PSK Grundlagen Clint Hurd kk7uq übersetzt von Dieter Flasch DC1NF

Transkript

1 PSK Grundlagen Clint Hurd kk7uq übersetzt von Dieter Flasch DC1NF Präsentiert anlässlich des Fieldday OV B05 in Bamberg, Bavaria, Germany 17. Mai 2007

2 DigitiModes am Beispiel PSK31 ein wenig Theorie

3 Was macht den Reiz digitaler Betriebsarten? Ideal für den Funkbetrieb mit kleinen Leistungen oder einfachen Antennenkonstruktionen Verbessert die DX-Chancen auch in Zeiten des Sonnenflecken-Minimums Unkomplizierte Zusammenführung von Computer und Funkgerät Kostenlose oder preiswerte Software für Windows PC, MAC oder Linux verfügbar

4 PSK31: Einführung Das PSK Signal Einstellung der Audio Pegel: die konservative oder die professionelle Methode Schnittstellen Software: Leistungsmerkmale & Tools Betrieb: Empfang, Senden, IMD, RST Andere digitale Modi

5 Typische Konfiguration für Soundkarten - Betrieb

6 Soundkarten Interface - schematisch PC TRX S o u n d k a r t e Mikrofon Lautsprecher Serielle SS 1 V Uss 1 V Uss Dämpfungsglied ca. 10 mv Uss V Pegelwandler PTT Masse Lautsprecher Mikrofon PTT Betrieb mit der PC-Soundkarte, Blockschaltbild

7 Optimierung des Soundkarten-Interfaces Galvanische Trennung von Audio- und Steuerleitungen zwischen PC und TRX Regler zur TX-Pegeleinstellung Regler zur Wasserfall -Pegeleinstellung Zusätzlicher Audio-Monitor

8 Soundkarten - Interface To Sound Card Line In From Sound Card Spkr Out Note: Return path for audio to monitor amplifier is made through the cable shields to the ground point at the PC. DTR 4 RTS Gnd 7 5 Ring Tip Sleeve External Cable w/ DB9 female serial port conn shown for ref. J2 Ring Tip 3.5mm Stereo Receptacle 3.5mm Stereo Receptacle J3 Ring Tip J1 Ring Tip 2.5mm Stereo Receptacle Waterfall Drive 1k pot Audio Taper R2 2.2k R1 2.2k Yel R3 1.0 k R4 100 D2 1N4148 D1 1N4148 Red Dual Color T 1 3/4 LED Red - PTT Yel - FSK R7 C3 10 uf R9 4.7 k LED C1 + U2 4N33 U1 4N33 1:1 600 ohm Audio Transformer :1 600 ohm Audio Transformer X2 3 6 Primary uF R10 2 meg Photo Darlington Opto-Isolator 1 4 C5.0047uF Primary 2 kk7uq Interface Model II - Schematic Diagram X1 1 R k R12 10 k C4 10 uf + Q1 2N3904 SW1 PTT Control (SPDT Ctr Off) Up - Auto Ctr - PTT Off Down - PTT On Tx Drive 1k pot Audio Taper 1 R8 3 SP 1 2 C2 1.0 uf AT 20 Audio Transducer 3.5mm Stereo Receptacle w/ switches J4 D3 D4 All resistors 1/4W 5% Tip Ring R6 51 R J5 1N Aud. Out Ret 5 Blu Ret Wht RJ45 Receptacle FSK Grn 3 Grn Ret Wht 2 PTT Org 1N Ret Brn Brn Wht 4 Mic Blu RJ45 Plug Org Wht From Xcvr Spkr Out (Alternate) From Xcvr To Xcvr To Xcvr To Xcvr Rig cable mating connector and wire colors shown for ref.

9 Interface-Schematik Audio-Pfad

10 PTT Steuerung AUDIO MONITOR

11 Soundkarten-Interface

12 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, kann jenen Pegel übersteigen welcher für ein sauberes Sendesignal notwendig ist PC-Töne können den Sender unerwünscht auftasten Echte PTT Steuerung ist betriebssicherer Ausnahme: die im Signal Link -Interface eingebaute VOX tastet zuverlässig ohne mögliche Übersteuerung des Sendepegels

13 Binäre Phasenumtastung - BPSK31 Phasenmodulation eines NF-Signals mit Baud dieses NF-Signal wiederum moduliert den SSB Sender über den Mikrofoneingang Phasenverschiebung 180 Grad (BPSK) Reduzierter Signalpegel am Phasenumkehrpunkt zur Reduzierung von Oberwellen Einsatz unterschiedlicher Kodelängen - häufig verwendete Buchstaben werden in kurze Zeichenblöcke verwandelt

14 PSK31 Signalkodierung 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.

15 Phasen Wechsel Phasen Wechsel 32 MS Hier: einem BPSK31 0 -Zyklus folgt eine weitere 0 IMD = Offset-Freq = 700 Hz Beachte: Signal entspricht einem 2-Ton

16 Phasenwechsel erfolgt an einer Stelle mit reduziertem Signalpegel

17 0 1 0 Phasen Wechsel KEIN Phasen Wechsel Phasen Wechsel Bit-Folge IMD -30dB

18 Spektrum BPSK31 Gutes Sendesignal Gemessene IMD -32 db Bandbreite 63 Hz

19 Spektrum BPSK31 Mäßig übersteuertes Signal Gemessene IMD -19 db Bandbreite 100 Hz

20 Spektrum PSK31 Stark übersteuertes Signal Gemessene IMD -11 db Bandbreite 150 Hz

21 EIN BPSK31 Zyklus ÜBERSTEUERT IMD -11 db

22 VERGLICHEN MIT GUTEM SIGNAL -32 db IMD

23 IMD -32 db, gutes Signal

24 IMD -18dB, übersteuertes Signal

25 IMD -11dB, extrem Übersteuert

26 PSK Signal, Grundlagen Ein sauberes Signal hat einen Klirrfaktor dritter Ordnung von - 24 db or besser Übersteuern des NF-Signals erhöht zwar die Ausgangsleistung, verringert aber die Lesbarkeit.

27 Einschränkung auf den SendeDurchgangsbereich Pegasus Tx 2.25 khz db F Hz

28 Einstellung des NF-Sendepegels Die Sendeleistung ergibt sich automatisch über einen korrekt abgeglichenen NF-Pegel. Es ergibt sich keine Signalverbesserung bei einem bereits übersteuerten NF-Pegel durch Rücknahme der Treiberleistung, dies reduziert nur die Leistung des unsauberen Sendesignals.

29 Einstellung des NF-Sendepegels Die Pegeleinstellung kann wie folgt vorgenommen werden: am PC, mit dem WAVE Regler am Interface, falls dort ein externer Regler vorhanden ist am TRX, mit dem Mike-GainRegler

30 PC Ausgang, Audioeinstellung - Der Lautsprecherausgang Liefert das erzeugte NFPSK Signal - WAVE und Volume Regler arbeiten zusammen - Alle anderen NF-Signale abschalten (Mute)

31 Pegeleinstellung mit einem Soundkarten - Interface Falls das Interface einen externen Regler aufweist diesen an Stelle des PC-Reglers für den Feinabgleich verwenden. Falls das Interface einen internen Regler aufweist, verwende den PCWAVE Regler zum Abgleich.

32 Transceiver Mike-Gain Grundsätzlich könnte der Mike-GainRegler auch zur Pegeleinstellung verwendet werden. Normalerweise ist dieser Regler für jedoch für den SSB-Betrieb optimiert und sollte deshalb auch bei PSK unverändert bleiben.

33 Wie viel Ausgangsleistung? Schutz der Endstufe durch Begrenzung auf 50% der spezifizierten CW-Ausgangsleistung NF-Kompressor ausschalten ALC-Meter sollte noch nicht ausschlagen

34 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 Ausgangsleistung von 25% (Mittelwert) oder 50% (Spitzenwert) der spezifizierten CW-Ausgangsleistung erzeugt wird. ALC-Meter sollte noch nicht ausschlagen.

35 Warum Leistung zurücknehmen? Das PSK Signal arbeitet im Leerlauf mit einem Einschaltdauer von 50%, bei Datenübertragung von 90 %. Der Audiopfad im Sendezweig muss sich linear verhalten (noch keine ALCBegrenzung, keine NF-Kompression). Andere digitale Modi arbeiten mit 100% Einschaltdauer

36 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 -30 db erreicht wird

37 IMD - Meter - Eigenständiges Gerät - Empfang des Sendesignals mittels Stabantenne - Signalverstärkung per Breitbandverstärker - Berechnung der IMD durch HüllkurvenAnalyse

38 DigitiModes Die Software

39 Software und deren Optionen zur Optimierung des PSK-Betriebs Makros QSO-Log Signalaufzeichnung (History) Mehrere Betriebsarten Transceiver-Steuerung via CAT Mehrere gleichzeitige EmpfangsFenster

40 Beispiel: MixW Software

41 MixW-Makros Vorbelegte Texte auf Tastendruck Beispiel Makro CQ <TX> CQ CQ CQ CQ DE KK7UQ KK7UQ KK7UQ CQ CQ CQ CQ DE KK7UQ KK7UQ KK7UQ CQ 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>

42 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>...

43 Makro W7WJK W7WJK DE KK7UQ KK7UQ QSO LOGGED AT 14:02:36z 16 Oct 2005 SK Makro <CALL> <CALL> DE <MYCALL> <MYCALL> QSO LOGGED AT <SAVEQSO> <TIME> <DATE> SK <RX> 73 Joe W7WJK de kk7uq sk Optimiertes Makro <NAME> <CALL> de kk7uq sk <SAVEQSO> <RXANDCLEAR>

44 Wasserfall oder Spektrum - 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

45 Wasserfall - Anzeige 500 Hz

46 Spektrum - Anzeige Das obige Spektrum zeigt ca. 35 db Empfangspegel, die harmonischen sind ca. -33dB gedämpft

47 Signal - Aufzeichnung (History) Leistungsmerkmal von MixW Speichert 20 Sekunden (oder mehr) des Soundkarten-Signals Aktivierung durch drücken der SHIFTTaste und Mausklick auf das gewünschte Signal Zeigt den dekodierten Text der letzten z.b. 20 Sekunden Tolle Sache bei der Suche nach QSO s

48 Eingebautes Logbuch QSO-Daten werden mittels Mausklick in das Logbuch übernommen Übernimmt die reale Frequenz bei Benutzung eines CAT-Interfaces Automatische Übernahme der Betriebsart Ermöglicht Datenexport zu anderen Logbüchern oder Cabrillo, bzw. mit anderen Programmen (z.b. DX-ATLAS) in Realzeit

49 MixW Logbuch - Einträge

50 Transceiver - Steuerung via CAT Software steuert und überwacht TRXFrequenz und Betriebsart Exakter Frequenz-Logbucheintrag In einigen Fällen kann die PTT-Steuerung auch über CAT-Kommandos erfolgen

51 Kombinierte CAT & Soundkarten-Steuerung (z.b. ICOM)

52 DigitiModes Die Praxis

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

54 Empfang Suchen nach CQ-rufenden Stationen: optimal mittels History-Funktion LOCK-Funktion um bei einer neuen Station die aktuelle Frequenz zu fixieren Funktion AFC ON im jeweiligen Menu Betriebsarten einschalten

55 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

56 Senden II Kompakte Makros Kurze Texte Kleinbuchstaben wo nur immer möglich Groß- gegenüber Kleinbuchstaben Kleinbuchstaben sind in der Kodetabelle kürzer, deshalb höhere Übertragungsrate

57 RST - R, Lesbarkeit R5 R4 R3 R2 R % Lesbarkeit 90-95% 75-90% 50-75% unter 50%

58 RST - S, Signalstärke Benutze die Spektrum-Anzeige zur Abschätzung des 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

59 RST- T, Ton - Qualität T9 T8 T7 T4 IMD -24 db oder besser IMD -20 db to -24 db IMD -15 db to -20 db IMD schlechter als -15dB

60 IMD Was ist IMD? Einen IMD Report abgeben Zu beachten Nimm die IMD-Abschätzung nicht ganz so ernst Nimm Deine Augen mit zu Hilfe

61 Was ist IMD? IMD Inter Modulation Distortion Bewertet die Linearität des AudioPfades des PSK Signals über Sender und Empfänger Ist als Anzeigeoption (für das empfangene Signal) meist in der PSK- Software enthalten

62 IMD Messung Die Stärke des Primärsignals, verglichen mit der dritten Harmonischen, ist hier -19 db, damit ist IMD auch -19 db

63 IMD - Report abgeben Beobachte die IMD-Messung (im MixW-Fenster rechts unten) Das zu bewertenden Signal muss im IDLE sein, also keine Textübertragung) Ermittle das S/N es sollte besser als 36 db sein um ein exaktes Ergebnis zu erzielen

64 Zu beachten Ist das S/N zu gering, so wird die IMD Abschätzung ungünstig ausgehen Ist das S/N zu hoch, so wird ein zu gutes IMD berichtet, da der Empfänger das Signal möglicherweise begrenzt, gegebenenfalls RF-Regelung zurücknehmen

65 Nimm die IMD - Abschätzung nicht ganz so ernst Sollte ein schlechtes IMD berichtet werden, z.b. -19 db : Gegenstation bitten, das S/N mittels der Spektrum-Anzeige abzuschätzen

66 Nimm Deine Augen zu Hilfe Falls das beobachtet Signal ein S/N und ein IMD von ca. -20 db haben: Falls das Signal sauber aussieht, d. h. gerade Flanken, keine erkennbaren seitlichen Splatter, dann ist das wirkliche IMD wahrscheinlich -24 db oder besser.

67 Gegenstation neben der eigenen Frequenz (I) Gelegentlich antworten Gegenstationen nicht auf der eigenen Sendefrequenz. Sendefrequenz jetzt nicht verändern sondern mit Verriegeln/ Lock die TX-QRG fixieren und (mittels Mausklick) auf der Frequenz der Gegenstation empfangen. Der Grund: möglicherweise eine aktivierte RIT-Funktion

68 Gegenstation neben der eigenen Frequenz (II) In einigen Fällen kann dies durch Taktabweichung der Soundkarte hervorgerufen werden. Verwende die Abgleichprozedur wie sie in SSTV-Programmen genutzt wird. Einige ältere Stationen arbeiten mit getrennten Sender/ Empfänger, möglicherweise wird dadurch der Frequenz-Split hervorrufen (sollte kleiner 5 Hz sein!).

69 DX-Praxis Falls eine gewollte Split -Funktion notwendig sein sollte: LOCK auf die Sendefrequenz und RX auf die DX Station: die Wasserfall-Anzeige unterstützt dabei diese Hantierung Starkes Signal, dabei schlechtes Mitschreiben: was zeigt der Tuning Indikator, möglicherweise liegt ein Multipfad Empfang vor KURZE Rufe

70 Tips & Tricks (DC1NF) CW-Filter zuschalten (geht bei manchen TRX auch im SSB-Modus) Beim Senden jede Form der NF-Freguenzgangkorrektur abschalten ( DSP-Filter) Verschwinden schwache Stationen beim Einsetzen eines besonders starken Signals: AGC auf Manuell und Handregelung

71 DigitiModes Weitere Modi

72 Weitere digitale Betriebsarten QPSK vs BPSK BPSK63 MFSK RTTY Hellschreiben

73 PSK31 - Varianten QPSK31 Quadratur vier Stati an Stelle von zwei ( Grad) BPSK63 doppelte Datenrate von BPSK31 Exzellent für Contestbetrieb vergleichbar mit RTTY, schneller Report-Austausch Unterstützt von MixW, Digipan and Anderen

74 BPSK63 Bandbreite IDLE IMD -29 db Bandbreite 130 Hz Verwende 200 Hz Nachbarsignal-Abstand

75 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

76 MFSK16 Vorteile: Sehr effizient bei QSO s über den langen Pfad und über die Pole Nachteil: Höhere Bandbreite, schwieriger Abzustimmen, sehr frequenzstabile RX/ TX sind Voraussetzung

77 MFSK16 Spektrogramm Spektrogramm eines MFSK16 Signals über einen Zeitraum von 20 Sekunden: die horizontalen Linien verkörpern 1000 Hz und 1300 Hz. Das Beispiel enthält insgesamt ca. 120 Zeichen, 60 davon sind Nutzzeichen (durch FEC Verwendung).

78 Abgleich MFSK16 Tonabstand: Hz Bandbreite: 230 Hz 15 Hz Genauigkeit bei der Frequenzeinstellung auf Signalmitte notwendig Verwende Sound History Verwende die AFC Funktion von MixW um auf das Signal zu verriegeln

79 Olivia interessanter neuer Mode Mehrfache Frequenzumtastung 32 Töne FSK Bandbreite 1000 Hz Andere Töne / Bandbreiten verfügbar Forward Error Correction (FEC) Datenrate vergleichbar einem normalen Maschinenschreiber ca. 24 WPM FEC-Puffer mit ca. 5 Sekunden Verzögerung Ausgezeichnet bei schlechtem S/N Nicht gestört durch Polar Flutter

80 Olivia Entwickelt von Pawel Jalocha SP9VRC Im Internet: Suche nach Signalen im Bereich von: to MHz Unterstützt von: MixW (2.16 or später) MultiPSK

81 Hellschreiben Weiche Methode Tastet die zu sendenden Buchstaben ab und sendet eine Kette von Punkten, welche als Bildpunkte die Zeichen verkörpern. Es wird ein Bild des Buchstabens empfangen 38 WPM Gut geeignet bei QRM oder über polare Übertragungsstrecken

82 Hellschreiben Daten ms pro Teilstrich Modus: Hellschreiben

83 Hellschreiben - Bandbreite Feld Hell ungefähr 500 Hz -30 db

84 Hellschreiben - Bandbreite Feld Hell ungefähr 500 Hz -30 db

85 RTTY 45.5 Baud FSK 170 Hz Shift 55 WPM Nur Großbuchstaben, keine Eingabekorrektur Schnelle Synchronisation, exzellente Contest-Betriebsart

86 RTTY 45.5 Baud Bandbreite db

87 CW 20 WPM 20 WPM Schmalbandig Variabler Längenkode (Morse) Exzellent für DX Noch akzeptables Mitschreiben mittels Computer möglich Klangbeispiel CW bei 20 WPM

88 CW bei 20 WPM CW Bandbreite bei 20 WPM db

89 Tabellarische Zusammenfassung Zeich/Sek WPM BW Hz QSO/3KHZ CW 20 WPM Feld Hell BPSK RTTY 45.5 Baud MFSK BPSK Die Werte basieren auf einem typischen Zwei-Wege-QSO mit englischem Text und der Annahme: 531 Buchstaben in 107 Wörtern incl. Leerzeichen. Mittelwert 6 Buchstaben pro Wort.

90 Special thanks to Clint Hurd kk7uq He gave me the permission to translate his excellent presentation into German: Hello Dieter Yes, you have my permission to translate the BC Presentation dated into German for ham radio (non commercial) use. Please me a copy. Good luck on your field day and presentation. 73, Clint Hurd KK7UQ DC1NF Mai 2007

91 DigitiModes Anlagen/ Ergänzungen

92 Ergänzungen

93 Ergänzungen Extrem übersteuertes PSK31- Signal

94 Fragen?