Psk31 ist eine Betriebsart, die bei sehr geringer Bandbreite ein äußerst robustes Verhalten unter schwierigen Übertragungsbedingungen aufweist. Sie wurde seit einigen Monaten im Nahverkehr auf 80 und 40 Metern sowie im 20 Meterband zwischen Europa und Australien getestet. - Die Spektren in diesem Artikel wurden mit EVMSPEC aufgenommen. - PSK31 läuft auf dem DSP56002EVM von Motorola.
Brauchen wir neue Techniken ?
In den Segmenten, die für die digitalen Beriebsarten vorgesehen sind, herrscht inzwischen ein großes Gedränge. Dies wird durch die Vielzahl der dort installierten automatisch arbeiten-den Stationen noch vergrößert, weil sie nicht nach der Regel: Erst hören, dann senden..
arbeiten. In dieser Situation ist es wichtig, daß man Modems verwendet, die besonders auch empfangsseitig mit einer sehr geringen Bandbreite auskommen. Das Empfangsfilter von PSK31 ist 62 Hz breit bei minus 64 dB.
Verkleinert man bei gleicher Sendeleistung die Bandbreite im Sender und Empfänger von 500 Hz auf 50 Hz, dann erhält man - angenähert- ein Signal-/Rauschverhältnis, das bei 50 Hz um 10 dB größer ist als bei einer Bandbreite von 500 Hz. Man kann also die Sende-energie bei PSK31 um 90% verringern, um bei der Gegenstation dasselbe S/R zu erzeugen
wie bei einem 500 Hz-Signal. Dabei werden aber nur 10% der Bandbreite benötigt.
Bild 1 zeigt ein PSK31-Signal. Es ist schmalbandiger als das CW-Signal in Bild 2.
Das Modem PSK31 wurde von G3PLX (Peter Martinez,Vater von Amtor) entwickelt. Er hat dazu eine kurze Beschreibung verfasst, die hier als Übersetzung folgt:
Trotz der neuen DSP-Technologien zur Uebertragung von digitalen Daten hat das gute alte RTTY- Verfahren nichts von seiner Popularität verloren. RTTY hat ganz offensichtlich Eigen-schaften, die die neueren Techniken nicht haben. Es kann sein, daß RTTY einfacher zu be-
nutzen ist oder eine gesellige Betriebsart darstellt, denn keine Technik mit ARQ erlaubt
es, daß sich mehr als zwei Personen an einem qso beteiligen. Es kann aber auch sein,
daß RTTY einfach billiger ist.
Im letzten Jahr ist nun eine neue Technik entwickelt worden, die möglicherweise die Lücke
zwischen RTTY und den DSP-Technologien schließen kann.
Basierend auf einer Idee von SP9VRC wird PSK31 auf billigen DSP-Modulen ( das Motorola DSP56002EVM kostet in USA ca. 150$ ) mit für Funkamateure kostenloser public domain-Software betrieben. Dabei wird aber moderne DSP-Technik eingesetzt.
Die Betriebstechnik ist RTTY sehr ähnlich. Es können also zwei oder mehrere Personen bei einem QSO mitmachen. Der große Unterschied zu RTTY besteht aber in der ober erwähnten geringen Bandbreite. Psk31 ist außerdem mit sehr niedrigen Signalpegeln zufrieden und ist daher besonders für die überfüllten DX-Bänder geeignet.
Die grundlegende, wenn auch nicht neue Idee bei PSK ist, daß ein Träger nicht frequenz-shift- sondern phasenshiftmoduliert wird. Bei PSK ist die Bandbreite gleich der Baudrate und nicht gleich der Baudrate plus Frequenzshift. Für PSK31 wurde eine Baudrate von 31.25 gewählt. Das entspricht einer Bandbreite von 31 Hz. Im Gegensatz dazu benötigen andere Betriebsarten 300..500 Hz Bandbreite oder auch mehr. (Bild 3)
Unter Verwendung eines Alphabetes ähnlich dem Morsealphabet ( häufiger benutzte Buch-staben haben einen kurzen Code) beträgt die Übertragungsgeschwindigkeit für Text etwa
50 wpm.
Die Leistungsfähigkeit von PSK31 ist auch ohne Fehlerkorrektur sicher besser als die der meisten anderen Verfahren und sie sinkt nur sehr langsam, wenn die Bedingungen schlechter werden.
Bei Ausbreitungswegen, die mit qrm oder qrn belastet sind, kann man PSK31 mit einen convolutional code auf der Sendeseite und mit einem Viterbidecoder auf der Empfangsseite benutzen. Diese Methode wird bei QPSK angewendet, das mit vier Phasenshifts anstelle von zwei arbeitet. Die Bandbreite und die Datenübertragungsrate bleiben aber unverändert.
Der Preis für die Robustheit von PSK31 ist eine erhöhte Anforderung an die Frequenz-stabilität des Transceivers (siehe Testergebnisse) und eine Zeitverzögerung von 640 Milli-sekunden im Decoder.
Die Teilnehmer am Psk31-Netz treffen sich an jedem Mittwoch und Sonntag um 20:00 UTC
auf 3580.15 kHz und sonntags um 11:00 UTC auf 7035.15 kHz. (Markfrequenzen). Im 20
Meterband ist die Frequenz 14070.15 kHz.
Wie oben erwähnt, ist PSK31 eine public domain software, die bisher für die beiden am meisten verwendeten DSP-Karten DSP56002EVM von Motorola und TMS320C50DSK von
Texas Instruments geschrieben wurde. Es bleibt aber zu hoffen, daß interessierte Pro-grammierer auch Soundkarten oder andere geeignete Systeme mit einbeziehen.
Psk31 kann unter der folgenden Internetadresse abgerufen werden:
http://bipt106.bi.ehu.es/psk31.html
Soweit G3PLX...
Wie funktioniert PSK31?
Genaue Informationen dazu findet man in psk31.txt, das man erhält, wenn man sich das Programm von der oben genannten Adresse im Internet holt. Beim Start des Programmes sieht man auf dem Bildschirm auch ohne angeschlossenes EVM die Funktionsschalter und den Tuner.
Die Abstimmung auf ein PSK31-Signal kann man auf zweierlei Weise vornehmen. Entweder man vergleicht das Signal mit einem 1000 Hz-Ton aus dem Computerlautsprecher, den man mit F7 einschaltet und geht dann auf Schwebungsnull oder man hört sich das Signal hinter dem 60 Hz-Filter an, verstellt die Frequenz am Empfänger bis der Ton verschwindet und geht dann 30 Hz zurück. So ist man sicher, nicht mehr als 10 Hz von der richtigen Frequenz entfernt zu sein. Dann kann man die automatische Frequenzabstimmung (AFC) einschalten und den Rest der Automatik überlassen. Sie wird das Signal auf 0.1 Hz genau ab-stimmen und auf der Frequenz festhalten. - Funkgeräte mit 100 Hz-Anzeigen sind für PSK31 auch geeignet, wenn sie sich in 10 Hz - Schritten abstimmen lassen z.B. mit den UP- und DWN-Schaltern am Mikrophon. VK2DSG verwendet einen 13 Jahre alten IC 735 und mein FT757GX tut es auch.
Testergebnisse mit PSK31 im Nah- und DX-Bereich.
Die Ergebnisse wurden im Nahbereich von Stationen aus EA, G, HB, I, OH und PA im 40 und 80 Meterband gewonnen.
Die Stationen verwenden meist Dipole oder Langdrähte und eine Leistung von etwa 10 Watt. Neben der QSO-Frequenz auf 80 Metrn befindet sich im Abstand von ca. 300 Hz eine kommerzielle Station aus UA, die digitale Daten sendet. Sie ist hier in OH mit weit über S-9 zu empfangen.
Die am Sked teilnehmenden Stationen sind im Lautsprecher garnicht und nach dem Filter im
EVM nur sehr schwach zu hören. Das Signal aus UA stört die Verbindungen mit PSK31 nicht. Es ist nach dem Filter in PSK31 einfach nicht mehr vorhanden.
An den DX-Versuchen haben sich Stationen aus HB, G, OH und VK beteiligt. Da die Aus-breitungsbedingungen zur Zeit als schlecht eingestuft sind, waren die Untersuchungen in täglichen Skeds auf 14 MHz besonders interessant. Sie dauerten ein bis zwei Stunden pro Tag. Wir haben dabei immer mit dem langen Weg begonnen und sind dann auf den kurzen Weg übergegangen. Die Station in VK benutzt den ober erwähnten ICOM 735 Transceiver, der nicht sehr frequenzstabil ist und eine Log-periodic-Antenne von 20 bis 10 Meter. Ich verwende einen FT990 und eine abstimmbare Cubical- Quad nach DJ4VM. Mit dieser Antenne kann ich vom Shack aus das F/B-Verhältnis auf über 40 dB einstellen. Die Strahl-richtung läßt sich auch vom Shack aus um 180 Grad umschalten. So war es möglich, in sehr kurzer Zeit vom langen Weg auf den kurzen und zurück zu gehen. Die Station aus England (G3PLX) benutzt einen Langdraht von 50 Metern. - Die Sendeleistung betrug maximal 50 Watt, wurde aber auch gelegentlich auf unter 10 Watt zurückgeregelt, um die Grenzen von PSK31 festzustellen.
Absolutmessungen auf diesem Gebiet liegen außerhalb der Möglichkeiten von Funk-amateuren. Bei Simulationen bleibt immer die Ungewißheit, ob die daraus resultierenden Angaben unter den gleichen Versuchsbedingungen erhalten wurden. Wir haben es uns daher sehr einfach gemacht und Ausbreitungsbedingungen ausgesucht, bei denen PSK31 mit QPSK gerade noch lesbaren und verstehbaren Text lieferte. Danach haben wir dann ver-sucht, mit anderen etablierten Betriebsarten eine Verbindung aufzubauen und Text zu über-tagen, was ausnahmslos mißlang. Meist war schon der Verbindungsaufbau unmöglich.
Zusammenfassend kann man sagen, daß PSK31 dazu entwickelt wurde, den persönlichen Kontakt zwischen zwei oder mehreren Funkamateuren besonders auch unter schlechten Bedingungen zu fördern. Mailboxbetrieb ist nicht möglich. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist an die Schreibweise des Nutzers angepaßt. Als einzige Fehlerkorrektur wird FEC verwen-det. Damit wird das Ziel erreicht, mit möglichst geringer Bandbreite und auch mit DX-Statio-nen arbeiten zu können.