Один из энтузиастов PSK Peter Martinez (G3PLX) подарил миру свою программу PSK31SBW использующую обычную компьютерную звуковую карту (SB) вместо DSP. И это вызвало взрыв популярности PSK! Новое обычно пробивает себе дорогу медленно. Но PSK31 опроверг эту традицию. Популярность этого нового вида уже очень высока и растет с каждым днем. Иногда в эфире можно услышать больше станций, работающих PSK31, чем RTTY. Чем же обусловлена такая популярность? В первую очередь - чрезвычайно высокой помехоустойчивостью.
Для работы новым видом связи нужно иметь SSB трансивер и компьютер со звуковой картой и, естественно, саму программу. Требования к компьютеру: не хуже 486DX33 с установленными звуковой картой и операционной системой Windows-95.
Перед началом работы с программой PSK31SBW необходимо заполнить меню “Setup Options”: Sample Rate установить 11025.0 Hz - подходит для большинства звуковых карт, хотя для работы в PSK и многовато; ввести свой позывной и центральную звуковую частоту приема PSK - зависит от средней частоты CW фильтра ПЧ; можно включить Narrow Filter - реализуемый программно узкополосный фильтр.
Затем подключаем НЧ выход трансивера на вход звуковой карты, и мы уже можем наблюдать за станциями, работающими этим интереснейшим видом связи - рис.1 Делаем еще одно соединение - подключаем выход звуковой карты к микрофонному разъему трансивера и мы почти готовы к проведению связей. Почти, так как необходимо еще очень тщательно подобрать уровень сигнала, поступающего на трансивер, т.к. этот вид связи боится перемодуляции и нелинейных искажений. 
Рис.1.
Совершенно недопустимо использование выходных каскадов в режиме С и D. Перемодулированный громкий сигнал принимается намного хуже тихого, но “чистого”. Сильно перемодулированный сигнал может вообще не читаться. Большинство звуковых карт имеют выходной уровень более одного вольта, а на микрофонный вход TRX обычно подается менее 0,1 В.
Иногда уровень можно подобрать при помощи стандартных настроек WINDOWS или встроенного регулятора выхода звуковой карты. Некоторые звуковые карты имеют дополнительный выход Line Out (200 мВ). Но на практике, возможно, придется использовать дополнительный делитель напряжения. Предварительный подбор уровня сигнала со звуковой карты довольно прост.
Программа PSK31SBW способна работать в среде Windows 3.11, Windows 95, Windows 98 и Windows NT в сочетании с большинством распространенных 16-битовых звуковых плат. Режим PSK31 предназначен для передачи и приема текста по радио с использованием фазоманипулированных сигналов. Для приема и излучения таких сигналов тональной частоты необходим SSB трансивер (передатчик класса C для этого непригоден).
Обобщенный взгляд на режим PSK31.
Несмотря на новую технологию [цифровой любительской связи] с использованием DSP, внедряемую для передачи данных на КВ диапазонах, по-прежнему сохраняет популярность традиционный режим RTTY, обладающий очевидными достоинствами в сравнении с другими, более современными режимами. По-видимому, это обусловлено тем, что режим RTTY проще в использовании и в большей степени является “ручным” и “общительным” способом связи, так как Вы можете слышать корреспондентов, ведущих связь между собой, и присоединяться к их беседе, что, например, невозможно сделать при проведении связи в режиме ARQ. Кроме того, режим RTTY обеспечивает наиболее простую и дешевую цифровую связь.
Новый режим [цифровой связи], появившийся вдруг у радиолюбителей в прошлом [1998] году, способен восполнить пробел между RTTY с одной стороны и другими высокотехнологичными режимами с другой стороны. Это режим PSK31, основанный на идеях SP9VRC и ориентированный на использование дешевых комплектов DSP и общедоступного программного обеспечения. В нем современная DSP-технология используется для обеспечения возможности проведения оживленных QSO, связанных с передачей-приемом данных по типу "клавиатура-экран". Полоса частот сигнала в режиме PSK31 намного уже, чем в любом другом режиме передачи данных, благодаря чему он обеспечивает возможность связи с более низкими уровнями сигналов в перегруженных на сегодняшний день любительских диапазонах.
Основная идея режима PSK31 состоит в том, что манипуляция сигналом выполняется сдвигом фазы несущей вместо сдвига ее частоты. Полоса частот сигнала при этом определяется только скоростью манипуляции, а не значением сдвига частоты в сумме со скоростью манипуляции. Выбранная скорость манипуляции в 31.25 Бод обусловливает полосу частот всего в 31 Гц вместо 300...500 Гц для других режимов. За счет использования алфавита кода, подобного алфавиту кода Морзе с короткими кодами для наиболее часто встречающихся символов, режим PSK31 обеспечивает скорость передачи текста порядка 50-ти слов в минуту. При использовании в передатчике и приемнике самых узкополосных фильтров, какие только возможны, эффективность режима PSK31 даже без автоматической коррекции ошибок безусловно превосходит эффективность любого другого режима и обеспечивает дополнительное преимущество для оживленных QSO, состоящее в том, что даже при “провалах” в уровне сигнала эффективность режима снижается очень незначительно. На радиотрассах, где чаще случаются ошибки пакетного типа, чем равномерно распределенные одиночные сбои, программа PSK31SBW может быть переключена в режим использования сверточного кода при передаче и соответствующего декодера Витерби в приемнике. Это режим QPSK с 4-мя фазовыми сдвигами вместо двух, но полоса частот, занимаемая сигналом, и скорость передачи символов остаются прежними [как с сигналами BPSK]. Цена обеспечиваемого при этом повышения помехоустойчивости - более жесткие требования к стабильности несущей частоты и задержка в 640 мс при декодировании символов.
Подключение трансивера
Соедините экранированным НЧ кабелем выход SSB приемника с гнездом линейного входа звуковой платы. Микрофонный вход звуковой платы старайтесь не использовать. Для работы в режиме PSK31 можно использовать или левый, или правый входные каналы звуковой платы (или оба сразу). Лучше всего использовать специально подготовленный дополнительный НЧ выход приемника, уровень сигнала с которого не изменяется при регулировании громкости.
Подключите аналогичным НЧ кабелем левый или правый канал (но только не оба сразу) линейного стереовыхода звуковой платы к звуковому входу SSB передатчика. Опять-таки, при этом лучше всего использовать специальный дополнительный (телефонный ) звуковой вход передатчика вместо микрофонного входа. Не соединяйте выход звуковой платы напрямую с микрофонным входом трансивера. Если Вы все же вынуждены использовать микрофонный вход трансивера, то для снижения выходного уровня звуковой платы (приблизительно с 1 В) до типового уровня сигнала с выхода микрофона (приблизительно до 10 мВ) заранее подготовьте аттенюатор с ослаблением 100:1 внутри микрофонного штекера соединительного кабеля. Если Вы используете дополнительный звуковой вход трансивера, удостоверьтесь, что микрофон при работе с программой PSK31SBW отключен, иначе всем остальным пользователям диапазона будут слышны шумы Вашего помещения! При работе с программой PSK31SBW не пользуйтесь речевым процессором - хотя речевой процессор бывает, полезен в режиме SSB,он будет создавать продукты искажения, существенно расширяющие полосу частот выходного сигнала PSK31 (до 500 Гц) относительно необходимого значения (31 Гц).
Для работы в режиме PSK31 рекомендуется всегда использовать верхнюю боковую полосу частот трансивера, так как при этом упрощается управление органами перестройки частоты с помощью анализатора спектра (дисплея "Водопад"). Для переключения трансивера с приема на передачу и обратно Вы можете задействовать его систему VOX или использовать одну из линий RTS или DTR свободного COM-порта в качестве линии управления схемой PTT трансивера. С этой целью подключите вывод 7 или 4 разъема DB9 (вывод 4 или 20 разъема DB25) или к базе обычного транзистора, или к затвору маломощного полевого транзистора и соедините коллектор (сток) с линией PTT вашего трансивера, а эмиттер (исток) – с общим проводом (массой). Для выбора COM-порта используйте панель PTT control меню Setup программы. Если Вы не пожелаете задействовать систему PTT трансивера, то Вы все же сможете пользоваться программой, вручную переключая трансивер на передачу и обратно в режим приема.
Настройка звуковой платы компьютера.
Для работы с программой необходимо, чтобы на вашем компьютере была установлена и инсталлирована обычная 16-битовая звуковая плата. Существуют также версии программы для режима PSK31, функционирующие с комплектами DSP другого типа. Изучите документацию на свою звуковую плату для получения исчерпывающих инструкций по общему ее применению. Отыщите также панель управления миксером, которая может быть или программой, поставляемой вместе со звуковой платой, или составным элементом панели управления Windows. Изучите порядок управления выходным напряжением звуковой платы при воспроизведении сигнала и входным уровнем записи звука (с помощью панели управления миксером) – в дальнейшем эти средства управления будут использованы для установки уровней сигнала PSK31. Если Вы подключаете выход звуковой платы к микрофонному входу трансивера, то для уменьшения выходного сигнала звуковой платы с уровня 1В до 10 мВ Вы должны сделать в микрофонном гнезде трансивера аттенюатор с относительным ослаблением 100:1. При работе спрограммой PSK31 не используйте речевой процессор.
Чтобы не допустить перевозбуждения передатчика со стороны звуковой платы, следует сначала выставить с помощью панели управления миксером обычное при работе SSB усиление по микрофонному входу трансивера и нулевой уровень выходного сигнала звуковой платы. Затем для передачи тонального сигнала настройки запустить программу PSK31SBW, нажать функциональную клавишу F8 и медленно повышать уровень выходного сигнала звуковой платы [с помощью панели управления миксером], одновременно контролируя выходную мощность передатчика. Как только мощность достигнет своего максимума и начнет срабатывать система ALC трансивера, следует прекратить дальнейшее увеличение уровня сигнала. Это и будет правильной установкой уровня сигнала на передачу. Если мощность передатчика скачком достигает максимуму на первом же шаге увеличения выходного сигнала звуковой платы, то для снижения уровня выходного сигнала звуковой платы, подаваемого на вход передатчика, Вы должны задействовать аттенюатор. Если Вы используете микрофонный вход передатчика, то Вы просто обязаны сделать аттенюатор! Лучше всего сделать аттенюатор с достаточно большим запасом ослабления, чтобы Вы могли выставлять обычное для SSB усиление по микрофонному входу трансивера при максимальном уровне выходного сигнала звуковой платы. В результате какая-либо перегрузка передатчика окажется невозможной.
При правильной установке уровней Вы будете видеть, как переход от передачи тона настройки к передаче вводимого текста и обратно сопровождается скачкообразными колебаниями мощности передатчика между 50% (отсутствие ввода) и 100% (передача символов или тона настройки) от максимального уровня. Такое изменение мощности является правильным. При работе в режиме PSK31 весьма желательно использовать систему ALC передатчика. Система ALC будет управлять уровнем сигнала на входе передатчика без эффекта клиппирования точно так же, как и при речевой передаче.
Для проверки того, что выходной сигнал приемника не перегружает звуковую плату, настройтесь на мощную устойчивую несущую для получения на выходе приемника звукового тона частоты 1000 Гц при максимальном усилении приемника по высокой частоте (чтобы полностью сработала система АРУ приемника). Убедитесь, что на дисплее "Водопад" при этом появляется одиночная вертикальная белая линия без горизонтальных полос красного цвета. Если же Вы увидите эти красные линии при сильных сигналах, то уменьшите усиление по входу звуковой платы с помощью панели управления миксером. Чтобы полностью завершить настройку звуковой платы для использования ее с сигналами PSK31, следует установить для нее частоту дискретизации. Эта установка предусмотрена в меню Setup программы (окошко Sample Rate). Для уточнения деталей процедуры задания частоты дискретизации смотрите раздел Установка частоты дискретизации для звуковой платы .
Запуск программы PSK31SBW.
При самом первом запуске программы PSK31SBW появляется предупреждение о том, что не была установлена частота дискретизации для звуковой платы (Sample Rate). Для получения инструкций по тому, как это сделать, прочитайте раздел Установка частоты дискретизации для звуковой платы. При всех последующих запусках программы это сообщение уже не будет появляться (до тех пор, пока файл PSK31.INI не будет удален или поврежден). Меню Setup программы позволяет определить и другие параметры ее настройки, которые также будут сохраняться [в файле PSK31.INI] при последующих запусках программы.
Установка параметров программы - Setup.
Рис.2.
Для установки программы вам необходимо установить эти значения и указать стой позывной в окне - Call.
Установка частоты дискретизации для звуковой платы.
Окно Sample Rate меню Setup программы предназначено для установки частоты дискретизации звуковой платы. Вам следует назначить правильное значение частоты дискретизации для своей системы, так как некоторые звуковые платы способны работать только при высоких частотах дискретизации, однако, если ваш компьютер не обладает достаточным быстродействием, то вы будете вынуждены использовать невысокую частоту дискретизации, чтобы не перегружать процессор компьютера. Как правило, все звуковые платы способны, работать при частотах дискретизации 44100, 22050, и 11025 Гц, однако эти частоты намного выше требуемой для программы PSK31SBW, которой достаточна частота дискретизации, превышающая примерно в три раза частоту тонального сигнала. Так что Вы можете установить частоту 11025 Гц и она окажется вполне достаточной.
Однако многие звуковые платы способны работать и с частотами дискретизации меньшими 11025 Гц, и если Ваш компьютер заметно снижает производительность после запуска программы PSK31SBW, то Вы можете попытаться задать частоту дискретизации менее 11025 Гц. Так, многие звуковые платы способны работать с частотой дискретизации 8000 Гц. Программа PSK31SBW может быть настроена для работы с любой частотой дискретизации, кратной 500 Гц, так что Вы можете попытаться использовать частоты даже меньшие 8000 Гц, если Ваш компьютер все еще медленно работает, а Ваша звуковая плата способна работать с такой частотой дискретизации. Если же Вы попытаетесь назначить частоту дискретизации, которая окажется слишком низкой для Вашей звуковой платы, то программа может или выдать сообщение об ошибке, или станет неверно работать, или вовсе перестанет работать. Если же Вы попытаетесь назначить слишком высокую для “медленного” компьютера частоту дискретизации, то программа может просто “зависнуть”. Если такое случится, то перед следующим запуском программы следует вручную удалить файл PSK31.INI.После того, как Вы установите приемлемую для своей системы частоту дискретизации, следует уточнить ее значение для обеспечения точных значений временных отсчетов, необходимых для обработки сигналов PSK31. Для этого ознакомьтесь с содержанием раздела - "Погрешность установки частоты дискретизации".
Погрешность установки частоты дискретизации.
В связи с тем, что звуковые платы недостаточно совершенны, они не всегда обеспечивают точное значение частоты дискретизации. Это может происходить из-за имеющейся погрешности частоты опорного кварцевого резонатора или по причине того, что электронные компоненты программируются с некоторым шагом и в качестве рабочего значения приходится выбирать некоторое ближайшее к желаемому значению частоты. Погрешности такого рода должны быть сведены к минимуму, поскольку для сигналов PSK31 необходимо с большой точностью генерировать частоты тональных сигналов и временные интервалы (отсчеты) для обеспечения скорости манипуляции 31.25 Бод.
С этой целью Вы можете произвести корректировку (подстройку) значения частоты дискретизации, используемой для расчета частот, генерируемых программой PSK31SBW. Это обеспечивается процедурой “точной подстройки” значения частоты дискретизации, указываемого в окне Sample Rate меню Setup программы, путем небольшого его изменения в сторону увеличения или уменьшения относительно начального значения (11025 Гц или 8000 Гц, или иного значения, кратного 500 Гц). Для сигналов PSK31 отсчеты моментов времени должны осуществляться с точностью не хуже 0.1%. Для обеспечения такой точности Вам потребуется частотомер счетного типа с временем накопления не менее 10 сек, или достаточно точный стандарт частоты 1 кГц или 10 кГц и осциллограф.
Если Вы используете частотомер, то прежде всего установите в окне Tx Freq номинал частоты, которую Вы будете замерять. Для этого установите в нем насколько возможно высокую частоту, кратную 500 Гц, вплоть до 3000 Гц, но не превышающую 1/3 частоты дискретизации. Затем нажмите функциональную клавишу F8 [или щелкните мышкой по кнопке Tune (Настройка, Отладка) программы] для получения с выхода звуковой платы чистого тонального сигнала заданной частоты.
Измерьте частоту сигнала с выхода звуковой платы. Если значение этой частоты превышает установленный в окне Tx Freq номинал, то увеличьте значение частоты дискретизации в окошке Sample Rate меню Setup программы. Например, если Вы выбрали для измерения сигнал тональный частоты 2000 Гц, а измеренное значение составило 2002 Гц и текущее значение частоты дискретизации равно 8000 Гц, то установите номинал частоты дискретизации равный 8008 Гц. Замерьте снова частоту с выхода звуковой платы и убедитесь, что теперь она имеет требуемое значение. Если измеренное значение частоты сигнала с выхода звуковой платы ниже требуемого, то для его корректировки уменьшите значение частоты дискретизации. Номинал частоты дискретизации не обязательно должен быть целым числом. Используйте тот же формат записи десятичных чисел, который предусмотрен в Вашей системе Windows. Если Вы располагаете генератором НЧ-сигналов с эталонными частотами, например, 1000 Гц или 10 кГц, то Вы можете использовать его для точного замера частоты сигнала с выхода звуковой платы с помощью осциллографа и фигур Лиссажу. При выходе из программы откорректированное значение частоты дискретизации будет сохранено в файле PSK31.INI.
Управление частотой приема программы.
Для приема сигналов PSK31 Вам потребуется SSB приемник. Реальная частота, на которой Вы будете принимать сигнал, смещена относительно частоты настройки приемника (который показывает частоту подавленной несущей SSB сигнала). Например, для того, чтобы настроиться на сигнал PSK31 на частоте 14070.15 кГц, Вы можете установить в приемнике режим приема верхней боковой полосы и настроить его на частоту 14069.0 кГц. В результате на выходе приемника будет слышен звуковой сигнал PSK31 с частотой 1.15 кГц.
В режиме PSK31 необходимо настраиваться на частоту сигнала с точностью единиц Герц, однако шаг перестройки большинства современных трансиверов обычно слишком груб для этого. По этой причине программа для приема сигналов PSK31 имеет узкополосный полосовой НЧ фильтр, который может перестраиваться в звуковом диапазоне [30…3001 Гц с шагом в 1 Гц]. В упомянутом выше примере звуковой фильтр программы PSK31SBW должен быть настроен на частоту 1150 Гц с помощью окна Rx Freq программы. Вы можете щелкнуть мышкой в этом окне и изменять номинал частоты или непосредственно (вводя номинал частоты с клавиатуры), или, используя кнопки вверх/вниз рядом с окном, или левую и правую клавиши управления курсором на клавиатуре. Существует и другой способ подстройки частоты приема программы. Вы можете поместить курсор мышки по центру спектра сигнала, расположенного не по центру дисплея “Водопад”, и щелкнуть левой кнопкой мышки – это приведет к автоматическому переносу спектра сигнала в центр дисплея.
Настройка на сигналы PSK31.
Настройка на сигнал PSK31 заметно отличается от настройки на любой другой сигнал, например, на сигнал RTTY, по двум причинам. Во-первых, сигнал PSK31 иногда представляется одиночным тоном в центре дисплея “Водопад”, а иногда и двумя тонами по обе стороны от центра. Если Вы настроитесь со смещением в 15 Гц от центра, то один из двух тонов будет находиться в центре, и другой - снаружи полосы приема, так что Вы можете получить неверную точку настройки даже при точной настройке на один из тонов. Во-вторых, настройка отличается также и потому, что спектр частот сигнала настолько узок, что прием сигнала PSK31 возможен при отстройке всего лишь на 50 Гц от другого сигнала, и при таком небольшом разносе частот ухо человека уже не способно достаточно хорошо разделить эти два сигнала и обеспечить Вам правильную настройку.
Необходимо освоить несколько непривычную технологию настройки на сигнал. Для упрощения этой процедуры программа PSK31SBW снабжена двумя индикаторами настройки – дисплеем “Водопад” и индикатором фазы несущей частоты сигнала. Чтобы настроиться на сигнал PSK31, Вы должны научиться на слух настраиваться [приемником трансивера] с точностью до 250 Гц от действительной частоты сигнала, а затем с помощью дисплея “Водопад” - с точностью до 15 Гц и, наконец, с помощью индикатора фазы – с точностью до 1…2 Гц, необходимой для нормального приема сигналов PSK31. Кроме того, для того, чтобы Вы могли своевременно переключить режим работы программы, индикатор фазы сообщает Вам о виде принимаемого сигнала (BPSK или QPSK) и дает достаточно удобную и точную оценку качества связи.
Дисплей “Водопад”.
Дисплей “Водопад” в нижней левой части экрана программы подобен миниатюрному анализатору спектра, в котором уровни сигналов в полосе +/-250 Гц от центральной частоты Fн настройки отображаются яркостью их откликов рис.3. Когда Вы будете перестраиваться по частоте приемником трансивера или с помощью окна Rx Freq программы, принимаемые сигналы будут смещаться по окну дисплея. Если отклик сигнала находится в правой части дисплея, то его частота выше частоты Fн приема программы. Изображение спектра на дисплее постоянно прокручивается вниз подобно водопаду, благодаря чему Вы можете наблюдать сигналы в полосе частот анализатора в течение последних трех секунд. Чтобы настроиться на сигнал PSK31, перестраивайте приемник до тех пор, пока сигнал не окажется как можно ближе к центру дисплея.
Рис.3.
Так как современные приемники чаще имеют дискретную перестройку по частоте, чем непрерывную, то Вы не сможете поместить спектр сигнала точно по центру дисплея, но Вы сможете осуществить дальнейшую подстройку с помощью кнопок вверх/вниз рядом с окном Rx Freq или воспользоваться для этого левой и правой клавишами управления курсором на клавиатуре. Делать это нужно до тех пор, пока спектр сигнала не совпадет точно с центральной меткой дисплея. Другой способ установки спектра сигнала, видимого на дисплее “Водопад”, в центр последнего состоит в том, чтобы однократно щелкнуть мышкой по самой яркой (центральной) части спектра сигнала. Это приведет к немедленному переносу спектра сигнала в центр дисплея.
Если поперек дисплея “Водопад” Вы увидите красные горизонтальные линии, то это свидетельствует о том, что уровень сигнала на входе звуковой платы слишком высок и перегружает ее по этому входу. Уменьшите входное усиление звуковой платы с помощью программы миксера или воспользуйтесь аттенюатором для снижения уровня сигнала от приемника. Примеры отображений сигналов на дисплее “Водопад” и индикаторе фазы в процессе перестройки по спектру принимаемых сигналов PSK31 приведены в разделе Примеры сигналов PSK31. Там же содержится пример отображения искаженного (перемодулированного) сигнала PSK31.
Индикатор фазы.
Если до этого Вам приходилось работать с версией 1.01 или с более ранней версией программы, то обратите внимание на то, что характер вращения линии, отображающей сигнал на индикаторе фазы, в текущей версии изменился на противоположный - рис.4. Теперь с увеличением частоты сигнала эта линия вращается по часовой стрелке. Дисплей “Водопад” сам по себе уже позволяет настраиваться достаточно точно, чтобы обеспечить правильный прием и вывод символов на экран. Однако индикатор фазы дает еще более точную оценку состояния настройки и качества сигнала и служит средством распознавания вида сигналов (BPSK или QPSK), чтобы можно было включить соответствующий режим работы программы и правильно обрабатывать сигнал.
Рис.4.
Индикатор фазы показывает относительное изменение фазы несущей частоты манипулированного сигнала и амплитуду последнего. Обычная (неманипулированная) несущая не имеет скачкообразных фазовых сдвигов и отображается вертикальной линией вверх из центра индикатора при точной настройке, при этом, чем мощнее сигнал, тем длиннее эта линия. Сигнал синхронизации в режиме PSK31, являющийся несущей, проманипулированной относительным сдвигом фазы частоты на 180 градусов, имеет вид желтой вертикальной линии вниз от центра индикатора при точной настройке.
Если настройка на сигнал неточная, то линия на индикаторе фазы будет смещаться по кругу относительно своего вертикального положения. Так, если частота сигнала немного выше центральной частоты полосового НЧ фильтра программы, то линия смещается по кругу вправо (по часовой стрелке). Вы можете установить линию точно в вертикальное положение клавишами влево/вправо управления курсором на клавиатуре или щелчками мышкой по кнопкам вверх/вниз рядом с окном окна Rx Freq .
Если Вы настроитесь на немодулированную несущую со сдвигом по частоте на 15 Гц, то линия на индикаторе фазы развернется на 180 градусов из положения вертикально вверх из центра в положение вертикально вниз из центра – точно так же, как при точной настройке на сигнал синхронизации, однако на дисплее “Водопад” Вы сможете заметить разницу в том, что сигнал синхронизации состоит из двух тонов по одному в каждую сторону [от центра дисплея], а несущая при неточной настройке на нее – только из одного [
смещенного влево или вправо от центра дисплея]. Аналогичным образом, сигнал синхронизации, смещенный на 15 Гц при неточной настройке, выглядит на индикаторе фазы точно так же, как немодулированная несущая при точной настройке на нее, однако на дисплее “Водопад” Вы сможете заметить разницу в сигналах. Если Вы настроитесь на сигнал со смещением более 15 Гц, то сигнал перестанет отображаться на индикаторе фазы и последний переключится на отображение шумов, но Вы по-прежнему сможете наблюдать спектр сигнала на дисплее “Водопад”.
Хорошую помощь в практическом освоении настройки на сигнал окажут Вам эксперименты с немодулированными несущими. Вращайте ручку основной настройки приемника, которая обычно обеспечивает шаг перестройки в 10 Гц или более, до тех пор, пока такая несущая не покажется на дисплее “Водопад”, затем щелкните мышкой точно по несущей, после чего окончательно подстройтесь на нее, нажимая клавиши управления курсором то тех пор, пока линия на индикаторе фазы не займет вертикальное положение из центра вверх. С приобретением соответствующего опыта Вы научитесь делать все это очень быстро. Мышкой старайтесь щелкать так, чтобы линия на индикаторе фазы сразу устанавливалась точно вертикально вверх из центра индикатора.
Когда Вы проделаете то же самое при настройке на сигнал PSK31, то, щелкнув мышкой по центру сигнала, Вы вместо единственной линии вверх из центра индикатора фазы увидите или линию из центра вниз, если это сигнал синхронизации, или линию по диаметру индикатора [для BPSK], если в этот момент передаются символы текста. Рассмотрите также примеры отображений сигналов на индикаторе фазы и дисплее, содержащиеся в разделе Примеры сигналов PSK31. 
Рис.5.
Немодулированная несущая
Так выглядит немодулированная несущая, попадающая точно в центр полосы частот [Fн = 1000 Гц] приемника [программы] рис.5. Длина красной линии уменьшается с уменьшением уровня сигнала.
На дисплее “Водопад” несущая имеет вид белой линии, расположенной точно по центру дисплея..Яркость этой линии уменьшается с уменьшением уровня сигнала. При плавной перестройке по частоте красная линия перемещается по кругу, а линия на дисплее плавно сдвигается в одну из сторон.
Сигнал синхронизации режима PSK31.
Здесь показан сигнал синхронизации PSK31 (BPSK или QPSK), как и в предыдущем случае попадающий точно в центр полосы частот [Fн = 1000 Гц] приемника [программы] рис.6. Линия на индикаторе фазы стала желтой, указывая на то, что приемник обнаружил сигнал синхронизации и способен принимать символы с выдачей их на экран. Эта желтая линия теперь занимает положение из центра вниз, указывая на фазу 180 градусов, что соответствует состоянию синхронизации [режима PSK31]. Дисплей “Водопад” отображает спектр сигнала синхронизации в виде двух спектральных составляющих (линий) по обе стороны от своего центра. Эти линии разнесены по частоте на 31.25 Гц друг от друга, на ту же величину, что и белые линии в маркере точной настройки сверху и снизу по центру дисплея.
Рис.6.
Если Вы будете плавно изменять номинал частоты в окне Rx Freq , то линия на индикаторе фазы начнет перемещаться по кругу, а на дисплее “Водопад” - смещаться в одну из сторон. При смещении от точки точной настройки программы на 15 Гц линия на индикаторе фазы достигнет верхнего вертикального положения, как при приеме немодулированной несущей, а на дисплее “Водопад” Вы увидите, что линия одного из тонов оказалась точно в центре дисплея, а линия другого тона – в стороне от центра. Такая настройка является неверной.
Сигнал BPSK в процессе передачи текста.
Здесь показан сигнал BPSK в момент нажатия клавиш клавиатуры оператором передающей противоположной стороны или при передаче файла. Аббревиатура BPSK может расшифровываться и как биполярная фазовая манипуляция. Изображение такого сигнала на дисплее состоит из двух плеч (векторов), исходящих из центра индикатора к его окружности. Сигнал по частоте находится точно в центре полосы Fн = 1000 Гц приема программы - рис.7. 
Рис.7.
Индикатор фазы попеременно показывает фазу сигнала со значениями 0 или 180 градусов, а на дисплее “Водопад” виден спектр сигнала, состоящий из двух или одной в состоянии завершения передачи спектральных составляющих. При плавной перестройке по частоте в одну из сторон линия на индикаторе фазы перемещается по кругу, а спектр сигнала на дисплее “Водопад” смещается в одну из сторон.
Когда оператор передающей стороны прекращает нажимать на клавиши, линия сигнала на индикаторе фазы снова превращается в линию из центра вниз, а с момента перехода в состояние завершения передачи (в течении 1 сек. до полного ее прекращения) линия сигнала занимает положение из центра вверх. При этом она окрашивается в красный цвет, и выдача символов на экран блокируется.
Сигнал BPSK при настройке на него со смещением в 6 Гц.
Рис.8.
Это сигнал BPSK в момент передачи данных, но приемник [программа] настроен на него со смещением в 6 Гц вниз по частоте, то есть сигнал оказался на 6 Гц выше частоты настройки приемника [программы] - рис.8. Обратите внимание на то, что линия сигнала на индикаторе фазы переместилась по часовой стрелке, а на дисплее “Водопад” спектр сигнала заметно сдвинулся от центра дисплея вправо. Если Вы щелкните мышкой по центру спектра смещенного сигнала, неточность настройки будет устранена.
Сигнал BPSK при настройке на него со смещением в 15 Гц.
Здесь показан BPSK сигнал передатчика, передающего текст, и приемник [программа] при этом настроен на 15 Гц ниже частоты сигнала. Частота сигнал теперь на 15 Гц выше частоты приемника и находится прямо на скате частотной характеристики полосового НЧ фильтра [программы] рис.9. 
Рис.9.
Нижнее плечо (вектор) сигнала на индикаторе фазы переместился вверх по кругу, а верхнее плечо (вектор) – по кругу вниз, причем расположены они не точно на одной прямой и в процессе приема данных постоянно меняются местами (правда, это невозможно показать на данном рисунке).
При этом в окне приема будут появляться всякие случайные символы, а на дисплее “Водопад” станет заметным значительное смещение сигнала вправо от центра дисплея. Щелчок мышкой по центру спектра сигнала в поле дисплея “Водопад” возвратит сигнал в зону точной настройки на него.
Сигнал QPSK в процессе передачи текста.
Здесь показан сигнал QPSK в момент передачи данных и точной настройке на него. Аббревиатура QPSK связана с четверичной (Quaternary) манипуляцией фазой несущего колебания, отображаемой четырьмя плечами (векторами). После выбора режима QPSK в меню Mode программы по окружности индикатора фазы появляются четыре настроечных маркера - рис.10. 
Рис.10.
Следует отметить, что отображение на индикаторе фазы даже полностью свободного от шумов сигнала сопровождается небольшим дрожанием его плеч (векторов). Спектр сигнала на дисплее “Водопад” имеет точно такой же вид, как и при сигнале BPSK, но если Вы присмотритесь внимательнее, то даже при очень чистом сигнале вы сможете заметить, что спектр не совсем симметричен относительно центра дисплея [при точной настройке].
Сигнал QPSK при настройке на него со смещением в 8 Гц.
Здесь показан сигнал QPSK в момент передачи текста и настройки приемника [программы] на частоту, которая на 8 Гц ниже частоты сигнала - рис11. Все четыре плеча (вектора) сигнала развернуты вправо на 90 градусов. 
Рис.11.
Хотя данный сигнал похож на сигнал при точной настройке, но Вы все же сможете распознать его по искаженным углам между его векторами. То, что не могло быть показано на этом рисунке, так это то, что весь сигнал на индикаторе фазы дрожит и рассыпается по кругу.
Дисплей “Водопад” указывает на небольшую погрешность настройки в виде смещения спектра сигнала вправо, то есть, выше по частоте. Когда [при такой неточности в настройке] передатчик корреспондента выдает сигнал синхронизации, на индикаторе фазы остается единственное плечо (вектор) сигнала, развернутое в положение “на 3 часа”.
Сигнал QPSK при настройке на него со смещением в 15 Гц.
Здесь показан сигнал QPSK в момент передачи текста и настройки приемника (программы) на частоту, которая на 15 Гц ниже частоты сигнала - рис12. 
Рис.12.
Плечи (векторы) сигнала “рассыпаны” по кругу индикатора фазы и сам сигнал по частоте находится точно на скате частотной характеристики приемного полосового НЧ фильтра программы. На дисплее “Водопад” видно значительное смещение в настройке на спектр сигнала. Вы можете щелкнуть мышкой по центру спектра этого смещенного сигнала и тем самым возвратить его в центр дисплея.
Сигнал, искаженный при передаче.
Здесь показан искаженный сигнал синхронизации. Обратите внимание на то, что плечо (вектор) сигнала на индикаторе фазы выглядит как обычно, но в спектре сигнала [на дисплее “Водопад”] присутствуют побочные составляющие, способные создавать помехи другим пользователям в полосе частот - рис.13. 
Рис.13.
Наиболее частой причиной такого искажения сигнала от передатчика является чрезмерный уровень НЧ сигнала с выхода звуковой платы, подаваемого на микрофонный вход передатчика. К подобным искажениям способен приводить и оставленный в работе речевой процессор или усилитель мощности, работающий в нелинейном режиме класса B или класса С . Если Вы увидите [в эфире] подобный сигнал PSK31 , то, пожалуйста, помогите другому оператору найти и устранить причину искажений.
Подобные же искажения и побочные составляющие спектра сигнала способны возникнуть и в самом приемнике, но задействованная в приемнике система АРУ предотвратит их появление. Если на вход звуковой платы подается чрезмерный сигнал с выхода приемника, то дисплей “Водопад” будет полыхать красными горизонтальными линиями.
Выбор узкополосного/широкополосного приемного фильтра.
Программа PSK31SBW имеет два приемных полосовых фильтра. По умолчанию задействован “широкополосный” фильтр с полосой +/-45 Гц [ширина полосы 90 Гц] на уровне затухания в 50 дБ, вполне достаточный в большинстве ситуаций. В меню Setup программы может быть выбран и “узкополосный” фильтр (окошко Narrow Filter) с полосой пропускания +/-31 Гц [ширина полосы 62 Гц] на уровне затухания в 60 дБ. Прежде чем решить постоянно использовать узкополосный фильтр, подумайте о том, что он требует большего процессорного времени в сравнении с широкополосным фильтром. На некоторых “медленных” компьютерах использование узкополосного фильтра может оказаться невозможным, особенно при использовании повышенной частоты дискретизации для звуковой платы. Если при выборе узкополосного фильтра такой “медленный” компьютер блокируется (“зависает”), то удалите файл PSK31.INI и перезапустите программу. Однако, если Ваш компьютер достаточно современен, то скорее всего Вы сможете выбрать и оставить в постоянном использовании именно узкополосный полосовой фильтр.
Выбор боковой полосы частот трансивера для сигналов PSK31.
Работая в режиме PSK31, Вы можете [в общем случае] задействовать или верхнюю, или нижнюю боковую полосу частот трансивера, но есть два момента, которые следует иметь в виду. При настройке на конкретную частоту, например, для связи по договоренности [в скеде] или в сети, точное значение частоты сети будет всегда соответствовать центральной частоте спектра радиосигнала. Если ваш приемник используется в режиме приема верхней боковой полосы частот, то значение частоты, на которой он действительно будет принимать, определится номиналом частоты настройки приемника в сумме с номиналом частоты, указанным в окне окна Rx Freq программы PSK31SBW. Это означает, что для определения действительной частоты настройки приемника при работе на заранее оговоренной частоте [в скеде] Вы должны вычесть частоту, указанную в окне окна Rx Freq, из назначенной рабочей частоты связи. Если в Вашем приемнике задействована нижняя боковая полоса частот, то для вычисления действительной частоты настройки приемника Вы должны прибавитьзначение частоты из окна Rx Freq к заранее оговоренной рабочей частоте связи [скеда].
Другим моментом, который следует учитывать при выборе боковой полосы частот, является то, что обе станции при использовании QPSK используют одно и тоже соглашение по полярности манипуляции. В программе по умолчанию предполагается использование верхней боковой полосы частот. Если же Вы пользуетесь нижней боковой полосой частот трансивера и собираетесь использовать сигналы QPSK, то Вы обязаны изменить полярность манипуляции как при приеме, так и при передаче. Это достигается задействованием опции Inverted QPSK в меню Setup программы.
Полярность манипуляции несущественна для сигналов BPSK , поэтому для них несущественен и выбор боковой полосы частот трансивера, и окошко установки опции Inverted QPSK при этом не действует. Однако, Вы должны помнить о проблеме полярности сигналов QPSK при переходе в режим работы с последним в процессе проведения связи. При неверной полярности сигналов QPSK Вы просто потеряете связь.
Для работы в режиме PSK31 рекомендуется использовать верхнюю боковую полосу частот трансивера. При этом облегчается пользование дисплеем “Водопад” и принятие решения о том, в какую сторону следует изменять настройку приемника, так как при этом радиочастотный спектр имеет тот же вид, что и исходный низкочастотный спектр сигнала [с выхода звуковой платы].
Ограничения по применению дисплея “Водопад”.
Дисплей “Водопад” в настоящей программе не является полноценным анализатором спектра. Он разрабатывался лишь для упрощенного обзора сигналов в полосе частот шириной по 250 Гц в каждую сторону [общая полоса обзора 500 Гц], но на нем будут видны и мощные сигналы, оказавшиеся и за пределами полосы обзора. Время от времени Вы сможете увидеть отклики сигналов, оказавшихся за пределами полосы обзора дисплея, но они намного слабее тех, что находятся непосредственно в полосе обзора, и это поможет Вам распознавать их и предотвращать недоразумения. Так, если Вы настроитесь на мощную немодулированную несущую и будете продолжать перестройку, то сможете увидеть, как отклик несущей, смещающийся к отметке 250 Гц на границе дисплея с одной стороны, вскоре появляется с противоположной стороны дисплея, двигаясь теперь уже по направлению к центру. Но эта несущая пропадает по мере продвижения к центру. Так что, например, возможно такое, что сильный сигнал, находящийся по частоте на 300 Гц ниже частоты настройки программы,появится в виде слабого отклика на 200 Гц выше частоты настройки. Если Вы щелкните мышкой по этому изображению, намереваясь перенести его в центр дисплея, то оно просто исчезнет! Однако вскоре Вы сможете научиться распознавать такие “сигналы”. Например, если в динамике стала слышна мощная несущая с более низким тоном, чем сигнал, который вы принимаете на экране, а дисплей “Водопад” отображает эту несущую выше по частоте, то Вы уже будете точно знать, что это ложный “сигнал”. Вы никогда не сможете увидеть такие ложные отклики в центре “Водопада”, они будут появляться только вблизи его границ. Если Вы воспользуетесь полосовым НЧ фильтром с полосой пропускания в 500 Гц, предназначенным для приема сигналов в режиме CW , то Вы никогда не увидите подобные ложные отклики, так как все они будут за пределами полосы пропускания такого CW-фильтра.
Прием сигналов PSK31 из эфира.
В присутствии только фонового шума на индикаторе фазы видны лишь беспорядочные красные всполохи и на основной экран ничего не выдается. Каждый раз с обнаружением синхросигнала PSK31 на индикаторе фазы появляется вертикальная линия вниз из центра, а на дисплее “Водопад” - пара близко расположенных друг к другу линий по центру дисплея [при точной настройке на сигнал].
Если в поле Squelch (Шумоподавитель) отмечен режим Auto (Автоматически), то изображение на индикаторе фазы из красного становится желтым, индицируя тем самым обнаружение синхросигнала, и с началом передачи текста линия на индикаторе фазы станет показывать скачки фазы, на дисплее "Водопад" спектр станет "промодулированным" и в основном окне экрана появится текст. Если сигнал слишком слаб для переключения шумоподавителя и Вы все же хотите что-то принимать, то можно переключить Squelch (Шумоподавитель) в положение Off (Выключен). При этом изображение сигнала на индикаторе фазы будет постоянно желтым и программа будет пытаться обрабатывать [преобразовывать в символы - "принимать"] даже шумы в полосе приема. Функциональная клавиша F2 переключает Squelch (Шумоподавитель) между состояниями Auto (Автоматически) и Off (Выключен).
Вы можете вручную подстраивать частоту приема программы, удерживая в строго вертикальном положении отображение сигнала на индикаторе фазы, или же Вы можете задействовать систему АПЧ (AFC) программы, которая будет осуществлять автоматическую точную подстройку на сигнал в периоды срабатывания шумоподавителя и отслеживать любой [медленный] дрейф частоты передаваемого сигнала.
В основной массе PSK31-связей задействуется режим BPSK, при котором отображение сигнала на индикаторе фазы скачет снизу вверх, но если Вы увидите на нем перекрещивающиеся линии вместо одной вертикальной, то это означает присутствие сигнала QPSK. Смотрите раздел - "Прием сигналов QPSK" для получения инструкций по приему таких сигналов.
Прием сигналов QPSK.
Когда на индикаторе фазы линия сигнала переключается по вертикали снизу вверх, то это сигнал BPSK. Каждый бит данных передается за 32 мс и сами данные кодируются с использованием алфавита кода переменной длины (Варикод). Любые сбои в приеме данных проявляются в виде ошибок в декодируемом тексте. Программа PSK31SBW способна также работать в режиме коррекции ошибок за счет передачи избыточных данных. При этом вместо непосредственной передачи избыточных бит и соответствующего снижения скорости передачи текста за каждые те же 32 мс передаются два бита данных с использованием четверичной фазовой манипуляции несущей вместо двоичной. Соответственно на индикаторе фазы отображение сигнала принимает вид креста вместо переключающейся линии. Это и есть режим QPSK.
Итак, если Вы видите крест на индикаторе фазы, то принимаемый Вами сигнал является сигналом QPSK. Но если при этом программа находится в режиме BPSK, то на экран будут выводиться только всякие случайные символы. Для переключения в режим QPSK воспользуйтесь меню Mode (Режимы) программы или функциональной клавишей F1 на клавиатуре. Состояние синхронизации для режима QPSK аналогично таковому для режима BPSK и на индикаторе фазы сигнал синхронизации режима QPSK по-прежнему отображается линией из центра вниз. Автоматическое переключение режимов программы не предусмотрено: вы должны сами идентифицировать сигнал [на индикаторе фазы] и вручную установить режим BPSK/QPSK. Для режима QPSK характерен меньший коэффициент ошибок в условиях федингов и многолучевости, но настройка на сигналы требует большей аккуратности. Маркеры по кругу индикатора фазы [два или четыре светлые сегменты окружности] будут напоминать Вам о текущем режиме работы программы. И если вы установили режим QPSK для приема сигнала, который на индикаторе фазы имеет вид перекрещивающихся линий, но на экран по-прежнему выдаются бессмысленные символа, то возможно, что передача сигнала ведется в неверной полярности.
При приеме сигналов BPSK из эфира использование конкретно верхней или нижней боковой полосы частот трансивера не имеет значения, однако это принципиально важно для сигналов QPSK. По умолчанию программа PSK31SBW настроена на корректный прием сигналов QPSK с использованием верхней боковой полосы частот, однако в меню Setup программы (опция Inverted QPSK) Вы можете изменить эту установку программы на противоположную, если захотите правильно принимать сигнал QPSK с использованием нижней боковой полосы частот трансивера. Проверьте, что Ваш приемник использует правильную боковую полосу частот, и состояние опции Inverted QPSK (Инверсия сигналов QPSK) в меню Setup программы.
Просмотрите также раздел справки, содержащий Примеры сигналов PSK31, для уточнения некоторых деталей настройки на сигналы QPSK.
Передача сигналов PSK31.
Для того чтобы переключить программу PSK31SBW в режим передачи, достаточно простого нажатия любой символьной клавиши. Лучше всего пользоваться клавишей Enter, так как при этом на принимающей стороне происходит переход на новую строку выдачи символов на экран. Если перед этим Вы правильно установили уровень сигнала, подаваемого на вход передатчика с выхода звуковой платы, то передатчик начнет излучать чистый двухтональный сигнал, причем индицируемая выходная мощность должна быть на уровне вблизи 50% от максимальной. Убедитесь, что передача не клиппирована. В отличие от сигнала FSK, огибающая которого имеет постоянную амплитуду, ограничение которой в процессе передачи ничем не грозит, сигнал PSK31 имеет изменяющуюся амплитуду, всякое искажение которой при передаче неминуемо приводит к появлению нежелательных побочных излучений. Рассмотрите пример отображения искаженного сигнала на дисплее "Водопад", приведенный в разделе Сигнал, искаженный при передаче, чтобы увидеть, как выглядит искаженная передача длядругих пользователей диапазона.
С началом передачи текста мощность передатчика будет колебаться до отметки максимального уровня. Изображение на индикаторе фазы станет зеленым, и печатаемые символы по мере их ввода будут появляться в окне передачи. Вы не сможете корректировать уже введенные ошибочные символы до того, как они будут переданы. Нажатие клавиши возврата на один символ (Backspace) приводит к выдаче в канал соответствующего управляющего кода, благодаря которому стирается копия этого символа и на приемной стороне, но только в пределах (до начала) текущей строки передачи. Коды ANSI расширенного набора символов, если они есть на клавиатуре, например, umlauts и другие [национальные] письменные знаки, также могут быть переданы, но правильно приняты, они могут быть лишь при условии, что оба корреспондента используют один и тот же расширенный набор символов ANSI. По мере передачи текста (которая может притормаживаться, если вы быстро вводите символы) он появляется в основном окне. Не забывайте, что эффективность режима PSK31 основана внекоторой степени и на том, что для наиболее часто встречающихся символов текста задействуются наиболее короткие коды. Это означает также, что текст из символов нижнего регистра передается быстрее текста, составленного из символов верхнего регистра. По этой причине передача текста заметно замедлится, если вы нажмете клавишу Caps Lock и станете передавать только символы верхнего регистра. Если Вам неудобно печатать в смешанном (верхнем и нижнем) регистре, то передавайте весь текст символами только нижнего регистра.
Как и в процессе приема, при передаче сигнала BPSK выбор боковой полосы частот трансивера не имеет значения, но при передаче сигнала QPSK это следует учитывать. По умолчанию программа PSK31SBW настроена на передачу сигналов QPSK с использованием верхней боковой полосы частот, но в окошке Inverted QPSK меню Setup программы Вы можете изменить эту настройку программы на противоположную, если захотите правильно передавать сигнал QPSK с использованием нижней боковой полосы частот трансивера. Задействуйте опцию Inverted QPSK в меню Setup программы, если Вы вынуждены использовать именно нижнюю боковую полосу частот. В режиме передачи нажатие функциональной клавиши F5 на клавиатуре или щелчок мышкой по кнопке Tx Оff программы приведет к смене тона передачи на постоянный в течение 1 секунды при 100%-ой мощности, затем передатчик выключится. Для того чтобы по завершении передачи сигнала PSK31 передать кодом Морзе свой позывной, Вы можете нажать функциональную клавишу F6 или щелкнуть мышкой по кнопке CWID программы.Если необходимо, то функциональная клавиша F8 может быть использована для иницирования передачи чистого тонального сигнала для отладочных целей, а нажатие клавиши F7 приведет к передаче текста CQ [в режиме PSK31] с последующей передачей кодом Морзе Вашего позывного.
Основные приемы оперативной работы.
Если в поле Squelch (Шумоподавитель) установлен режим Auto (Автоматически), то с началом передачи сигнала PSK31 изображение на индикаторе фазы становится желтым и на экране печатается принимаемый текст. Это состояние сохраняется в течение всего времени, пока сигнал хорошего качества. Как только сигнал пропадает и остаются только шумы, то текст перестает печататься и изображение на индикаторе фазы становится красным. Если Squelch (Шумоподавитель) установлен в положение Off (Выключен), то на экране всегда будут появляться символы и изображение на индикаторе фазы всегда будет желтым, так что слабый сигнал, не способный открыть шумоподавитель, будет приниматься, но шумы в канале будут искажать символы. Функциональная клавиша F2 переключает состояния шумоподавителя между Auto (Автоматически) и Off (Выключен).
В режиме BPSK система шумоподавителя ориентируется по "чистоте" сигнала на индикаторе фазы, а в режиме QPSK - по числу коррекций ошибок, выполняемых декодером Витерби. Следует иметь в виду, что если вы в режиме QPSK программы настроитесь на сигнал BPSK или инвертированный сигнал QPSK, или, находясь в режиме BPSK, настроитесь на сигнал QPSK, то шумоподавитель в момент передачи текста не сработает. Шумоподавитель срабатывает с задержкой около 1.5 сек. Кроме того, шумоподавитель срабатывает при обнаружении синхросигнала и отключает прием, если "уцепится" за окончание передачи сигнала PSK31, поэтому никогда не будут потеряны первые передаваемые символы и не будет печататься "мусор" на экране [по завершении передачи], так как передача сигнала PSK31 всегда начинается с выдачи синхросигнала и заканчивается специальным сигналом окончания передачи.
Система АПЧ (AFC), если задействована, устраняет погрешность в частоте настройки на сигналы. Работает она двояко. Во-первых, когда Вы принимаете новый сигнал и неточно на него настроились, то как только сработает шумоподавитель, этот сигнал автоматически "втянется" точно в центр полосы приема программы. Во-вторых, если в процессе передачи сигнал медленно дрейфует по частоте, то система АПЧ (AFC) будет отслеживать этот дрейф. В обоих случаях изменение частоты приема отображается в окне Rx Freq программы. Когда Вы захотите ответить на этот сигнал, то убедитесь, что задействована опция Net (Сеть) в окне Tx Freq программы. Если это так, то с началом ввода символов и включения передатчика частота последнего будет точно соответствовать предшествующей частоте приема. Задействование опции Net (Сеть) соответствует работе трансивера с выключенной расстройкой: Вы всегда будете отвечать на частоте корреспондента, даже если Ваша станция или станция корреспондента "плывет" по частоте, но у каждого из вас задействована система АПЧ (AFC) для компенсации такого дрейфа по частоте. Функциональная клавиша F3 включает/отключает систему АПЧ (AFC). Вы можете отключить эту систему, если желаете вручную подстраиваться на частоту сигнала.
Единственно, когда не следует задействовать опцию Net (Сеть), так это тогда, когда Вы работаете на преднамеренно разнесенных рабочих частотах или даже на одной частоте и вдруг обнаруживаете, что каждый раз при переходе на прием Вам приходится подстраиваться на частоту корреспондента. Если при каждом таком переходе Вы вынуждены подстраиваться на одну и ту же величину с одним и тем же знаком так, что частота связи “дрейфует” по диапазону с каждым переходом на прием, то это свидетельствует о том, что одна из участвующих в связи станций имеет постоянный сдвиг частот приема и передачи. В этом случае одна из станций должна отказаться от опции Net (Сеть) с целью устранения эффекта такого “дрейфа”. Если Вам заранее известно наличие подобного смещения рабочих частот приема и передачи Вашего трансивера, то Вы не должны в своей работе использовать опцию Net (Сеть). Это обусловит уверенность в том, что по крайней мере другая станция сможет отвечать на Вашей частоте, и любая третья станция сможет легко принимать вас обоих без дополнительной подстройки. Переключение опции Net (Сеть) можно осуществлять и функциональной клавишей F4.
Если Вы хотите перестроиться на соседний канал в пределах боковой полосы часто трансивера, то можете щелкнуть мышкой в окне окна Rx Freq и затем с помощью клавиатуры изменить частоту. Это же применимо и в отношении окна Tx Freq , если не задействована опция Net (Сеть), причем сделать это можно даже в процессе передачи. В обоих случаях действительное изменение частоты происходит лишь при выводе курсора из окна. Для этого можно нажать клавишу Enter или щелкнуть мышкой в окне передачи, или нажать клавишу табуляции (Tab).
Кроме того, Вы можете сменить частоту в пределах +/-250 Гц, щелкнув мышкой по дисплею “Водопад” в области свободной частоты, перестроив тем самым приемник на данную рабочую частоту. В этой ситуации для обеспечения синхронной смены частоты передачи достаточно задействовать опцию Net (Сеть).
Так же, как и для организации передачи, кодом Морзе своего позывного по завершении цикла передачи путем щелчка мышью по кнопке CWID (или нажатия клавиши F6), можно воспользоваться меню Mode (Режимы) программы для выбора в нем режима Send CW передачи кодом Морзе. После этого просто вводите символы с клавиатуры. Используйте кнопку Tx Off в программе [для щелчка по ней мышью] или функциональную клавишу F5 для возврата в режим приема по окончании передачи. Режим автоматического приема сигналов в коде Морзе в данной программе не предусмотрен.
Для инициирования передачи сигналов PSK31 общего вызова CQ с последующим ее завершением выдачей Вашего позывного кодом Морзе щелкните мышкой по кнопке CQ программы или нажмите функциональную клавишу F7. Если Вы захотите прервать передачу общего вызова до полного ее окончания, щелкните мышкой по кнопке Tx Off программы или нажмите функциональную клавишу F5.
Сохранение принятого текста.
Текст, принятый на экране, может быть сохранен в файле. Выберите меню File и в нем пункт Log to File , а затем в окне выбора файла или подтвердите предлагаемое имя файла "PSK31.LOG", или введите любое другое имя по вашему выбору. По мере приема текста последний будет одновременно с выдачей на экран записываться в указанный файл. Если после этого Вы снова откроете меню File программы, то увидите, что пункт Log to File этого меню помечен “птичкой” - это свидетельствует о наличии в данный момент файла, открытого для сохранения принимаемого текста. Для закрытия этого файла достаточно еще раз щелкнуть мышкой по пункту Log to File меню File. Если впоследствии вы снова задействуете для сохранения принимаемого текста тот же самый файл, то новый текст будет просто добавляться в конец уже существующего файла. Так будет происходить до тех пор, пока Вы не удалите этот файл за ненадобностью.
Передача текстовых файлов.
Если выбрать пункт Send File (Передача Файла) в меню File , то заранее подготовленный файл с текстом может быть передан по эфиру. При этом появляется окно выбора файла, в котором Вы сможете выделить требуемый файл. По умолчанию в окне выбора выдается перечень файлов с расширением .TXT или с расширением, выбранным Вами, но Вы должны быть уверены в том, что выбираете для передачи именно текстовый файл, а не двоичный файл данных. После щелчка мышкой по кнопке OK это окно закроется и начнется передача файла. В процессе передачи файла на экране присутствует соответствующее информационное окно [с именем передаваемого файла] и Вы можете прервать передачу текста с помощью кнопки Abort (Сброс) в этом окне. В противном случае по окончании передачи всего файла окно закрывается автоматически.
Расширенный набор символов.
В режиме PSK31 можно передать 255 различных отображаемых символов переменной длины, составляющих набор десятичных значений в диапазоне от 0 до 255. Это означает, что программа PSK31SBW способна обрабатывать и те редко используемые и специальные символы, которые отсутствуют в стандартном 128-символьном наборе ASCII . Однако, следует иметь в виду то, что расширенный набор символов ANSI-стандарта, предназначеный для международного использования, не может быть использован в среде DOS . Кроме того, этот набор различен для каждой страны и определяется заданием конкретной (национальной) кодовой страницы для драйверов дисплея и клавиатуры вашего компьютера.
Основы манипуляции сигналов PSK31.
31-Бодная система BPSK -модуляции, используемая в режиме PSK31 , ранее была встроена SP9VRC в его программу SLOWBPSK, написанную для DSP типа Motorola DSP56002EVM. Вместо традиционного ключевания сдвигом частоты, информация передавалась путем изменения полярности сигнала на противоположную (иногда называемого сдвигом фазы на 180 градусов). Эта процедура может считаться эквивалентной посылке информации путем синхронной замены местами двух противоположных проводов антенного фидера, хотя, конечно, ключевание обычно удобнее осуществлять в самом начале звукового тракта трансивера. Хорошо разработанная PSK -система способна обеспечить лучшие результаты, чем стандартные FSK -системы, уже многие годы используемые любителями, и в принципе способна работать в намного более узком спектре частот, чем системы с FSK. Скорость передачи данных 31 Бод была выбрана с таким расчетом, чтобы система успевала легко обрабатывать посылаемый вручную текст.
Имеется одна проблема, связанная с фазовой манипуляцией (PSK), не обнаруживаемая при использовании частотной манипуляции (FSK), и это - эффект, связанный собственно с ключеванием (нажатием клавиш клавиатуры). При FSK мы можем избавиться от этих неприятностей за счет не очень высокой (умеренной) скорости манипуляции, чтобы не генерировать чрезмерных побочных излучений, но изменение полярности на противоположную (при PSK) эквивалентно выключению одного передатчика и одновременному включению другого в противофазе: в результате появляются "щелчки манипуляции", которые ВДВОЕ ХУЖЕ, чем просто включение-отключение передатчика при всех прочих равных условиях. Так, если для осуществления BPSK-модуляции со скоростью 31 Бод мы задействуем цифровую логику (микросхему), выполняющую операцию "исключающее ИЛИ", то побочные излучения будут занимать очень широкую полосу частот. Фактически она будет примерно в 3 раза шире полосы исходного сигнала на уровне -10 дБ, в 5 раз - на уровне -14 дБ, в 7 раз - на уровне -17 дБ, и так далее (в точном соответствии с рядом Фурье для прямоугольного импульса).
Решить отмеченную выше проблему можно путем фильтрации выходного напряжения или изменения формы огибающей амплитуды импульса каждого бита, что по сути одно и то же. Так в режиме PSK31 используется косинусоидальная форма огибающей импульса. Чтобы увидеть, как связаны форма огибающей импульса и его спектр, рассмотрим передачу непрерывной последовательности бит со скоростью 31 Бод со сменой фазы на 180 градусов для каждого бита. При косинусоидальной форме огибающей амплитуды бита, огибающая его спектра напоминает двухполупериодное выпрямленное напряжение частоты 31 Гц. Она же похожа и на спектр двухтонального сигнала, причем не просто похожа - это и есть сигнал с двумя тонами, и его спектр состоит из двух чистых тонов с частотой +/-15 Гц от средней частоты без каких-либо дополнительных спектральных составляющих. Однако, как и в случае с двумя независимыми тонами (но не при FSK), если мы подадим все это на вход передатчика, который не достаточно линеен, то на выходе получим продукты интермодуляции - так что мыдолжны быть внимательны и не перегружать передатчик по звуковому входу. Правда, даже самые плохие усилители создают продукты интермодуляции третьего порядка с относительным уровнем всего -25 дБ в полосе +/-47 Гц (в 3 раза шире основного спектра сигнала) и продукты пятого порядка с уровнем -35 дБ в полосе +/-78 Гц (в 5 раз шире основного спектра сигнала) - все это значительно лучше в сравнении с случаем простой амплитудной манипуляции. Конечно, если мы максимально перегрузим усилитель передатчика, то получим те же самые уровни нежелательных помех, что и в обычной системе манипуляции.
Обратите внимание на то, что фильтры передатчика и фильтры приемника должны быть "согласованы" между собой для обеспечения МСИ-эффективности . Существуют некоторые системы аналогичного назначения, которые также используют пары идентичных и согласованных между собой приемных и передающих фильтров. И хотя я тоже пошел по такому же пути, никому не возбраняется при желании еще более повысить эффективность данной системы, но для этого придется привлечь кого-то еще, чтобы изменить фильтрацию на передающей стороне. Итак, я пошел по пути использования простой косинусоидальной формы огибающей для передатчика и последующего согласования с ней импульсной характеристики приемника. Данное обстоятельство обеспечивает возможность улучшения приемников без разработки новых передатчиков, которые могут оказаться несовместимыми со старыми. И в этом мой подход к означенной проблеме несколько отличается от подхода, реализуемого SP9VRC.
Сигналы QPSK и коррекция ошибок.
В режиме PSK31 при формировании сигнала QPSK двоичный поток исходных данных берется в точке, откуда ранее он поступал непосредственно на модулятор BPSK, и пропускается через 5-разрядный регистр сдвига. Затем одновременно вычисляются логическая функция четности от текущего содержимого 1-го, 2-го и 5-го разрядов этого регистра и логическая функция четности от содержимого 1-го, 3-го и 5-го разрядов. В результате получаются два потока бит с той же скоростью 31.25 бит/сек, что и скорость потока исходных данных. Каждая пара бит [по одному текущему биту из каждого потока] образует двоичное число, каждое из четырех возможных значений которого процессе QPSK-модуляции отображается одним из четырех возможных значений фазового сдвига несущей. В итоге каждый бит исходных данных превращается в 5-ти разрядную последовательность сдвигов фаз на +/-90 и +/-180 градусов, перемешанную (перемеженную) с аналогичными последовательностями от последующих и предыдущих бит исходных данных.
В приемнике для отслеживания всех 32 возможных гипотез относительно соответствия переданного бита потоку принятых данных используется декодер Витерби, производящий оценку того, насколько хорошо полученный набор фазовых сдвигов (принятая последовательность бит) соответствует каждой из гипотез. Предпочтение, отданное декодеру Витерби, обусловлено наличием уверенности в том, что при отбрасывании 16-ти "худших гипотез" перед приемом сигнала следующего бита (который удваивает число гипотез снова до 32) декодер никогда не выберет ошибочную гипотезу, а после приема 20 дополнительных сигналов (бит) декодер может быть достаточно уверенным в том, что гипотеза относительно приема первого из 20 предшествующих бит было верна. Единственным неудобством при этом оказывается то, что декодер способен выбирать "наилучшую гипотезу" с задержкой на прием 20 бит, что в случае режима PSK31 соответствует 640 м/сек. Возможно построение и более “длинных” декодеров Витерби, однако объем вычислений удваивается с каждым дополнительнымшагом процедуры и для режима PSK31, предназначенного для проведения оживленных QSO, задержка в обработке и выдаче символов на экран, окажется неоправданно велика.
Основы кодирования символов PSK31.
Обычное асинхронное кодирование ASCII -символов, использованное в первоначальной версии этой системы, разработанной SP9VRC, и изначально асинхронная система, существующая для передачи RTTY в течении последних 50 лет, используют один стартовый бит, фиксированное число бит данных, и один или большее число стоповых битов. Стартовый бит всегда противоположной полярности по отношению к стоповому биту. Перед началом передачи данных в канал выдается сигнал стоповой полярности. Это дает возможность приемнику начинать декодирование с момента переключения сигнала в канале со стопового на стартовый.
Одним из недостатков этого процесса является то, что, если в ходе продолжительной передачи данных происходит ошибка в стоповом или стартовом бите, приемник теряет синхронизацию и может потребоваться некоторое время для ее восстановления, в зависимости от конкретного вида передаваемых при этом символов: в некоторых ситуациях, обусловленных повторением символов, приемник может даже оставаться в состоянии рассинхронизации в течении всего времени пока продолжают передаваться эти повторяющиеся символы.
Код, использованный в режиме PSK31 , позволяет справиться с этой проблемой за счет назначения разделителей символов, исключающих ситуации, связанные с появлением старт-стопной последовательности внутри кода символов, а также за счет тщательного построения самого кода, в котором эта разделительная последовательность, указывающая на границы символов, никогда бы не могла появиться внутри символа. Благодаря этому при потере синхронизации никогда не возникает пакет неверно принятых символов. Такой поход плодотворен еще и тем, что при этом коды символов не обязаны иметь одинаковую длину.
Если, как это часто и бывает в обычной любительской радиосвязи, проводится обмен разговорными текстами, то одни символы встречаются в них чаще других. В коде Морзе данное обстоятельство использовано для повышения эффективности передачи путем кодирования наиболее употребительных символов самыми короткими кодами и использования более длинных кодов для менее употребляемых символов. При таком кодировании кодом переменной длины средняя скорость передачи символов оказывается большей, чем в случае кодирования символов кодами постоянной длины. Или, если посмотреть на это с другой стороны, код переменной длины может быть передан с меньшей скоростью телеграфирования (манипуляции) и, соответственно, в более узкой полосе частот и с меньшим числом ошибок [за счет увеличения соотношения сигнал/шум в рабочей полосе частот]. Код Варикод, использованный в режиме PSK31, построен аналогично в соответствии с двумя основными правилами:
1. Все символы кода разделяются двумя последовательными 0-ми битами.
2. Ни в одном из символов кода нет последовательности из 2-х и более 0-х бит.
Так же, как и в коде Морзе, в котором все кодовые символы разделены “отжатием” (паузой), все кодовые символы (слова) кода Варикод должны иметь в начале и конце, по крайней мере по одному 1-му биту и разделяться друг от друга комбинацией {00} подобно межсимвольной паузе в коде Морзе.
При таком способе кодирования приемник определяет границы кодовых слов по комбинациям вида {00} и поскольку данная комбинация никогда не встречается внутри самого кодового слова , то проблема “потери синхронизации”, доставляющая так много неприятностей в асинхронных системах, здесь никогда не возникает.
Процедура кодирования кодом переменной длины, задействованная в системе PSK31, разрабатывалась на основе анализа большого объема текстовых (ASCII) файлов английского языка на предмет частоты появления в них каждого из 128 символов таблицы ASCII кода. В последующем создавался список всех двоичных комбинаций, удовлетворяющих вышеупомянутым правилами, а именно, каждая такая комбинация бит должна была начинаться и оканчиваться 1-ми битами и не должна была содержать двух или большего числа 0-х бит, следующих друг за другом. Этот список генерировался компьютером, начиная с самой короткой комбинации. Составление списка было остановлено по нахождении всех 128-ми комбинаций бит. После этого список ASCII кодов в порядке убывания частоты их появления сопоставлялся списку двоичных комбинаций, расположенных в порядке возрастания их длин, причем наиболее часто встречающимся символам ASCII кода сопоставлялись самые короткие кодовые комбинации бит. Так был создан алфавит кодовых слов переменной длины. Окончательным завершением работ послужили несложные вычисления по определению среднего числа бит кода, приходящихся на один исходный символ типичного текстового файла, передаваемого данным кодом. При этом учитывались комбинаций бит вида {00}, используемые в качестве разделителей исходных символов. Результатом оказалось 6-7 бит на символ. При сравнении с 9-ю битами на символ для асинхронной системы это совсем неплохо. Самым коротким символом является “код пробела”, передаваемым единственным 1-м битом. Самый длинный символ имеет длину кода в 10 бит или даже 12, так как мы должны учесть и комбинацию {00} из 2-х нулевых бит, используемую в качестве разделителя символов. Перечень кодов (алфавит) содержится в файле ALPHABET.TXT. Содержимое этого файла считывается программой каждый раз в момент ее старта и не должно редактироваться.
Чтобы обеспечить способность приемника поддерживать символьную синхронизацию в режимах BPSK и QPSK модуляции, состояние покоя в линии (нулевое логическое состояние) с кодом Варикод отображается непрерывным "изменением полярности". Благодаря этому в состоянии покоя осуществляется непрерывная модуляция несущей и эта, по сути амплитудная манипуляция с частотой передачи бит используется в приемнике для поддержания состояния синхронизации. Самым неблагоприятным случаем является непрерывная передача символа "!" ("восклицательный знак") в режиме BPSK модуляции, когда в течении всего времени передачи 9-ти бит этого символа выдается немодулированная несущая, сопровождаемая последующим двукратным изменением полярности. Однако и этого оказывается достаточно для того, чтобы приемник поддерживал синхронизацию, да к тому же символ "!" не так уж и часто используется! В режиме BPSK модуляции каждая смена полярности приводит к небольшой положительной коррекции процедуры битовой синхронизации. В режиме QPSK модуляции даже сдвиги фазы на +90 и -90 градусов содержат некоторую амплитудную модуляцию, а символы с длинной последовательностью 1-х бит отсутствуют вовсе.
Сигналы PSK31 и распространение радиоволн.
В режиме PSK31 сигналы занимают гораздо меньшую полосу частот в сравнении с любым другим режимом, используемым радиолюбителями, исключая быть может, радиосвязь в диапазоне ОНЧ . При использовании только минимально необходимой для передачи данных полосы частот отношение сигнал/шум становится максимально возможным – это и обусловливают высокую эффективность таких сигналов. Однако в некоторых ситуациях использование очень узкой полосы частот оказывается невозможным. Например, тридцать лет назад эта идея никому [из радиолюбителей] не приходила в голову в связи с явно недостаточной стабильностью частоты плавно перестраиваемых передатчиков тех лет. По этой причине в системах RTTY с самого начала использовался намного более широкий спектр частот, чем это необходимо [в сравнении, например, со спектром сигналов PSK31]. Все, что было связано с нестабильностью частоты, не оставляло надежд относительно идеи использования узкой полосы частот.
Существует, однако, источник нестабильности частоты, который мы не сможем устранить, поскольку существует он не внутри нашей аппаратуры. До сих пор мы всегда считали, что если передается сигнал стабильной частоты, то на другом конце он будет приниматься точно на той же частоте. В большинстве практических ситуаций это действительно так, но иногда ионосфера может быть настолько возмущена солнечным излучением, что возникающие колебания протяженности радиотрассы создают эффект частотной модуляции всех отраженных от нее сигналов. Данный эффект на КВ иногда именуется “дрожащим федингом” (flutter fading), хотя для него характерны не столько собственно замирания, сколько незначительные колебания уровня несущей с соответствующим смещением (расширением) спектра сигнала.
В случае с узкополосным сигналом PSK31 данный вид “допплеровского расширения спектра” означает, что ионосфера вносит в сигнал свою долю “шумов частотной нестабильности”. В этих условиях любой режим с узкополосными сигналами окажется неэффективным. При этом следует принимать во внимание прежде всего не сам факт того, что сигнал PSK31 оказывается не очень подходящим в условиях дрожащего фединга, а то, что дрожащий фединг действительно расширяет спектр сигнала и в подобных ситуациях нам не удастся с помощью узкополосного режима улучшить соотношение сигнал/шум.
Наиболее подверженными частями ионосферы являются ее области над северным и южным магнитными полюсами: частички с высокой энергией из потока солнечного излучения стягиваются туда вдоль силовых линий магнитного поля и бомбардируют ионосферу в районе полюсов. Так что трассы через полярные области Земли наиболее подвержены влиянию солнечной активности, а на НЧ диапазонах подобные условия могут создаваться также в периоды зимних ночей на высоких широтах даже и при относительно низкой солнечной активности.
Итоги
Режим PSK31 привлекателен, прежде всего тем, что за счет использования узкой полосы частот сигнала позволяет достичь максимального соотношения сигнал/шум. В большинстве случаев радиотрассы достаточно стабильны по частоте и результат оказывается очень хорошим. В редких случаях, связанных, как правило, с высокой солнечной активностью, на трасах вблизи северного и южного полюсов Земли, где частотная стабильность ионосферы оказывается низкой, эффективность систем с режим PSK31 с минимально возможной полосой частот существенно снижается.
Скачать программу PSK31SBW - zip 176kb.
М. Павлов, (RV3DBL) rv3dbl@belmail.ru
