del regulador 7805 el
cual es un dispositivo electrónico que entrega un valor de tensión estable de 5V, la entrada
es una tensión de 12V proveniente de la conexión del puerto DB-25 del radiomóvil base.
Figura 11. Conexión smartphone
Fuente: elaboración propia.
Es usado el conector de audio análogo el cual comprende un cable de conexión para el
micrófono del smartphone, así como las conexiones de salida de audio y GND del mismo.
Figura 12. Conexión del radiomóvil
Fuente: elaboración propia.
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Para la conexión del radiomóvil a la interface, se usan las conexiones del conector DB-25
presentes en la figura 12. Los pines AUDIO IN Y AUDIO OUT son entrada y salida de audio
del radiomóvil respectivamente, SALIDA TOR es una tensión que presenta un flanco de
subida (5V) cuando no es pulsado el PTT de los radioteléfonos enlazados a la frecuencia
programada del radiomóvil y un flanco de bajada (0V) cuando es pulsado el PTT. El conector
PTT es un pin que habilita la entrada de audio al radiomóvil.
Figura 13. Amplificación y rectificación
Fuente: elaboración propia.
Se realizó una multietapa de amplificación donde se presenta una configuración de
polarización fija en emisor común, dicha configuración presenta un adecuado resultado para
señales alternas, tal como la señal de audio proveniente del smartphone a la entrada del
circuito de amplificación presente en la figura 13.
Para reconocer la ganancia de cada etapa, se realizaron los siguientes cálculos:
(1)
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(2)
(3)
(4)
Como se puede apreciar en la ecuación (4), por ser tan alta la ganancia, nuestro valor
máximo de voltaje pico que puede tomar la señal será el suministro de la fuente 5V, así el
multietapa presente en la figura 13 se comporta de la manera deseada ante un cambio en la
señal alterna de entrada.
Además se emplea una rectificación de media onda con filtro RC a la salida de la
amplificación, esto para obtener una señal DC con periodo:
(5)
Figura 14. Amplificación y comparador
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Fuente: elaboración propia.
La señal de salida de la amplificación entra a un amplificador con ganancia de 2, esto para
incrementar el voltaje de salida y acoplar la señal a un comparador con un voltaje de
referencia de 2.5 V.
Figura 15. Recepción PTT radioteléfono
Fuente: elaboración propia.
Para la recepción de activación del PTT de los radioteléfonos vinculados al radiomóvil base,
se identifica el flanco de bajada y de subida proveniente de SALIDA TOR, esta tensión se
ingresa en un comparador con voltaje de referencia de 4,95 V para incrementar la velocidad
del cambio de estado en SALIDA TOR y así recibir ese dato en el microcontrolador
PIC16F877A.
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Figura 16. Acondicionamiento de la señal
Fuente: elaboración propia.
La señal de audio del radiomóvil pasa a través de una resistencia que va
conectada al micrófono del cable auricular. Por medio de un transistor NPN se realiza el
cambio de estado para habilitar la entrada de audio al radiomóvil. En cuanto a la
comunicación radio a celular, el audio atraviesa una resistencia variable que controla su
volumen y de igual manera por medio de un transistor NPN se realiza el cambio de estado en
un tiempo establecido para habilitar la entrada de audio al smartphone conectado, el tiempo
dicho es asignado en el algoritmo que contiene el microcontrolador.
Figura 27. Programación y visualización
Fuente: elaboración propia.
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Se aprecia la conexión del microcontrolador a los pines SALIDA COMPARADOR 1 y SALIDA
COMPARADOR 2, las cuales son las señales recibidas para establecer los flancos de subida
y de bajada presentes en los pines RA0 Y RA1 encargados de habilitar o deshabilitar la
comunicación en ambos sentidos. Para la visualización se emplean indicadores LED, los
cuales manifiestan el estado actual de comunicación.
4 Resultados
Mediante la ejecución de distintas pruebas se obtiene como resultado el desarrollo una
interfaz de comunicación semidúplex entre un radio de dos vías y el puerto auricular de un
Smartphone utilizando la aplicación móvil Zello, se implementó un algoritmo en el
microcontrolador PIC16F877A que permite la comunicación en ambos sentidos
alternadamente.
Se obtuvo un dispositivo de comunicación bastante útil en el mundo de la radioafición, así
como también entes que requieran utilizar activamente un medio de comunicación versátil y
de bajo costo.
Las pruebas de transmisión fueron llevadas a cabo en ambos sentidos, se visualizó la
entrada y salida de audio por medio de un osciloscopio, haciendo una comparación entre las
dos señales: en primer lugar se verificó la salida de audio del auricular y luego se revisó con
el osciloscopio en el pin de entrada de audio del radio, luego se analizó la señal a la salida de
audio del radio y entrada de audio del auricular, después de revisar esto, se verificó que la
señal de audio a la entrada y salida de cada dispositivo, teniendo en cuenta que las señales
son similares se comprueba que el sistema presenta una pérdida de información mínima,
esto sin tener en cuenta posibles afectaciones externas como lo son la velocidad del internet
y respuesta del auricular del smartphone.
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En la figura 18 se pueden apreciar los resultados obtenidos con el osciloscopio donde se
realizó la transmisión radio a celular, en la imagen la señal azul es la señal proveniente del
radio y la señal amarilla es la señal recibida por el celular.
Figura 18. Transmisión radio a celular
Fuente: elaboración propia.
En la figura 19 se pueden apreciar los resultados obtenidos con el osciloscopio donde se
realizó la transmisión celular a radio, en la imagen la señal azul es la señal proveniente del
celular y la señal amarilla es la señal recibida por el radio.
Figura 19. Transmisión celular a radio
Fuente: elaboración propia.
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Como se aprecia en la figura 20, se creó un canal llamado RADIO CLUB COLOMBIA en la
aplicación Zello desde el Smartphone que se encuentra conectado a la interfaz de
comunicación, permitiendo así la comunicación entre los usuarios del canal y los
radioteléfonos vinculados en la frecuencia de trabajo.
Se logró un enlace con los usuarios radioaficionados en el canal RADIO CLUB COLOMBIA
para establecer una comunicación entre ellos, los nombres de los usuarios conectados son
los siguientes:
HK3EMB - Edgar Javier Mantilla Bautista
HK3QHU - Mauricio Salgado
HK3PPY - Orlando Garcia
HK3ER - Eliu Requena
Lizeth Luque
Sebastian Aguilar
Figura 20. Canal RADIO CLUB COLOMBIA.
Fuente: elaboración propia.
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Con el uso de un analizador de espectro marca Anritsu, se visualizó la señal banda base
monofónica de transmisión en la frecuencia 147.750MHz, esta frecuencia es la que
pertenece a la repetidora local de los radioaficionados en Radioclub Colombia, la cual está
ubicada al norte de Bogotá, se realizó una transmisión desde el radioteléfono, las imágenes
del analizador fueron capturadas y se muestran en las figuras 21 y 22. La figura 21 muestra
la frecuencia en la que se está transmitiendo, 147.749090 MHz, y en la figura 22 el ancho de
banda de la señal suma de banda base, el cual corresponde a 27.272 KHz.
Figura 21. Frecuencia de la señal suma
Fuente: elaboración propia
Figura 22. Ancho de banda de la señal suma
Fuente: elaboración propia
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La frecuencia de transmisión puede visualizarse en el radioteléfono YAESU figura 23 y de
igual manera en la figura 24 se aprecia el canal RPT LOCAL BTA del radiomóvil KENWOOD
conectado a la interfaz, el cual corresponde a la misma frecuencia de 147.750 MHz en la que
se hizo la transmisión hacia el dispositivo móvil.
Figura 23. Frecuencia visualizada desde el radioteléfono.
Fuente: elaboración propia.
Figura 25. Nombre de la repetidora en el radiomóvil para la frecuencia utilizada.
Fuente: elaboración propia.
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5 Conclusiones
El prototipo realizado es bastante útil para los radioaficionados, así como también para
empresas o fundaciones que lo requieran, es una muy buena alternativa de comunicación
además de ser a muy bajo costo.
Los radioaficionados prestan sus servicios a la comunidad sin ánimo de lucro, por lo tanto
este proyecto también beneficia al público en general, por ejemplo, en caso de una catástrofe
natural es posible abordar una eficaz comunicación al requerir apoyo.
La comunicación smartphone-radio está limitada al uso de internet, ya que, la aplicación es
indispensable para su funcionamiento, en el momento en que no llegue a funcionar el internet
sólo funcionaría la comunicación radio-radio. El proyecto más que un reemplazo es un
complemento a la comunicación por radio.
Referencias
[1] R. Berenice, G. Gómez, J. A
[2]
08-Apr-2018].
[3] ion: a not-so- 11,
1984.
[4]
0 4, 2004.
Page 25
[5]
[Accessed: 26-Aug-2018].
[6]
Available: http://www.446user.co.uk/article_43.html. [Accessed: 26-Aug-2018].
[7] Kg6veg-eQSO- -
https://pmrradio.wordpress.com/eqso-interfaces/. [Accessed: 26-Aug-2018].
[8]
[Accessed: 26-Aug-2018].
[9]
http://www.angelfire.com/al2/Comunicaciones/Sistemas/fm2.html. [Accessed: 02-Sep-
2018].
[10]
[Accessed: 02-Sep-2018].
[11]
https://jacobo.tarrio.org/es/know/como-demodular-radio-fm-estereo. [Accessed: 02-
Sep-2018].
[12] -to-talk (PTT) app, walkie-talkie PoC, and WiFi voice app -
[Online]. Available: https://zello.com/. [Accessed: 10-Apr-2018].
[13] ia -
http://hk3rcc.tripod.com/. [Accessed: 04-Mar-2018].
[14] -Mar-
2018].
[15] ne]. Available:
https://www.electronics-notes.com/articles/ham_radio/digimodes/amateur-rtty-
frequencies.php. [Accessed: 14-Dec-2017].
