New mode PSK-31

На этой странице приведена статья, опубликованная в журнале "Радио" №12 за 2001 год (стр.62-64). В ней изложены основы PSK-31 и даны рекомендации для радиолюбителей решивших попробовать свои силы на поприще PSK-31.

ПОЗНАКОМЬТЕСЬ - РSК-31
Владимир КОНОНОВ (UА1АСО)

С давних времен радиолюбители, наряду с другими видами связи, использовали буквопечатающий телеграф (RTTY), но техника и технологии не стоят на месте, и в последнее время, с развитием вычислительной техники, программного обеспечения и интегральных микросхем, появились новые виды связи. Одним из них является РSК-31. Этот вид связи вобрал в себя, по сути, самую современную технологию обработки и передачи сигналов в эфире, хотя внешне он и напоминает работу в режиме RTTY. Именно поэтому новые программы для работы в режиме РSК-31 появляются в последнее время почти каждый месяц.

Огромный вклад в развитие РSК-31 внесли SP9VRC и G3PLX. Первые опыты работы в режиме РSК-31 (SP9VRC) были основаны на использовании относительно дорогих интегральных микросхем цифровой обработки сигнала (DSP). Поистине "революционным" шагом явилось создание СЗРLХ для персонального компьютера со звуковой картой программы, реализующей обработку цифровых сигналов. Эта программа (РSК31SBW) вызвала невиданный всплеск активности радиолюбителей, интересующихся РSК-31. Действительно, для работы в эфире оказались необходимы лишь стандартный SSB-трансивер, компьютер, в состав которого входит звуковая карта, и несколько проводников, соединяющих компьютер и трансивер!
Эта аппаратура сегодня есть почти у каждого радиолюбителя. Проработав в эфире более 30 лет, я был свидетелем появления многих новых видов связи, но даже в период бурного внедрения однополосной модуляции (SSВ) в радиолюбительскую практику не было такого огромного количества станций, впервые появляющихся на диапазоне в новом режиме РSК-31. Что же дало такой сильный толчок в развитии этого вида связи? Чем вызвана бурная актив-ность радиолюбителей? Здесь можно назвать несколько причин.
Во-первых, как было сказано, появление программы РSК31SBW. Великолепное описание к программе на русском языке, подготовленное российскими радиолюбителями RV3DBL (Михаил) и RAA3DOA (Андрей), позволяет изучить все особенности работы в режиме РSК-31 и выйти в эфир за минимальное время и без особых трудностей.
Во-вторых, забегая несколько вперед, заметим, что благодаря удивительным особенностям РSК-31, сигнал, излучаемый передатчиком, занимает а эфире полосу всего 31 Гц. Это позволяет использовать на приемной стороне очень узкополосные фильтры. Соответственно, намного улучшается соотношение сигнал/шум - извечная проблема на радиотрассах. Скажу честно, я был просто поражен, когда впервые увидел на своем мониторе принимаемый текст, а сигнала в наушниках... не слышал!!! Встроенная в программу цифровая обработка сигнала позволила "вытащить" сигнал из под шумов. Конечно, выглядело это фантастически, не реально!
В-третьих, появилась возможность работать в эфире с маленькой или средней мощностью передатчика, что и делают операторы большинства станций в режиме РSК-31. Использование небольшой мощности обусловлено значительным улучшением соотношения сигнал/шум на приемной стороне. Даже и при QRP сигналы читаются четко и без проблем.
В-четвертых (и это тоже немаловажное обстоятельство), РSК-31 позволяет работать в режиме "чата", как это широко практикуется в Интернете.
Рассмотрим подробнее, на чем же основан этот удивительный вид связи, пользующийся в последние три года такой популярностью. Вдаваться глубоко в технические "дебри" мы не будем, но тем не менее упомянем ключевые особенности. PSK (Phase Shift Keying) переводится как фазовое "ключевание" (манипуляция). Действительно, здесь, в отличие от частотной манипуляции в режиме RTTY используется более узкополосная и помехоустойчивая фазовая манипуляция. В совокупности с применением специальных мер (сглаженный косинусоидальный сигнал) удалось при скорости передачи 31,25 Бод получить полосу излучения в 31 Гц! Эта скорость тоже выбрана не случайно. Она оптимально подходит для печати на клавиатуре компьютера.
Процесс передачи выглядит так:
при нажатии на клавишу клавиатуры компьютера в эфир излучается сигнал передатчика, изменяющийся по фазе в соответствии с определенной кодовой комбинацией (амплитуда сигнала при этом тоже не остается постоянной).
Теперь о кодировке символов. Все передаваемые символы закодированы определенным кодом. Он напоминает азбуку Морзе или кодировку символов в RTTY но в отличие от азбуки Морзе используются логические 0 и 1,а в отличие от RTTY коды имеют переменную длину. Это означает, что часто встречающимся символам присвоены более короткие кодовые комбинации, чем и достигается более высокая скорость передачи в режиме РЗК-31 по сравнению с RTTY Таблицу кодировок здесь приводить не будем. Она дана в Интернете на сайте журнала "Радио" . Ее не надо знать, как азбуку Морзе, поскольку компьютер все дешифрует сам и выведет на экран монитора. Скажем лишь, что таблица содержит все буквы (строчные и прописные) латинского алфавита, служебные символы и дополнительно коды для национальных языков. Так что проблемы при передаче на русском языке обычно не возникает, если у корреспондента ис-пользуется такая же кодировка.
Закодированный программой символ, соответствующий нажатой клавише, в виде сигнала звуковой частоты поступает на микрофонный вход передатчика (режим SSB) и излучается в эфир. На приемной стороне с низкочастотного выхода приемника сигнал поступает на компьютер, где происходит его цифровая обработка, и декодированный символ выводится на дисплей компьютера. Такова, вкратце, "техника" передачи сигналов РSК-31. Как видим, ничего сложного для оператора в ней нет.
А теперь об особенностях РSК-31. Как известно, чем шире полоса пропускания приемника, тем хуже соотношение сигнал/шум. В данном случае мы можем использовать минимально возможную полосу (для сравнения вспомним, что в режиме RTTY она должна быть 300...500 Гц, а в режиме SSB около 3000 Гц), а значит, и во много раз улучшить соотношение сигнал/шум. Это, в свою очередь, позво-лит уменьшить мощность передатчика при неизменной достоверности передаваемой информации. Конечно, работа с такой узкой полосой имеет и свои особенности. На длинных трассах, особенно полярных, в дни солнечного возмущения возможно ухудшение связи на РSК-31. Связано это с тем, что возмущенная ионосфера создает так называемый "дрожащий фединг". Все, наверное, слышали о связях через "аврору" и представляют, как выглядит телеграфный сигнал, превращающийся из чистого тонального в шумоподобный, или характерный "дрожащий" сигнал SSB. Как следствие, спектр сигнала расширяется, и преимущества РSК-31 по сравнению с другими, широкополосными видами связи, в этом случае теряются.
Поскольку в режиме РSК-31 происходит компьютерная обработка сигнала, появилась возможность дополнительно к узкополосному фильтру приемника встроить в программу обработки второй, вспомогательный (программный) фильтр, что еще более улучшает качество приема. Интересный момент, а по сути, тоже особенность этого режима: так как на компьютер подается звуковой сигнал с выхода НЧ приемни-ка, то при использовании широкополосного фильтра (3000 Гц) программа позволяет наблюдать своеобразную па-нораму принимаемых сигналов (как в панорамных приставках) и, более того, производить прием сразу нескольких десятков станций одновременно!!!
Нет пределов совершенству, и в нашем случае даже такой молодой вид связи, как РSК-31, постоянно совершенствуется. Основной вариант РSК-31 называется ВРSК. В нем передача сигналов производится изменением фазы сигнала на 180 градусов, каждый бит информации передается за 32 миллисекунды. Появилась более сложная разновидность РSК, позволяющая улучшить достоверность передаваемой информации - QРSК. В этом случае за те же 32 миллисекунды передаются уже два бита информации, но со сдвигом не в 180, а через 90 градусов. При передаче информация дополнительно кодируется, а на приемной стороне раскодируется с помощью программного декодера Витерби. Такой вариант еще более помехоустойчив в условиях федингов, но и требует более точной настройки на станцию. Поскольку информация при передаче не дублируется, а только дополнительно кодируется, то и время на передачу информации не увеличивается, а на приемной стороне необходимо лишь дополнительное время (640 миллисекунд) для раскодирования информации, т. е. имеет место небольшая задержка вывода информации, впрочем, реально не ощутимая.
При работе на РSК-31 используется стандартный режим SSВ трансивера, и в ВРSК даже не так важна используемая боковая (верхняя или нижняя) полоса, если только вы не проводите "скед" и нет договоренности о точной частоте проведения связи. А вот в режиме QРSК важно правильно выбрать боковую полосу и придерживаться общепринятых правил. В настоящее время подавляющее количество станций используют режим ВРSК, и только в сложных условиях переходят на QРSК. Но однозначно преимущества одного варианта перед другим определить сложно, так как все зависит от конкретных условий связи.
Вроде бы все просто, а самое главное, ничего нового, по сути, нет. Фазовая манипуляция известна очень давно, компьютеры появились не сегодня, SSВ трансиверы используются уже не один десяток лет. Почему же раньше не использовался любителями такой вид связи? Главная причина в стабильности частоты. В трансиверах прежних времен стояли параметрические задающие генераторы, а не синтезаторы, как теперь, и стабильность частоты оставляла желать лучшего. Технически этот вид связи, при полосе 31 Гц, без применения специальных мер, нельзя было реализовать в широкой практике. Да и в настоящее время трансиверы есть разные, поэтому в большинстве программ для режима РSК-31 предусмотрены дополнительные возможности автоматической подстройки частоты программным путем. Используются также и программные шумоподавители. Возможно даже использование широко распространенного (хорошо отлаженного) трансивера UW3DI.
Во всех случаях важно обратить внимание на стабильность гетеродинов трансивера и линейность передающего тракта. Необходимо уяснить, что при нестабильной частоте трансивера работа на РSК-31 (а особенно в режиме QРSК) превратится в муку и для вас и для вашего корреспондента, а при нелинейности передающего тракта полоса сигнала намного расширится. Настройка на станцию, работающую в режиме РSК-31, имеет свои особенности, и для ее облегчения предусмотрены различные вспомогательные программные опции и индикаторы. Для иллюстрации обратимся к рисунку, на котором изображен рабочий момент связи в эфире с использованием программы РSК31SBW версии VI .08 (на рисунке цифрами 3 и 4 обозначены соответственно приемное и передающее окна программы). Обычно в каждой программе имеется индикатор грубой настройки "водопад" (обозначен цифрой 2 на рисунке). Это панорамный индикатор с полосой обзора 100... 150 Гц, информация на котором построчно сдвигается сверху вниз (на рисунке видны сигналы двух принимаемых РSК станций). При точной настройке на частоту станции принимаемый сигнал, видимый в виде двух полосок, устанавливается на центральную риску "водопада". Есть и более точный индикатор в виде круга (на рисунке обозначен цифрой 1) с перемещающейся по этому кругу отметкой сигнала - вертикальной полоской (крестообразной в режиме QРSК). При точной настройке полоска должна стоять на нулевой отметке. При включенной программной автоматической подстройке частоты это происходит автоматически.

Теперь о линейности передающего тракта трансивера. При работе в режиме РSК-31 все ограничители сигнала и речевые процессоры должны быть отключены, а уровень модулирующего сигнала перед началом работы в эфире правильно выставлен. В противном случае ваш сигнал будет занимать не 31 Гц, а многие сотни герц или даже килогерцы. Учиты-вая, что для работы РSК выделены участки частот в единицы килогерц, можно представить, что будут чувствовать многие десятки станций, "ощущая" ваше соседство. "Не навреди..." - это золотое правило относится и к нам, радиолюбителям. Методика настройки очень проста. Необходимо передать в эфир сигнал настройки (клавиша F8 в программе РSК31SBW или кнопка TUNE на рисунке) и установить на выходе передатчика почти максимальную мощность (до срабатывания системы ALC передатчика). Уровень регулируется встроенным микшером программы Windows, тогда при передаче информации уровень выходного сигнала передатчика будет меняться только в меньшую сторону.
Изначально необходимо учесть, что чувствительность микрофонного входа трансивера составляет единицы милливольт, а выходной уровень звуковой карты компьютера может быть более 1 В, поэтому необходимо использовать простейший делитель напряжения (как ми-нимум 1:100) из двух резисторов. Делитель конструктивно лучше всего установить перед микрофонным гнездом трансивера , а провода, соединяющие трансивер с компьютером, желательно экранировать и заземлить в одной точке.
Использование современного программного обеспечения позволяет значительно улучшить сервисные возможности работы в эфире. В частности, во всех программах для работы в режиме РSК-31 предусмотрен вывод специального сигнала РТТ на СОМ порт компьютера, управляющего переключением с приема на передачу автоматически (естественно, что в используемом трансивере такая схема должна быть реализована). Это возможность значительно облегчает работу в эфире, хотя можно и вручную переключаться с приема на передачу. Для более безопасной связи компьютера и трансивера желательно использовать гальваническую развязку между компьютером и трансивером, в НЧ цепях - трансформаторы, а в цепи РТТ - оптрон.
За последнее время появилось большое количество различных программ, предназначенных для работы в режиме РЗК-31. Вот некоторые из них: РSК31SBW, PSKGNR (очень полезное дополнение к программе РSК31SBW), MixW32 и ее последний вариант Win2RC8 украинского радиолюбителя UT2UZ (Николай), LOG-GER (многофункциональная программа, включающая аппаратный журнал, подпрограмму расчета траектории движения спутников в реальном масштабе времени и движения терминатора, подпрограмму перевода сантиметров в дюймы, терминальную подпрограмму для работы в Telnet и многое другое), HamScop, W1SQLPSK (кстати, эта программа позволяет принимать до 20 станций одновре-менно!), WinWarbler, WinPSK, TrueTTY (программа российского радиолюбителя UA9OSV для работы в режиме RTTY но в последних версиях предусмотрена работа и в режиме РSК-31), LOGPSK (программа аппаратного журнала для работы в режиме РSК-31), ANALYZER 2000 (программа предназначена для просмотра спектров различных сигналов, но при установке специального драйвера возможна работа на РSК-31), DigiPan, Zakanaka, PSK-PAL т. д. Большинство программного обеспечения бесплатно и свободно распространяется.
Программы постоянно совершенствуются, обретая дополнительные возможности как в части сервиса, так и в части повышения качества передаваемой информации (пример - использование режима QPSK). В Интернете есть большое количество сайтов по тематике РSК-31 на английском языке. Основной, "официальный" испанский сайт (на английском языке) по РSК-31 расположен по адресу: http://aintel.bi.ehu.es/psk31.html. Его ведет испанский радиолюбитель EA2BAJ. На этом сайте можно посмотреть все материалы о РSК-31, теоретически и практически, включая самое последнее программное обеспечение для DOS и Windows, коды программ, ссылки на другие сайты с аналогичной тематикой и т. д. Конечно, учитывая отечественную специфику, было бы интересно иметь информацию на русском языке. Такая возможность в настоящий момент есть. По адресу http://psk31.newmail.ru расположен сайт UA1АСО, собравший на своих страницах всю информацию по тематике РSК-31 на русском языке. Здесь есть и практические советы по конфигурированию и подключению аппаратуры в режиме РSК-31, есть огромный архив про-граммного обеспечения (около 25 Мб программ), большое количество ссылок на аналогичные сайты, примеры звучания сигналов РSК-31 в эфире, интерфейсы различного программного обеспечения для работы в режиме РSК-31 и краткое описание этих программ, информация по РSК-31 соревнованиям и их результатам, адреса почтовых рассылок и "рефлекторов" по тематике РSК-31, таблицы распределения частот, выделенных для работы РSК-31, и многое другое. Материалы сайта обновляются по мере поступления информации. Сайт имеет "зеркало" с более полным архивом программ, по адресу: http://www.ua1aco.narod.ru.
Для желающих начать работу в РSК-31 можно посоветовать следующее: про-верьте стабильность частоты вашего трансивера (уход должен быть менее 10...20 Гц за час), проверьте кратковременную стабильность частоты (при резких изменениях и бросках напряжения в сети), также убедитесь в том, что частота приема соответствует частоте передачи. Особых требований к компьютеру не предъявляется, лишь некоторое программное обеспечение требует компьютера класса Pentium, а в простейшем случае подойдет и 486-й с установленной операционной системой Windows. Заранее узнайте, какой разъем СОМ порта у вас используется и запаситесь разъемами для подключения к СОМ порту, звуковой карте (обычно это 3-мм штекеры) и микрофонному входу трансивера. Скачайте (например, с вышеуказанных сайтов) программное обеспечение, советую для начала программу РSК31SBW (потом вы обязательно попробуете остальные программы и придете в восторг от их разнообразия). Обязательно скачайте файл Неlр'а на русском языке и прочитайте великолепный перевод RV3DBL и RA3DOA - не пожалеете! Большинство РSК станций работает в районе частоты 14070 кГц. На слух РSК сигнал выглядит как почти непрерывный тон, с еле заметной модуляцией по частоте (как бы журчание). Все, соединяйте трансивер и компьютер и... в эфир. Вас ждет увлекательный и захватывающий мир РSК-31! Для начала послушайте (посмотрите), как проводятся QSO, и через несколько минут уже можно работать. Особенно не расстраивайтесь, если вы "печатаете" на клавиатуре компьютера не слишком быстро. Все приходит со временем, да к тому же можно использовать заранее заготовленные "фрагменты" для передачи информации корреспонденту. В заключение хочется подчеркнуть, что возможности режима РSК еще далеко не исчерпаны и до конца не реализованы. В этом благородном деле, как всегда, огромную роль могут сыграт радиолюбители. Уже появились разновидности этого режима, например, МТ-63 (это, по сути дела, 64 одновременно работающие РSК радиостанции - а отсюда и увеличение скорости передаваемой информации). Качественные характеристики связи на РSК-31 могут быть улучшены путем дальнейшей модернизации аппаратной части радиостанции и используемого программного обеспечения. Хочется пожелать удачи и успехов в освоении этого уникального и удивительного вида связи.
73 и побольше DX на РSК-31!

Хостинг от uCoz