IL NUOVO MODO DI TRASMISSIONE DENOMINATO "PSK31"

Si sente parlare sempre più spesso, e comincia a comparire qualcosa anche su RadioRivista, di un nuovo tipo di emissione denominato PSK31. Vogliamo qui chiarire di cosa si tratta, inserendo anche alcuni concetti teorici sul funzionamento ed alcuni elementi per l'uso pratico.

Dapprima alcune considerazioni. Sono nati in questi ultimi anni diversi nuovi modi digitali di trasmissione, pensiamo al packet, all'AMTOR, al PACTOR, tuttavia è rimasto molto in voga l'uso della tradizionale RTTY; questo perché l'RTTY è facile da usare, da sintonizzare, e funziona con apparecchi e computer sia vecchi che nuovi. Gli altri modi di emissione digitale invece richiedono una discreta preparazione tecnica ed una conoscenza non minimale dell'uso del computer. Il nuovo modo PSK31, nato da un'idea di SP9VRC, è, in pratica, una RTTY migliorata, che sfrutta le nuove possibilità offerte dalla tecnologia DSP presente nei recenti computer. Grazie alle migliorie apportate, si ottengono i seguenti vantaggi:

1. Riduzione della larghezza di banda impiegata a soli 31 Hz, con conseguente possibilità di usare i filtri più stretti che una radio possiede, e di conseguenza possibilità maggiori di decodificare correttamente segnali anche molto bassi (notevole vantaggio rispetto alla RTTY tradizionale per quanto riguarda il rapporto S/N)

2. Conservazione della facilità d'uso della RTTY: non è richiesta alcuna interfaccia, alcun modem, solo un cavetto tra PC e radio

3. Nessun protocollo particolare da rispettare: la chiamata e il QSO si svolgono esattamente come in RTTY; anche la velocità di trasmissione è simile alla RTTY; la PSK è stata studiata per QSO in tempo reale, quindi niente BBS, e niente correzione di eventuali errori

Gli svantaggi sono invece pochi:

1. Elevata stabilità richiesta al VFO della radio: spostamenti di sintonia di 10 Hz causano perdita considerevole di dati

2. Sensibilità del sistema a condizioni di propagazione particolari, che specie sulle tratte polari, provoca effetto Doppler e conseguenti problemi di sintonia

Vediamo dunque, dopo questa già significativa premessa, alcuni cenni teorici sul sistema e sul tipo di modulazione in esso usata.

Ricordiamo dapprima che la RTTY utilizza, per trasmettere i dati, due toni, detti MARK e SPACE, trasmessi ora l'uno ora l'altro secondo una particolare codifica. Questo sistema prende il nome di frequency-shift-keying: la ben nota FSK.

La nuova PSK31 (è stata scelta la velocità di 31 baud che corrisponde alla velocità di una persona brava a battere sulla tastiera) invece usa la BPSK (binary phase-shift keying) o la QPSK (quaternary phase-shift keying). In BPSK, in pratica, viene considerata la FASE dell'onda sinusoidale, e per codificare i dati si inverte o meno la fase dell'onda portante in particolari istanti. Questa inversione di fase, se fosse fatta brutalmente provocherebbe una emissione con spettro largo e "sbrodolato". Per ridurre questo problema, si può agire in2 modi:

1) filtrare l'uscita con un filtro passabanda di soli 31Hz

2) dare una forma particolare ai segnali durante la modulazione.

E' la seconda soluzione la più pratica. I segnali vengono "formati" secondo la funzione COSENO, e alla fine dell'opera, una trasmissione BPSK "formata COSENO" ha un inviluppo che sembra una AC raddrizzata da un ponte ad onda intera. Questo fa si che l'emissione consista di 2 toni distanti 31Hz, senza alcun "sbrodolamento". Si veda a questo proposito la figura 1, che riporta lo spettro di una buona emissione BPSK.

Non perdetevi d'animo: tutto questo lavoro lo fa la scheda audio del vostro PC, comandata da un programma apposito. Il fatto che l'emissione consista di 2 toni ci permette di evitare di costruire appositi modulatori di fase, e di sfruttare per la trasmissione il normale ingresso microfonico del nostro TX. Attenzione, però: ogni elemento non lineare provoca prodotti di intermodulazione indesiderati e quindi provoca splatters sulla emissione ed allargamento e "sbrodolamento" dello spettro! Occorre quindi non sovramodulare il trasmettitore, e curare che esso resti sempre in regime di funzionamento lineare.

Anche in ricezione c'è da fare un discorso simile. Il ricevitore, se fatto con un demodulatore BPSK brutale, provoca "sbrodolamento" dello spettro ricevuto e conseguente forte interferenza intersimbolica (la ricezione di un bit disturba la ricezione degli altri). Anche in ricezione occorre un demodulatore che "formi" l'inviluppo del bit ricevuto secondo una forma conveniente. La formatura migliore non è stavolta quella a COSENO ma una più complessa, che "forma" 4 bit per volta, cosa che permette di ridurre drasticamente l'interferenza intersimbolica: per i radioamatori va bene così.

Come discorso più generale invece, per una comunicazione BPSK la scelta migliore, ma non praticabile dai radioamatori, è quella di usare dei filtri di formatura appositamente progettati in modo da eliminare completamente l'interferenza intersimbolica, detti "filtri accordati" ("matched filters"). Questa cosa però si può fare solo in apparecchi radio che siano tutti uguali, con gli stessi filtri: impensabile nella Babele di apparati degli OM !

Il fatto che l'uso della PSK in campo radioamatoriale non preveda la correzione degli errori, ha spinto il programmatore G3PLX a inserire nel suo programma la possibilità quantomeno di ridurne il numero. Egli ha usato per far ciò la QPSK. Praticamente, si tratta di trasmettere 2 modulazioni BPSK a 90° tra di loro. Questo permette di raddoppiare il numero di bit trasmessi mantenendo la stessa velocità e la stessa banda RF. Raddoppiare il numero di bit significa poter usare codici più lunghi oppure raddoppiare ogni codice, per poi utilizzare quello meno corrotto dal QRM. Naturalmente, c'è qualche svantaggio. La potenza del trasmettitore viene divisa in parti uguali nei 2 canali BPSK e quindi si ha una penalizzazione di 3 dB nel rapporto S/N. Inoltre, la sintonia è più critica e si deve stare entro i 4 hertz. Nelle prove ON-AIR, la QPSK si comporta meglio della BPSK di quasi 5 volte nel numero degli errori. La tendenza attuale, comunque, è quella di usare la BPSK e di passare alla QPSK solo dopo essersi accordati col corrispondente.

CODIFICA DEI CARATTERI NELLA PSK31

La PSK31 può codificare e trasmettere 255 caratteri, cioè circa il doppio del normale character-set ASCII che conta solo 128 caratteri.

Come mappatura dei caratteri viane usato lo standard internazionale ANSI.

Per codificare i caratteri, la RTTY tradizionale usava 1 bit di start, un numero FISSO (in genere 7) di bit di dati, ed 1 bit di stop. La PSK31 utilizza una codifica con numero variabile di bit per ogni carattere (codifica detta "VARICODE"). Il vantaggio di questo codice è la possibilità di trasmettere le lettere più frequentemente usate tramite codici corti, lasciando i codici lunghi alle lettere meno usate, con indubbio vantaggio nella velocità di trasmissione. Ne risultano caratteri formati in media da 6 bit (meglio dei 9 della RTTY). La separazione tra 2 caratteri diversi non avviene con bit di start e stop, ma tramite la sequenza di due zeri: 00. Ovviamente, la sequenza 00 non si trova all'interno di nessun carattere! Questo porta un altro vantaggio: se per caso il ricevitore perde il sincronismo dei dati, lo recupera subito non appena riceve la successiva coppia 00. Ciò non avveniva nella RTTY tradizionale.

LA PSK31 IN PRATICA

Per trasmettere e ricevere in PSK31 serve: un computer con windows (3.1, 95 o 98) e scheda sonora; un ricetrasmettitore.

Attualmente ci sono pochi programmi per l'uso della PSK31. Il più usato è quello scritto da G3PLX, versione 1.07. Il programma lo trovate in diversi siti internet (ad esempio http://aintel.bi.ehu.es/psk31.html ) oppure sul PC della sezione ARI di Parma. E' di facile uso e contiene un esauriente file di HELP, da cui ho anche tratto ampie parti per comporre questo articolo.

Occorre poi un cavetto schermato che connetta l'ingresso denominato LINE-IN della scheda sonora del PC all'uscita extern-speaker del vostro ricevitore, ed un simile cavetto che connetta l'uscita LINE-OUT della scheda all'ingresso microfonico del vostro trasmettitore. Questa connessione è meglio che passi per un attenuatore, perché il segnale che esce dal computer è molto alto. L'attenuatore si realizza con un trimmer da 100 Kohm, ed è necessario per evitare le dannose sovramodulazioni. L' RTX va posto in USB e senza speech-processor. Per il PTT, potete semplicemente abilitare il VOX, oppure commutare in trasmissione manualmente. Noterete, se avete un trasmettitore da 100W, che la potenza in uscita dalla radio sarà 50W in idle e 100W quando scrivete.

BREVE DESCRIZIONE DELL'USO DEL PROGRAMMA:

Quando lanciate il programma la prima volta, esso vi chiede di inserire il vostro nominativo e il "sample-rate" : questa è la frequenza di campionamento del DSP, inserite 11025 che è il valore più comune. Non porta alcun vantaggio inserire valori più alti, anche se la vostra scheda sonora li può raggiungere. Inseriti questi parametri, vedrete in basso a sinistra dello schermo un cerchio con una riga nera sotto. Questi servono per la sintonia. Se collegate il ricevitore, e non avete fatto errori, vedrete che la riga nera scorre dall'alto al basso come una cascata, e sentirete l'audio della radio riprodotto dalle casse del computer. Lo sfondo della "cascata" è nero, e ci sono righe bianche verticali. Se invece avete righe orizzontali rosse, diminuite il volume della radio. Le righe bianche sono varie portanti che il vostro ricevitore sta ricevendo. Se siete sintonizzati su una emissione in PSK31, vedrete due righe bianche separate di circa 0,5 mm: sembra una strada vista dall'alto, con la riga di mezzeria. Dovete portare questa riga di mezzeria esattamente al centro della cascata. A questo punto osservate nel cerchio: appariranno righe rosse o gialle; se sono rosse, siete leggermente fuori sintonia, di qualche Hz; muovete molto piano il VFO e vedrete che diventeranno righe gialle; la sintonia perfetta c'è quando si vede solo una riga gialla verticale. Poi il programma possiede un AFC che aiuta a mantenere la sintonia una volta centrata. E' difficile solo il primo giorno, poi risulta facile. Per trasmettere, basta che cominciate a scrivere e vedrete che il programma va da solo in modo trasmissione (e questo aspetto del programma è da rivedere, a mio avviso). Potete però anche preparare dei testi con le frasi più comuni e trasmetterli (usando il menu file e send). Il programma non torna in modo ricezione finchè non premerete il tastone TX-OFF.

Non vi sto a spiegare altro sul programma, sarebbe un inutile dilungarsi, leggete l'help in linea per ulteriori spiegazioni.

CONSIDERAZIONI FINALI:

Ho avuto modo di provare la PSK31 partendo da zero, cioè senza alcuna preventiva conoscenza o aiuto, e seguendo le istruzioni del programma non ho incontrato difficoltà. Ho fatto alcuni collegamenti e l'impressione che ne ho ricavato è molto positiva. Rispetto alla RTTY tradizionale, si nota subito una minore sensibilità al QRM: segnali in parte "calpestati" da altri vengono demodulati senza problemi. Certo, è un sistema senza correzione d'errore, percui se il segnale è troppo debole di errori ne vedrete, e anche parecchi, ma se lo S-METER raggiunge almeno il livello di S2, riceverete quasi tutto perfettamente. Non so prevedere se questa neonata PSK31 soppianterà in toto la vecchia e gloriosa RTTY oppure sarà soltanto un fuoco di paglia: per ora vi invito a provarla come alternativa alla RTTY, e a fare confronti tra i due sistemi.

Buoni DX da Vittorio ik4cie