El Tao del PSK31 para concursos (segun LU7HZ)

 La competencia en PSK31 en el segmento correspondiente del Campeonato Argentino de HF me ha permitido concentrarme en tratar de optimizar mi estación para ese modo. Por cierto que estoy lejos de lograr tener una estación como la que creo es necesaria para ser competitivo, pero he leido bastante material y una fracción lo hé puesto en práctica. Como todas las cosas que se pueden leer algunas me sirvieron y otras no tanto.
He observado que algunas estaciones tienen serias deficiencias en la forma en que salen, y en ocasiones también algún déficit en como operan competitivamente. Pero este campeonato se trata justamente de aprender, de prácticar, de tener un espacio para mejorar la estación y pulir la práctica competitiva.
Por eso estoy editando mis notas sueltas en la esperanza que su lectura le sirva a algún otro operador. El "Tao", palabra china que denota "manera",  de como opero en PSK31. Supongo que hay tantos "Taos" como personas, este es simplemente el mio.

PSK31

El PSK31 es un modo digital donde la información es codificada en la fase de la señal, a diferencia de otros modos digitales como el RTTY donde la codificación se encuentra en la frecuencia (AFSK o FSK) o como CW donde la codificación se encuentra en la amplitud.
Al igual que el RTTY es una señal muy exigente para el transmisor puesto que es de "ciclo continuo", es decir que la señal se emite con la máxima potencia posible todo el tiempo. En CW la señal solo se emite con los puntos/rayas y no lo hace durante los espacios, en los distintos modos de fonía SSB la potencia de la señal varía con la señal vocal que de por si tiene distintos niveles de energía. En los cambios de fase se codifica lo que son los "1" y los "0" propios de un modo digital.
La modulación de la señal se hace de tal forma que esta ocupa solo 31 Hz de ancho de banda, de ahi el nombre del modo (PSK 31); hay otros modos tales como PSK63 pero no son tan comunes. Los distintos caracteres se codifican con secuencias de bits de diferente longitud, esto implica que, por ejemplo, una letra en minúsculas lleva menos bits que la misma letra en mayúsculas y por lo tanto se transmite más rápido.
Para un resumen del modo PSK31 se puede recurrir al texto (en inglés) de William (N1NKM) con su tutorial de PSK31 entre muchos otros.
Su ancho de banda lo hace ser un modo eficiente pues se necesita relativamente poca energía para establecer un buen enlace; algunos lo comparan con el CW en este particular. Sin entrar en un análisis comparativo que bien puede tomar toda una nota para hacerlo es suficiente decir que si bien los anchos de banda son ligeramente superiores al del CW a 25-30 wpm (con una capacidad de transporte de información ligeramente superior también) no es posible apelar al formidable filtro que puede lograrse con la práctica que que es funcional en CW y no es posible en PSK31. Pero a pesar de ello baste decir que es probablemente lo siguiente mejor al CW en términos de operar con potencias reducidas y transportar información. Hay algunas diferencias en agilidad operativa que trataré luego que hace que la forma de operar en concurso sea ligeramente diferente a CW también.
Las claves a retener del modo:

• Alta eficiencia, se necesita poca potencia.
• Alta demanda al transmisor por ser de ciclo continuo.
• La señal debe ocupar un ancho de banda de 31 Hz.
• Las minúsculas se codifican con menos bits de largo que las mayusculas, se transmiten más rápido.

PSK31 en el aire

Lo primer que ser revisa para poner una señal de PSK31 en el aire son los ajustes técnicos propios de una estación de RTTY; despues de todo las interfaces son similares. La similitud no va demasiado mas lejos y de hecho no es bueno llevarla demasiado lejos.

Hay mucha bibliografía especializada y diseños de interfaces en la Web; tanto de interfaces comerciales como de construcción casera. como para elaborar. Sin ser un comercial he comprado varias veces las interfaces que hace Osvaldo D´Angelo (LU7FDZ) que si bien son artesanales están bien construidas y dan  buen resultado.

Hay varios problemas que se derivan directamente de la forma que se hace la interfaz entre la computadora (donde se general la señal de PSK31 a nivel audio y el transmisor que la emite:

Notas sobre la placa de sonido

En general el grado de pureza con que se general la señal de PSK31 en la computadora es bueno, aún con una computadora relativamente chica o una placa de sonido relativamente modesta (incluso las que vienen en el motherboard tipo chipset AC97 o similar). No daña escuchar a la señal con auriculares y se notará una señal como un "gorgojeo" pero que debe estar limpia de "clicks", ruido de conexión o interrupciones. La única chance de embarrarla es que el audio esté demasiado fuerte, al punto que la distorsión en la placa misma genere espureas en la señal. Una señal que escuchemos apenas en los auriculares será mas que buena para alimentar a un transceiver normalmente. Tener una buena placa de sonido es mejor, siempre, que tener una mala. Por ejemplo, para hacer SSTV se necesita buena linealidad y para hacer SDR buen ancho de banda (y si es posible que sea de 24 bits en vez de 16 bits); en general cuantos mas bits tenga el procesador interno de la placa menor será el ruido de "cuantización" que se produce al transformar la señal del mundo analógico al digital. Pero todas esas consideraciones son prácticamente irrelevantes para PSK31, lo único que se necesita es que no introduzca una distorsión apreciable, y con el volumen bajo casi cualquier placa le dará la talla.

Notas sobre la interfaz

La interfaz normalmente es solamente un circuito de adaptación de impedancias entre los aproximadamente 1500 Ohms que tiene una placa de sonido a lo que sea necesite la entrada de micrófono de un transceptor. No pocas veces también tiene algun control de nivel de señal. Es casi imperativo para participar en concursos el que el programa que genera PSK pueda controlar el PTT del transceiver, normalmente eso se hace con la linea DTR o RTS de un puerto serie RS-232; algunos programas permiten hacerlo con un conexionado de la salida paralelo de impresora.

Las computadoras vienen crecientemente sin puerto serie (y aún menos paralelo) por lo que la mayoría de las interfaces comerciales modernas se conectan mediante puerto USB. Sin embargo para una conexión casera un puerto serie USB bastará. El circuito de conexionado es solo un diodo, una resistencia y un transistor por lo que puede ser incluso armado "estilo araña" dentro dle mismo conector DB-9. Muchos circuitos utilizan relays u optoaisladores pero creo que son diseños adaptados de viejos circuitos de manipulación y RTTY donde podía haber tensiones importantes. La mayoría de los transceptores modernos de estado sólido tanto el PTT como el KEY son circuitos abiertos que tiene 9 o 12 Vdc y son capaces de drenar solo unos pocos miliamperes una vez cerrados; mas que basta un transistor como el 2N3904 (para los que piensan al derecho y usan NPN) o 2N3906 (para los que piensan al revés y usan PNP).

Notas sobre la conexión al transceiver

Al transceiver hay varias formas de entrarle.

La mas primitiva, y menos recomendada excepto para alguna prueba, y que definitivamente no hay que considerar seriamente para concursos es acercar el microfono a un parlante y dejar que el VOX active la señal. No solo la calidad de la señal es malisima sino que el transmisor captará (y transmitirá) ruido ambiente empiojando potencialmente en forma severa la frecuencia. El ataque (tiempo de encendido) del control VOX, diseñado para la voz humana, hace perder parte del preámbulo de arranque de la señal PSK31 y potencialmente puede llegar a corromper las primeras letras transmitidas en los casos de mayor desajuste.

La siguiente, y mas evidente, es alimentar la señal de PSK31 por el micrófono. Es a veces la mas a mano y en algunos transceivers la única forma de hacerla. Aun así no es recomendado. La entrada de micrófono está pensada para recibir los pocos mili voltios de un micrófono y los amplificadores no manejan bien, ni linealmente, señales mas importantes. Si se hace de esta forma, porque no hay otra, se tiene que tener muchisimo cuidado que el nivel de señal es muy baja y que no se genera distorsión. El tratamiento de voz, tan adecuado para la voz humana, a la que se somete la señal de MIC solo puede deteriorar la señal de PSK31.

El recomendado es alimentar la señal de PSK31 por la entrada DIGITAL que tienen la mayor parte de los transceivers modernos. Esta entrada normalmente permite manejar niveles de señal entrante con mucho mas nivel, sin demasiada conformación ni tratamiento previo.

Notas sobre el ajuste del transceiver

Como ajustar el transceiver para que tenga la señal en el aire la mejor performance posible. Curiosamente no es necesariamente tratando de sacarle la mejor potencia posible.
En general las consideraciones son las mismas que aplicarían para tener una buena señal de SSB, solo que la señal de SSB solo alcanza la potencia máxima en pocos momentos de la modulación mientras que la de PSK lo hace siempre. Por lo tanto una fuente de alimentación que esté al borde de su capacidad de potencia o un transmisor mal ajustado tenderán a mostrar distorsiones en la señal que no son observables en la operación normal de SSB.
La potencia tiene que ser aproximadamente 1/4 a 1/5 de la máxima del transmisor; esto es, para un equipo que entrega 100W en SSB debería calibrarse la potencia para que al emitir la señal PSK31 no exceda los 20W o 25W; este factor es de una extraordinaria importancia y probablemente uno de los menos comprendidos.
Contra lo que se cree este nivel de potencia es mas que suficiente para operar bajo la mayor parte de las condiciones de propagación. Es muy importante medir la salida del transceiver también no tanto en términos de potencia sino de su linealidad (con el medidor de ALC) el que debe marcar mas bien en la parte baja de su escala de linealidad. Y por supuesto, debe desconectarse cualquier tipo de compresión o procesamiento de la señal el que destruirá muy malamente la señal PSK31 al punto de hacerla ilegible.
Curiosamente en PSK31 el comportamiento poco "amigable", en términos que la calidad de la señal afecta a todos los corresponsales y laterales, también daña y muy severamente las posibilidades de comunicación de quien las produce porque su señal se "impone" pero no puede ser "decodificada".
Una señal bien modulada es aproximadamente como la de la figura de la cabecera de esta entrada.

PSK31 y el AGC

Un tema aparte lo lleva el AGC (control automático de ganancia), usualmente los transceivers se utilizan en modo USB por lo que están diseñados para operar una banda de voz de aproximadamente 2.5 KHz a 3 KHz de ancho; el transceiver utiliza la energía en esa banda base para controlar la ganancia a través del AGC.
En recepción se debería desactivar el AGC o colocarlo en un modo "rápido" (AGC Fast) en caso que no se pueda desactivar.
Las estaciones que salen con excesiva potencia generan una grave perturbación a las restantes porque gobiernan el AGC en toda la banda pasante del receptor corresponsal, sea que esté comunicando con ellos o no.
Curiosa, y contraintuitivamente, cuanto mas marginales lleguen todas las estaciones en un momento dado mejor todas ellas podrán comunicar.

Como lucen las señales mal moduladas.

Algunos ejemplos sueltos, las figuras son sacadas del sitio de N1NKM pero la interpretación se basa en mi experiencia.


Señal con el transmisor con mas potencia que la necesaria, la alinealidad genera bandas laterales excesivas. Notese que una señal de PSK31 bien modulada tiene su centro sin señal cuando está en reposo.






Un caso un poco peor que el anterior, no solo la potencia es excesiva sino que la señal con que se alimenta el transceiver tiene demasiado nivel por lo que genera "bandas laterales" dentro de la banda base de audio. Notese que la señal en vez de tener 30 a 50 Hz de ancho de banda ocupa casi 100 Hz.







Caso particularmente espantoso de exceso de potencia y exceso de señal de entrada al transceiver, notese que incluso en reposo las bandas laterales se hacen incluso mas anchas (!!). Esta señal ocupa casi 600 Hz de ancho de banda (20 veces mas que lo que debería).










Esta señal además de los problemas anteriores incluye una distorsión tan marcada que la posible explicación es que, además, tenga prendido el compresor de audio. Es facil notar que clase de problema genera a las estaciones cercanas que se ven en la gráfica.



Conclusiones técnicas

• Alimentar la señal con una interfaz adecuada y si es posible por la entrada digital.
• Asegurar que el nivel de potencia no sea superior a 20/25W.
• Revisar que el ALC indique que se opera en la parte baja y lineal de la escala.
• Asegurarse apagar el compresor o procesador de audio.

Estos y otros conceptos están también cubiertos en un buen artículo llamado "The good, bad and ugly" (lo bueno, malo y espantoso) en el sitio web eHam.net.

Concursos y PSK31

Poner una buena calidad de señal es importante en general, en concursos es particularmente importante porque hay una gran cantidad de estaciones. Toda la actividad en PSK31 ocurre en unos 5 KHz de ancho de banda; por ejemplo en 40 metros vá normalmente desde 7034 KHz (a veces un poco menos) hasta 7039 KHz (pocas veces un poco mas).
En condiciones normales se puede ver un par de señales distribuidas entre 7037 y 7039 KHz; en condiciones de concurso no es rar ver una o dos docenas de estaciones tratando de trabajar en ese espacio de espectro reducido.
En condiciones óptimas de modulación una señal ocupa no más de 50 Hz de ancho de banda, con una protección con la siguiente estación de 50 Hz a cada lado hace que cada 150 Hz pueda haber una estación sin interferir a las laterales; eso es un poco menos de 7 estaciones por KHz. En 5 KHz podría haber 35 contactos (70 estaciones) trabajando simultaneamente. Pero esto rara vez se puede observar, en particular no se observa durante las fechas del Campeonato Argentino de HF donde muchas de las estaciones muestran patrones de modulación deformes como los vistos anteriormente.
Pero tener una señal limpia en PSK31 es tan importante como en cualquier otro modo; a diferencia de RTTY donde con los filtros y algoritmos  apropiados puedo tomar la señal de "marca" o la de "punto" solamente (asumiendo que la ausencia de una es la otra) en PSK31 ambas están codificadas en la misma portadora, si no la tomo integra no tengo forma de reconstruir la señal original.
A diferencia de CW donde se puede entrar y salir agilmente para hacer alguna acotación o pedir algo, la señal de PSK31 requiere un pequeño protocolo de arranque y otro pequeño protocolo de cierre (entre otras razones para sincronizar y no general bandas laterales excesivas en los cambios), por lo que decir algo en PSK31 cuesta como minimo un par de segundos de arranque y otro tanto de parada, mas lo que se tarde en decir lo que se quiere decir. Finalmente, en CW la formidable propiedad del cerebro para analizar señales complejas hace que podamos tomar la señal aunque haya estado dañada por el ruido; no ocurre lo mismo con los algoritmos automáticos de PSK31 y por lo tanto cualquier error en la recepción es un caracter mal recibido.
Por eso está bien empezar estudiando como es la técnica operativa de concurso en CW o en RTTY, como por ejemplo el sitio de AA5AU , mencionado por Juan (LU3HY) en la reunión 2011 del LU-CG en Alvarez.
Pero a poco de empezar es obvio que no es posible trasladar directamente todas las reglas y convenciones a PSK31 directamente.

Extensión del QSO

Los cultores del PSK31 en contactos normales que no vienen con experiencia en CW, disfrutan de mandar textos largos, detallados y estructurados para enviar la información por ejemplo del QTH, o de los equipos. Alguno incluso manda hasta algún dibujito hecho con caracteres. En contactos normales no hay gran diferencia hacerlo de esta forma o mas "compacto".
Por su parte quienes vienen del CW estarán tentados en hacer un QSO minimalista como los de CW, solo que en PSK31 (como me pasó a mi).
Ambos casos son incorrectos en concurso; lo que hay que decir es lo mínimo indispensable para que la información se intercambie en forma segura.

Por ejemplo, para intercambiar el "exchange" en un concurso estos serían ejemplos:

PSK31 charlatán:
LU0AAA DE LU0HHH SU RST 599 599 599 SU NUMERO DE ORDEN ES 014 014 POR FAVOR CONFIRME.K

PSK31 CWizado:
LU0AAA 599 014

PSK31 Concursero:
lu0aaa de lu0hhh 599 014 014 014 k

Las diferencias son mas o menos autoexplicativas, recordar que las minusculas (que no se pueden transmitir en CW o RTTY) pesan menos que las mayusculas. Lo realmente importante aqui es solo el número de serie porque todo el resto ya se sabe por lo que realmente es lo único a proteger. La licencia que es importante también tiene que estar asegurada desde antes (mas de eso mas tarde). En rigor estaría de mas la licencia propia pero es bueno utilizarla para estar seguros que es nuestro QSO (cosa que en CW es mas facil de determinar auditivamente). Porque el 599 no se repite si es parte del intercambio? Porque en concursos siempre el RST es 599 (!!) no importa como recibamos la señal.

Orden del QSO


En todo contacto de radio hay dos participantes, en concursos el que llama (y se dice que está haciendo "run") es quien tiene la frecuencia y eso determina el protocolo del intercambio. El que contesta usualmente se dice que está haciendo "search and pounce" (buscar y picar) o sencillamente "picoteo" (o como dirían los santafesinos, carancheo).
La llamada es normalmente larga, tipo "cq test lu7hz lu7hz lu7hz" o "test lu7hz lu7hz lu7hz"

Notese que el "k" no es necesario, como no lo es en concursos en CW, porque la ausencia de señal lo dá en forma implicita. El "cq" tampoco, el que llama está haciendo cq en forma implicita. Lo único que hay que asegurar con la llamada son dos cosas. Primero que estamos llamando y no contestando a otro y segundo cual es nuestra licencia.

Al contestar alguien tiene que hacerlo con la principal prioridad que nosotros entendamos que es para nosotros y quien es. Es decir "lu7hz lu0zzz lu0zzz lu0zzz" o el mas verborrágico "lu7hz de lu0zzz lu0zzz lu0zzz k". El "k" es siempre implícito pues se vé visualmente cuando la señal deja de emitirse, el "de" es casi una gentileza.

Ahi la estación que tiene la frecuencia pasa primero el exchange "lu0zzz lu7hz 599 014 014 014" y al finalizar la estación llamante hace lo propio "lu7hz lu0zzz 599 022 022 022"

La estación en control de la frecuencia termina el QSO en forma concreta con un "lu0zzz tu" a veces ya engancha con el próximo "lu0zzz tu qrz de lu7hz" para ahorrarse el arranque y parada de otra llamada si hay alguien que está listo para contestar.

En cualquiera de los intercambios cualquiera de los dos pueden pedir repetición "agn agn agn lu7hz" (no le entendí la licencia) "lu0zzz nr nr nr" (tomé la licencia pero no el exchange), cuando me repiten el número si el que lo recibe es la estación que llama entonces basta con el "tu" (por eso es tan importante que se lo último que se haga en el QSO), mientras que si la repetición la hace quien tiene la frecuencia se puede decir "cfm cfm cfm lu0zzz".

Malas prácticas

Algunas muy malas prácticas concurseras que observo y que deberían pulirse:

1. Luego del "tu" de la estación run vuelven con algún comentario, por ejemplo dando "tu" ellos también, o deseando suerte en el concurso o incluso deseando "73 es DX". Luego que la estación "run" dijo "tu" el contacto terminó.
2. Los contactos excesivamente largos.
3. Repetir información que no se pidió.
4. Repetir solo una vez (ya que se vuelve se lo debe hacer varias veces para asegurar).
5. Presentarse a la estación ya dando el número de exchange (por ejemplo contestar al cq como "lu0zzz rst 599 599 014 014 014"). Cuando uno contesta tiene que decir varias veces la licencia y el primero que pasa el exchange es la estación run, solo despues lo hace la que contesta). Cualquier otra cosa hace perder tiempo miserablemente a todos los involucrados.  Y en caso de retry simplemente se perdió demasiado tiempo.
6. Como consecuencia de las anteriores, no estar en frecuencia por si hay una repetición. El QSO termina cuando el llamante dice "tu", hasta ese momento el corresponsal tiene que estar en frecuencia para repetir si algo no anduvo. Me pasó ya demasiadas veces en quienes dan su exchange con la contestación inicial que luego no están para repetirlo. Tienen que tener en cuenta que es muy factible perdir el exchange cuando se lo dá inicialmente porque se puede estar haciendo sintonía mientras la estación contesta y solo tomarla parcialmente.

Con macros es muy facil tener preparados QSO típicos para no estar inventando la rueda y el fuego en cada QSO, por lo tanto y resumiendo, para el que llama un QSO típico debería lucir como:

L1: cq lu7hz lu7hz lu7hz test k
R1: lu9xxx lu9xxx lu9xxx k
L1: lu9xxx 599 001 001 001 k
R1: lu7hz 599 023 023 023 k
L1: lu9xxx tu qrz?

Cuando uno contesta

L1: cq lu9xxx lu9xxx lu9xxx test k
R1: lu7hz lu7hz lu7hz k
L1: lu7hz 599 024 024 024 k
R1: lu9xxx 599 001 001 001 k
L1: lu7hz tu qrz?

Las macros que sugiero que uno debería tener configuradas son entonces

F1: cq {mycall} {mycall} {mycall} test
F2: {call} 599 {nr} {nr} {nr}
F3: {call} tu qrz?
F4: {mycall} {mycall} {mycall}
F5: {call}
F6: {call] qso b4 qso b4 73 tu qrz?
F7:  qrz de lu7hz lu7hz lu7hz
F8:  de {mycall} agn agn agn k
F9: {call} pse nr nr nr bk
F10: {call} cfm cfm cfm tu
F11: (libre)
F12: {call} 73 tu

Notese que no es el propósito que cuanto mas descortés uno es mas competitivo se torna (aunque hay veces que parecería que es asi), uno puede ser amable y agregar un "tu" al contestar o un "73" al finalizar; pero no hay que volver para decirlos si uno no tiene la frecuencia (!!!!). El "73" yo personalmente lo uso solo con los amigos y con los adversarios en la competición (los que uno sabe que están compitiendo en la misma categoría).

Ojalá que sea de utilidad.