PSK31 oder Phase Shift Keying 31 Baud ist ein Modus zur digitalen drahtlosen Kommunikation (Chat via Keyboard) und wird
überwiegend auf Kurzwelle von Funkamateuren und im Seefunkdienst genutzt. Es ist nicht für den Transfer von Programmdateien
geeignet, da kein ARQ Betrieb (Automatic Repeat reQuest)
möglich ist. Das Verfahren eignet sich daher auch nicht als Übertragungsverfahren für leblose Mailbox-QSOs.
PSK31 wurde zwischen 1996 und 1998 vom britischen Funkamateur Peter Martinez (G3PLX) entwickelt. Martinez nannte die Betriebsart zuerst „Varicode“, weil eine Kodierung variabler Länge verwendet wird, um die Zeichen zu kodieren. Die 31,25-Hz-Bandbreite wurde gewählt, weil Varicode (siehe Varicode Alphabet unten) bei normaler Tippgeschwindigkeit mit etwa 50 Wörtern pro Minute etwa eine Rate von 32 Bits pro Sekunde erzeugt. Ein weiterer Aspekt war, dass 31,25 Hz einfach mit der 8-kHz-Abtastrate von DSP-Systemen erzeugt werden können. Dies ist auch bei der Nutzung von Soundkarten hilfreich: 31,25 Hz ergibt sich, wenn 8 kHz durch 256 geteilt werden.
Bei PSK31 handelt sich um ein Eintonverfahren mit 180° Phasendrehung. Da nur zwei Phasenlagen vorkommen, wird dieses Modulationsverfahren auch als Binary Phase Shift Keying (BPSK), bzw. BPSK31 bezeichnet. Die binäre Übertragung bei PSK31 erfolgt durch Differenzphasenmodulation (DPSK). Hier wird im Gegensatz zum bekannten FrequenzShiftKeying (FSK) nicht zwischen zwei Frequenzen umgeschaltet, sondern die Information steckt in der Phasenlage einer Trägerfrequenz oder besser in der Differenz der Phasenlage zwischen zwei folgenden Schritten.
PSK31 wurde zwischen 1996 und 1998 vom britischen Funkamateur Peter Martinez (G3PLX) entwickelt. Martinez nannte die Betriebsart zuerst „Varicode“, weil eine Kodierung variabler Länge verwendet wird, um die Zeichen zu kodieren. Die 31,25-Hz-Bandbreite wurde gewählt, weil Varicode (siehe Varicode Alphabet unten) bei normaler Tippgeschwindigkeit mit etwa 50 Wörtern pro Minute etwa eine Rate von 32 Bits pro Sekunde erzeugt. Ein weiterer Aspekt war, dass 31,25 Hz einfach mit der 8-kHz-Abtastrate von DSP-Systemen erzeugt werden können. Dies ist auch bei der Nutzung von Soundkarten hilfreich: 31,25 Hz ergibt sich, wenn 8 kHz durch 256 geteilt werden.
Bei PSK31 handelt sich um ein Eintonverfahren mit 180° Phasendrehung. Da nur zwei Phasenlagen vorkommen, wird dieses Modulationsverfahren auch als Binary Phase Shift Keying (BPSK), bzw. BPSK31 bezeichnet. Die binäre Übertragung bei PSK31 erfolgt durch Differenzphasenmodulation (DPSK). Hier wird im Gegensatz zum bekannten FrequenzShiftKeying (FSK) nicht zwischen zwei Frequenzen umgeschaltet, sondern die Information steckt in der Phasenlage einer Trägerfrequenz oder besser in der Differenz der Phasenlage zwischen zwei folgenden Schritten.
Die Länge eines einzelnen übertragenen Bits beträgt bei PSK31 32 ms, das entspricht einer Übertragungsrate von 31.25 Bits/s. Bei PSK31 entspricht ein Phasenwechsel der Übertragung einer logischen NULL, das bedeutet, wenn der Modulator mit lauter logischen NULLen gespeist wird, wechselt alle 32ms die Phase der Trägerfrequenz.
Beim einem abrupten Phasenwechsel, wie er im Bild oben zu sehen ist, treten hohe Frequenzanteile auf, die ein breitbandiges Signal zur Folge haben. Bei PSK31 wird daher die Signalamplitude zum Phasenumschaltpunkt hin auf Null reduziert. Damit schwankt die Amplitude eines PSK-modulierten Signals. Bei PSK31 wird das durch eine Amplitudenmodulation mit einem cosinusförmigen Signal erreicht. Alle 32ms kann ein Phasenwechsel stattfinden, damit ergibt sich für die Periode der verwendeten Cosinusfunktion ein Wert von 2*32ms=64ms, und eine Frequenz von 15.62Hz. Ein solches Signal ist (bis auf den Phasenwechsel) identisch mit einem mit 15.62Hz amplitudenmoduliertem Signal oder einem Zweitonsignal, mit zwei Frequenzen im Abstand von 31.25Hz (+/- ω = 15.62Hz). Es hat daher die Bandbreite von 31.25Hz. Wie man sich unter Zuhilfenahme des Cosinussatzes leicht überlegen kann gilt:
cos(Ω·t-ω·t) + cos(Ω·t+ω·t) = 2·cos(Ω·t) · cos(ω·t)
Dieses Signal wird immer dann abgestrahlt, wenn keine Information übertragen wird (Phasenwechsel = logisch NULL). Das reale modulierte PSK31 Signal benötigt etwas mehr Bandbreite, man kann aber von einer praktischen Bandbreite von ca. 60Hz ausgehen. Aufgrund von Verzerrungen im Sender (Intermodulationsprodukte etc.) wird man im empfangenen Spektrum zusätzliche Oberwellen finden (Vielfache von 15.62Hz), die jedoch abgeschwächt sind (Lattenzaun). Das untenstehende Bild zeigt die Wellenform eines BPSK Signals beim Aussenden des Leerzeichens (SP), und einen zoom in den Phasenübergang:
Das Varicode Alphabet:
Die Codes werden von links nach rechts, beginnend mit dem ersten Bit übermittelt. Eine '0' wird durch die Phasenumkehr des BPSK Signals (siehe Bild unten) repräsentiert.Eine '1' wird durch den 'unmodulierten' Träger repäsentiert. Zwischen die Zeichen werden (mindestens) 2 Nullen eingefügt.
Aufbau eines PSK Demodulators:
Der Demodulator kann auch als ein Empfänger für den Empfangsbereich 0 bis 4kHz (in etwa Bandbreite des Audioausgangssignals eines KW-Empfängers) angesehen werden. Unser TRX (Transceiver) sorgt dafür, daß der interessierende Frequenzbereich, z. B. 3578.00 bis 3582.00 kHz auf 0-4kHz heruntergemischt wird. Der TRX ist also ein Transverter für unseren PSK-Empfänger. Die Demodulierung beginnt (wie üblich) mit einem schmalen Bandpass von mindestens 31.25 Hz Bandbreite. Um Signalverzögerungen zu vermeiden empfehlen sich breitere Bandpässe (z.B. 62 Hz). Da die so gewonnenen BPSK Signale äquivalent zu DSB (double side band) Signalen sind, können die Standardverfahren zur Demodulierung von DSB Signalen angewandt werden. Durch Mischen mit dem unmodulierten Träger ergibt sich z.B.:[cos(Ω·t-ω·t) + cos(Ω·t+ω·t)] · cos(Ω·t) = 0.25 · [cos(-ω·t) + cos(2·Ω·t-ω·t) + cos(ω·t) + cos(2·Ω·t+ω·t)]
und nach anschließende Tiefpaßfilterung der 2·Ω Anteile:
0.5·cos(ω·t)
Das Signal kann jedoch einfacher demoduliert werden, indem das Signal z.B. um 1 bit verzögert und in einem Phasenkomperator mit dem unverzögerten Signal verglichen wird. Weisen die Signale entgegengesetzte Phasenlage auf, so ist der Ausgang des Phasenkomperators negativ, andernfalls positiv. Diese Methode des Phasenvergleichs ist dem Demolulieren durch Mischen vorzuziehen, da das DSB Signal selbst keinen Träger enthält, und dieser erst generiert werden muß. Zusätzlich müssen aufgrund der Tatsache, daß ein generiertes Trägersignal i.d.R. nicht phasengleich vorliegt, Qualitätsverluste in Kauf genommen werden. Bei der Methode des Phasenvergleichs kann der Empfänger mit dem empfangenen Signal synchronisiert werden indem die Signalkomponente die in der Modulation der Amplitude steckt ausgewertet wird. Obwohl die Modulation mit dem Datenmuster variiert, enthält sie immer reine Tonkomponenten in der Geschwindigkeit der Baudrate. Das (amplituden) demodulierte Signal kann mit dem Detektor durch eine PLL-Schaltung (oder ihr DSP Äquivalent) synchronisiert werden. Das Bild unten zeigt das Blockdiagramm eines typischen BPSK Demodulators.
Aufbau eines PSK Senders:
Der Datenstrom wird auf ein geeignete Spitze-Spitze Spannung gebracht, tiefpaßgefiltert und z.B. einem Ringmodulator zugeführt. Diesem Ringmodulator wird zudem die gewünschte Trägerfrequenz zuführt, und zwar bei einer logischen 1 um 180° phasenverschoben und bei einer logischen 0 unverschoben. Praktischerweise wird die Modulation im Audiobereich durchgeführt und später mit einem Standard SSB transceiver auf die eigentliche Frequenzband gebracht. Das Bild unten zeigt das Blockdiagramm eines typischen BPSK Modulators.
So hört sich ein BPSK Signal an:
PSK31 wav AudiodateiQSO Betrieb findet auf folgenden Bändern statt:
in HF auf:- 160 m @ 1838 KHz
- 80 m @ 3.580 MHz
- 40 m @ 7.035 MHz
- 30 m @ 10.140 MHz
- 20 m @ 14.070 MHz (Meistgenutzte Frequenz)
- 17 m @ 18.100 MHz
- 15 m @ 21.080 MHz
- 10 m @ 28.120 MHz
- 6 m @ 50.290 MHz
- 2 m @ 144.144 MHz
- 1.25 m @ 222.07 MHz
- 70 cm @ 432.2 MHz
- 33 cm @ 909 MHz
Anschluß des Transceivers an den Computer:
Hier am Beispiel eines Yeasu FT-817:
BPSK QSOs ohne eigenen Transceiver mithören:
Die Webdsr Software ermöglicht es SDR Empfänger so mit dem Internet zu verbinden, daß mehrere Nutzer gleichzeitig auf unterschiedliche Signale dieser Empfänger zugreifen können. Auf der Websdr Homepage muss ein Server aufgerufen, und dort eine Frequenz und die passende Bandbreite (z.B. 14070 kHz und CW narrow Bandfilter) gewählt werden. Danach wird ein BPSK31 fähiges Decoderprogramm (z.B. Fldigi oder Digipan) gestartet. Am einfachsten ist es die empfangenen Audiosignale auf dem Lautsprecher des PCs ausgegeben und über ein Mikrofon der Soundkarte des PCs wieder zuzuführen, und schon können die QSOs mitgelesen werden.Eine Anleitung zum Gebrauch von Fldigi und Websdr von OX9AEC findet sich z.B. auf Youtube:
Eine Anleitung zur Dekodierung von PSK31 Signalen mit Digipan von K7AGE findet sich hier ebenfalls:
Viel Spaß damit, 73 de DB8RB
Referenzen:
- Peter Martinez (G3PLX), “PSK31: A New Radio – Teletype Mode,” QEX, July/Aug. 1999.
- PSK31 Wikipedia Artikel
- Technische Infos über PSK31 von Michael Keller
Keine Kommentare:
Kommentar veröffentlichen