PSK31 - PSK31

А отображение водопада изображающий несколько передач PSK31 на частоте около 14 070 кГц. Зеленые линии указывают на передающую станцию.

PSK31 или же "Фазовая манипуляция, 31 Бод ", также БПСК31 и QPSK31, популярный компьютер -звуковая карта -сгенерированный радиотелетайп режим, используемый в основном радиолюбители проводить в реальном времени с клавиатуры на клавиатуру чат, чаще всего использующие частоты в высокая частота любительские радиодиапазоны (возле-коротковолновый ). 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. Этот узкий пропускная способность лучше использует РФ энергии в очень узком пространстве, что позволяет использовать относительно маломощное оборудование (5 Вт ) для глобального общения, используя тот же небесная волна распространение использован коротковолновые радиостанции.

История

PSK31 был разработан и назван английским радистом-любителем Питером Мартинесом (позывной G3PLX) и представлен широкому сообществу радиолюбителей в декабре 1998 года.[1][2]

Система модуляции BPSK со скоростью 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.[нужна цитата ] Благодаря эффективности режима, он стал и до сих пор остается особенно популярным среди операторов, чьи обстоятельства не позволяют устанавливать большие антенные системы, использовать высокую мощность или и то, и другое.

Использование и реализация

Оператор PSK31 обычно использует односторонняя полоса (SSB) трансивер, подключенный к звуковой карте компьютера с программным обеспечением PSK31. Когда оператор вводит сообщение для передачи, программное обеспечение выдает 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 фазовые сдвиги выполняют ту же функцию, что и два тона, используемые в традиционных RTTY и подобные системы.

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, например RTTY, Hellschreiber, и Оливия МФСК. 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 передачи-приема радиостанции. Используйте изолирующие трансформаторы как на пути передачи, так и на приеме звука, чтобы устранить гудение, вызванное контурами заземления. Недавно представленные интерфейсы также включают в себя собственную звуковую карту и могут получать питание и запускаться от компьютера через одно соединение USB.

Устойчивость к помехам

Нравиться другие узкополосные цифровые режимы, PSK31 часто может преодолевать помехи и плохое распространение условия в ситуациях, когда голос или другие способы связи не работают. Однако PSK31 был разработан только для отдыха любителями, и из-за его относительно низкой скорости и ограниченного контроль ошибок, не подходит для передачи больших блоков данных или текста, а также критических данных, требующих высокой устойчивости к ошибкам.

PSK31 хорошо работает на путях распространения, которые сохраняют фазу и сопротивляются замиранию (QSB ) Что ж. Однако на него могут отрицательно повлиять режимы распространения, такие как трансполярные пути, когда полярные сияния "трепещут" или многолучевость может 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 медленные скорости приносят в жертву пропускная способность для обеспечения большей устойчивости к шуму и другим помехам. Наоборот, PSK63 все чаще используется для более быстрого обмена, особенно во время конкурс радиолюбителей операционная.

Техническая информация

Пример модуляции PSK31

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 ключевые щелчки. 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 генерирует Автоматический контроль уровня (ALC) обратная связь и отключение сжатия звука или обработки речи.

Варикод - это своего рода Код 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 расположил алфавит так, чтобы, как в азбука Морзе, наиболее часто встречающиеся символы имеют самую короткую кодировку, а более редкие символы используют более длинные кодировки. Он назвал эту схему кодирования "варикод ".

PSK31's символьная скорость 31,25 Гц было выбрано из-за нормального скорость набора около 50 слов в минуту требует битовой скорости около 32 бит в секунду, и, в частности, потому, что 31,25 Гц можно легко получить из частоты дискретизации 8 кГц, используемой во многих DSP системы, включая те, которые используются в компьютерных звуковых картах, обычно используемых для работы PSK31 (31,25 Гц - это 8 кГц, деленное на 256, и, таким образом, можно получить из 8 кГц, уменьшив частоту вдвое восемь раз подряд).

Варианты BPSK31 и QPSK31

Разговорный использование термина «PSK31» в любительское радио обычно подразумевает использование наиболее часто используемого варианта PSK31: двоичная фазовая манипуляция (БПСК). Вариант BPSK PSK31 не использует контроль ошибок. QPSK31, вариант на базе квадратурная фазовая манипуляция (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 битовой ошибки QPSK такой же, как для BPSK, работающего на той же мощности, что делает QPSK31 обычно предпочтительным режимом с точки зрения устойчивости и, следовательно, достижимости.

Использование четырех вместо двух точек совокупности обеспечивает удвоенную скорость передачи данных физического уровня, что позволяет добавлять избыточную информацию для обеспечения некоторой степени упреждающее исправление 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 сверточный код с длиной ограничения 5 (т. е. последние пять битов входа включены для выбора двух выходных битов на входной бит).

Результирующие биты отображаются в четвертичный набор фаз. В приемнике необходимо использовать декодер сверточного кода, обычно Алгоритм Витерби, который может восстановить наиболее вероятную отправленную последовательность, даже если несколько символов были получены 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

Эффективность и узкая полоса пропускания PSK31 делают его очень подходящим для малая мощность и работа в многолюдном 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

Следующее любительское радио частоты обычно используются для передачи и приема сигналов PSK31. Обычно они занимают нижнюю границу 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.

PSK31 Частоты[5]
ЧастотаЛюбительская группа
1,838 МГц160 метров
3.580 МГц80 метров
7,035 МГц *40 метров (область, край 3 )
7,070 МГц *40 метров (регионы 1,2 )
10,142 МГц30 метров
14.070 МГц20 метров
18,097 МГц **17 метров
21,080 МГц *15 метров
24,920 МГц12 метров
28.120 МГц10 метров
50,290 МГц6 метров
144,144 МГц2 метра
222,07 МГц1,25 метра
432,2 МГц70 см
909 МГц33 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.

В План IARU для Региона 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 - затем в сентябре 2013 года. Регион 3 - Южная Азия и Австралазия - еще не синхронизировал свой частотный план с регионами 1 и 2.

Рекомендации

  1. ^ Справочник ARRL по радиосвязи. 84-е изд. (2007): 9-13.
  2. ^ а б Стивен Л. Карти, N5SK. "ПСК31 Спец". Сайт ARRL. Получено 18 декабря 2010.
  3. ^ а б Джейкоб Гиллеспи, KD5TEN. "Гид PSK31". Получено 2016-06-12.
  4. ^ Макдермотт, Том (1998). Беспроводная цифровая связь: дизайн и теория. Тусонская корпорация любительского пакетного радио. п.50. ISBN  0-9644707-2-1.
  5. ^ http://aintel.bi.ehu.es/psk31.html

дальнейшее чтение

внешняя ссылка