PSK31 o " Modulación por desplazamiento de fase , 31 baudios ", también BPSK31 y QPSK31 , es un popular modo de radioteletipo generado por computadora , generado por tarjeta de sonido , utilizado principalmente por operadores de radioaficionados para realizar conversaciones de teclado a teclado en tiempo real , con mayor frecuencia utilizando frecuencias en las bandas de radioaficionados de alta frecuencia ( onda corta ). PSK31 se distingue de otros modos digitales en que se sintoniza específicamente para tener una velocidad de datos cercana a la velocidad de escritura y tiene un ancho de banda extremadamente estrecho, lo que permite muchas conversaciones en el mismo ancho de banda que un solo canal de voz. Este ancho de banda estrecho hace un mejor uso de la energía de RF en un espacio muy estrecho, lo que permite que los equipos de relativamente baja potencia (5 vatios ) se comuniquen globalmente utilizando la misma propagación de ondas celestes utilizada por las estaciones de radio de onda corta .
Historia [ editar ]
PSK31 fue desarrollado y nombrado por el operador de radioaficionado inglés Peter Martinez ( distintivo de llamada G3PLX) y presentado a la comunidad de radioaficionados en general en diciembre de 1998. [1] [2]
El sistema de modulación BPSK de 31 baudios utilizado en PSK31 fue introducido por Pawel Jalocha (SP9VRC) en su programa SLOWBPSK escrito para la radio EVM de Motorola. En lugar de la manipulación por desplazamiento de frecuencia tradicional, la información se transmite mediante patrones de inversión de polaridad (a veces denominados cambios de fase de 180 grados). PSK31 fue recibido con entusiasmo y su uso se extendió como la pólvora por todo el mundo, lo que le dio una nueva popularidad y tono a la conducción de las comunicaciones digitales en el aire. [ cita requerida ] Debido a la eficiencia del modo, se volvió, y sigue siendo, especialmente popular entre los operadores cuyas circunstancias no permiten el montaje de grandes sistemas de antenas, el uso de alta potencia o ambos.
Uso e implementación [ editar ]
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Un operador de PSK31 generalmente usa un transceptor de banda lateral única (SSB) conectado a la tarjeta de sonido de una computadora que ejecuta el software PSK31. Cuando el operador ingresa un mensaje para su transmisión, el software produce un tono de audio que suena, para el oído humano, como un silbido continuo con un leve gorjeo. Este sonido luego se alimenta a través de un conector de micrófono (usando un atenuador resistivo intermedio para reducir la potencia de salida de la tarjeta de sonido a los niveles del micrófono) o una conexión auxiliar en el transceptor, desde el cual se transmite.[3]
Desde la perspectiva del transmisor, el sonido equivale a poco más que alguien silbando en el micrófono. Sin embargo, el software cambia rápidamente la fase de la señal de audio entre dos estados (de ahí el nombre "codificación por desplazamiento de fase"), formando los códigos de caracteres. Estos cambios de fase cumplen la misma función que los dos tonos utilizados en RTTY tradicionales y sistemas similares.
Para decodificar PSK31, el silbato de audio recibido de la salida de auriculares del transceptor se alimenta a la entrada de audio de una tarjeta de sonido de computadora y el software lo decodifica. El software muestra el texto decodificado. [3]
Debido a que PSK31 se desarrolló para su uso a través de la tarjeta de sonido de una computadora, desde entonces se han creado muchos programas para usar la misma tecnología para otros modos, como RTTY , Hellschreiber y Olivia MFSK . Por lo tanto, una vez que se ha configurado para ejecutar PSK31, se puede usar una computadora para explorar una variedad de modos de transmisión de mensajes digitales.
Aparte de un transceptor de radio estándar y una computadora con una tarjeta de sonido, se requiere muy poco equipo para usar PSK31. Normalmente, una computadora más vieja y algunos cables serán suficientes, y muchas aplicaciones de software PSK31 son gratuitas. Muchos operadores ahora utilizan un dispositivo de interfaz / módem disponible comercialmente (o "nómico") entre sus computadoras y radios. Estos dispositivos incorporan el ajuste de impedancia y el nivel de sonido necesarios para permitir que la salida de la tarjeta de sonido se inyecte en la entrada del micrófono, envíe la salida de audio de la radio a la entrada de la tarjeta de sonido y maneje la conmutación de transmisión-recepción de la radio. Las interfaces de tarjeta de sonido a radio suelen utilizar transformadores de aislamiento en las rutas de audio de envío y recepción para eliminar el zumbido causado por los bucles de tierra.Las interfaces introducidas recientemente también incorporan su propia tarjeta de sonido y se pueden alimentar y ejecutar desde la computadora a través de una sola conexión USB.
Resistencia a la interferencia [ editar ]
Al igual que otros modos digitales de banda estrecha , PSK31 a menudo puede superar la interferencia y las malas condiciones de propagación en situaciones en las que fallan la voz u otros métodos de comunicación. Sin embargo, PSK31 fue diseñado solo para uso recreativo por aficionados, y debido a su velocidad relativamente lenta y control de error limitado , no es adecuado para transmitir grandes bloques de datos o texto, o datos críticos que requieren alta inmunidad a errores.
PSK31 funciona bien en rutas de propagación que conservan la fase y resiste bien el desvanecimiento ( QSB ). Sin embargo, puede verse afectado negativamente por los modos de propagación, como las rutas transpolares, en las que el "aleteo" de las auroras o las rutas múltiples pueden interrumpir la continuidad de fase de la señal. En tales casos, el uso de QPSK (ver más abajo) suele ser beneficioso.
Algunos software son compatibles con las variantes PSK10 y PSK05, que se ejecutan a 10 baudios y 5 baudios, respectivamente. Estas velocidades más lentas sacrifican el rendimiento para proporcionar una mayor resistencia al ruido y otras interferencias. Por el contrario, PSK63 se usa cada vez más para intercambios más rápidos, especialmente durante la operación de concursos de radioaficionados .
Información técnica [ editar ]
PSK31 generalmente se crea mediante un software que genera una forma de onda modulada en amplitud y fase que se convierte en una señal analógica de frecuencia de audio mediante una tarjeta de sonido. En la variante más comúnmente utilizada, BPSK31, la información binaria se transmite impartiendo un cambio de fase de 180 grados (un "cero" binario) o ningún cambio de fase (un "uno" binario) en cada intervalo de símbolo de 32 ms. El desplazamiento de fase de 180 grados para un código de bits "cero" se produce con una amplitud nula. [4]
Como se muestra en la figura, se utiliza un filtro de coseno para suavizar los tiempos de subida y bajada de la forma de onda de audio y eliminar los clics de las teclas . Toda la amplificación posterior de la señal debe ser lineal para preservar la forma de onda de modulación y asegurar un ancho de banda mínimo ocupado. En la práctica, esto significa limitar el volumen de audio de transmisión por debajo del nivel en el que el transmisor genera retroalimentación de Control de nivel automático (ALC) y deshabilitar cualquier compresión de audio o procesamiento de voz.
El Varicode es una especie de código de Fibonacci donde los límites entre los códigos de caracteres están marcados por dos o más ceros consecutivos. Como todos los códigos de Fibonacci, dado que ningún código de carácter contiene más de un cero consecutivo, el software puede identificar fácilmente los espacios entre caracteres, independientemente de la longitud del carácter. La secuencia inactiva, enviada cuando un operador no está escribiendo, es una secuencia continua de cambios de fase, que no se imprimen en la pantalla. [2] Martínez organizó el alfabeto de caracteres de modo que, como en el código Morse , los caracteres que aparecen con más frecuencia tengan las codificaciones más cortas, mientras que los caracteres más raros usen codificaciones más largas. Llamó a este esquema de codificación " varicode ".
Se eligió la velocidad de símbolo de PSK31 de 31,25 Hz porque una velocidad de escritura normal de aproximadamente 50 palabras por minuto requiere una velocidad de bits de aproximadamente 32 bits por segundo, y específicamente porque 31,25 Hz podrían derivarse fácilmente de la frecuencia de muestreo de 8 kHz utilizada en muchos sistemas DSP . , incluidos los que se utilizan en las tarjetas de sonido de ordenador que se utilizan habitualmente para el funcionamiento de PSK31 (31,25 Hz son 8 kHz divididos por 256, por lo que se pueden derivar de 8 kHz reduciendo a la mitad la frecuencia ocho veces seguidas).
Variantes de BPSK31 y QPSK31 [ editar ]
El uso coloquial del término 'PSK31' en radioaficionados generalmente implica el uso de la variante más comúnmente utilizada de PSK31: codificación por desplazamiento de fase binaria (BPSK). La variante BPSK de PSK31 no utiliza control de errores . QPSK31, la variante basada en modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK) , utiliza cuatro fases en lugar de dos. Es sencillo cambiar de BPSK a QPSK si surgen dificultades durante un contacto; el modo tiene el mismo número de símbolos por segundo y, por lo tanto, el mismo ancho de banda que la variante BPSK. En un receptor coherente, la probabilidad de error de bit de QPSK es la misma que para BPSK funcionando a la misma potencia, lo que hace que QPSK31 sea el modo generalmente preferible desde un punto de vista de robustez y, por tanto, alcance.
El uso de cuatro puntos de constelación en lugar de dos proporciona el doble de la tasa de bits de la capa física, lo que permite la adición de información redundante para proporcionar un grado de corrección de errores hacia adelante . Cuando se usa QPSK, después de codificar en varicode , los bits de la señal de datos binarios están sujetos a un código de canal de tasa 1/2 , lo que significa que por cada bit de información, se calculan y transmiten dos bits de código. Para eso, se usa un código convolucional con restricción de longitud 5 (es decir, los últimos cinco bits de la entrada se incorporan para seleccionar dos bits de salida por bit de entrada).
Los bits resultantes se asignan a un conjunto cuaternario de fases. En el receptor, es necesario utilizar un decodificador para el código convolucional, normalmente el algoritmo de Viterbi , que puede reconstruir la secuencia enviada más probable, incluso si se recibieron varios símbolos de forma incorrecta. La decodificación óptima debe tener en cuenta la misma longitud de restricción de bits de información que la codificación, lo que produce un retardo de decodificación de 5 símbolos, que corresponde a 160 ms de retardo.
Eficiencia del espectro en comparación con otros modos [ editar ]
La eficiencia y el ancho de banda estrecho de PSK31 lo hacen muy adecuado para operaciones de baja potencia y banda abarrotada. Los contactos PSK31 se pueden realizar con una separación inferior a 100 Hz, por lo que con un funcionamiento disciplinado se pueden realizar al menos veinte contactos PSK31 simultáneos uno al lado del otro en el ancho de banda de 2,5 kHz necesario para un solo contacto de voz SSB.
Frecuencias comunes [ editar ]
Las siguientes frecuencias de radioaficionado se utilizan comúnmente para transmitir y recibir señales PSK31. Normalmente ocupan el borde inferior de la sección de modos digitales de cada banda. Los operadores de PSK31 generalmente usan banda lateral superior (USB), incluso en frecuencias por debajo de 10 MHz donde la convención normalmente requiere banda lateral inferior. Esto se debe a que (a) las señales luego se propagan hacia arriba en la sección de modo digital desde la frecuencia "base", y (b) el uso de QPSK requiere que ambas estaciones utilicen la misma banda lateral.
| Frecuencia | Banda de aficionados |
|---|---|
| 1.838 MHz | 160 metros |
| 3,580 MHz | 80 metros |
| 7.035 MHz * | 40 metros ( región 3 ) |
| 7.040 MHz * | 40 metros ( regiones 1 ) |
| 7.070 MHz * | 40 metros ( regiones 2 ) |
| 10,142 MHz | 30 metros |
| 14.070 MHz | 20 metros |
| 18,097 MHz ** | 17 metros |
| 21,080 MHz * | 15 metros |
| 24,920 MHz | 12 metros |
| 28,120 MHz | 10 metros |
| 50,290 MHz | 6 metros |
| 144,144 MHz | 2 metros |
| 222,07 MHz | 1,25 metros |
| 432,2 MHz | 70 centimetro |
| 909 MHz | 33 centímetro |
* El uso actual a partir de 2010, según la observación, se centra en 7.070,15 y 21.070,15. 7.035,15 se utiliza comúnmente en la Región 2 a partir de 2012. No existe una lista autorizada, ya que las frecuencias están determinadas por una convención común.
** PSK ha pasado de 18.100 a 18.097 debido al uso de FT8 de la frecuencia 18.100 a partir de noviembre de 2019.
El plan de banda de la Región 1 de IARU se revisó en marzo de 2009 para reflejar la banda ampliada de 40 metros. La sección exclusiva de CW dentro de Europa, África, Oriente Medio y la antigua URSS es ahora de 7.000 a 7.040. La Región 2 - América - seguida en septiembre de 2013. La Región 3 - Asia Meridional y Australasia - aún no ha sincronizado su plan de banda con las Regiones 1 y 2.
Referencias [ editar ]
- ^ El manual de ARRL para comunicaciones por radio. 84ª Ed. (2007): 9-13.
- ^ a b Steven L Karty, N5SK. "Especificación PSK31" . Sitio web de ARRL . Consultado el 18 de diciembre de 2010 .
- ^ a b Jacob Gillespie, KD5TEN. "Guía PSK31" . Consultado el 12 de junio de 2016 .
- ^ McDermott, Tom (1998). Comunicaciones digitales inalámbricas: diseño y teoría . Tucson Amateur Packet Radio Corporation. pag. 50 . ISBN 0-9644707-2-1.
- ^ http://aintel.bi.ehu.es/psk31.html
- ^ https://rsgb.org/main/get-started-in-amateur-radio/operating-your-new-station/psk31-work-the-world-with-low-power/
Lectura adicional [ editar ]
- Martínez, Peter. PSK31: Un nuevo modo de radioteletipo con una filosofía tradicional (PDF) (noviembre de 1998).
- Steve Ford, WB8IMY (2001). "Capítulo 4 - PSK31". Manual digital de HF de ARRL . Newington, CT: Liga de retransmisiones de radio estadounidense . ISBN 0-87259-823-3.
- Meltz, Steve "Los nuevos modos digitales HF - PSK31" , QST , abril de 1999, págs. 50-51
- Martínez, Peter. [1] "PSK31: Un nuevo modo de teletipo de radio". RadCom , diciembre de 1998, actualizado en febrero de 1999
Enlaces externos [ editar ]
- La página "oficial" de PSK31
- Configuración y funcionamiento del PSK31 | una guía PSK31
- Lista de discusión por correo electrónico de PSK31 con concursos, reseñas de aplicaciones y más
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