F6ECI Station Radio Amateur

Home
QRA
EPC club
LOG F6ECI
LOG TM1EPC
eQsl
LotW
Mode Numerique
RTTY
CW
QRSS DFCW
PSK
SIM_PSK
WSPR
OPERA
WJST
MSK
DRM SSTVHD
SDR Radio
DRM Picture
 

1997  Définition du mode PSK  pour les applications radio amateur  les modes BPSK31 et QPSK31 ( inventeur  G3PLX 1997)

Modes PSK

Avantages :

Inconvénients:

Theorie

Le Phase-shift keying (ou PSK, soit « Modulation par Déplacement de Phase ») désigne une famille de formes de  modulations numériques qui ont toutes pour principe de véhiculer de l'information binaire via un signal de référence (porteuse), et exclusivement par ce biais.

Comme pour toute technique de modulation numérique, la phase en question ne peut prendre qu'un nombre fini de valeurs. Chacune de ces valeurs représente un unique nombre binaire, dont la taille (et donc la quantité d'information transmise) dépend du nombre de valeurs possibles pour la phase. Généralement, pour une modulation PSK donnée, les nombres binaires représentés sont tous de même taille.

Les formes de PSK les plus utilisées sont la BPSK  2-PSK :( deux valeurs de phase possibles), la QPSK (ou 4-PSK : quatres valeurs de phase possibles) et la DPSK (Differential-PSK : où l'information est contenue non pas dans une valeur absolue de phase, mais dans le déphasage entre deux signaux successifs)

Définitions

Pour déterminer les erreurs de manières mathématiques, voici les définitions utiles pour la suite:

 

Quelques formules

C/N=E_b/N_0\cdot\frac{f_b}{B}    Eb ernergie bit, N0 la bande de Nyquist

Fb est le débit net du signal, B la puissance de bruit du canal dans la bande ideal ( filtre carré)

\frac{E_s}{N_0} =\frac{E_b}{N_0}\log_2 M       Es energie symbole , M le nombre de bit par symbole

 

BPSK31

Le BSK31 consiste en un saut de phase de 180° avec un débit de 31.25 bit par seconde

Le code utilisé est un varicode ( code de longueur variable ) basé sur le codage de Huffman ( algorithme de compression de données sans perte), cela permet d'augmenter la vitesse moyenne des caractères. Exemple d'application du code

Varicode PSK
NUL 10101010111 
SOH 1011011011 
STX 1011101101 
ETX 1101110111 
EOT 1011101011 
ENQ 1101011111 
ACK 1011101111 
BEL 1011111101 
BS  1011111111 
HT  11101111 
LF  11101 
VT  1101101111 
FF  1011011101 
CR  11111 
SO  1101110101 
SI  1110101011 
DLE 1011110111 
DC1 1011110101 
DC2 1110101101 
DC3 1110101111 
DC4 1101011011 
NAK 1101101011 
SYN 1101101101 
ETB 1101010111 
CAN 1101111011 
EM  1101111101 
SUB 1110110111 
ESC 1101010101 
FS  1101011101 
GS  1110111011 
RS  1011111011 
US  1101111111 
SP  1 
!   111111111 
"   101011111 
#   111110101 
$   111011011 
%   1011010101 
&   1010111011 
'   101111111 
(   11111011 
)   11110111 
*   101101111 
+   111011111 
,   1110101 
-   110101 
.   1010111 
/   110101111 
0   10110111 
1   10111101 
2   11101101 
3   11111111 
4   101110111 
5   101011011 
6   101101011 
7   110101101 
8   110101011 
9   110110111 
:   11110101 
;   110111101 
<   111101101 
=   1010101 
>   111010111 
?   1010101111 
@   1010111101 
A   1111101 
B   11101011 
C   10101101 
D   10110101 
E   1110111 
F   11011011 
G   11111101 
H   101010101 
I   1111111 
J   111111101 
K   101111101 
L   11010111 
M   10111011 
N   11011101 
O   10101011 
P   11010101 
Q   111011101 
R   10101111 
S   1101111 
T   1101101 
U   101010111 
V   110110101 
W   101011101 
X   101110101 
Y   101111011 
Z   1010101101 

[   111110111 
\   111101111 
]   111111011 
^   1010111111 
_   101101101 
`   1011011111 
a   1011 
b   1011111 
c   101111 
d   101101 
e   11 
f   111101 
g   1011011 
h   101011 
i   1101 
j   111101011 
k   10111111 
l   11011 
m   111011 
n   1111 
o   111 
p   111111 
q   110111111 
r   10101 
s   10111 
t   101 
u   110111 
v   1111011 
w   1101011 
x   11011111 
y   1011101 
z   111010101 
{   1010110111 
|   110111011 
}   1010110101 
~   1011010111 
DEL 1110110101 

Synchronisation

La synchronisation est réalisée au niveau d'un caractère chaque caractère est précédé de deux 0 et il n'y a aucun élément ayant deux 0 successifs et les caractères sont toujours terminés par un 1 ce qui permet de réaliser la synchronisation caractère

En BPSK31 il n'y a pas de codage. Le débit est de 31 bit par seconde ce qui donne en moyenne 6 bits utiles par caractère ( 8 bits avec les bits de synchronisation) mais dépend des caractères utilisés  ce qui nous donne 4 caractères par seconde en moyenne. Pour ce type de modulation c'est l'erreur d'un caractère qui nous interesse. La courbe de taux d'erreur permet d'estimer le C/N du signal reçu.

  Ci apres les courbes de Taux d'erreur Du BPSK31 et QPSK31

Les courbes Bleue et Rouge sont les limites théoriques les autres courbes sont des relevés de courbes d'erreurs en utilisant les deux principaux logiciels utilisés dans le Monde amateur. Ils sont environ à 2 dB de la limite théorique cette dégradation est principalement dues aux filtrages ce qui est une bonne performance de ces logiciels.

  BPSK 31 et QPSK31  sont les coubes théoriques du taux d'erreur les autres courbes montrent les mesures avec les logiciels MixW et DM780 

Dans le mode BPSK31 avec un C/N =  -12 dB il y a  un TEB de 1 10-3  soit 1 caractère sur 150 qui sera faux en moyenne ce résultat n'est applicable qu'avec une liaison stable et sans QSB .

Le seuil de sensibilité est de -12 dB de C/N en référence à la bande de bruit de 2500 Hz ce qui permet de dire à certain que l'on recoit un signal en dessous du bruit cela est vrai si 'on prend comme réference la bande de bruit de 2500 Hz. Si l'on prend comme référence la bande reelle utilisée par le démodulateur  ( 30 Hz),  le C/N est positif  et égal à 6dB

Dans le cas du mode BPSK31 l'énergie symbole est identique à l'energie bit puisqu'il n'y a qu'un seul Bit par symbole  et l'on peut utiliser le mode USB ou LSB  cela n'a aucune importance

L'encombrement spectral est très réduit   mais lorsque le signal reçu est très fort  35 dB de C/N ( dans 2500 Hz ) la largeur de bande est de 200Hz.

Spectre BPSK31 à l'entrée du TX  suivant la linéarité de l'emetteur il peut y avoir une dégradation importante de 10 à 30 db de dégradation

 

Afin de comparer Les principaux logiciels disponibles  une mesure de Taux d'Erreur Caratère plutot que le taux d'erreur bit  ci-après et dans différentes conditions de propagations  suivant les recommendations CCIR 520-2

Pas de dégradation de propagation AWGN S/N

Le logiciel donnant la meilleur sensibilité est SIMPSK devant DM780. En traffic les écarts sont faibles et pas significatifs, les conditions de mesures sont rarements celles des conditions réelles, Parasite QSB profond qui fond que les écarts en conditions réelles sont plus faibles. D'autre éléments entre en ligne de compte comme le suivi de fréquence AFC, la reprise de synchronisation en cas coupure provoqué par la propagation ou parasite.

L'on considère que 5% d'erreur permet de réaliser des QSO  soit pour les meilleurs une sensibilité de -13 dB et de -11 dB pour les plus mauvais soit un écart de 2 DB

 

QPSK31

Le QPSK31 consiste en un saut de phase de 90° avec un débit de 62 bits par seconde  le débit est donc doublé  puisqu'il y a 2 fois plus de bit par symbole et  le débit symbole est identique a la modulation BPSK31.

Des codages complémentaires sont intégrés  un codage de GRAY   qui permet de n'avoir qu'une seule erreur au lieu de 2 dans le cas d'un code Binaire

Code de convultion avec un rendement de 1/2  d'ou le débit net divisé par 2 et utilsation d'un décodeur de Viterbi en réception

Si nous comparons par rapport au BPSK31  il n'y a pas d'amélioration notable si nous analysons les courbes de TEB du QPSK31 et BPSK31 , nous constatons que pour les TEB élevès >1 10-2  le BPSK est meilleur et que pour  les TEB < 1 10-2 le QPSK31 est meilleur, par contre lorsqu'il y a quelques intéférences ou QSB tres rapide le code correcteur d'erreur du QPSK31 améliore la qualité. ( toute perurbation provoquant une erreur de 1 bit est corrigée par le code en QPSK31 ). Le spectre est tres voisin du mode BPSK31

En traffic le BPSK31 offre un meilleur résultat pour les signaux faibles

BPSK63 

Doublement de la vitesse uniquement  par rapport au BPSK31 qui double la largeur spectrale occupée   Les courbes de taux d'erreur sont degradées  de 3 dB  mais le débit est doublé.

BPSK63 spectre a l'entre du TX

QPSK63

Doublement de la vitesse uniquement par rapport au QPSK31 qui double la largeur spectrale

BPSK125

Quadruplement  de la vitesse uniquement  par rapport au BPSK31 qui quadruple  la largeur spectrale occupée   Les courbes de taux d'erreur sont décalé de 6 dB par rapport au BPSK31 

 

QPSK125

Quadruplement  de la vitesse par rapport au QPSK31 qui quadruple  la largeur spectrale par rapport au spectre QPSK31

TRANSCEIVER

Quelles sont les caractéristiques nécessaires d'un transceiver pour  utiliser aux mieux ces modes

Réception

Emission

Interfaces

Suivant les modèles de transceiver et de carte son il est souvent nécessaire de prévoir une interface  pour réaliser les différentes commutations permettant d'avoir une isolation galvanique (Interface type). Cela suprimme les courants de circulation de masse donc reduit considerablement le niveau des raies parasites provenant des alimentations

Fréquences

Les fréquence préconisées

PLAN DE FREQUENCE
160 m 1.838 - 1.843 MHz
80m 3.580 - 3.590 MHz
40m 7.040 - 7.050 MHz
30m 10.140 - 10.150 MHz
20m 14.070 - 14.080 MHz
18m 18.100 - 18.105 MHz
15m 21.070 - 21.080 MHz
12 m 24.920 - 24.925 MHz
10m 28.120 - 28.130 MHz
6 m 50.250 - 50.260 MHz

 Le mode PSK31 sur les 3 premiers  kHz. Les autres modes PSK sur le reste  des sous bandes

* tout le traffic se situe entre 7.035  et 7.040 MHz

Comparason du C/N entre différents mode

C/N en dB dans 2500 Hz de Bande passante

Bilan
Mode BPSK31 BPSK63 CW SSB RTTY
C/N pour erreur de 1% -12 dB -9 dB -15 dB 5dB -6dB
largeur de spectre à 6 dB 40 Hz 85 Hz 100 3000 Hz 200 Hz
largeur de spectre à 60 dB 200 Hz 400 Hz 6000 Hz 1000Hz
nombre de mots par minute 42 84 20 - 65
Puissance crete 1 1 1 1 1
Puissance moyenne 0.79 0.79 0.4 0.3 1

 

Nota 1 pour la CW et la SSB  le C/N depend beaucoup de l'operateur certain graphiste peuvent atteindre  une valeur de -20dB pareil pour la SSB suivant le mode

Nota 2 pour la CW l'encombrement spectrale dépend de la vitesse ainsi que du temps de montée et de descente de la puissance

Nota 3 Les valeurs de C/ N dépendent des logiciels utilisés ou  de l'oreille de l'opérateur

Bilan de liaison des differents modes

Pour une SBB avec 1000 W vous aurez besoin que de

BPSK31   20 W

BPSK63   40 W

 

CW          70 W

RTTY       210 W

Logiciels

Beaucoup de logiciels existent pour ce mode transmission

Dans les mois  à venir des tests seront réalisés sur les différents logiciel principalement C/N   avec simulation de propagation

CONFIGURATION

Comment configurer la station pour le mode PSK

Cas N°1  transceiver classique ( non SDR)

Une interface est souhaitable     même si cela peut fonctionner sans en connectant la sortie audio du transceiver vers l'entrée audio du PC et la sortie audio du PC vers l'entrée micro. Dans ce cas comme il n'y a pas d'isolation galvanique, des raies de 50 , 100 et au delà apparaissent. Ce point devient très gênant donc QRM à l'emission pour les autres OM

Fichier PDF de l'interface proposé par N4SPP  (ici)

Choisissez un logiciel  MixW, DM780  Ham radio Deluxe, ou autres

Avoir un cordon de liaison port com entre le transceiver et le PC afin que PC soit commandé par le logiciel si cela est possible

Réglage du transceiver

Configuration du logiel MIXW

Une fois installé le logiciel il faut configurer MIxW  cvoir menu Configure


Call :
votre indicatif
Name: votre prenom
LogFile: Le nom et l'endroit ou sera le fichier LOG mettez le sans une zone protégé
QTH : Le nom se la ville ou vous opérez la station
Lat: latitude du poinr de la station
Long: longitude du point de la station
Locaror: QTH locator de la station est calculé automatiquement à partir de la longitude et Latitude ou vous pouvez entrer le locator et la longitude et latitude seront calculées automatiquement.
IOTA: si vous êtes sur une ile référencée
Domain: pour les états americains
County: Les comtes americains

Interface Language:  l'anglais est le seul disponible
Default macros: Des macro par defaut sont disponibles
Macro for this mode: Vous pouvez definir des macros par mode  Le logiciel chargera automatiquement les macros lie au mode
Exemple de Macro que j'utilise MixBPSK31



Merge macros:

Text colors:  laisser les couleurs par defaut mais vous pouvez les changer si vous le souhaitez
Font: pareil que pour les couleurs
Interface Setup Wizard  ?
Disable CAT:  permet d'arrêter la commande du transceiver par le logiciel
TRCVR CAT/PTT:  configure le port ainsi que le PTT pour commander le transceiver


CAT: Nom du transceiver
Model: Model du transceiver
PTT&Cat inertace: Le port com ou est branche votre cable de liaison avec le transceiver. Choisissez de preférence le débit le plus éleve voir la documentation du transceiver
Save frequency on exit: cocher si vous souhaiter garder en memoire la dernière fréquence utilisée.
PTT via CAT command: Cocher pour que le PTT soit envoyé via la CAT command cette solution est préferable dans le cas ou il n'y a pas de possibilité de liaison CAT commande, vous pouvez utiliser le VOX.
CW out via souncard: si vous utilisé le logiciel pour générer la CW cocher cette case
CW is LSB: par defaut c'est le mode USB qui est utilisé
AFSK in place FSK: Si c'est le logiciel qui gere à l'emission le RTTY coche cette case
Mouse wheel for tunning : permet de faire bouger la fréquence  lorsque le curseur de la sourie est sur le waterfall.
Sensitivity Hz/tick: Valeur du changement de fréquence  de mousse wheel for tunning
Cal correction: permet une correction de la frequence en fonction du mode








> Video d'un QSO en BPSK63 avec OX3WS 24 MHz de Mixw l'on peut constater plusieurs QSO en mode BPSK31 et une liaison en MSFK16

loading the player

Cas N°2 Transceiver SDR

Sera developpé ulterieurement