PSK31-Principe de fonctionnement

[VE2PID Pierre]

Bonjour,

Cette vue montre ce que l'on obtient sur un écran d'oscilloscope en observant un signal en PSK31 sortant d'une carte de son. Il correspond à ce qui est produit quand on ne touche pas au clavier.



Un commentaire venant d'un autre fil fait allusion à la manière de générer les transitions de phases, et en même temps à atténuer l'amplitude:

de Jacques VA2JOT: Je ne connais pas de filtres physiques qui puissent anticiper à au moins une douzaine de transitions d'avance un changement de phase...

Source: http://forum.radioamateur.ca/index.php?topic=29.msg21259#msg21259
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À mon avis, une manière très simple d'arriver exactement au même résultat serait de faire démarrer par logiciel, au début d'une transmission PSK31, la synthèse numérique de deux sinusoïdes audio de fréquences différentes. Ça pourrait être une porteuse audio de 500 Hz, et une de 15,125 Hz pour correspondre au taux (Baud rate) du PSK31, soit 31,25 Bps. On multiple (hétérodyne) entre elle les deux sinusoides, et l'enveloppe de la résultante va donner le graphique en 'bosses' visible sur l'oscilloscope.

À partir du temps To, moment où commence la transmission, à tous les multiples entiers de 1/31,25e de seconde, on ajoute numériquement 180° à l'angle de la sinusoïde de 500 Hz, et le tour est joué. Un obtient comme conséquence et l'atténuation d'amplitude et le déphasage. C'est très facile à programmer (quelques lignes de codes), et je ne serait pas étonné de savoir que Martinez aurait choisi cette "voie".

[VA2JOT Jacques]

Soumets ça à 12 codeurs et tu vas avoir 12 solutions toutes meilleures que celle des autres codeurs. Non merci, j'ai déjà séjourné dans l'enfer du "software quality metrics".

Peut-on s'entendre sur le fait que ça marche et quand ça marche, on ne le répare pas?

[VE2PID Pierre]

Peut-on s'entendre sur le fait que ça marche et quand ça marche, on ne le répare pas?

Ben... oui, mais ai-je proposé de changer quelque chose? Comme disait De Niro dans Taxi Driver, You talkin' to me ?? 

Bon. Pour répéter ce que je disais: Je ne serais pas étonné de savoir que Martinez aurait choisi cette "voie". Autrement dit, je suis à peu-près sûr que Martinez a choisi l'approche que j'ai décrite, soit de faire une synthèse des 2 fréquences... etc...etc. Une carte de son PC ordinaire avec son taux d'échantillonnage de 8 KHz se prête d'ailleurs facilement à cette synthèse.

La roue PSK31 roule très bien et je ne proposais pas de la ré-inventer.

[VA2AM Rejean]

Bonjour
Cela est correct vu que nous sommes BPSK donc avec deux porteuses hors phase sans code de transmission. Il n'y aura pas de changement de déphasage en direction X et et Y sera constant à moins de modifier le volume de sortie de la carte de son.
Donc comme référence une modulation à 100% BLU ou AM par contre le but c'est de ne jamais attendre ce 100% avec un transmetteur.
Il faut prendre une seule tonalité pour savoir le pourcentage de modulation dépendant des logiciels utilisé à moins d'utiliser un indicateur précis de lecture en pointe (peak reading) en BPSK. Ce que les radios en position PO ne donnent pas la bonne puissance et seulement une moyenne. Normalement pour  les longues transmission se limiter à 25% de puissance.
Réjean va2am

[VE2PID Pierre]

et Y sera constant à moins de modifier le volume de sortie de la carte de son.

Exact. En fait, le Y correspond à l'amplitude de la sinusoïde modulante de fréquence 15,125 Hz de mon exemple précédent (cas du PSK31); cette amplitude fera à son tour varier la puissance finale au bout de la chaine RF à la sortie du rig.

L'amplitude de la modulante se règle via le contrôle du volume de sortie de la carte de son, ou via un contrôle dédié dans les modem externes comme le NUE PSK qui a un potentiomètre TX Audio servant à cette fin.

Comme le PSK est un mode 'full duty', il faut ne faut pas utiliser toute la puissance, afin de protéger les transistors de sortie. Pour le NUE PSK, il est suggéré de se maintenir entre 10 et 25% de la puissance maximum possible.

[VE2EZD Louis]

Quelques petits commentaires sur le "procédé de génération d'un signal PSK31" à l'origine de ce fil de discussion.

"À mon avis, une manière très simple d'arriver exactement au même résultat serait de faire démarrer par logiciel, au début d'une transmission PSK31, la synthèse numérique de deux sinusoïdes audio de fréquences différentes. Ça pourrait être une porteuse audio de 500 Hz, et une de 15,125 Hz pour correspondre au taux (Baud rate) du PSK31, soit 31,25 Bps. On multiple (hétérodyne) entre elle les deux sinusoides, et l'enveloppe de la résultante va donner le graphique en 'bosses' visible sur l'oscilloscope."

Ceci est le signal caractéristique d'une modulation d'amplitude à 100% d'une porteuse de 500 Hz par une onde à 15,625 Hz, et non-pas 15,125 Hz comme il est fait mention plus haut. À la sortie du modulateur on retrouve la porteuse à 500 Hz et deux bandes latérales à 484,375 Hz et 515,625 Hz. L'enveloppe ressemble bien à celle d'un signal en BPSK à bande étroite mais il n'y a pas de commutation de phase. Et c'est là que le problème surgit.

"À partir du temps To, moment où commence la transmission, à tous les multiples entiers de 1/31,25e de seconde, on ajoute numériquement 180° à l'angle de la sinusoïde de 500 Hz, et le tour est joué."

Pas si vite la passe du lapin qui sort du chapeau. Provoquer un saut de phase de 180° à un rythme de 31,25 fois par seconde va produire le spectre caractéristique du BPSK non-filtré. C'est-à-dire un spectre dont les composantes vont s'étaler jusqu'à l'infini. Il ne faut pas oublier que le signal à 500 Hz est à amplitude constante.

"Un obtient comme conséquence et l'atténuation d'amplitude et le déphasage. C'est très facile à programmer (quelques lignes de codes), et je ne serait pas étonné de savoir que Martinez aurait choisi cette "voie"."

Et bien non! À l'entrée du "modulateur" on a maintenant une onde harmonique simple (pure) qui va moduler en amplitude toutes les composantes spectrales du signal à 500 Hz qui lui est modulé par des sauts de phase de 180° et ceci 31,25 fois par seconde. Autrement dit, à chaque composante spectrale du signal BPSK non-filtré vont se rajouter à la sortie du modulateur deux bandes latérales produites par la modulation d'amplitude. On triple le nombre de composantes spectrales. Le but n'était-il pas de les réduire? En plus la modulation d'amplitude va conserver à la sortie la porteuse qui est absente dans un signal en PSK31.

Où est la faille dans le raisonnement?

Ne pas avoir fait la distinction entre la sortie du modulateur et son entrée.
L'idée de commuter la phase de l'onde à 500 Hz (qui est à l'entrée) à l'instant même où l'amplitude du signal modulé (qui est à la sortie) passe par zéro ne donne pas du tout le résultat escompté par l'auteur de ce procédé. C'est l'amplitude de l'onde à 500 Hz qui doit devenir nulle à la commutation de phase et non-pas le signal AM à la sortie du modulateur.

"Un obtient comme conséquence et l'atténuation d'amplitude et le déphasage"

Bien oui, l'atténuation d'amplitude d'un signal AM qui est à la sortie et le déphasage d'un signal différent à amplitude constante qui est à l'entrée.

Alors comment génère-t-on un signal en PSK31 dans la vraie vie?

Tout simplement en modulant le signal de la porteuse (500 Hz dans l'exemple) par un signal en créneau (+1, -1) cadencé à 31,25 bauds et en le passant dans un filtre passe-bas.

Je me réfère à Doug Smith (KF6DX) dans son livre "Digital Signal Processing Technology" publié par l'ARRL.

À la page 5-35 on retrouve la section intitulée "PSK31" et il dit clairement:
   "Pulse shaping is employed in the diagram using a low-pass filter".

Le schéma est joint à ce texte.

Un signal représentant "0" est inversé et appliqué simultanément aux deux entrées JK du flip-flop qui donne à la sortie Q le signal d'horloge à 31,25 bauds (+1, -1). Ce dernier est appliqué au modulateur avec la porteuse. Le signal BPSK est ensuite filtré par le filtre passe-bas ce qui produit sa forme caractéristique. Tant que l'état "0" est présent l'horloge provoque la série de déphasages caractéristiques. Quand on applique "1", l'inverseur force les entrées JK du flip-flop à "0" qui conserve durant ce cycle l'état précédent ce qui empêche une transisiton de phase et en même temps une variation d'amplitude.

En traitement de signal, chaque fois qu'on modifie une onde harmonique simple, que ce soit en fréquence, en amplitude ou en phase on génère des composantes spectrales. On doit en tenir compte quand on fait l'analyse d'un système de modulation si on veut comprendre ce qui se passe vraiment. Il n'est donc pas recommandé de se limiter à la représentation "temporelle" des signaux étudiés.

73 et bonne année.

[VE2PID Pierre]

Bonjour Louis,

Je n'ai pris connaissance de ton dernier message qu'aujourd'hui... temps des fêtes oblige, et je n'ai pas lu tout ce qui passait sur les forums.

Une réponse rapide: J'avais mentionné ceci: "À partir du temps To, moment où commence la transmission, à tous les multiples entiers de 1/31,25e de seconde, on ajoute numériquement 180° à l'angle de la sinusoïde de 500 Hz, et le tour est joué."

Mais après coup, j'ai pensé qu'on pourrait faire le déphasage de 180° en agissant plutôt sur le signal de 31,25 bauds

En somme, il serait possible de générer un signal PSK31 en multipliant une sinusoïde de fréquence 15,625 Hz et qui subirait un déphasage de 180° à tous les 1/31,25e de seconde avec une autre (porteuse) de 500 Hz. Mais d'après le schéma de KF6DX, à la place de la sinusoide de plus basse fréquence, c'est une onde carrée qui est utilisée, cette dernière étant inversée au 1/31,25e. L'effet indésirable de l'onde carrée est de produire de nombreuses harmoniques, et c'est par un filtre passe-bas (LPF) qu'il atténue ces dernières.

Est-ce que ça se rapproche de ce que tu dis? Remarque que je n'ai pas étudié à fond la technique de Martinez, alors je spécule, puisqu'il ne décrit pas en détail le processus de formation du signal.