HISTORIA

El sistema de modulación BPSK a 31 baudios utilizado en PSK31 fue introducido por SP9VRC en su programa SLOWBPSK escrito para los EVM (1). En lugar de la tradicional transmisión por desplazamiento de frecuencia (FSK - Frequency-Shift-Keying), en BPSK la información se transmite por patrones de inversiones de polaridad (algunas veces llamados giros de fase de 180 grados). El proceso puede ser equiparado a mandar información intercambiando los dos terminales del cable de bajada de la antena, si bien y como es lógico, usualmente la modulación tiene lugar en la entrada de audio del transmisor.

Un sistema PSK bien diseñado dará mejores resultados que los sistemas convencionales de FSK que los radioaficionados han venido usando durante años y potencialmente será capaz de ser operativo en amplitudes de banda más estrechas. La velocidad de transmisión de datos a 31 baudios fue escogida con la finalidad que el sistema pueda procesar justa y fácilmente texto mecanografiado.

Modulando en PSK existe un problema que no se aprecia en FSK y que no es otro que el efecto de los clics de cierre del manipulador. En la modulación directa de FSK y a velocidades moderadas, podemos salir airosos sin que se generen demasiadas frecuencias armónicas no deseadas o 'splatters', pero los cambios de polaridad son equivalentes al cierre de un transmisor simultaneado con la activación de otro en antifase, con el resultado que los clics de manipulación son dos veces más perjudiciales que la manipulación on-off, siendo idénticos el resto de condicionantes.

Consecuentemente si utilizamos lógica de ordenador para activar un modulador BPSK la emisión sería extremadamente ancha. De hecho sería alrededor de 3 veces la velocidad en baudios a 10dB, 5 veces a 14 dB, 7 veces a 17dB, etc. (En una palabra: el desarrollo en serie Fourier de una onda cuadrada)

La solución está en filtrar la salida o, lo que es lo mismo, dar forma a la amplitud envolvente de cada bit.

En PSK31 se utiliza una forma de coseno. Consideremos la transmisión de una secuencia de continuas inversiones de polaridad a 31 baudios para ver su efecto sobre la forma de onda y su espectro. Con la forma de coseno, la envolvente acabará por parecer una onda completa de 31Hz AC rectificada, que no tan solo se parece a la señal de prueba doble tono, sino que es una señal de prueba doble tono y su espectro consiste en dos tonos puros a +/- 15Hz del centro y sin 'splatters'.

No obstante, al igual que el doble tono y a diferencia de FSK, si pasamos la señal a través de un transmisor y este no es lineal, obtendremos productos de intermodulación, por lo que es necesario ser cuidadosos en no sobreexcitar el audio. A considerar que incluso los peores lineales generaran productos de tercer orden de 25dB a +/-47Hz (un ancho de banda equivalente a 3 veces la velocidad en baudios) y productos de quinto orden de 35dB a +/-78Hz (ancho de banda equivalente a 5 veces la velocidad en baudios) lo que resulta una considerable mejora sobre el caso de modulación directa. Pero si sobreexcitáramos infinitamente el lineal, retrocederíamos a los mismos niveles del sistema de modulación directa.

Existe una línea de razonamiento similar para la recepción, donde el equivalente a la 'modulación directa' es un receptor de BPSK que abre una puerta al inicio de cada bit, recoge y almacena toda la señal y ruido recibidos durante el bit e inmediatamente cierra la puerta al final. Este proceso da lugar al equivalente de los clics de manipulación para la recepción, es decir lóbulos laterales del paso de banda del receptor. Así tenemos que, si bien este método "integrado y tonto" es eficiente al 100% en su tarea de separar la señal del ruido, únicamente rechazará señales de 10dB en un ancho de banda equivalente al triple de la velocidad en baudios, etc., las mismas cifras de rechazo de espurias que las que obtuvimos como emisión de espurias en la transmisión.

El receptor PSK31 también sortea este inconveniente filtrando la señal recibida o, lo que equivale a lo mismo, dando forma a la envolvente del bit recibido.

La forma empleada es más compleja que la forma de coseno utilizada en el transmisor. Si utilizáramos un coseno en el receptor terminaríamos con alguna señal procedente del bit recibido difundiéndose sobre el bit siguiente, resultado inevitable de situar dos filtros en cascada cuando cada uno de ellos ya está cubierto por un bit. La forma más compleja del receptor elude esta situación al dar forma a 4 bits simultáneamente para compensar esta interferencia de inter-símbolos, dando como resultado final un paso de banda de al menos -64dB a +/- 31Hz y superior sin introducir interferencias de inter-símbolos cuando recibe una transmisión en forma de coseno.

A observar que para que el comportamiento del ISI sea correcto, los filtros del transmisor y los del receptor deben ser coincidentes. Algunos sistemas como el presente utilizan un par de filtros idénticos y apareados para recepción y transmisión. Empleando este sistema, en el supuesto que alguien deseara mejorar el comportamiento se vería obligado a hacer que todo el resto de usuarios cambiara sus filtros de transmisión. Consecuentemente he escogido la utilización de una simple forma de coseno en la transmisión y la he aparejado en el receptor. Esta fórmula deja el camino libre a otras personas que quieran desarrollar mejores receptores sin que los nuevos transmisores sean incompatibles con los antiguos.

Este hecho difiere ligeramente de la aproximación llevada a cabo por SP9VRC.

(1) N. del T. : Los EVM son módulos de evaluación comercializados por los fabricantes de procesadores DSP a precios muy asequibles, con el propósito de ayudar a ingenieros y estudiantes a familiarizarse con la programación en el Procesado Digital del Sonido (DSP)

PSK31. by G3PLX