La modulazione PSK (Phase Shift Keying) è una delle tecniche più raffinate ed efficienti utilizzate nelle comunicazioni digitali via radio, e ha trovato nel radiantismo un terreno ideale di applicazione. Il principio di base è semplice ma potente: l’informazione non viene trasmessa variando ampiezza o frequenza, bensì modificando la fase della portante. Questo consente di sfruttare al meglio la banda disponibile mantenendo una buona resistenza al rumore.

Le varianti

Nel caso più elementare, la BPSK (Binary PSK), si utilizzano due soli stati di fase (tipicamente 0° e 180°). Ogni simbolo è rappresentato da uno stato di fase, e proprio questa semplicità rende la BPSK molto robusta, soprattutto in presenza di segnali deboli o disturbati. Tuttavia, il ricevitore deve essere in grado di mantenere una sincronizzazione di fase molto precisa: piccoli errori possono portare a inversioni di bit.

Per questo motivo, in ambito radioamatoriale si preferisce spesso una variante chiamata DPSK (Differential PSK), dove non conta il valore assoluto della fase ma il cambiamento tra un simbolo e il successivo. In pratica, il ricevitore osserva “come” la fase varia, non “dove” si trova. Questo approccio riduce la complessità del sistema e aumenta la robustezza in condizioni reali, a scapito di una leggera perdita di prestazioni teoriche.

Un passo avanti in termini di efficienza è rappresentato dalla QPSK (Quadrature PSK), che utilizza quattro stati di fase (ad esempio 0°, 90°, 180°, 270°). In questo modo ogni simbolo trasporta due bit invece di uno. Esistono anche varianti differenziali come DQPSK, utilizzate quando si vuole combinare maggiore velocità e semplicità di demodulazione. Tuttavia, aumentando il numero di stati di fase, diminuisce la distanza “angolare” tra i simboli, rendendo il sistema più sensibile al rumore e agli errori di fase.

Salendo ancora, troviamo modulazioni come 8PSK o 16PSK, dove si trasmettono rispettivamente 3 o 4 bit per simbolo. Queste tecniche sono molto efficienti dal punto di vista spettrale, ma in HF radiantistica sono meno comuni perché richiedono segnali più puliti e stabili, condizioni non sempre garantite a causa di fading, multipath e rumore atmosferico.

Uno degli aspetti più importanti della PSK è il controllo della larghezza di banda. Le transizioni brusche di fase possono generare componenti spurie e allargare lo spettro del segnale. Per evitarlo, si utilizzano tecniche di pulse shaping, come il filtro raised cosine o root raised cosine, che smussano le transizioni rendendo il segnale più compatto e meno invasivo per i canali adiacenti.

PSK31

Un esempio iconico nel radiantismo è il PSK31. Sviluppato dal collega britannico Peter Martinez (G3PLX) e presentato alla comunità radioamatoriale nel dicembre 1998, nacque con l’obiettivo di creare un modo semplice ed efficiente per le comunicazioni keyboard-to-keyboard in HF. Utilizza una velocità di simbolo di esattamente 31,25 baud – valore scelto perché corrisponde alla velocità di battitura media di circa 50 parole al minuto, ed è facilmente derivabile dalla frequenza di campionamento di 8 kHz usata nelle comuni schede audio (8000/256 = 31,25 Hz).

La versione più diffusa è basata su DBPSK (Differential BPSK), che evita i problemi di sincronizzazione assoluta di fase tipici della BPSK pura. Quanto alla larghezza di banda occupata, il valore di “31 Hz” corrisponde al symbol rate e rappresenta l’occupazione teorica minima: nella pratica, considerando il filtraggio del segnale, la larghezza di banda risulta di circa 50–60 Hz. Questa straordinaria compattezza spettrale consente di ospitare numerosi QSO PSK31 nella stessa porzione di banda occupata da una singola trasmissione SSB.

Il PSK31 utilizza una codifica dei caratteri chiamata Varicode: Martinez strutturò l’alfabeto in modo che, come nel codice Morse, i caratteri più frequenti abbiano le codifiche più brevi, mentre quelli più rari usino codifiche più lunghe. Questo migliora l’efficienza complessiva della trasmissione senza aumentare la larghezza di banda.

Il pulse shaping impiegato nel PSK31 è di tipo raised cosine: questa sagomatura smussa le transizioni di fase, riduce le componenti spettrali fuori banda e minimizza lo splatter, contribuendo alla tipica pulizia e compattezza del segnale.

Accanto alla versione base esiste anche QPSK31, che introduce una forma di codifica convoluzionale con correzione degli errori (FEC). Un aspetto interessante è che il passaggio da BPSK31 a QPSK31 avviene mantenendo sostanzialmente invariati sia la larghezza di banda che il data rate: la maggiore capacità della QPSK viene utilizzata non per aumentare la velocità, ma per inserire ridondanza e migliorare l’affidabilità. Si impiega una codifica convoluzionale (con rate 1/2) con decodifica basata sull’algoritmo di Viterbi.

Questa soluzione rende la comunicazione più robusta, in particolare in presenza di errori a burst tipici dei canali HF reali. In condizioni di rumore uniforme molto elevato, tuttavia, la BPSK semplice può talvolta risultare più efficiente in termini di soglia di decodifica.

Nel mondo dei modi digitali, la PSK ha rappresentato un importante passo avanti rispetto a tecniche più semplici (come FSK e la sua implementazione in RTTY), soprattutto in termini di efficienza spettrale. Tuttavia, richiede una catena di trasmissione e ricezione più lineare, perché è sensibile alle distorsioni di fase e ampiezza (ad esempio a fenomeniu di clipping o in presenza di una non linearità dell’amplificatore RF).

Oggi, anche se molti modi moderni (come FT8) utilizzano schemi diversi e più complessi, la PSK resta una tecnologia fondamentale per comprendere le comunicazioni digitali – non solo radioamatoriali. È ancora molto utilizzata per effettuare QSO “in chiaro”, dove l’operatore vuole mantenere un’interazione diretta, leggibile e in tempo reale, senza affidarsi completamente a decodifiche automatiche.

In sintesi

In definitiva, la PSK è un perfetto esempio di equilibrio tra teoria e pratica: elegante dal punto di vista matematico, ma anche estremamente concreta nelle sue applicazioni. Dalle varianti più semplici fino alle implementazioni con correzione d’errore, continua a essere una delle modulazioni più significative e didatticamente interessanti nel panorama radioamatoriale.