PSK31 över land och hav.

(Peter SM6KFY, mars 2022)

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 nu varit igång i över 20 år, och därför kan jag lämna en del synpunkter på tekniken, sedd ur vinkeln land-till-båt-kommunikation. I denna skrift jämförs också med Pactor, som används flitigt av långseglande amatörer. PSK31 har varit ett bra sätt att kommunicera med mellan båten och hemmahamnen, fast andra, mer effektiva tekniker kommit fram på senare tid, t.ex. Thor-11, som har många fördelar men hittills används av få. Vill man i stället för PSK31 satsa på någon av dessa metoder, är handhavandet mycket likartat.

Vad är då PSK31?
PSK31 är en "chat-mode" på datortangentbord. 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 (den klassiska "fjärrskriften") och förstås, även SSB (tal över mikrofon). Här gäller "en i taget, ingen mottagning medan man sänder", men visst går det också att "brejka" och köra i ring. Hastigheten liknar ungefär som vad en driven maskinskrivare presterar (som 250-takt med dator-CW).

PSK31 och andra "chat-modes" har en stor fördel framför gamla CW (telegrafi). Med dessa trafiksätt kan 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-melodin. Med PSK fungerar ÅÄÖ och andra nationella tecken direkt, till skillnad från när man använder RTTY.
Det mysiga "visslandet" lär man sig snart att tycka om.


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 två eller flera stationer. Snarare är den en ”dialog-mode” för två stationer.

För Pactor gäller att tiden och frekvensen fungerar som ett slags ”lim”. Stationerna blir låsta till varandra och därmed kan en effektiv felkorrigeringsmetod användas. Antalet korrigerade fel blir sedan kriterium för en automatiskt anpassad hastighet, som varierar allt eftersom hur mottagningsförhållandena ändrar sig.
Pactor 2, 3 och särskilt varianten 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 bredare. Med PSK31 är i stället bandbredden extremt liten. Man brukar räkna med en praktisk bandbredd på c:a 50 Herz.

PSK31 har 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 på förbindelsen, 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, QRM eller båtens lutning. 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 kontakten 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 (samma gäller i hög grad 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 i frekvens).
CW lär väl förbli oslaget, trots att digitala moder är så effektiva. 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.

Frekvensbanden.
Det vanligaste bandet för PSK31 är 20 meter (14070 kHz och upp). Någon gång kan man se ett tiotal stationer där (som beror på bandbredden vid mottagningen, som oftast är c:a 3 kHz, beroende på vilket dataprogram man använder). Eftersom PSK ofta alstras/tolkas via ett ljudkort som matar sändaren i SSB-mode, är det lämpligt för programmen att nyttja ett "span" på just den bredden, som är de flesta radioapparaters (riggars) SSB-filterbredd. Som mest kan bortåt 20 stationer få plats samtidigt.
På banden över och under 20 meter är det förvånansvärt tomt, något som är mycket praktiskt, om man vill ha kontakt med någon, och letar efter en ledig frekvens att meddela sig på. Speciellt intressant är 30 meter, ett mycket trevligt alternativ för kontakter inom Europa.
Ställer man in någon av följande frekvenser (i kHz, radion ställd på USB), brukar man finna PSK31-aktivitet några kHz upp. Säkrast är som sagt 20, men även 15 meter används av många. Frekvenserna är föreslagna att vara 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!). Numera är detta en egenskap som stöds av de flesta program för digitala sändningssätt.

Populärt i början.
PSK31 nådde sin användartopp omkring 2010, därefter sjönk antalet användare i takt med att andra inriktningar inom amatörradion slog igenom. Meddelanden och skrivet informationsutbyte fick vika undan för mer kortfattad, tävlingsorienterad teknik. Programsviten WSJT-X med bl.a. digitalmoden FT8 tog över allt mer av radioamatörernas intresse. Men faktum är att även långseglare kan ha viss nytta av denna utveckling, speciellt då vi testar våra antenner.

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). Antalet bitar i koden är olika för olika bokstäver, de vanligaste (i engelskan) har få (minst 2), de ovanligare flera (högst 9).
Praktiskt fungerar det så, att bärvågen 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, upper sideband), varvid en bärvåg med två olika höga frekvenser växelvis kommer att sändas ut.
De två tillstånden startas dessutom upp i olika fas, vilket innebär, att den mottagande datorn faktiskt har tillgång till ytterligare två 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 (i praktiken dock lite mera), att jämföra med RTTYs 170Hz. De senare versionerna av Pactor (3 och 4) har teoretiska bandbredden 2.2-2.4KHz, d.v.s. nära filterbredden för en SSB-mottagare. Banden skulle snabbt "gro igen" om dessa moder skulle öka lika snabbt som PSK31. Så visst borde Pactor ha egna band på HF!

Genom att bandbredden är så liten, kan en PSK31-station ligga mycket nära 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. Man måste emellertid se upp med starka stationer som delvis kan blockera mottagarens mellanfrekvens och därigenom minska känsligheten i närheten av den station men vill läsa. Motmedlen är notchen och passbandstuningen, som kan vara mycket användbara vid DX.

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 QRM, som ska köras över, i det ena försöket efter det andra, utan att operatören märker vad som egentligen händer.  För pactoroperatören gäller att finna ett tomt hål, som kan härbärgera HELA bredden. Inte så lätt då tävlingar eller long-chats tar sin plats på den digitala delen av amatörbanden, där Pactor också måste fram. Oftast gäller "brute force", där effekt och antennläge bestämmer, ett konfliktläge, där de svaga är förlorarna.
En fördel med PSK31: Man kan ofta se, att till och med de smala CW-stationerna kan ta litet mera plats än en välmodulerad PSK31 (beroende på den s.k. "hakspetten").
Medan CW tycks svårare att slå ur brädet för PSK31, borde RTTY 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. 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 Martinéz (G3PLX) som gav oss detta! 

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 finnes QPSK, med 4 faslägen (med 90 graders fasskillnad) och inbyggd "felrättning". Min erfarenhet är, att denna mode är känsligare för QRM (och fasbrus), och således inte ger några fördelar utöver 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”).
Också PSK-63 finns på banden (dubbelt så snabb, dubbelt så bred), liksom diverse andra varianter. Givetvis är det bra att man experimenterar (släpp loss fantasin), fast 31:an verkar optimal. PSK63 hittar man mest i den övre delen av PSK-banden. Den är vanlig numera och passar bra för tävling, contest.
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 kan erhållas med hjälp av inbyggd mjukvara i transceivern eller med hjälp av ett modem (t.ex. Pactormodemet). Till och med mobiltelefonen kan användas (se länk)! Enkelt och billigt är att använda en dator med ett program för styrning av ljudkortet. Också enklare datorer går i allmänhet bra, eftersom tekniken inte kräver särskilt mycket datakraft. Något man ibland hör diskuteras är frågan om vilket ljudkort man skall satsa på. Alla fungerar, men vilket är bäst? Pröva och se!

En revolutionerande visningsmetod.
PSK31 på dator (ljudkortsmetoden) ger en typ av display på skärmen, som man brukar kalla "vattenfall". I princip alla dataprogram för digital kommunikation 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. Personligen anser jag att "vattenfallet" är ovärderligt, och att det har tillför radiotekniken en ny teknisk frihetsgrad.
RTTY med oscilloskop-hjälp var inte så dumt att ha en gång, men detta är faktiskt avsevärt bättre.

                                                      

                                                                           Bilder av vattenfallet, programmet DigiPan

Jämförelse med modem.
Med modem, som t.ex. något av pactormodemen från SCS, http://www.scs-ptc.com, kan man också köra PSK31, men viktigt är att inte missa den enastående "show", som "vattenfallet" ger oss på en datorskärm. De äldsta modemen medgav inte denna möjlighet. En intressant sak är att Pactor 2-4 endast kan erhållas med (det mycket dyra) modemet från SCS. Kanske bra?
Programmen för ljudkortet (de är många och de flesta är gratis) har vattenfallsvisning som standard och flera kan visa många pågående QSO samtidigt. En del är multi-mode-program (kan ta emot/sända PSK i olika varianter, även Thor, RTTY, SSTV, CW med flera).

Programmen.
Program som används mest i dag är Fldigi, HamRadioDeLuxe (HDR), Logger, också 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 också Linux har sina program, liksom Mac och som sagt, också telefoner. Kolla nätet, testa och utvärdera. En hobby i sig!

Gamla riggar.
Antagligen undrar någon, om en så sofistikerad digital mode, med bara 31 Hz (teoretisk) 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, men fungerar gör det.
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 var inte sällan man förr stötte på gamla riggar på bandet som gjorde ett toppenjobb på PSK31, trots att de faktiskt drev 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 ( G0OIK, i början av seklet). Han var ganska svår på att driva, då vi förr om åren (slutet 1900-talet) 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! 

Skydda datorn.
Moderna riggar brukar innehålla allt som behövs för att kunna köra digitala sändningstekniker, inklusive ljudkort och teknik för start/stopp av sändaren. Skyddet av datorn får anses tillräckligt med den anslutningsmetod som tillverkaren av radion står för (seriell överföring via usb-kabel). Problemet skulle kunna vara läckage av högfrekvent spänning till datorn samt en tänkbar risk för höga spänningar genom åska. Problemet är givetvis större i en segelbåt än i ett shack på land.

Med lite äldre riggar kan det emellertid vara 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 datorns ljudkorts 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. 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. Vidare finns möjligheten att gå via s.k. CAT-utgången från riggen.

Vill man köpa (inte bygga) interfacet rigg-dator (kallas också modemet) 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. Alla nya interface jobbar via en usb-port på datorn, både för ljud och styrning. Enkelt och praktiskt, men känsligare för parasiterande RF i riggen än om man går över en com-port.

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 ett skydd 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 är avstämd).

Ytterligare ett skäl till att isolera radion från datorn kan vara 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 dator/radio, så att övermodulation undviks. Det är inte ovanligt att en övermodulerad RTTY-station skvätter över en hel kHz.

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


                                                 
                         Hembygge                                                  Microham USB III
 


Och till sist.
PSK31 är ett enkelt och mycket användbart digitalt trafiksätt, som lätt installeras med t.ex. det fria programmet Digipan.
Vill man använda en ännu robustare och effektivare metod finns annan programvara som också är gratis och tillförlitlig, men kanske lite mer avancerad.

Vilken metod man än använder är det samma hårdvara man behöver, samt en godkänd licens för amatörradio.


Hoppas vi ses på PSK31!
73
Peter/SM6KFY

Länkar till programvaror och mera info om PSK31:

Ladda ner Digipan 2.0 - Enkelt men bra program att börja med

Ladda ner programmet Fldigi (för PSK31, Thor m.fl."

Ham Radio De Luxe, HRD

WM2U's PSK31 Page

Tidig site med mycket info

Isolerat ljudkortsinterface

Android mobile phone app