ПСК31

показывающий Водопадный дисплей, несколько передач PSK31 на частоте около 14 070 кГц. Зеленые линии обозначают передающую станцию.

PSK31 или « Фазовая манипуляция , 31 бод », также BPSK31 и QPSK31 — популярный компьютерной , звуковой картой генерируемый режим радиотелетайпа , используемый в основном радиолюбителями между клавиатурами в реальном времени для ведения переписки , чаще всего с использованием частот. в высокочастотных любительских радиодиапазонах (околокоротковолновых ) . PSK31 отличается от других цифровых режимов тем, что он специально настроен на скорость передачи данных, близкую к скорости набора текста, и имеет чрезвычайно узкую полосу пропускания, что позволяет вести множество разговоров в той же полосе пропускания, что и один голосовой канал. Эта узкая полоса пропускания позволяет лучше использовать радиочастотную энергию в очень узком пространстве, что позволяет относительно маломощному оборудованию (5 Вт ) осуществлять глобальную связь, используя то же ионосферных волн распространение , что и коротковолновые радиостанции .

История

PSK31 был разработан и назван английским радиолюбителем Питером Мартинесом ( позывной G3PLX) и представлен широкому радиолюбительскому сообществу в декабре 1998 года.

Система модуляции BPSK со скоростью 31 бод, используемая в PSK31, была представлена ​​Павлом Ялочей (SP9VRC) в его программе SLOWBPSK, написанной для радиостанции Motorola EVM. Вместо традиционной частотной манипуляции информация передается с помощью шаблонов смены полярности (иногда называемых фазовыми сдвигами на 180 градусов). PSK31 был принят с энтузиазмом, и его использование быстро распространилось по всему миру, придав новую популярность и тон ведению цифровой связи в эфире. Благодаря эффективности этого режима он стал и до сих пор остается особенно популярным среди операторов, обстоятельства которых не позволяют устанавливать большие антенные системы, использовать большую мощность или и то, и другое.

Использование и реализация

Оператор PSK31 обычно использует однополосный (SSB) трансивер, подключенный к звуковой карте компьютера, на котором установлено программное обеспечение PSK31. Когда оператор вводит сообщение для передачи, программное обеспечение издает звуковой сигнал, который для человеческого уха звучит как непрерывный свист с легкой трелью. Затем этот звук подается либо через разъем для микрофона (с использованием промежуточного резистивного аттенюатора для снижения выходной мощности звуковой карты до уровня микрофона), либо через вспомогательное соединение в трансивер, из которого он передается.

С точки зрения передатчика звук представляет собой нечто большее, чем чей-то свист в микрофон. Однако программное обеспечение быстро сдвигает фазу аудиосигнала между двумя состояниями (отсюда и название «фазовая манипуляция»), формируя коды символов. Эти фазовые сдвиги выполняют ту же функцию, что и два тона, используемые в традиционном RTTY и подобных системах.

Для декодирования PSK31 звуковой свист, полученный с выхода наушников трансивера, подается на аудиовход звуковой карты компьютера, и программное обеспечение его декодирует. Программа отображает декодированный текст.

Поскольку PSK31 был разработан для использования через звуковую карту компьютера, с тех пор было создано множество программ, использующих ту же технологию для других режимов, таких как RTTY , Hellschreiber и Olivia MFSK . Таким образом, как только компьютер будет настроен для работы с PSK31, его можно будет использовать для различных режимов передачи цифровых сообщений.

Для использования PSK31, помимо стандартного радиопередатчика и компьютера со звуковой картой, требуется очень мало оборудования. Обычно достаточно старого компьютера и нескольких кабелей, а многие программные приложения PSK31 бесплатны и имеют открытый исходный код . Многие операторы сейчас используют коммерчески доступные интерфейсные/модемные устройства (или «номические» устройства). ) между своими компьютерами и радиоприемниками. Эти устройства включают необходимое согласование импеданса и регулировку уровня звука, чтобы обеспечить подачу выходного сигнала звуковой карты на вход микрофона, направить аудиовыход радиостанции на вход звуковой карты и обеспечить переключение передачи и приема радиостанции. Звуковая карта-радиоинтерфейсы обычно используют изолирующие трансформаторы как на путях отправки, так и на приеме аудио. для устранения шума, вызванного контурами заземления. Многие интерфейсы также имеют собственную звуковую карту и могут питаться и запускаться с компьютера через одно USB-соединение. Некоторые современные трансиверы имеют встроенные интерфейсы, требующие только USB-соединения компьютера с радиостанцией.

Устойчивость к помехам

Как и другие узкополосные цифровые режимы , PSK31 часто может преодолевать помехи и плохие условия распространения в ситуациях, когда голос или другие методы связи не работают. Однако PSK31 был разработан только для развлекательного использования любителями и из-за своей относительно низкой скорости и ограниченного контроля ошибок не подходит для передачи больших блоков данных или текста, а также критически важных данных, требующих высокой устойчивости к ошибкам.

PSK31 хорошо работает на путях распространения, которые сохраняют фазу и хорошо противостоят замираниям ( QSB ). Однако на него могут отрицательно повлиять режимы распространения, такие как трансполярные пути, когда авроральное «трепетание» или многолучевое распространение могут нарушить непрерывность фазы сигнала. В таких случаях часто бывает полезно использование QPSK (см. ниже).

Некоторое программное обеспечение поддерживает варианты PSK10 и PSK05, работающие со скоростью 10 бод и 5 бод соответственно. Эти более низкие скорости приносят в жертву пропускную способность , чтобы обеспечить большую устойчивость к шуму и другим помехам. И наоборот, PSK63 все чаще используется для более быстрого обмена, особенно во время соревнований радиолюбителей .

Техническая информация

Пример модуляции PSK31

PSK31 обычно создается с помощью программного обеспечения, которое генерирует сигнал с амплитудной и фазовой модуляцией, который преобразуется в аналоговый сигнал звуковой частоты с помощью звуковой карты. В наиболее часто используемом варианте, BPSK31, двоичная информация передается либо путем придания фазового сдвига на 180 градусов (двоичный «ноль»), либо без фазового сдвига (двоичная «единица») в каждом интервале символа 32 мс. Фазовый сдвиг на 180 градусов для «нулевого» битового кода происходит при нулевой амплитуде.

Как показано на рисунке, косинусный фильтр используется для сглаживания времени нарастания и спада звукового сигнала и устранения щелчков клавиш . Все последующее усиление сигнала должно быть линейным, чтобы сохранить форму сигнала модуляции и обеспечить минимальную занимаемую полосу пропускания. На практике это означает ограничение громкости передаваемого звука ниже уровня, на котором передатчик генерирует обратную связь с автоматическим контролем уровня (ALC) , и отключение любого сжатия звука или обработки речи.

Варикод — это разновидность кода Фибоначчи , в котором границы между кодами символов отмечаются двумя или более последовательными нулями. Как и все коды Фибоначчи, поскольку ни один код символа не содержит более одного последовательного нуля, программа может легко идентифицировать пробелы между символами, независимо от длины символа. Последовательность ожидания, отправляемая, когда оператор не печатает, представляет собой непрерывную последовательность фазовых сдвигов, которые не отображаются на экране. Мартинес расположил алфавит символов так, что, как и в коде Морзе , наиболее часто встречающиеся символы имеют самые короткие кодировки, а более редкие символы используют более длинные кодировки. Он назвал эту схему кодирования « варикод ».

PSK31, Частота символов равная 31,25 Гц, была выбрана потому, что нормальная скорость набора текста около 50 слов в минуту требует скорости передачи данных около 32 бит в секунду, а также потому, что 31,25 Гц можно легко получить из частоты дискретизации 8 кГц, используемой во многих DSP. системах , включая те, которые используются в компьютерных звуковых картах, обычно используемых для работы PSK31 (31,25 Гц — это 8 кГц, разделенный на 256, поэтому его можно получить из 8 кГц, уполовинив частоту восемь раз подряд).

Варианты BPSK31 и QPSK31

Разговорное использование термина «PSK31» в любительском радио обычно подразумевает использование наиболее часто используемого варианта PSK31: двоичной фазовой манипуляции (BPSK). Вариант PSK31 с BPSK не использует контроль ошибок . QPSK31, вариант, основанный на квадратурной фазовой манипуляции (QPSK) , использует четыре фазы вместо двух. Легко переключиться с BPSK на QPSK, если во время контакта возникают трудности; QPSK31 имеет такое же количество символов в секунду и, следовательно, ту же полосу пропускания, что и вариант BPSK. В когерентном приемнике вероятность ошибки по битам для QPSK такая же, как и для BPSK, работающего с той же мощностью, что делает QPSK31 в целом предпочтительным режимом с точки зрения устойчивости и, следовательно, достижения.

Использование четырех точек созвездия вместо двух обеспечивает удвоенную скорость передачи данных на физическом уровне, что позволяет добавлять избыточную информацию для обеспечения определенной степени прямого исправления ошибок . Когда используется QPSK, после кодирования в варикод биты сигнала двоичных данных подвергаются канальному коду со скоростью 1/2, что означает, что для каждого информационного бита вычисляются и передаются два кодовых бита. Для этого используется сверточный код с длиной ограничения 5 (т.е. последние пять бит входного сигнала включаются для выбора двух выходных битов на каждый входной бит).

Результирующие биты отображаются в четверичный набор фаз. В получателе необходимо использовать декодер сверточного кода, обычно алгоритм Витерби , который способен восстановить наиболее вероятную отправленную последовательность, даже если несколько символов были получены неправильно. Оптимальное декодирование должно учитывать ту же длину ограничения информационных битов, что и кодирование, что дает задержку декодирования в 5 символов, что соответствует задержке 160 мс.

Эффективность использования спектра по сравнению с другими режимами

Частотный спектр идеального сигнала PSK31 без брызг

Частотный спектр брызгающего сигнала PSK31

Эффективность PSK31 и узкая полоса пропускания делают его очень подходящим для работы с низким энергопотреблением и в переполненных диапазонах. Контакты PSK31 могут осуществляться с разносом менее 100 Гц, поэтому при дисциплинированной работе можно одновременно выполнить не менее двадцати контактов PSK31 бок о бок в полосе пропускания 2,5 кГц, необходимой только для одного голосового контакта SSB.

Общие частоты

Следующие любительские радиочастоты обычно используются для передачи и приема сигналов PSK31. Обычно они занимают нижний край секции цифровых режимов каждого диапазона. Операторы PSK31 обычно используют верхнюю боковую полосу (USB) даже на частотах ниже 10 МГц, где соглашение обычно требует использования нижней боковой полосы. Это связано с тем, что (а) сигналы затем распространяются вверх в дигимодную секцию от «базовой» частоты и (б) использование QPSK требует, чтобы обе станции использовали одну и ту же боковую полосу.

PSK31 Частоты

Частота	Любительская группа
1,838 МГц	160 метров
3,580 МГц	80 метров
7,035 МГц*	40 метров ( регион 3 )
7,040 МГц*	40 метров ( регионы 1 )
7,070 МГц*	40 метров ( регионы 2 )
10,142 МГц	30 метров
14,070 МГц	20 метров
18,097 МГц**	17 метров
21,080 МГц*	15 метров
24,920 МГц	12 метров
28,120 МГц	10 метров
50,290 МГц	6 метров
144,144 МГц	2 метра
222,07 МГц	1,25 метра
432,2 МГц	70 сантиметров
909 МГц	33 сантиметра

* Текущее использование по состоянию на 2010 год, согласно наблюдениям, сосредоточено на 7 070,15 и 21 070,15. По состоянию на 2012 год в Регионе 2 обычно используется частота 7035,15. Авторитетного списка не существует, поскольку частоты определяются общепринятым соглашением.

** PSK перемещен с 18.100 на 18.097 в связи с использованием FT8 частоты 18.100 с ноября 2019 г.

План частот IARU для региона 1 был пересмотрен в марте 2009 года, чтобы отразить расширенный 40-метровый диапазон. Секция только CW в Европе, Африке, на Ближнем Востоке и в бывшем СССР сейчас составляет от 7.000 до 7.040. Регион 2 — Америка — последовал за ним в сентябре 2013 года. Регион 3 — Южная Азия и Австралазия — еще не синхронизировал свой частотный план с регионами 1 и 2.

Дальнейшее чтение

• Мартинес, Питер. PSK31: Новый режим радиотелетайпа с традиционной философией (PDF) (ноябрь 1998 г.).
• Стив Форд, WB8IMY (2001). «Глава 4 – ПСК31». Цифровой справочник ARRL по ВЧ-технологиям . Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи . ISBN  0-87259-823-3 . {{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
• Мельц, Стив «Новые цифровые HF-режимы - PSK31» , QST , апрель 1999 г., стр. 50-51.
• Мартинес, Питер. [1] «PSK31: Новый режим радиотелетайпа». RadCom , декабрь 1998 г., обновлено в феврале 1999 г.

Внешние ссылки

• "Официальная" страница PSK31
• Настройка и работа PSK31 | руководство по PSK31
• Список обсуждений по электронной почте PSK31 с конкурсами, обзорами приложений и многим другим.