PSK GrundlagenClint Hurd – kk7uq

übersetzt von Dieter Flasch – DC1NF

Präsentiert anlässlich desFieldday OV B05 in Bamberg,

Bavaria, Germany17. Mai 2007

Was macht den Reiz digitalerBetriebsarten?

• Ideal für den Funkbetrieb mit kleinen Leistungenoder einfachen Antennenkonstruktionen

• Verbessert die DX-Chancen auch in Zeiten desSonnenflecken-Minimums

• Unkomplizierte Zusammenführung von Computerund Funkgerät

• Kostenlose oder preiswerte Software für WindowsPC, MAC oder Linux verfügbar

• Das PSK Signal• Einstellung der Audio Pegel: die konser-vative oder die professionelle Methode

• Schnittstellen• Software: Leistungsmerkmale & Tools• Betrieb: Empfang, Senden, IMD, RST• Andere digitale Modi

PSK31: Einführung

Typische Konfigurationfür Soundkarten - Betrieb

Soundkarten – Interface- schematisch

PC TRX

Pegelwandler

Lautsprecher

Dämpfungsglied Mikrofon

PTT

Mikrofon

Lautsprecher

Serielle SS

Betrieb mit der PC-Soundkarte, Blockschaltbild

1 V Uss

1 V Uss ca. 10 mV Uss

+ - 12 V „PTT“ Masse

Soundkarte

Optimierung desSoundkarten-Interfaces

• Galvanische Trennung von Audio- undSteuerleitungen zwischen PC und TRX

• Regler zur TX-Pegeleinstellung• Regler zur “Wasserfall”-Pegeleinstel-

lung• Zusätzlicher Audio-Monitor

Soundkarten - Interface

Soundkarten-Interface

VOX zur Sendertastung?• Verwendung der TRX-VOX an Stelle einer

PTT-Steuerung via COM-Schnittstelle• Problematisch in der Praxis:

– Der Audio-Pegel welcher die VOX auslöst, kannjenen Pegel übersteigen welcher für ein sauberesSendesignal notwendig ist

– PC-Töne können den Sender unerwünscht auftasten

• “Echte” PTT –Steuerung ist betriebssicherer• Ausnahme: die im “Signal Link”-Interface

eingebaute “VOX” tastet zuverlässig ohnemögliche Übersteuerung des Sendepegels

Binäre Phasenumtastung - BPSK31

• Phasenmodulation eines NF-Signals mit 31.25Baud – dieses NF-Signal wiederum moduliertden SSB Sender über den Mikrofoneingang

• Phasenverschiebung 180 Grad (BPSK)• Reduzierter Signalpegel am Phasenumkehr-

punkt zur Reduzierung von Oberwellen• Einsatz unterschiedlicher Kodelängen - häufig

verwendete Buchstaben werden in kurzeZeichenblöcke verwandelt

PSK31 Signalkodierung

• 31.25 Baudrate• Bitlänge = 1/31.25 = 32 Millisekunden• “0” ist definiert als Phasenwechsel am

Beginn des Bits• “1” ist definiert als “kein” Phasenwechsel

am Beginn des Bits.

Hier: einem BPSK31 “0”-Zyklus folgteine weitere “0”

IMD = -30dB @ Offset-Freq = 700 HzBeachte: Signal entspricht einem “2-Ton”

PhasenWechsel

PhasenWechsel

32 MS

0 1 0

Bit-Folge “0-1-0”IMD -30dB

PhasenWechsel Phasen

PhasenWechsel

Wechsel

KEIN

IMD -32 dB, gutes Signal

IMD -18dB, übersteuertes Signal

IMD -11dB, extrem Übersteuert

PSK Signal, Grundlagen

• Ein sauberes Signal hat einenKlirrfaktor dritter Ordnung von- 24 dB or besser

• Übersteuern des NF-Signals erhöhtzwar die Ausgangsleistung,verringert aber die Lesbarkeit.

Einschränkung auf den Sende-Durchgangsbereich

Einstellung des NF-Sendepegels

• Die Sendeleistung ergibt sich automa-tisch über einen korrekt abgeglichenenNF-Pegel.

• Es ergibt sich keine Signalverbesse-rung bei einem bereits übersteuertenNF-Pegel durch Rücknahme derTreiberleistung, dies reduziert nur dieLeistung des unsauberen Sendesignals.

• Die Pegeleinstellung kann wie folgtvorgenommen werden:– am PC , mit dem “WAVE” Regler– am Interface , falls dort ein externer

Regler vorhanden ist– am TRX, mit dem Mike-Gain-

Regler

Einstellung des NF-Sendepegels

PC Ausgang, Audioeinstellung

- Der LautsprecherausgangLiefert das erzeugte NF-PSK Signal

-“WAVE” und “Volume”-Regler arbeiten zusammen

- Alle anderen NF-Signaleabschalten (Mute)

Pegeleinstellung mit einemSoundkarten - Interface

• Falls das Interface einen externenRegler aufweist …diesen an Stelle desPC-Reglers für den Feinabgleich ver-wenden.

• Falls das Interface einen internenRegler aufweist, verwende den PC-WAVE Regler zum Abgleich.

Transceiver Mike-Gain

• Grundsätzlich könnte der Mike-Gain-Regler auch zur Pegeleinstellung ver-wendet werden.

• Normalerweise ist dieser Regler fürjedoch für den SSB-Betrieb optimiertund sollte deshalb auch bei PSK unver-ändert bleiben.

Wie viel Ausgangsleistung?

• Schutz der Endstufe durch Begrenzungauf 50% der spezifizierten CW-Aus-gangsleistung

• NF-Kompressor ausschalten• ALC-Meter sollte noch nicht ausschla-

gen

Abgleich: Konservative Methode• Mittels Wasserfall-Anzeige eine Frequenz

in der Mitte der Sender-Durchlasskurve,zum Beispiel 1200 Hz, wählen.

• Sendeleistung des TRX auf 100% einstellen• Sprach-Kompressor ausschalten,• IDLE-Signal senden (keinen Text eingeben)• NF-Pegel so einstellen dass eine Ausgangs-

leistung von 25% (Mittelwert) oder 50%(Spitzenwert) der spezifizierten CW-Aus-gangsleistung erzeugt wird.

• ALC-Meter sollte noch nicht ausschlagen.

Warum Leistung zurücknehmen?

• Das PSK Signal arbeitet im Leerlaufmit einem Einschaltdauer von 50%, beiDatenübertragung von 90 %.

• Der Audiopfad im Sendezweig musssich linear verhalten (noch keine ALC-Begrenzung, keine NF-Kompression).

• Andere digitale Modi arbeiten mit100% Einschaltdauer

Professionelle Methode• Verwendung eines IMD-Monitors, z.B.

eines eigenständigen IMD-Meters• Sprach-Kompressor abschalten• Max. Senderausgangsleistung auf 50 %• IDLE Signal senden• NF-Pegel so abgleichen dass eine IMD

von -24 dB oder noch besser von -30dB erreicht wird

IMD - Meter

- Eigenständiges Gerät- Empfang des Sendesignals mittels Stabantenne- Signalverstärkung per Breitbandverstärker- Berechnung der IMD durch Hüllkurven-Analyse

Software und deren Optionen zurOptimierung des PSK-Betriebs• Makros• QSO-Log• Signalaufzeichnung (History)• Mehrere Betriebsarten• Transceiver-Steuerung via CAT• Mehrere gleichzeitige Empfangs-

Fenster

Beispiel: MixW Software

MixW-Makros• Vorbelegte Texte auf Tastendruck• Beispiel Makro “CQ”

<TX>CQ CQ CQ CQ DE KK7UQ KK7UQ KK7UQCQ CQ CQ CQ DE KK7UQ KK7UQ KK7UQCQ CQ CQ CQ DE KK7UQ KK7UQ KK7UQ PSE K<RX>

• Optimiertes Makro “CQ”<CLEARTXWINDOW> <TX>cq cq cq cq de kk7uq kk7uq kk7uq pse -k-<RXANDCLEAR>

Makro “Start QSO”W7WJK W7WJK W7WJK DE KK7UQ KK7UQ KK7UQ

… (14 sec)

• Makro “Start QSO”<TX> <CALL> <CALL> <CALL> DE <MYCALL><MYCALL> …

W7WJK W7WJK de kk7uq (Clint) fb Joe … (10 sec)

• Optimiertes Makro “Start QSO”<CLEARTXWINDOW> <TX><CALL> <CALL> de kk7uq (Clint) fb <NAME> ...

Makro “73”73 W7WJK W7WJK DE KK7UQ KK7UQ QSOLOGGED AT 14:02:36z 16 Oct 2005 SK

• Makro “73” 73<CALL> <CALL> DE <MYCALL> <MYCALL> QSOLOGGED AT <SAVEQSO> <TIME> <DATE> SK<RX>

73 Joe W7WJK de kk7uq sk• Optimiertes Makro “73”

73 <NAME> <CALL> de kk7uq sk<SAVEQSO> <RXANDCLEAR>

Wasserfall oderSpektrum - Anzeige

• „Wasserfall“ zum Absuchen vor dem CQ– Zeigt den entsprechenden Frequenzbereich und bei

Bedarf die letzten RX-Sekunden (so genannte History)– Ideal um rufende Stationen zu entdecken

• „Spektrum“ während des QSO’ s– Zeigt die Signalqualität– Erlaubt RST besser abzuschätzen– Ermöglicht die Bestimmung des Signal-S/N

Wasserfall - Anzeige

500 Hz

Spektrum - Anzeige

Das obige Spektrum zeigt ca. 35 dB Empfangspegel , die“harmonischen” sind ca. -33dB gedämpft

Signal - Aufzeichnung (History)

• Leistungsmerkmal von MixW• Speichert 20 Sekunden (oder mehr) des

Soundkarten-Signals• Aktivierung durch drücken der SHIFT-

Taste und Mausklick auf das gewün-schte Signal

• Zeigt den dekodierten Text der letztenz.B. 20 Sekunden

• Tolle Sache bei der Suche nach QSO’ s

Eingebautes Logbuch

• QSO-Daten werden mittels Mausklick indas Logbuch übernommen

• Übernimmt die „reale“ Frequenz bei Be-nutzung eines CAT-Interfaces

• Automatische Übernahme der Betriebsart• Ermöglicht Datenexport zu anderen

Logbüchern oder Cabrillo, bzw. mit anderenProgrammen (z.B. DX-ATLAS) in Realzeit

MixW Logbuch - Einträge

Transceiver - Steuerung via CAT

• Software steuert und überwacht TRX-Frequenz und Betriebsart

• Exakter Frequenz-Logbucheintrag• In einigen Fällen kann die PTT-Steu-

erung auch über CAT-Kommandoserfolgen

Kombinierte CAT &Soundkarten-Steuerung

(z.B. ICOM)

Betriebstechniken

• Empfang• Senden• Groß- oder Kleinbuchstaben• RST abschätzen• IMD-Messung• DX-Praxis• Tips & Tricks (DC1NF)

Empfang

• Suchen nach CQ-rufenden Stationen:optimal mittels History-Funktion

• LOCK-Funktion um bei einer neuenStation die aktuelle Frequenz zufixieren

• Funktion “AFC ON” im jeweiligenMenu “Betriebsarten” einschalten

Senden I• CQ-Ruf

– Kurzer Text, alle 8 Sekunden wiederholen– Verwende Kleinbuchstaben, damit geht‘ s

schneller– cq cq cq cq de kk7uq kk7uq kk7uq pse k– “Auto CQ”-verwenden

• Eine Station rufen– Kurzer Text, Rufzeichen der Gegenstation

nur einmal nennen– W7WJK de kk7uq kk7uq pse k

Senden II

• Kompakte Makros– Kurze Texte– Kleinbuchstaben wo nur immer möglich

• Groß- gegenüber Kleinbuchstaben– Kleinbuchstaben sind in der Kodetabelle

kürzer, deshalb höhere Übertragungsrate

RST - “R”, Lesbarkeit

• R5 95 - 100% Lesbarkeit• R4 90 - 95% „• R3 75 - 90% „• R2 50 - 75% „• R1 unter 50% „

RST - “S”, Signalstärke

Benutze die Spektrum-Anzeige zurAbschätzung des S/N

@ S/N als 6 dB per S-Einheit

S9 54 dB S6 36 dB S3 18 dB

S8 48 dB S5 30 dB S2 12 dB

S7 42 dB S4 24 dB S1 6 dB

RST- „T“, Ton - Qualität

• T9 IMD -24 dB oder besser• T8 IMD -20 dB to -24 dB• T7 IMD -15 dB to -20 dB• T4 IMD schlechter als -15dB

IMD

• Was ist IMD?• Einen IMD Report abgeben• Zu beachten …• Nimm die IMD-Abschätzung nicht

ganz so ernst …• Nimm Deine Augen mit zu Hilfe …

Was ist IMD?

• IMD – Inter Modulation Distortion• Bewertet die Linearität des Audio-

Pfades des PSK Signals über Senderund Empfänger

• Ist als Anzeigeoption (für das empfang-ene Signal) meist in der PSK- Softwareenthalten

IMD Messung

Die Stärke des Primärsignals , verglichen mitder dritten Harmonischen, ist hier -19 dB,damit ist IMD auch -19 dB

IMD - Report abgeben

• Beobachte die IMD-Messung (imMixW-Fenster rechts unten)

• Das zu bewertenden Signal muss imIDLE sein, also keine Textübertragung)

• Ermittle das S/N – es sollte besser als36 dB sein um ein exaktes Ergebnis zuerzielen

Zu beachten …

• Ist das S/N zu gering , so wird die IMDAbschätzung ungünstig ausgehen

• Ist das S/N zu hoch, so wird ein zugutes IMD berichtet, da der Empfängerdas Signal möglicherweise begrenzt,gegebenenfalls RF-Regelung zurück-nehmen

Nimm die IMD - Abschätzungnicht ganz so ernst …

• Sollte ein schlechtes IMD berichtetwerden, z.B. -19 dB :– Gegenstation bitten, das S/N mittels

der Spektrum-Anzeige abzuschätzen

Nimm Deine Augen zu Hilfe …

• Falls das beobachtet Signal ein S/N und einIMD von ca. -20 dB haben:– Falls das Signal sauber aussieht, d. h.

gerade Flanken, keine erkennbarenseitlichen “Splatter”, dann ist daswirkliche IMD wahrscheinlich -24 dBoder besser.

Gegenstation “neben” der eigenenFrequenz (I)

• Gelegentlich antworten Gegenstationennicht auf der eigenen Sendefrequenz.Sendefrequenz jetzt nicht verändern son-dern mit „Verriegeln/ Lock” die TX-QRGfixieren und (mittels Mausklick) auf derFrequenz der Gegenstation empfangen.

• Der Grund: möglicherweise eine aktivierteRIT-Funktion

• In einigen Fällen kann dies durch Taktabweichungder Soundkarte hervorgerufen werden. Verwendedie Abgleichprozedur wie sie in SSTV-Program-men genutzt wird.

• Einige ältere Stationen arbeiten mit „getrennten“Sender/ Empfänger, möglicherweise wird dadurchder Frequenz-Split hervorrufen (sollte kleiner 5 Hzsein !).

Gegenstation “neben” der eigenenFrequenz (II)

DX-Praxis

• Falls eine gewollte “Split”-Funktion notwendigsein sollte: LOCK auf die Sendefrequenz und RXauf die DX Station: die Wasserfall-Anzeige unter-stützt dabei diese Hantierung

• Starkes Signal, dabei schlechtes Mitschreiben: waszeigt der Tuning Indikator, möglicherweise liegtein „Multipfad Empfang“ vor

• KURZE Rufe

Tips & Tricks (DC1NF)

• CW-Filter zuschalten (geht bei manchenTRX auch im SSB-Modus)

• Beim Senden jede Form der NF-Freguenz-gangkorrektur abschalten ( DSP-Filter)

• „Verschwinden“ schwache Stationen beimEinsetzen eines besonders starken Signals:AGC auf Manuell und „Handregelung“

Weitere digitale Betriebsarten

• QPSK vs BPSK• BPSK63• MFSK• RTTY• Hellschreiben

PSK31 - Varianten

• QPSK31 – Quadratur – vier Stati an Stellevon zwei (0 90 180 270 Grad)

• BPSK63 – doppelte Datenrate von BPSK31– Exzellent für Contestbetrieb – vergleichbar mit

RTTY , schneller Report-Austausch– Unterstützt von MixW, Digipan and Anderen– Klangbeispiel BPSK63

BPSK63 Bandbreite

MFSK16• Multiple Frequency Shift Keying 16 Baud• 16 Tones FSK• Vier Bits pro Ton• 250 Hz Bandbreitenbelegung• Forward Error Correction (FEC)• Varikode zur Durchsatzoptimierung• Datenrate vergleichbar einem schnellen

Maschinenschreiber, ungefähr 58 WPM• FEC Puffer ca. 5 Sekunden

MFSK16

• Vorteile: Sehr effizient bei QSO‘ s “überden langen Pfad” und über die Pole

• Nachteil: Höhere Bandbreite, schwierigerAbzustimmen, sehr frequenzstabile RX/ TXsind Voraussetzung

• Klangbeispiel MFSK16

MFSK16 Spektrogramm

Abgleich MFSK16

• Tonabstand: 15.33 Hz• Bandbreite: 230 Hz• 15 Hz Genauigkeit bei der Frequenzein-

stellung auf Signalmitte notwendig• Verwende “Sound History”• Verwende die AFC Funktion von MixW um

auf das Signal zu verriegeln

Olivia – interessanter neuer Mode• Mehrfache Frequenzumtastung• 32 Töne FSK• Bandbreite 1000 Hz• Andere Töne / Bandbreiten verfügbar• Forward Error Correction (FEC)• Datenrate vergleichbar einem normalen Ma-

schinenschreiber – ca. 24 WPM• FEC-Puffer mit ca. 5 Sekunden Verzögerung• Ausgezeichnet bei schlechtem S/N• Nicht gestört durch “Polar Flutter”

OliviaEntwickelt von Pawel Jalocha SP9VRC• Im Internet:

– http://groups.yahoo.com/group/oliviadata/

• Suche nach Signalen im Bereich von:– 14.104 to 14.108 MHz

• Unterstützt von:– MixW (2.16 or später)

• http://www.mixw.net/– MultiPSK

• http://multipsk.eqth.org/

Hellschreiben

• “Weiche” Methode• Tastet die zu sendenden Buchstaben ab und

sendet eine Kette von Punkten, welche alsBildpunkte die Zeichen verkörpern.

• Es wird „ein Bild“ des Buchstabens empfangen• 38 WPM• Gut geeignet bei „QRM“ oder über polare

Übertragungsstrecken• Klangbeispiel Hellschreiben

Hellschreiben

Daten 1-0-1 5 ms pro Teilstrich

Modus: Hellschreiben

Hellschreiben - Bandbreite

Helleschreiben - Bandbreite

RTTY

• 45.5 Baud• FSK 170 Hz Shift• 55 WPM• Nur Großbuchstaben, keine

Eingabekorrektur• Schnelle Synchronisation, exzellente Con-

test-Betriebsart• Klangbeispiel RTTY

RTTY – 45.5 Baud

CW 20 WPM

• 20 WPM• Schmalbandig• Variabler Längenkode (Morse)• Exzellent für DX• Noch akzeptables Mitschreiben mittels

Computer möglich• Klangbeispiel CW bei 20 WPM

CW bei 20 WPM

Tabellarische Zusammenfassung

Zeich/Sek WPM BW Hz QSO/3KHZ

CW 20 WPM 1.64 19.8 100 12

Feld Hell 3.12 37.8 500 9

BPSK31 4.25 51.4 100 30

RTTY 45.5 Baud 4.54 54.9 400 9

MFSK16 4.83 58.4 300 10

BPSK63 8.50 102.8 200 15

Die Werte basieren auf einem typischen Zwei-Wege-QSO mit eng-lischem Text und der Annahme: 531 Buchstaben in 107 Wörtern incl.Leerzeichen. Mittelwert 6 Buchstaben pro Wort.

Special thanks to

Clint Hurd – kk7uq

He gave me the permission to translate his excellent presentation intoGerman:

Hello DieterYes, you have my permission to translate the BC Presentation dated16.10.2006 into German for ham radio (non commercial) use. Pleaseemail me a copy. Good luck on your field day and presentation.

73, Clint Hurd KK7UQ

DC1NF Mai 2007