PSK31

Met PSK31 op de korte golf

Om gelijk maar met de deur in huis te vallen; m’n eerste bevestigde DX in de PSK31 mode was van Nestor uit Buenos Aires.

De verbinding werd op de 15 meter band gemaakt op 22 juni 2004 (QRG was 21.082 MHz). Op zich niet zo bijzonder natuurlijk.
Hoewel, als je nagaat dat de verbinding met zo’n 20 Watt hoogfrequent en een dipooltje onder de dakpannen gemaakt werd ga je hier toch iets genuanceerder over denken. Mijn signaal kwam S599 in Argentinië binnen. Voor amateurs die al langer met PSK31 hebben gewerkt niets bijzonders. Voor mij blijft het toch een klein wondertje dat die smalbandige PSK signaaltjes de Atlantische Oceaan probleemloos blijken te overbruggen, hierbij wel geholpen door die grote spiegel boven ons (die vrije electronen in de ionosfeer).

Dat PSK31 een echte QRP mode is laten simulaties met b.v. het programma NTIA/ITS zien; hiernaast is afgebeeld hoe groot de kansen waren om een PSK31 verbinding met 5 Watt (!) in de 40 m band in februari 2001 om 16 uur UTC te maken. De PSK31 transceiver ” under test ” staat hier in Duitsland opgesteld. De kans om een QRP-verbinding binnen Europa te maken was 90% (rode gebied). Zoals te zien is zijn ook delen van Australië, Nieuw Zeeland en Oceanië met wat geluk bereikbaar (gele delen; 75%) ! .Dit soort platen maakte me toch wel erg nieuwsgierig naar de PSK31 mode. Tijd om wat informatie te verzamelen en zelf QRV te gaan op PSK31 !

PSK31, inleiding

PSK31 is een – van RTTY afgeleide – modus die rond 1999 ontwikkeld is door Peter Martinez, G3PLX. PSK staat voor Phase Shift Keying. Daar waar andere modes gebruik maken van in- en uitschakelen van de draaggolf (CW), variëren van de draaggolffrequentie (FM), of verschuiven van de draaggolf (FSK) wordt bij PSK31 geen kostbaar zendvermogen verknoeid.

BPSK (Binary Phase Shift Keying) wordt opgewekt door het omwisselen van de polariteit van de draaggolf.

Dit gebeurt met ‘ sleutelsnelheid ‘ van 31,25 baud, in theorie is de bandbreedte van het BPSK31 signaal 31,25 Hz (!).

Om ‘life QSO’s’ te maken is de gekozen bitrate toch wel een minimum, deze bandbreedte is veel kleiner dan bij welke andere telegrafiemode dan ook.

De snelle klik die door de omwisseling ontstaat zorgt voor een relatief breed spectrum, het signaal moet daarom nog wel tot een minimum bandbreedte gefilterd worden.

Na filtering onstaat eigenlijk een dubbelzijbandsignaal (DZB) met onderdrukte draaggolf (“tweetoon signaal”), het RTTY signaal is ook zo’n tweetoon signaal waarbij de twee banden een grotere frequentiescheiding kennen.

Het efficiënte PSK31 signaal in beeld

Naast de 31,25 Hz bandbreedte is het gebruik van de Varicode een karakteristiek van deze modus. De code is door Peter Martinez ontwikkeld en het is eigenlijk een uitbreiding van de morsecode; de tekenlengte is variabel. De gemiddelde tekenlengte is 6,5 bits per teken. Het Varicode alfabet heeft Peter afgeleid uit een groot aantal Engelse teksten.

De veel gebruikte ‘ e ‘ heeft als code 11 (kort dus). Het minder vaak voorkomende [ teken heeft de code 111110111. Nuttig om te weten: Als gevolg van de opbouw van het Varicode alfabet is de transmissiesnelheid van kleine letters tweemaal zo groot als die van de hoofdletters. Om Varicode uit te zenden met een snelheid van ongeveer 50 woorden per minuut is een bitrate van ca 32 bits per seconde nodig. Het getal 31,25 is gekozen om dat een signaal met deze frequentie makkelijk af te leiden is uit het 8 KHz sampling signaal van DSP systemen. Gebleken is dat 31,25 Hz een acceptable bandbreedte is om ‘ life QSO’ s ‘ te maken (“chatten”).

PSK31 signalen zijn vaak te horen op de volgende frequenties (in 2004 nog geen officieel geaccepteerd bandplan):

Een afgeleide van BPSK31 is QPSK31 (Quaternary Phase Shift Keying), ten opzichte van het BPSK31 signaal heeft het QPSK31 signaal een verdubbelde informatiecapaciteit zonder dat de bandbreedte en snelheid verdubbeld is. Er wordt een tweede draaggolf (in fase verschoven) toegevoegd, de prijs die betaald moet worden is het feit dat het beschikbare zendvermogen over de beide kanalen verdeeld moet worden. In de praktijk is QPSK overigens twee maal zo kritisch m.b.t. het afstemmen (binnen 4 Hz nauwkeurig). Voor oudere ontvangers dus geen optie.

Twee stations beginnen vaak in BPSK en schakelen naar QPSK over als de condities dat toelaten. De ontwerper heeft er overigens vanaf gezien om foutcorrectie (zoals in de PACTOR modus) in te bouwen, de foutcorrectie zou de transmissie flink vertragen wat het maken van tweewegcontacten sterk in de weg zou staan. Inbreken – zoals in ‘ live QSO’s ‘ gebruikelijk – zou ook niet meer mogelijk zijn.

Werken met PSK31

Voor gewoon PSK gebruik moet een transceiver die netjes lineair versterkt ter beschikking staan. Verder is een PC met minimaal 16 MB werkgeheugen en een processorsnelheid van zo’n 100 MHz nodig. De geluidskaart moet een 16 bits zijn. Geen extreme eisen toch ? Zelf gebruik ik een Siemens Celeron 266 MHz met 64 MB werkgeheugen.

De PSK31 software werkt hier uitstekend mee samen, de keuze voor PSK31 software is inmiddels erg groot. Voor Windows, DOS of Linux gebruikers is er voldoende te vinden. Zoek maar eens bij Google met “PSK31 AND software” als trefwoord. Ik heb de keuze op MixW laten vallen. Dit is geen freeware of shareware, het is wel een schitterend programma waarmee werken met de digimodes een peulenschil wordt. (Naast PSK31 zijn er modes als RTTY, CW, PSK63, QPSK31, Throb, Pactor, Hell, Fax). Het watervaldisplay vervult een centrale rol in het selecteren van signalen.

In de impressie van het werkveld van MixW hieronder kun je zien dat er zo’n acht PSK31 signalen in een 2 KHz breed bandje te vinden zijn. Als je dit signaal door je koptelefoon hoort kun je misschien 2 afzonderlijke PSK signalen onderscheiden.

Soms hoor je alleen ruis, maar op het watervaldisplay zijn er duidelijke PSK31 signalen te zien. En 1 klik op zo’n spoor (diep in de ruis) genereert leesbare tekst. Pure magie als je dat voor het eerst ziet:

MixW heeft ook een ingebouwd logboek. Erg handig. Je QSO’s worden zo automatisch geteld. Daarnaast maken macros het mogelijk standaardteksten te programmeren. In het voorbeeld hierboven is onder de “CQ CQ”-knop de tekst ingebracht die in het ontvangstscherm (bovenste scherm) in het rood en in het zendscherm als zwarte tekst zichtbaar is. Erg handig is dat in de macro’s zaken als UTC, callsign tegenstation en Log # meegenomen kunnen worden. Zo kun je dan onder je “BYE”- knop een stukje tekst maken die automatisch, UTC en Log # genereert. Erg handig. Ook voor het tegenstation. Vergeet niet de cursor achter het laatste karakter in het zendscherm te plaatsen, anders stopt je uitzending ergens in het midden van een zin (daar waar de cursor op dat moment staat). Is mij meerdere malen overkomen.

Ik heb ervoor gekozen de interface tussen de kortegolf transceiver en PC voor de stuursignalen via de parallel-poort (die was nog ongebruikt) te laten lopen volgens het schema hiernaast. De componentjes heb ik in de 25-polige D-connector weggewerkt. De 2N4401 kennen we niet echt in Europa dus hiervoor heb ik, succesvol, een BC547B gebruikt. Van de ‘paddle’ voorziening heb ik geen gebruik gemaakt. Wel even de parallelpoort selecteren in de setup van het programma ! Koppeling via de seriële poort kan ook. Zie hiervoor de info bij ‘ hardware ‘ op de MixW site: www.mixw.net

Het hele signaaltraject van microfooningang tot en met eindtrap moet lineair ingesteld staan. Als er te grote signalen aan de microfooningang worden aangeboden zal het ingangscircuit van de transceiver overstuurd raken. De vervorming wordt netjes lineair meeversterkt en het HF PSK signaal zal tot 10 maal (!) breder zijn dan gebruikelijk. Alle voordelen van de PSK mode zijn dan als sneeuw voor de zon verdwenen. In het watervaldisplay zie je regelmatig deze brede signalen, die overigens meestal wel te decoderen zijn. De oplossing is het correct verzwakken van het signaal dat de geluidskaart verlaat, met het weerstandsnetwerkje (1 op 100 spanningsdeler). Hieronder is aangegeven hoe dat eruit ziet !

De audiosignalen zijn op de hierboven geschetste manier doorgelust. Afgeschermd snoer gebruiken ! Voor de twee weerstanden heb ik overigens een potmeter gebruikt van 4K7. Hierdoor is het mogelijk, met de Windows volumeregelaar, om elke gewenste TX output in te stellen. Doorgaans gebruik ik zo’n 20-30 Watt aan HF vermogen. Meer dan voldoende voor normaal gebruik. Het signaal dat van de LINE OUT van de soundcard via de potmeter wordt direct op de (gevoelige) MIC ingang van de transceiver aangesloten.

Het was nog wel even spannend of mijn oude TS515 buizentransceiver uit 1972 voldoende frequentiestabiliteit bood om PSK31 signalen te behappen. Het handboek geeft voor de kortetermijn stabiliteit 10 Hz op (na 30 minuten te zijn ingeschakeld). 8 Hz is de PSK31 aanbeveling. Na enige maanden met PSK31 te hebben gewerkt (zo’n 100 PSK31 QSOs eind juli 2004, vooral binnen Europa en Eurazië) kan ik concluderen dat e.e.a. prima samenwerkt. De Japanse ontwerpers van weleer kunnen met terugwerkende kracht extra trots op hun product zijn.

Inverted V dipool voor de 40, 20, 15 en 10 m band onder de pannen (in de nok hangt de balun).

Overigens is het ook aan de ingebouwde AFC (Automatic Frequency Control) functie van MixW te danken dat mijn tegenstations automatisch op m’n signaal kunnen ‘locken’. Maar het gaat niet altijd goed. Soms wordt de 10 Hz stabiliteit (kort na inschakelen van de set) niet gehaald en moet het tegenstation opnieuw op mijn spoor klikken.

QPSK31 met een 4 Hz eis kan ik wel vergeten!

Met dank aan Ron van den Brink, callsign PH0RF uit Zoetermeer voor dit artikel