PSK31

PSK31 o " Phase Shift Keying , 31 Baud ", también BPSK31 y QPSK31 , es un modo de radioteletipo generado por tarjeta de sonido de computadora popular, utilizado principalmente por operadores de radioaficionados para realizar chats de teclado a teclado en tiempo real , con mayor frecuencia utilizando frecuencias en las bandas de radioaficionados de alta frecuencia (cerca de la onda corta ). PSK31 se distingue de otros modos digitales en que está específicamente sintonizado 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 potencia relativamente baja (5 vatios ) se comuniquen globalmente utilizando la misma propagación de onda ionosférica utilizada por las estaciones de radio de onda corta .

El PSK31 fue desarrollado y bautizado por el radioaficionado inglés Peter Martínez ( indicativo 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 modulación por desplazamiento de frecuencia tradicional, la información se transmite mediante patrones de inversión de polaridad (a veces llamados desplazamientos de fase de 180 grados). PSK31 fue recibido con entusiasmo y su uso se extendió rápidamente por todo el mundo, dando una nueva popularidad y tono a la conducción en el aire de las comunicaciones digitales. ^{[ cita requerida ]} Debido a la eficiencia del modo, se volvió, y sigue siendo, especialmente popular entre los operadores cuyas circunstancias no permiten la instalación de grandes sistemas de antena, el uso de alta potencia o ambos.

Una muestra de transmisión PSK31

enviado como PSK31 (QPSK).

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Un operador PSK31 normalmente utiliza 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 ligero trino. Luego, este sonido se envía a través de un conector de micrófono (que utiliza un atenuador resistivo intermedio para reducir la potencia de salida de la tarjeta de sonido a los niveles del micrófono) o una conexión auxiliar al transceptor, desde donde 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 de "modulación por desplazamiento de fase"), formando los códigos de caracteres. Estos cambios de fase cumplen la misma función que los dos tonos utilizados en los sistemas RTTY tradicionales y similares.

Para decodificar PSK31, el silbido de audio recibido desde la salida de auriculares del transceptor se introduce en 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 fue desarrollado para usarse 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, una computadora se puede usar para 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, bastará con una computadora vieja y algunos cables, y muchas aplicaciones de software PSK31 son gratuitas y de código abierto . Muchos operadores ahora usan un dispositivo de interfaz/módem disponible comercialmente (o "nomic" ^{[ cita requerida ]} ) entre sus computadoras y radios. Estos dispositivos incorporan la adaptación de impedancia y el ajuste del 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 generalmente usan transformadores de aislamiento tanto en las rutas de audio de envío como de recepción para eliminar el zumbido causado por bucles de tierra. Muchas interfaces también incorporan su propia tarjeta de sonido y pueden alimentarse y ejecutarse desde la computadora a través de una única conexión USB. Algunos transceptores modernos tienen estas interfaces incorporadas, requiriendo solo una conexión USB desde la computadora a la radio.

Al igual que otros modos digitales de banda estrecha , el PSK31 puede superar a menudo las interferencias y las malas condiciones de propagación en situaciones en las que fallan la voz u otros métodos de comunicación. Sin embargo, el PSK31 fue diseñado únicamente para uso recreativo por parte de aficionados y, debido a su velocidad relativamente lenta y su limitado control de errores , no es adecuado para transmitir grandes bloques de datos o texto, o datos críticos que requieran una alta inmunidad a los errores.

La PSK31 funciona bien en rutas de propagación que preservan la fase y resiste bien el desvanecimiento ( QSB ). Sin embargo, puede verse afectada negativamente por modos de propagación (como rutas transpolares), donde el "aleteo" auroral o el multitrayecto pueden alterar la continuidad de la fase de la señal. En tales casos, el uso de QPSK (ver a continuación) suele ser beneficioso.

Algunos programas admiten las variantes PSK10 y PSK05, que funcionan 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, el PSK63 se utiliza cada vez más para intercambios más rápidos, especialmente durante las competiciones de radioaficionados .

El código PSK31 se crea generalmente 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 utilizada, BPSK31, la información binaria se transmite ya sea mediante un desplazamiento de fase de 180 grados (un "cero" binario) o sin desplazamiento de fase (un "uno" binario) en cada intervalo de símbolo de 32 ms. El desplazamiento de fase de 180 grados para un código de bit "cero" se produce en 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 amplificación posterior de la señal debe ser lineal para preservar la forma de onda de modulación y garantizar un ancho de banda ocupado mínimo. 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 automático de nivel (ALC) y deshabilitar cualquier compresión de audio o procesamiento de voz.

El código varicode es un tipo de código de Fibonacci en el que 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 tienen las codificaciones más cortas, mientras que los caracteres más raros utilizan codificaciones más largas. Llamó a este esquema de codificación " varicode ".

La velocidad de símbolo de 31,25 Hz de PSK31 fue elegida porque una velocidad de escritura normal de alrededor de 50 palabras por minuto requiere una velocidad de bits de alrededor de 32 bits por segundo, y específicamente porque 31,25 Hz podría derivarse fácilmente de la frecuencia de muestreo de 8 kHz utilizada en muchos sistemas DSP , incluidos los utilizados en las tarjetas de sonido de computadora comúnmente utilizadas para el funcionamiento de PSK31 (31,25 Hz es 8 kHz dividido por 256, y por lo tanto puede derivarse de 8 kHz dividiendo la frecuencia a la mitad ocho veces seguidas).

El uso coloquial del término "PSK31" en radioaficionados generalmente implica el uso de la variante más comúnmente utilizada de PSK31: modulación 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; QPSK31 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 operando a la misma potencia, lo que hace que QPSK31 sea el modo generalmente preferible desde el punto de vista de la robustez y, por lo tanto, del alcance.

El uso de cuatro puntos de constelación en lugar de dos proporciona el doble de velocidad 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 utiliza QPSK, después de codificar en varicode , los bits de la señal de datos binarios están sujetos a un código de canal de velocidad 1/2, lo que significa que para cada bit de información, se calculan y transmiten dos bits de código. Para ello, se utiliza un código convolucional con una longitud de restricción de 5 (es decir, se incorporan los últimos cinco bits de la entrada para seleccionar dos bits de salida por bit de entrada).

Los bits resultantes se asignan a un conjunto cuaternario de fases. En el receptor, se debe utilizar un decodificador para el código convolucional, normalmente el algoritmo de Viterbi , que es capaz de 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 retraso de decodificación de 5 símbolos, que corresponde a 160 ms de retraso.

La eficiencia y el ancho de banda estrecho del PSK31 lo hacen muy adecuado para operaciones de banda congestionada y de bajo consumo . Los contactos del PSK31 se pueden realizar con una separación de menos de 100 Hz, por lo que con una operación disciplinada se pueden realizar al menos veinte contactos simultáneos del PSK31 uno al lado del otro en el ancho de banda de 2,5 kHz necesario para un solo contacto de voz SSB.

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 PSK31 generalmente utilizan la banda lateral superior (USB), incluso en frecuencias inferiores a 10 MHz, donde la convención normalmente exige una banda lateral inferior. Esto se debe a que (a) las señales se propagan hacia arriba en la sección de modos digitales desde la frecuencia "base" y (b) el uso de QPSK requiere que ambas estaciones utilicen la misma banda lateral.

* El uso actual a partir de 2010, basado en observaciones, se centra en 7.070,15 y 21.070,15. 7.035,15 se usa comúnmente en la Región 2 a partir de 2012. No existe una lista autorizada, ya que las frecuencias se determinan por convención común.

** PSK ha pasado de 18.100 a 18.097 debido al uso de la frecuencia 18.100 por parte de FT8 a partir de noviembre de 2019.

El plan de banda de la Región 1 de la 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 ex URSS es ahora de 7.000 a 7.040. La Región 2 (las Américas) se incorporó 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.

• 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 alta frecuencia de la ARRL . Newington, CT: The American Radio Relay League . ISBN 0-87259-823-3.{{cite book}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )
• Meltz, Steve "Los nuevos modos digitales de alta frecuencia: PSK31", QST , abril de 1999, págs. 50-51
• Martínez, Peter. [1] "PSK31: Un nuevo modo de radioteletipo". RadCom , diciembre de 1998, actualizado en febrero de 1999

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con PSK .

• La página oficial de PSK31
• Configuración y funcionamiento del PSK31 | Guía del PSK31
• Lista de discusión por correo electrónico de PSK31 con concursos, reseñas de aplicaciones y más