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HamRadio Station - DO7PSL - Stephan Lange / Allgemein / PSK31 – Grundlagen
Jul 03

PSK31 – Grundlagen

  • 3. Juli 2015
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  • Allgemein

PSK31 ist eine Entwicklung von G3PLX [1, 2], dem Erfinder von Amtor, der eine Idee von SP9VRC neu aufgegriffen hat. Ein 1000 Hz Ton wird nicht in der Frequenz umgetastet, wie bei RTTY oder Pactor-1, sondern er wird phasenmoduliert. Auf diese Weise kann eine extrem geringe Bandbreite er- reicht werden. Bei der Frequenzumtastung von bspw. 170 Hz muß zu diesem Betrag, grob gerechnet, noch die Baudrate der Übertragung hinzuaddiert werden, um die notwendige Bandbreite zu erhalten. Bei einer Phasenmodulation eines Tones benötigt man eine Bandbreite von nicht viel mehr als der Baudrate, bei PSK31 sind das 31,25 Hz. Diese geringe Bandbreite kommt der Überbelegung der schmalen digitalen Fenster auf den Amateurfunkbändern sehr entgegen. Das steht im Gegensatz zu Entwicklungen, wie bspw. MT63 von Pawel, SP9VRC. Dieser Mode belegt ca. 1 kHz, womit nur wenige Stationen auf einem Band Platz haben [3]. Er sollte daher nur gelegentlichen Experimenten vorbehalten bleiben. Bei PSK31 handelt es sich um einen unprotokollierten Mode, d.h. es gibt keine Fehlererkennung und -korrektur, wie bspw. bei Pactor. Dies ist also keine Betriebsart für den Betrieb mit Mailboxen oder die Übertragung von binären Files. Man kann damit „nur“ QSO’s fahren, was ja eigentlich das Hauptanliegen des Amateurfunks ist. Die niedrige Baudrate reicht für die übliche Tastaturgeschwindigkeit von „Otto-normal-OM“ aber wirklich aus. Außerdem haben die übertragenen Zeichen eine variable Länge, wobei die häufig vorkommenden Zeichen kurz sind. Damit ergibt sich eine effektive Übertragungsrate von ca. 50 Baud, was etwa RTTY entspricht.

Bei der Änderung der Phase um 180° muß man im allgemeinen mit der Erzeugung eines breiten Fre- quenzspektrums rechnen (Bild 1). Aus diesem Grund wird der 1000 Hz-Ton mit einer Frequenz von 31,25 Hz amplitudenmoduliert. In den Nulldurchgängen kann die Phase ohne die Erzeugung von Oberwellen umge- schaltet werden, ähnlich wie man das von nullspan- nungsgeschalteten Triacs kennt. Da die Umschaltung nur in diesen Nulldurchgängen erfolgen kann, ergibt sich eine Baudrate von eben 31,25 Baud. Es stehen dann in einer Halbwelle der 31 Hz-Schwingung (ein Bit) 32 Halbwellen der 1000 Hz-Schwingung zur De- tektion des Phasenzustandes durch den DSP zur Verfügung. Die Fehlersicherheit der Übertragung wird durch eine spezielle Kodierung auf der Senderseite und die sogenannte Viterbi-Dekodierung auf der Empfängerseite verbessert. Durch eine spezielle lo- gische Verknüpfung von 20 aufeinanderfolgenden Bits wird eine Redundanz der Information erzeugt. Damit können beim Empfänger evtl. Übertragungsfehler eliminiert werden. Dafür müssen beim Emp- fänger aber 20 Bit zunächst zwischengespeichert werden, was zu einer Verzögerung der Darstellung auf dem Bildschirm von ca. 0,6 s führt. Das stellt beim praktischen Betrieb aber kein Problem dar. Allerdings ist das nicht mit der Fehlerkorrektur der protokollierten Modes, wie Pactor, zu verglei- chen. Es entstehen vor allem dann Übertragungsfehler, wenn eine Störung in das schmale DSP-Filter fällt. Dann muß die Fehlerkorrektur im Kopf des empfangenden OM’s stattfinden, so gut das dann noch geht.
Peter G3PLX, hat neben der binären Phasenumtastung um 180° (BPSK) einen weiteren Mo- de mit verbesserter Redundanz entwickelt: QPSK. Hier werden vier Phasenzustände zur Informa- tionsübertragung benutzt. Bei meinen eigenen Tests konnte ich jedoch keine deutliche Verbesserung der Übertragungssicherheit bemerken. Diesen Mode trifft man auch selten auf den Bändern an. Weitere Details zur Kodierung und zum Übertragungsprotokoll findet man in [1].Bild 2 zeigt den V ergleich eines Pactor-1-Signals (er- zeugt durch PTC-2) mit dem Signal des Soundchips eines No- tebooks. Der Doppel- peak des Pactorsignals entsteht durch Fre- quenzumtastung. Auch die Phasenumtastung verbunden mit der Amplitudenmodulation des PSK-Trägertons führt zu einem Doppelpeak im Spektrogramm, allerdings mit erheblich geringerer Bandbreite. Dieser Vorteil wird mit der deutlich kleineren Übertragungsrate erkauft, was aber für „live-QSO’s“ praktisch keine Rolle spielt. Außerdem erkennt man im Bild den deutlich geringeren Störabstand des Notebooks verglichen

Bild 2: Vergleich der spektralen Verteilung eines Pactor-1-Signals (rot) mit dem PSK31-Signals (grün). Die NF-Signale wurden am Ausgang der Soundkarte bzw. am PTC-2 analysiert. Die beiden

Frequenzmarker haben einen Abstand von 200 Hz. Die deutlich geringere Bandbreite des PSK31-Signals ist gut zu erkennen. zum PTC-2. Zur besseren Vergleichbarkeit der beiden Signale wurden die Mark- und Space- Frequenzen des PTC-2 jeweils um 300 Hz verringert. An den Transceiver werden keine besonderen Ansprüche gestellt. Er darf durch das NF- Signal nicht übersteuert werden und sollte ein möglichst schmales ZF-Filter besitzen. Trotz der For- derung, die Gegenstation bis auf 1 Hz genau abzustimmen, reicht die Frequenzkonstanz der meisten Transceiver aus

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born 1969 - licence since 2009 - germany ham radio what i like? SOTA, QRP, building antennas and accessories, Baluns and so on. my shortwave-bands are: 10m, 15m and sometimes 80m I am fully in job - so ham radio is a good hobby to balance ;-)

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