PSK31 или « Phase Shift Keying , 31 бод », также BPSK31 и QPSK31 , популярный компьютер - звуковая карта -порожденной радиотелетайп режим, используется в основном радиолюбителей проводить в режиме реального времени клавиатуры к клавиатуре- чат , наиболее часто с использованием частот в радиолюбительских высокочастотных диапазонах (ближних коротковолновых). 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 РЧ- энергию в очень узком пространстве, что позволяет оборудованию с относительно малой мощностью (5 Вт ) осуществлять глобальную связь с использованием того же распространения ионосферной волны, что и коротковолновые радиостанции .
История [ править ]
PSK31 был разработан и назван английским радиолюбителем Питером Мартинесом ( позывной G3PLX) и представлен широкому сообществу радиолюбителей в декабре 1998 года. [1] [2]
Система модуляции BPSK на 31 бод, используемая в PSK31, была представлена Павлом Ялохой (SP9VRC) в его программе SLOWBPSK, написанной для радиостанции Motorola EVM. Вместо традиционной частотной манипуляции информация передается посредством шаблонов смены полярности (иногда называемых сдвигом фазы на 180 градусов). PSK31 был встречен с энтузиазмом, и его использование распространилось по всему миру, как лесной пожар, придавая новую популярность и тон эфирному ведению цифровой связи. [ необходима цитата ] Благодаря эффективности режима, он стал и остается особенно популярным среди операторов, обстоятельства которых не позволяют устанавливать большие антенные системы, использовать высокую мощность или и то, и другое.
Использование и реализация [ править ]
 | |
Проблемы с воспроизведением этого файла? См. Справку по СМИ . | |
Оператор PSK31 обычно использует однополосный (SSB) приемопередатчик, подключенный к звуковой карте компьютера, на котором запущено 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 гнездо микрофона (с использованием промежуточного резистивного аттенюатора для снижения выходной мощности звуковой карты до уровня микрофона), либо через дополнительное соединение в трансивер, от которого он передается.[3]
С точки зрения передатчика звук - это не что иное, как свист в микрофон. Однако программное обеспечение быстро сдвигает фазу аудиосигнала между двумя состояниями (отсюда и название «фазовая манипуляция»), формируя коды символов. Эти сдвиги фазы выполняют ту же функцию, что и два тона, используемые в традиционных RTTY и подобных системах.
Для декодирования PSK31 звуковой свисток, полученный с выхода наушников трансивера, подается на аудиовход звуковой карты компьютера, и программное обеспечение его декодирует. Программа отображает расшифрованный текст. [3]
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, после настройки для работы с PSK31 компьютер можно использовать для изучения различных режимов передачи цифровых сообщений.
Помимо стандартного радиоприемопередатчика и компьютера со звуковой картой, для использования PSK31 требуется очень мало оборудования. Обычно достаточно старого компьютера и нескольких кабелей, а многие программные приложения PSK31 бесплатны. Многие операторы теперь используют коммерчески доступные интерфейсные / модемные устройства (или «номические») между своими компьютерами и радиоприемниками. Эти устройства включают в себя необходимое согласование импеданса и регулировку уровня звука, чтобы выходной сигнал звуковой карты можно было вводить на вход микрофона, отправлять аудиовыход радиоприемника на вход звуковой карты и управлять переключением приема-передачи радиостанции. Звуковая карта к радиоинтерфейсам обычно использует изолирующие трансформаторы на каналах передачи и приема звука, чтобы устранить гудение, вызванное контурами заземления.Недавно представленные интерфейсы также включают в себя собственную звуковую карту и могут получать питание и запускаться с компьютера через одно соединение USB.
Устойчивость к помехам [ править ]
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 любителей на досуге и из-за своей относительно низкой скорости и ограниченного контроля ошибок не подходит для передачи больших блоков данных или текста или критических данных, требующих высокой устойчивости к ошибкам.
PSK31 хорошо работает на трассах распространения, которые сохраняют фазу и хорошо сопротивляются замиранию ( QSB ). Однако на него могут отрицательно повлиять режимы распространения, такие как трансполярные тракты, где авроральный «флаттер» или многолучевость могут нарушить непрерывность фазы сигнала. В таких случаях часто бывает полезным использование QPSK (см. Ниже).
Некоторое программное обеспечение поддерживает варианты PSK10 и PSK05 со скоростью 10 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 работы любительских радиоконкурсов .
Техническая информация [ править ]
PSK31 обычно создается с помощью программного обеспечения, которое генерирует сигнал с амплитудной и фазовой модуляцией, который преобразуется звуковой картой в аналоговый сигнал звуковой частоты. 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. [4]
Как показано на рисунке, косинусный фильтр используется для сглаживания времени нарастания и спада звуковой волны и устранения щелчков клавиш . Все последующее усиление сигнала должно быть линейным, чтобы сохранить форму волны модуляции и обеспечить минимальную занимаемую полосу пропускания. На практике это означает ограничение громкости передаваемого звука ниже уровня, при котором передатчик формирует обратную связь автоматического управления уровнем (ALC), и отключение любого сжатия звука или обработки речи.
Варикод - это разновидность кода Фибоначчи, где границы между кодами символов отмечены двумя или более последовательными нулями. Как и все коды Фибоначчи, поскольку ни один код символа не содержит более одного идущего подряд нуля, программа может легко определить пробелы между символами, независимо от длины символа. Последовательность простоя, отправляемая, когда оператор не печатает, представляет собой непрерывную последовательность фазовых сдвигов, которые не выводятся на экран. [2] Мартинес организовал алфавит символов таким образом, чтобы, как и в коде Морзе , наиболее часто встречающиеся символы имели самую короткую кодировку, а более редкие символы использовали более длинные кодировки. Он назвал эту схему кодирования « варикодом ».
Символьная скорость PSK31 31,25 Гц была выбрана потому, что для нормальной скорости набора около 50 слов в минуту требуется скорость передачи около 32 бит в секунду, и, в частности, потому, что 31,25 Гц можно легко получить из частоты дискретизации 8 кГц, используемой во многих системах DSP , включая те, которые используются в компьютерных звуковых картах, обычно используемых для работы PSK31 (31,25 Гц - это 8 кГц, деленное на 256, и поэтому может быть получено из 8 кГц путем уменьшения частоты вдвое восемь раз подряд).
Варианты BPSK31 и QPSK31 [ править ]
Разговорное использование термина «PSK31» в любительском радио обычно подразумевает использование наиболее часто используемого варианта PSK31: двоичной фазовой манипуляции (BPSK). Вариант BPSK PSK31 не использует контроля ошибок . QPSK31, вариант, основанный на квадратурной фазовой манипуляции (QPSK) , использует четыре фазы вместо двух. Переключиться с BPSK на QPSK просто, если во время контакта возникают трудности; у режима такое же количество символов в секунду и, следовательно, такая же полоса пропускания, как у варианта BPSK. В когерентном приемнике вероятность ошибки по битам QPSK такая же, как и для BPSK, работающего при той же мощности, что делает QPSK31 обычно предпочтительным режимом с точки зрения устойчивости и, таким образом, достижения.
Использование четырех вместо двух точек совокупности обеспечивает удвоенную скорость передачи данных физического уровня, что позволяет добавлять избыточную информацию для обеспечения определенной степени прямого исправления ошибок . Когда используется QPSK, после кодирования в варикод биты сигнала двоичных данных подчиняются канальному коду со скоростью 1/2, что означает, что для каждого информационного бита вычисляются и передаются два бита кода. Для этого используется сверточный код с длиной ограничения 5 (т. Е. Последние пять битов из входа включены для выбора двух выходных битов на входной бит).
Результирующие биты отображаются в четвертичный набор фаз. В приемнике необходимо использовать декодер для сверточного кода, обычно алгоритм Витерби , который может восстановить наиболее вероятную отправленную последовательность, даже если несколько символов были приняты неправильно. Оптимальное декодирование должно учитывать ту же ограничительную длину информационных битов, что и кодирование, что дает 5-символьную задержку декодирования, которая соответствует задержке 160 мс.
Эффективность использования спектра по сравнению с другими режимами [ править ]
Эффективность и узкая полоса пропускания PSK31 делают его очень подходящим для работы в маломощном и перегруженном диапазоне. Контакты PSK31 могут выполняться с разделением менее 100 Гц, поэтому при дисциплинированной работе можно выполнять не менее двадцати одновременных контактов PSK31 параллельно в полосе частот 2,5 кГц, необходимой только для одного голосового контакта SSB.
Общие частоты [ править ]
Следующие ниже любительские радиочастоты обычно используются для передачи и приема сигналов PSK31. Обычно они занимают нижний край секции цифровых режимов каждой полосы. Операторы PSK31 обычно используют верхнюю боковую полосу (USB), даже на частотах ниже 10 МГц, где обычно используется нижняя боковая полоса. Это связано с тем, что (а) сигналы затем распространяются вверх в раздел цифрового режима от «базовой» частоты, и (б) использование QPSK требует, чтобы обе станции использовали одну и ту же боковую полосу.
| Частота | Любительская группа |
|---|---|
| 1,838 МГц | 160 метров |
| 3.580 МГц | 80 метров |
| 7,035 МГц * | 40 метров ( район 3 ) |
| 7,070 МГц * | 40 метров ( области 1,2 ) |
| 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 см |
| 909 МГц | 33 сантиметра |
* Текущее использование по состоянию на 2010 г., согласно наблюдениям, сосредоточено на 7 070,15 и 21 070,15. По состоянию на 2012 год в Регионе 2 обычно используется 7 035,15. Официального списка нет, так как частоты определяются по общему соглашению.
** PSK изменен с 18.100 на 18.097 из-за использования FT8 частоты 18.100 по состоянию на ноябрь 2019 г.
План диапазона IARU для района 1 был пересмотрен в марте 2009 года, чтобы отразить расширенный 40-метровый диапазон. Участок только CW в Европе, Африке, на Ближнем Востоке и в бывшем СССР сейчас составляет от 7.000 до 7.040. Регион 2 - Америка - последовал в сентябре 2013 года. Регион 3 - Южная Азия и Австралазия - еще не синхронизировал свой частотный план с регионами 1 и 2.
Ссылки [ править ]
- ^ Справочник ARRL по радиосвязи. 84-е изд. (2007): 9-13.
- ^ а б Стивен Л. Карти, N5SK. «ПСК31 Спец» . Сайт ARRL . Дата обращения 18 декабря 2010 .
- ^ a b Джейкоб Гиллеспи, KD5TEN. «Гид PSK31» . Проверено 12 июня 2016 .
- ^ Макдермотт, Том (1998). Беспроводная цифровая связь: дизайн и теория . Тусонская корпорация любительского пакетного радио. п. 50 . ISBN 0-9644707-2-1.
- ^ http://aintel.bi.ehu.es/psk31.html
Дальнейшее чтение [ править ]
- Мартинес, Питер. PSK31: новый режим радиотелетайпа с традиционной философией (PDF) (ноябрь 1998 г.).
- Стив Форд, WB8IMY (2001). «Глава 4 - ПСК31». Цифровой справочник ARRL по HF . Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига . ISBN 0-87259-823-3.
- Мельц, Стив "Новые цифровые ВЧ 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 [ править ]
- "Официальная" страница PSK31
- PSK31 Настройка и работа | руководство PSK31
- Список рассылки PSK31 с конкурсами, обзорами приложений и т. Д.
| vтеРадиолюбительские цифровые режимы | ||
|---|---|---|
| Частотная манипуляция (FSK) |
|  |
| Множественная частотная манипуляция (MFSK) |
| |
| Фазовая манипуляция (PSK) |
| |
| COFDM |
| |
| Нетрадиционные цифровые режимы |
|
