PSK Grundlagen Clint Hurd - kk7uq - übersetzt von Dieter Flasch - DC1NF Präsentiert anlässlich des

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PSK Grundlagen Clint Hurd - kk7uq - übersetzt von Dieter Flasch - DC1NF Präsentiert anlässlich des
PSK Grundlagen
  Clint Hurd – kk7uq
übersetzt von Dieter Flasch – DC1NF

  Präsentiert anlässlich des
Fieldday OV B05 in Bamberg,
      Bavaria, Germany
        17. Mai 2007
PSK Grundlagen Clint Hurd - kk7uq - übersetzt von Dieter Flasch - DC1NF Präsentiert anlässlich des
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
PSK Grundlagen Clint Hurd - kk7uq - übersetzt von Dieter Flasch - DC1NF Präsentiert anlässlich des
PSK31: Einführung
• Das PSK Signal
• Einstellung der Audio Pegel: die konser-
  vative oder die professionelle Methode
• Schnittstellen
• Software: Leistungsmerkmale & Tools
• Betrieb: Empfang, Senden, IMD, RST
• Andere digitale Modi
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Typische Konfiguration
für Soundkarten - Betrieb
PSK Grundlagen Clint Hurd - kk7uq - übersetzt von Dieter Flasch - DC1NF Präsentiert anlässlich des
Soundkarten – Interface
               - schematisch

      PC                                                             TRX
S                                 1 V Uss
o
u
       Mikrofon                                                Lautsprecher
n
                   1 V Uss                     ca. 10 mV Uss
d
k   Lautsprecher              Dämpfungsglied                   Mikrofon
a
r
                   + - 12 V                     „PTT“ Masse
t
e    Serielle SS               Pegelwandler                    PTT

    Betrieb mit der PC-Soundkarte, Blockschaltbild
PSK Grundlagen Clint Hurd - kk7uq - übersetzt von Dieter Flasch - DC1NF Präsentiert anlässlich des
Optimierung des
     Soundkarten-Interfaces
• Galvanische Trennung von Audio- und
  Steuerleitungen zwischen PC und TRX
• Regler zur TX-Pegeleinstellung
• Regler zur “Wasserfall”-Pegeleinstel-
  lung
• Zusätzlicher Audio-Monitor
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Soundkarten - Interface
PSK Grundlagen Clint Hurd - kk7uq - übersetzt von Dieter Flasch - DC1NF Präsentiert anlässlich des
PSK Grundlagen Clint Hurd - kk7uq - übersetzt von Dieter Flasch - DC1NF Präsentiert anlässlich des
PSK Grundlagen Clint Hurd - kk7uq - übersetzt von Dieter Flasch - DC1NF Präsentiert anlässlich des
Soundkarten-Interface
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
Binäre Phasenumtastung - BPSK31
• Phasenmodulation eines NF-Signals mit 31.25
  Baud – dieses NF-Signal wiederum moduliert
  den SSB Sender über den Mikrofoneingang
• Phasenverschiebung 180 Grad (BPSK)
• Reduzierter Signalpegel am Phasenumkehr-
  punkt zur Reduzierung von Oberwellen
• Einsatz unterschiedlicher Kodelängen - häufig
  verwendete Buchstaben werden in kurze
  Zeichenblöcke verwandelt
PSK31 Signalkodierung

• 31.25 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.
Phasen                    Phasen
     Wechsel                  Wechsel
                  32 MS

  Hier: einem BPSK31 “0”-Zyklus folgt
            eine weitere “0”
 IMD = -30dB @ Offset-Freq = 700 Hz
Beachte: Signal entspricht einem “2-Ton”
0               1             0

Phasen           KEIN         Phasen
Wechsel         Phasen        Wechsel
                Wechsel

          Bit-Folge “0-1-0”
              IMD -30dB
IMD -32 dB, gutes Signal
IMD -18dB, übersteuertes Signal
IMD -11dB, extrem Übersteuert
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.
Einschränkung auf den Sende-
     Durchgangsbereich
Einstellung des NF-Sendepegels
• Die Sendeleistung ergibt sich automa-
  tisch über einen korrekt abgeglichenen
  NF-Pegel.
• Es ergibt sich keine Signalverbesse-
  rung bei einem bereits übersteuerten
  NF-Pegel durch Rücknahme der
  Treiberleistung, dies reduziert nur die
  Leistung des unsauberen Sendesignals.
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-Gain-
    Regler
PC Ausgang, Audioeinstellung
- Der Lautsprecherausgang
  Liefert das erzeugte NF-
  PSK Signal
-“WAVE” und “Volume”-
 Regler arbeiten zusammen
- Alle anderen NF-Signale
  abschalten (Mute)
Pegeleinstellung mit einem
     Soundkarten - Interface
• Falls das Interface einen externen
  Regler aufweist …diesen an Stelle des
  PC-Reglers für den Feinabgleich ver-
  wenden.
• Falls das Interface einen internen
  Regler aufweist, verwende den PC-
  WAVE Regler zum Abgleich.
Transceiver Mike-Gain
• Grundsätzlich könnte der Mike-Gain-
  Regler auch zur Pegeleinstellung ver-
  wendet werden.
• Normalerweise ist dieser Regler für
  jedoch für den SSB-Betrieb optimiert
  und sollte deshalb auch bei PSK unver-
  ändert bleiben.
Wie viel Ausgangsleistung?
• Schutz der Endstufe durch Begrenzung
  auf 50% der spezifizierten CW-Aus-
  gangsleistung
• NF-Kompressor ausschalten
• ALC-Meter sollte noch nicht ausschla-
  gen
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 Ausgangs-
  leistung von 25% (Mittelwert) oder 50%
  (Spitzenwert) der spezifizierten CW-Aus-
  gangsleistung erzeugt wird.
• ALC-Meter sollte noch nicht ausschlagen.
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 ALC-
  Begrenzung, keine NF-Kompression).
• Andere digitale Modi arbeiten mit
  100% Einschaltdauer
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
IMD - Meter

- Eigenständiges Gerät
- Empfang des Sendesignals mittels Stabantenne
- Signalverstärkung per Breitbandverstärker
- Berechnung der IMD durch Hüllkurven-
  Analyse
Software und deren Optionen zur
 Optimierung des PSK-Betriebs
•   Makros
•   QSO-Log
•   Signalaufzeichnung (History)
•   Mehrere Betriebsarten
•   Transceiver-Steuerung via CAT
•   Mehrere gleichzeitige Empfangs-
    Fenster
Beispiel: MixW Software
MixW-Makros
• Vorbelegte Texte auf Tastendruck
• Beispiel Makro “CQ”
 
 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
 
• Optimiertes Makro “CQ”
  
 cq cq cq cq de kk7uq kk7uq kk7uq pse -k-
Makro “Start QSO”
W7WJK W7WJK W7WJK DE KK7UQ KK7UQ KK7UQ
 … (14 sec)
•   Makro “Start QSO”
        DE 
     …

W7WJK W7WJK de kk7uq (Clint) fb Joe … (10 sec)
• Optimiertes Makro “Start QSO”
     
      de kk7uq (Clint) fb  ...
Makro “73”
    73 W7WJK W7WJK DE KK7UQ KK7UQ QSO
    LOGGED AT 14:02:36z 16 Oct 2005 SK
•   Makro “73”                          73
      DE   QSO
    LOGGED AT    SK
    
73 Joe W7WJK de kk7uq sk
• Optimiertes Makro “73”
    73   de kk7uq sk
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
Wasserfall - Anzeige

      500 Hz
Spektrum - Anzeige

Das obige Spektrum zeigt ca. 35 dB Empfangspegel , die
“harmonischen” sind ca. -33dB gedämpft
Signal - Aufzeichnung (History)

• Leistungsmerkmal von MixW
• Speichert 20 Sekunden (oder mehr) des
  Soundkarten-Signals
• Aktivierung durch drücken der SHIFT-
  Taste und Mausklick auf das gewün-
  schte Signal
• Zeigt den dekodierten Text der letzten
  z.B. 20 Sekunden
• Tolle Sache bei der Suche nach QSO’ s
Eingebautes Logbuch
• QSO-Daten werden mittels Mausklick in
  das Logbuch übernommen
• Übernimmt die „reale“ Frequenz bei Be-
  nutzung eines CAT-Interfaces
• Automatische Übernahme der Betriebsart
• Ermöglicht Datenexport zu anderen
  Logbüchern oder Cabrillo, bzw. mit anderen
  Programmen (z.B. DX-ATLAS) in Realzeit
MixW Logbuch - Einträge
Transceiver - Steuerung via CAT

• Software steuert und überwacht TRX-
  Frequenz und Betriebsart
• Exakter Frequenz-Logbucheintrag
• In einigen Fällen kann die PTT-Steu-
  erung auch über CAT-Kommandos
  erfolgen
Kombinierte CAT &
Soundkarten-Steuerung
     (z.B. ICOM)
Betriebstechniken
•   Empfang
•   Senden
•   Groß- oder Kleinbuchstaben
•   RST abschätzen
•   IMD-Messung
•   DX-Praxis
•   Tips & Tricks (DC1NF)
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
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
Senden II

• Kompakte Makros
  – Kurze Texte
  – Kleinbuchstaben wo nur immer möglich
• Groß- gegenüber Kleinbuchstaben
  – Kleinbuchstaben sind in der Kodetabelle
    kürzer, deshalb höhere Übertragungsrate
RST - “R”, Lesbarkeit
•   R5   95 - 100% Lesbarkeit
•   R4   90 - 95%      „
•   R3   75 - 90%      „
•   R2   50 - 75%      „
•   R1   unter 50%     „
RST - “S”, Signalstärke

Benutze die Spektrum-Anzeige zur
Abschätzung des S/N
@ 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
RST- „T“, Ton - Qualität
•   T9   IMD -24 dB oder besser
•   T8   IMD -20 dB to -24 dB
•   T7   IMD -15 dB to -20 dB
•   T4   IMD schlechter als -15dB
IMD
• Was ist IMD?
• Einen IMD Report abgeben
• Zu beachten …
• Nimm die IMD-Abschätzung nicht
  ganz so ernst …
• Nimm Deine Augen mit zu Hilfe …
Was ist IMD?
• IMD – Inter Modulation Distortion
• Bewertet die Linearität des Audio-
  Pfades des PSK Signals über Sender
  und Empfänger
• Ist als Anzeigeoption (für das empfang-
  ene Signal) meist in der PSK- Software
  enthalten
IMD Messung

Die Stärke des Primärsignals , verglichen mit
der dritten Harmonischen, ist hier -19 dB,
damit ist IMD auch -19 dB
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
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 zurück-
  nehmen
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
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.
Gegenstation “neben” der eigenen
          Frequenz (I)

• Gelegentlich antworten Gegenstationen
  nicht auf der eigenen Sendefrequenz.
  Sendefrequenz jetzt nicht verändern son-
  dern mit „Verriegeln/ Lock” die TX-QRG
  fixieren und (mittels Mausklick) auf der
  Frequenz der Gegenstation empfangen.
• Der Grund: möglicherweise eine aktivierte
  RIT-Funktion
Gegenstation “neben” der eigenen
          Frequenz (II)
• In einigen Fällen kann dies durch Taktabweichung
  der Soundkarte hervorgerufen werden. Verwende
  die Abgleichprozedur wie sie in SSTV-Program-
  men genutzt wird.

• Einige ältere Stationen arbeiten mit „getrennten“
  Sender/ Empfänger, möglicherweise wird dadurch
  der Frequenz-Split hervorrufen (sollte kleiner 5 Hz
  sein !).
DX-Praxis
• Falls eine gewollte “Split”-Funktion notwendig
  sein sollte: LOCK auf die Sendefrequenz und RX
  auf die DX Station: die Wasserfall-Anzeige unter-
  stützt dabei diese Hantierung
• Starkes Signal, dabei schlechtes Mitschreiben: was
  zeigt der Tuning Indikator, möglicherweise liegt
  ein „Multipfad Empfang“ vor
• KURZE Rufe
Tips & Tricks (DC1NF)
• CW-Filter zuschalten (geht bei manchen
  TRX auch im SSB-Modus)
• Beim Senden jede Form der NF-Freguenz-
  gangkorrektur abschalten ( DSP-Filter)
• „Verschwinden“ schwache Stationen beim
  Einsetzen eines besonders starken Signals:
  AGC auf Manuell und „Handregelung“
Weitere digitale Betriebsarten
•   QPSK vs BPSK
•   BPSK63
•   MFSK
•   RTTY
•   Hellschreiben
PSK31 - Varianten
• QPSK31 – Quadratur – vier Stati an Stelle
  von zwei (0 90 180 270 Grad)
• BPSK63 – doppelte Datenrate von BPSK31
  – Exzellent für Contestbetrieb – vergleichbar mit
    RTTY , schneller Report-Austausch
  – Unterstützt von MixW, Digipan and Anderen
  – Klangbeispiel BPSK63
BPSK63 Bandbreite
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
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
• Klangbeispiel MFSK16
MFSK16 Spektrogramm
Abgleich MFSK16
• Tonabstand: 15.33 Hz
• Bandbreite: 230 Hz
• 15 Hz Genauigkeit bei der Frequenzein-
  stellung auf Signalmitte notwendig
• Verwende “Sound History”
• Verwende die AFC Funktion von MixW um
  auf das Signal zu verriegeln
Olivia – interessanter neuer Mode
 • Mehrfache Frequenzumtastung
 • 32 Töne FSK
 • Bandbreite 1000 Hz
 • Andere Töne / Bandbreiten verfügbar
 • Forward Error Correction (FEC)
 • Datenrate vergleichbar einem normalen Ma-
   schinenschreiber – ca. 24 WPM
 • FEC-Puffer mit ca. 5 Sekunden Verzögerung
 • Ausgezeichnet bei schlechtem S/N
 • Nicht gestört durch “Polar Flutter”
Olivia
Entwickelt von Pawel Jalocha SP9VRC
• Im Internet:
  – http://groups.yahoo.com/group/oliviadata/
• Suche nach Signalen im Bereich von:
  – 14.104 to 14.108 MHz
• Unterstützt von:
  – MixW (2.16 or später)
     • http://www.mixw.net/
  – MultiPSK
     • http://multipsk.eqth.org/
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
• Klangbeispiel Hellschreiben
Hellschreiben

Daten 1-0-1   5 ms pro Teilstrich
Modus: Hellschreiben
Hellschreiben - Bandbreite
Helleschreiben - Bandbreite
RTTY
• 45.5 Baud
• FSK 170 Hz Shift
• 55 WPM
• Nur Großbuchstaben, keine
  Eingabekorrektur
• Schnelle Synchronisation, exzellente Con-
  test-Betriebsart
• Klangbeispiel RTTY
RTTY – 45.5 Baud
CW 20 WPM
• 20 WPM
• Schmalbandig
• Variabler Längenkode (Morse)
• Exzellent für DX
• Noch akzeptables Mitschreiben mittels
  Computer möglich
• Klangbeispiel CW bei 20 WPM
CW bei 20 WPM
Tabellarische Zusammenfassung

                 Zeich/Sek     WPM         BW Hz     QSO/3KHZ
CW 20 WPM              1.64     19.8          100            12
Feld Hell              3.12     37.8          500             9
BPSK31                 4.25     51.4          100            30
RTTY 45.5 Baud         4.54     54.9          400             9
MFSK16                 4.83     58.4          300            10
BPSK63                 8.50    102.8          200            15

Die Werte basieren auf einem typischen Zwei-Wege-QSO mit eng-
lischem Text und der Annahme: 531 Buchstaben in 107 Wörtern incl.
Leerzeichen. Mittelwert 6 Buchstaben pro Wort.
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
     16.10.2006 into German for ham radio (non commercial) use. Please
     email me a copy. Good luck on your field day and presentation.

     73, Clint Hurd KK7UQ

DC1NF Mai 2007
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