Om PSK31 – SK6QA

Peter SM6KFY 2018:

Det här är ett försök att beskriva denna fina mode. Länkar till mera om PSK31 finns längst ner på denna sida.

Bakgrund

I mitt enkla shack har PSK31 varit igång sedan början av år 2000, och därför har jag lite synpunkter på tekniken, efter lång användning. Eftersom mina erfarenheter ofta handlar om långa QSO med seglare, jämförs här också med Pactor, som används flitigt av långseglande amatörer. Det i dag vanligaste segmentet inom amatörradion är tävling, som vi ofta kallar contest. Det hamnar lite utanför här, men är ändå ett viktigt område för både PSK31 och det snabbare PSK63.

Vad är PSK31?

PSK31 är en ”chat-mode” för tangentbord. Vad du skriver med tangenterna dyker ”genast” upp på din motstations bildskärm. Så fort du tryckt på ”RX” kan du själv ta emot vad motstationen vill säga. Tekniken liknar således RTTY och förstås, även foni. Här gäller ”en i taget, ingen mottagning medan man sänder”, men visst går det också att ”brejka” och köra i ring. Hastigheten ligger ungefär på den högsta, som en ”normal” maskinskrivare presterar (250-takt med dator-CW verkar stämma).

Fördelar, en jämförelse med Pactor, långseglarnas favoritmode

PSK31 passar inte särskilt bra att överföra filer med, eftersom den inte är felkorrigerande, och dessutom inte tillräckligt snabb för detta ändamål. Den arbetar alltid med samma hastighet (även om QRM är svåra), och anpassar sig således inte till konditionerna (som Pactor gör). Pactor 2 till 4 är, som användarna känner till, oslagbara på både hastighet och tillförlitlighet, men däremot inte så bra just till ”chat” med flera stationer. Pactor är en ”dialog-mode” för två stationer.

För Pactor gäller att tiden och frekvensen fungerar som ett slags ”lim” (jämför FT8 m.fl. ”smala” modes). Stationerna blir låsta till varandra och därmed kan en felkorrigeringsmetod användas. Antalet korrigerade fel blir sedan kriterium för en automatiskt anpassad hastighet, som varierar allt eftersom hur mottagningsförhållandena ändrar sig.

Pactor 2, men särskilt varianterna 3 och 4 är suveräna till att felfritt överföra filer på HF. Felfriheten i överföringen kan dock innebära, att hastigheten ibland tvingas bli mycket låg. Pactor 4 har optimalt bandbredden 2400 Herz med 10500 bitar/s, i praktiken ofta bredare. Bandbredden hos Pactor anses av många radioamatörer som oacceptabel för våra band. Att jämföra denna resurskrävande metod med PSK31 kan tyckas lite märklig, som att jämföra elefanten med myran. Vår värdefullaste resurs, vårt utrymme på banden, ska vi vara rädda om. Men tankar om säkerheten kan ibland ge andra värderingar.

PSK31 har (liksom andra digitala moder) en låg felfrekvens vid goda conds, men den blir större, då förhållandena blir sämre. Man kan således direkt ”se” på den mottagna texten, vad en antennkorrigering ger för effekt, eller hur rullningen och lutningen av en /MM-station inverkar, då det blåser på havet.

Med Pactor kan det ibland ta längre tid för ett enkelt meddelande att komma igenom, men man får sällan reda på exakt vad det beror på, condsen eller antennens läge och rörelser. Är förbindelsen bra är hastigheten imponerande, speciellt för de senare versionerna av denna mode.

Med PSK31 blir kvaliteten på strömmen av bokstäver på skärmen ett mått på hur bra förbindelsen är. Ofta har det mindre betydelse om några enstaka fel dyker upp i texten (då t.ex. QSB tillfälligt drar ner förbindelsen). Pactors krav på felfrihet kan däremot innebära, att en liten trivial mening kan ta ganska lång tid på sig att komma fram, medan man sitter och väntar på att svara och säga något man tycker är viktigt (som t.ex. ”Conds verkar vara dåliga…”).

Hög känslighet, kan man jämföra med CW?

En stor fördel med PSK31 (som också gäller Pactor) är att känsligheten vid mottagning är så hög. Ibland hör man nästan inte signalen genom bruset, men en text byggs ändå upp på skärmen. Detta gäller framför allt på de högre banden (20 meter och upp).

CW lär förbli oslaget under överskådlig tid. Hjärnans förmåga är otrolig, jämfört med datorns. På de höga banden, med deras lägre brus, verkar dock matchen vara jämn mellan CW och PSK31. Det är i bruset som CW visar sin styrka. Ännu (2018) verkar det inte ha kommit ut något dataprogram som ens kommer i närheten av humant tolkad CW.

Frekvensbanden

Det vanligaste bandet för PSK31 och -63 är 20 meter (14070 kHz). Ofta kan man se något tiotal stationer där (det beror på hur brett band man kan se på skärmen). Vanligt är c:a 3 kHz, men typ av rigg och dataprogram man använder bestämmer. Eftersom PSK ofta alstras via ett ljudkort som matar sändaren i SSB-mode är det lämpligt att nyttja ett ”span” på just den bredden, som är de flesta riggars SSB-filterbredd. För de nyare riggarna med inbyggt ljudkort är det väldigt enkelt att implementera PSK, liksom övriga digitala modes. Standarden är att modulera det övre sidbandet.

På banden över och under 20 meter är det inte så mycket PSK-aktivitet. Det nyare, smala moderna WSJT, FT8, WSPR osv. har kommit starkt och återfinns numera ofta på alla band, där de ökar vår kunskap om radio och fenomenen i den övre atmosfären. Där man finner PSK31 hittar man också PSK63, dubbelt så snabbt, användbart för contest, eftersom ett QSO kan ta väldigt kort tid.

Ställer man in någon av nedanstående frekvenser (i kHz, radion ställd på USB), brukar man finna PSK31-aktivitet några kHz upp. Säkrast är som sagt 20, men även 30 och 40 meter kan ge napp. Kring tider med solfläcksmax kan 10 och 15 metersbandet vara mycket bra för DX.

Frekvenserna nedan är de officiella för PSK31 i enlighet med IARUs bandplan

1838.15
3580.15
7040.15 för region 1 och region 3 och 7080.15 för region 2 (den amerikanska kontinenten).
10142.15
14070.15
18100.15
21080.15
24920.15
28128.15

Tjuvtitta för brejk.

För PSK31 gäller, att vi kan läsa vad andra stationer sänder, då vi ligger i ett QSO och tar emot vår motstation. Andra QSO kan följas, som kan ge info, som kan vara värdefull (t.ex att någon gammal kompis ligger kloss intill och vill brejka!). Detta kan kallas Multi-PSK och är option i många program.

Populärt

PSK31 är en teknik i medvind. Antalet användare är stort. Det är inte sällan man kör förstagångsanvändare, som några dagar senare dyker upp igen, utrustade med den erfarnes hela självförtroende. Man lär sig snabbt hur det går till.

Det är fortfarande en uppgång för detta trafiksätt, där man helt kan inrikta sig på vad motstationen säger eller vad man själv vill säga. Man slipper hela slitet med nyckeln eller jobbet att koncentrera sig på Morse-melodien. ÅÄÖ och andra nationella tecken fungerar direkt. Och valet är enkelt, sedan CW utgick ur de flesta länders certifikatkrav.

Det mysiga ”visslandet” lär man sig snart att tycka om.

Tekniskt sett

Som vi väl har stött på tidigare i andra texter, betyder PSK ”phase shift key”. Talet ”31” står för bandbredden (men också för överföringshastigheten, som är c:a 31 Baud).
Praktiskt fungerar det så, att man sänder ut en bärvåg, modulerad som övre sidband (upper sideband, USB). växelvis kommer ut på bandet vid den inställda frekvensen och växelvis 31 Hz högre upp.

Detta trick åstadkoms med hjälp av ljudkortet, som skapar en tonfrekvens, som hastigt ”diddlar” mellen de två tillstånden. Tvåtonsfrekvensen tillförs sändaren, som står inställd på SSB (standarden är USB), varvid en bärvåg med två olika högfrekvenser växelvis kommer att sändas ut.

De två tillstånden startas dessutom upp i olika fas, vilket innebär, att den mottagande datorn faktiskt har tillgång till två olika kriterier för igenkänning av lägena (som betecknar ”etta” eller ”nolla”).

Genom den listiga fasväxlingen har man kunnat ge avkall på kravet på ordentlig separation av den höga och låga frekvensen (bandbredden).

Bandbredden

Den verkligt stora fördelen är nog att PSK31-sändare bara är 31Hz breda, att jämföra med RTTY:s 170Hz. De senare versionerna av Pactor (3 och 4) har bandbredden 2.2-2.4 kHz, d.v.s. nära filterbredden för en SSB-mottagare. Banden skulle nog snabbt ”gro igen” om dessa moder skulle öka lika snabbt som övriga digitala metoder. Så visst borde Pactor ha egna band på HF, speciellt med tanke på att trafiken inte går att följa utan det dyra (kommersiella) modemet från tyska SCS!

Genom att bandbredden är så liten, kan en PSK31-station ligga mycket nära t.ex. en annan, bredare station och ändå fungera bra. Man kan med andra ord utnyttja banden mycket bättre än ”förr”. Man finner numera massor av fina ”smyghål”, som tidigare var oanvändbara för att de var för smala, till och med för det känsliga CW-örat.

Pactorversionerna, som också använder PSK-tekniken, har ofta en märkbar nackdel av sin större bandbredd. Det kan vara svårt att få plats med det breda spåret. Modemet uppfattar svaga stationer i QSB som om de var QRM, som ska köras över, i det ena försöket efter det andra. För pactoroperatören gäller att finna ett hål, som kan härbärgera HELA bredden, inte lätt då tävlingar eller long-chats tar sin plats på den digitala delen av amatörbanden, där Pactor ska fram. Oftast gäller ”brute force”, där effekt och antennläge bestämmer. Inte konstigt att metoden är omtvistad.

En fördel med PSK31: Man kan ofta se, att till och med de smala CW-stationerna kan ta mera plats än en välmodulerad PSK31 (beroende på ”hackspetten”).

Medan CW tycks svårare att slå ur brädet för PSK31, kommer RTTY troligen att gradvis bli en sista tillflykt för ett fåtal nostalgiker, var och en bred som 5 PSK31-stationer. Lite primitivt med RTTY är också bristen på små bokstäver (åtgärdat i de senare programmen). PSK31 har gott om stora och små tecken och många nationella symboler.

Den verkligt stora fördelen med den stora uppfinningen PSK31 är att bandbredden är så liten.

Heder åt Peter Martinez (G3PLX) som gav oss detta! Hans första artikel om PSK31 publicerades i december 1998. Ett av hans första projekt gav Amtor, tidigare ett mycket använt trafiksätt.

Varianter, antennmasten ett Babels torn…

På temat PSK med liten bandbredd finns numera ett antal varianter. Vi har hittills bara talat om BPSK31 (B=bi-phase), men man kan förstås tänka sig flera än två faslägen (+-180 grader).

Sålunda finns QPSK, med 4 faslägen (med 90 graders fasskillnad). En korrigeringsmetod finns inbyggd (FEC, forward error correction), som förbättrar resultatet. QPSK31skulle kunna vara dubbelt så snabb som BPSK31, men FEC gör att hastigheten är ungefär samma. Min erfarenhet är, att denna mode är känsligare för QRM (och fasbrus), och således inte ger några märkbara fördelar över BPSK. När man leker med dessa modes bör man observera, att QPSK är beroende av vilket SSB-skift man använder (USB resp. LSB), till skillnad från BPSK (den ”vanliga sorten”).

BPSK63 är dubbelt så snabb och dubbelt så bred. Många varianter finns, med och utan FEC. Givetvis är det bra att man experimenterar (släpp loss fantasin), fast 31:an verkar optimal. BPSK63 hittar man i den övre delen av PSK-banden, ofta i contestsammanhang, där snabb överföring kan ge många stationer i loggen.

Det är en fördel om experimentverksamheten ger oss många plattformar för utvärdering, men på sikt kan det vara bra med en koncentration av floran, så att antennmasten inte blir ett Babels torn.

Hur skaffar vi då PSK31?

PSK31 erhålls enklast med hjälp av ett program i en dator, kopplad till radion. Till och med mobiltelefonen kan användas (se länk nedan)! Tekniken kräver inte mycket datakraft. Något man hört diskuteras ibland, är frågan om vilket ljudkort man skall satsa på. Alla fungerar, men vilket är bäst? Pröva och se. Med ett externt kort utanför laptopen/den stationära datorn kan man slippa en del brus och störningar. Har man det inbyggt i transceivern är det en bra lösning.

En revolutionerande visningsmetod

PSK31 på dator (ljudkortsmetoden) ger en typ av display på skärmen, som ofta kallas ”vattenfall”. Också nyare riggar med stort displayfönster erbjuder denna möjlighet.

Benämningen ”vattenfall” kanske inte låter helt seriöst eller tillförlitligt, men är ett enastående hjälpmedel. Egentligen är det ett amplitud/frekvensdiagram, med en viss kvarhållningstid för en enskild händelse (t.ex. ett kort QRM). Man kan således läsa av HF-situationen några sekunder bakåt i tiden, fram till realtid (”nuet”).

Detta innebär, att trafiken kan betraktas direkt på skärmen på ett sätt man inte kunnat göra tidigare, då denna visualiseringsmetod ännu inte var framtagen.

Vi SER vad olika filter har för effekt, hur störningsbegränsare jobbar etc. Vi kan också lägga märke till stationer som driver och mycket annat, som man förr aldrig kunde få riktigt grepp om. Utan tvekan är ”vattenfallet” ovärderligt. Det tillför amatörradion en ny teknisk frihetsgrad, som ökar kunskapen om vad som finns på bandet.

RTTY med oscilloskop-hjälp var inte så dumt att ha en gång, men detta är faktiskt avsevärt bättre.

Modem för Pactor och PSK

Med något av pactormodemen från SCS, http://www.scs-ptc.com, kan man också köra PSK31, men med de äldre versionerna missar man den enastående ”show”, som ”vattenfallet” ger oss på en datorskärm. Pactor 2 och upp kan bara köras med dessa ganska dyra modem. Ingen mjukvara utvecklas för datorer, eftersom tekniken är upphovsskyddad.

Programmen

Programmen för ljudkort (de är många och de flesta är gratis) har vattenfallsvisning som standard och kan visa många pågående QSO samtidigt. Nästan alla är multi-mode-program (kan ta emot/sända PSK i olika varianter, även RTTY, SSTV, CW och ibland många, många fler).

Program som används mycket i dag är exempelvis Fldigi, HamRadioDeLuxe (HDR), Logger, MultiPSK, också DigiPan och MixWare (ibland crackad, ej att rekommendera).

Det är inte uteslutet att de olika dataprogrammen för PSK31 kan ha olika känslighet och immunitet mot bakgrundsbrus. Här återstår mycket att undersöka! Emellertid kan jag inte sticka under stol med att jag länge fastnade för DigiPan vers. 2.0 (av KH6TY, UT2UZ & UU9JDR), ett enkelt program som inte underhålls längre, men fungerar utmärkt.

Det är vanskligt att påstå, att ett visst program är bäst av ett antal prövade, eftersom det är så många faktorer man samtidigt måste utvärdera. En jämförelse av den här typen av program baseras på många subjektiva faktorer. Vad jag värderar högt, kan ju en annan användare ge ett lägre prioritetsvärde. I sammanhanget är det värt att påpeka att Linux är ett gott alternativ till Windows, liksom Mac och som sagt, också telefoner kan köra PSK31. Surfa och testa!

Gamla riggar

Antagligen undrar någon, om en så sofistikerad digital mode, med bara 31 Hz bandbredd, går att köra på en lite äldre radio, med dess begränsade frekvenshållningsegenskaper.
Svaret är, att så verkligen är fallet. Sändningen blir förstås vad den blir. Bärvågen puttas iväg, modulerad med PSK-signalen. Driver den, så kan inget program i världen göra något åt saken.

En helt annan sak är det med mottagningen. Om den mottagna signalen tenderar att avlägsna sig från den ursprungliga inställningen (vilket den med all sannolikhet gör, även med en ”bra” mottagare), så funkar det lika bra ändå (inom vissa gränser förstås).

Programmet i datorn följer då med i ändringen, så att fullgod mottagning ändå bibehålls. Detta sker utan att radions frekvensinställning ändras, således utan styrning av radion från datorn. Det är själva audiosignalen som processas, med hjälp av ljudkortet, varvid frekvensen anpassas. Genialiskt enkelt!

Det är inte sällan man stöter på gamla riggar på bandet som gör ett toppenjobb på PSK31, trots att de faktiskt driver en hel del. Fast ryssarna har börjat byta upp sig på senare tid.

Två gånger i veckan körde jag en amatör med en gammal Yaesu 101E i Luton på denna mode (i början av seklet). Han var ganska svår på att driva, då vi förr om åren (med samma grejor) regelbundet körde CW. Med PSK31 och programmet DigiPan verkade han ligga fast som en klippa. Känns egentligen litet fuskigt, när man vet att det är min mottagning som faktiskt anpassar sig efter honom!

Modemet kan skydda datorn

Det är en god sak att rekommendera, att man använder galvanisk separation mellan datorn (dvs ljudkortets in-och utgångar) och radion. En sådan anordning kan erhållas med ett par små transformatorer (t.ex. från Biltema). Den ena av dessa vidarebefordrar ljudkortets utgående signal till radion (som modulerar bärvågen). Den andra hämtar ljudet från radions högtalareutgång (eller från ett tidigare steg) och lämnar det till mic-ingången på ljudkortet. Lite anpassning med några motstånd behövs också.

För att skifta mellan mottagning och sändning finns olika metoder. Man kan t.ex. trycka på RX/TX-knappen, då det är dags. Vissa riggar tillåter att man skiftar med VOXen, en enkel och bra metod. Moderna riggar använder USB (Universal Serial Bus) som kopplas direkt till datorn, där programvaran för den digitala kommunikationen körs. Man kan också aktivera PTT-kontakten i radion med hjälp av en sladd, ansluten till en com-port om det finns en sådan i datorn. Också den s.k. CAT-utgången i radion är ett alternativ.

Vill man köpa (inte bygga) interfacet rigg-dator (det vi kallar modemet här) finns många bra sådana på marknaden, som löser alla problem, också med inbyggt, lågbrusigt ljudkort, t.ex. SignaLink från http://www.tigertronics.com eller MicroHam från http://www.microham.com. Här gäller det att surfa runt och leta efter vad som passar min rigg och ekonomi. Vill påstå att detta är ett mycket bra alternativ till att löda själv. De nyare interfacen jobbar via en USB-port på datorn, både för ljud och styrning.

Ordet modem används ibland också i en annan betydelse, t.ex. i programmet Fldigi, där man med samma ord menar ”sändningsmode”, d.v.s teknik för överföringen, PSK31, RTTY etc.

Varför behövs interfacet?

Viktigt är att man skyddar datorn från HF-strömmar, som kan skada den. Om oturen skulle vara framme (vid en plötslig antennmissanpassning t.ex.) kan ljudkortet (eller i värsta fall moderkortet) ta stryk. Interfacet är skyddet mot det. Även om inte det värsta händer (datorns tragiska bortgång), är det inte ovanligt, att den grips av vanvett och börjar sända gallimattias (t.ex. efter byte till en frekvens, där antennen inte fungerar så bra). Ytterligare ett skäl att isolera riggen från datorn är, att datorns jord (dess metallhölje, om det är en stationär ”burk”) kan avvika med c:a 115V AC från radions jord. Till och med lite småfarligt.

Och sist men inte minst: Interfacet ger den rätta signalnivåanpassningen rigg/dator, så att övermodulation undviks. Det är inte ovanligt att en övermodulerad digital station skvätter över en hel kHz.

Att interfacet-modemet kan användas till alla ljudkort-modes (PSK31, RTTY, SSTV m.fl.) är ju också väldigt bra!

Sätt igång!

Jag vill med ovanstående rader pusha för den bästa sändningsmetoden sedan CW kom till människorna. Den har kommit för att stanna.
Detta var mitt budskap.