Aus der „Küche“ der SVXLink- En hartje/pub/2014/hamradio/... · PDF file...

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  • hamradio 2014./Dr. Ha. /1

    Prof. Dr.-Ing. M. Hartje DK5HH

    Fachbereich Elektrotechnik & Informatik hartje@etech.hs-bremen.de

    Aus der „Küche“ der SVXLink- Entwicklungen

    Hexen

    hamradio 2014./Dr. Ha. /2

    Prinzip der parametrierbaren Relaissteuerung

    RX TX

    RX-Interface TX-Interface

    Steuerrechner

    Netzwerk

    LINUX

    Weiche

    Antenne

    Steuersoftware

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /3

    Übersicht Audio über Netz Audioqualität und FM-Relais ALSA – DSP-Audioverarbeitung Messung des Relais Interfaces Erweiterung Verkehrsfunk

    hamradio 2014./Dr. Ha. /4

    Kontrolle durch Programm

    Audio-Verbindungen

    Audio-MIXER

    Voter

    Local RX

    Local TX

    WAVEcholink

    Echolink

    Net RXNet RXNet RX

    Net TX

    UDP

    Quelle ?

    UDP Senke

    ?

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /5

    Audioqualität im Amateurfunk Kommunikationsstandard (300-2700Hz)

    DSTAR (digitaler Vocoder) DMR (digitaler Vocoder) SSB meist Dynamikumfang: < 20 dB

    Gesprächsstandard FM-Relais Direktfrequenz (FM) Dynamikumfang > 50 dB

    Anmerkung Echolink (Windows) Nutzt GSM-Codec leider zumeist sehr schlechte Audioqualität des Interface

    hamradio 2014./Dr. Ha. /6

    Relais-Audio bei Tx und Rx Frequenzgänge sehr ungleich Frequenzgänge nicht „glatt“ Nicht für Sprachübertragung optimal

    Nutzer haben sehr unterschiedliche Aussteuerungspegel (laut / leise) Mobilisten: durchdringende Modulation Klönrunden: angenehme Modulation

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /7

    Soundverarbeitung von LINUX Bisher

    Soundkarten zur Ein- und Ausgabe Möglichkeiten von Soundkarten

    Umfangreiche Verarbeitung Getrennte Pfade Tx Rx Zusätzliche Verarbeitung (Blockketten) Qualitätssteigernde digitale Signalverarbeitung (zB Entrauschen)

    DG7BST

    hamradio 2014./Dr. Ha. /8

    „Relaissound“ - Anforderungen Mobilisten

    Hohe Sprachverständlichkeit Gleichmäßige „Lautheit“ für alle (HF-mobil, HF- Feststation, Echolinker)

    Feststationen Keine Übermodulation - wenig Verzerrungen Ausgewogener Sound (auch Bässe)

    Relaisverantwortlicher Gut begrenzter Hub – Vorgaben einhalten Kontrolle der Konstanz

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /9

    Alsa-Soundkarten-DSP Ladspa-Bibliotheken mit mehreren 100 Plugins (Linux Audio DSP Application)

    Hilbert-Transformator (0° und 90° - IQ) Filter (HP, LP, BP, Notch) Gleichrichter Diverse Kompressoren & Limiter Equalizer Erprobung in audacity

    Definition in wenigen Zeilen (Parameter) Anpassung in der svxlink.conf (Soundkarte)

    hamradio 2014./Dr. Ha. /10

    Beispiel: Kompressor erforderlich für Einstellung: geringer Hub Leise und laute Modulationen ausgleichen!!! Begrenzung der Modulation auf „guten“ Hub für alle Modulationen - Lautheit Keine scharfe Begrenzung – vermeidet Oberschwingungen im wichtigen Frequenzbereich für Sprachverständlichkeit (1-2,5 kHz) Umschalten

    tags für Mobilisten einschalten abends für Klönrunden eventuell ausschalten oder anders parametrieren

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /11

    Konfigurationsbeispiel # apt-get install swh-plugins /etc/asound.conf (für Ausgabe) pcm.AMP1 { type plug; slave.pcm „Komp10“} pcm.Komp10 { type ladspa; slave.pcm „plughw:0.0“; Path „/usr/lib/ladspa“; plugins [ { id 1913;

    input { controls [ 10 -1.0 0.5 ] } } ] } # controls: 10 dB-Verstärkung, Limit -1,0 dB,

    Release-time 0,5 sek svxlink.conf (Ausschnitt umkonfigurieren) AUDIO_DEV=alsa:AMP1 anstelle von

    AUDIO_DEV=alsa:plughw:0,0

    hamradio 2014./Dr. Ha. /12

    Beispiel: 15-kanaliger Equalizer Korrektur des Frequenzganges (Tx, Rx) apt-get install libasound2-plugin-equal Interaktive Konfiguration: mit alsamixer (12 Kanäle 50 Hz bis 3500 Hz -48…+24 dB) {Grafisch mit „qashctl“ (X11)} Wahlweise nur TX-HF oder nur RX Beliebig schaltbar tags/abends mit cron

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /13

    Equalizer mit Alsamixer 2 seitlich scrollende Bildschirme Aufruf: alsamixer -D equalizer (Def in asound.conf)

    50 -48

    880 -4,3

    220 -24

    fm A

    3500 0

    1750 -3,1

    hamradio 2014./Dr. Ha. /14

    Demoduliertes TX-Spektrum grün: Maximum; blau: Momentanwert Deemphasis ausgeschaltet; 2 km-entfernt

    abgesenkter Bereich Equalizer

    Demodulierte höhere Harmonische

    CTCSS: 123 Hz

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /15

    Aufgabe für Alsa

    Anstelle von Soundkarten: Definitionen von SC-Dev. z.B. für SVXLink

    SoundC

    Hochpass

    Tiefpass

    Mix SoundC

    Breites Notchfilter

    hamradio 2014./Dr. Ha. /16

    alsa-Kompendium (Auszug) Verbinden mehrere Anschlüsse

    dmix Abgreifen von mehreren NF-Pfaden

    dsnoop Universeller Konverter

    plug Verteilen der Kanäle

    Parameter „ttable“ erlaubt auch Amplitude

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /17

    FM-Relais mit Pre- und Deemphasis

    hamradio 2014./Dr. Ha. /18

    Verzerrung des Frequenzganges im Relais?

    Relais „flat“ oder „mit Verzerrung“?

    Relais

    EchoLink

    TRX1

    TRX2

    Preemphasis

    Preemphasis Deemphasis

    Deemphasis

    xxemphasis= 20dB/dekade Eckpunkte mit τ = 50µs Eckfreq bei NBFM: oberhalb

    Steuerung EchoLink

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /19

    FM-Messungen Frequenz Verzerrungen Frequenzgang Hub Unterschiedliche RX

    hamradio 2014./Dr. Ha. /20

    Messungen im TX Frequenzstabilität, „schätzen“ der Frequenz Amplitude

    Aussteuerung, Linearität Frequenzgang

    Amplituden mit konstanter Amplitude Rauschen mit konstanter Amplitude

    Hub Sinus-Modulation und HF-Spektrum mit Kalibrierung über Besselfunktionen

    Modulationsbandbreite überwachen

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /21

    Messung im RX Feldstärke Frequenzgang des RX Linearität und Pegel Softwaresquelch überwachen Benutzer beraten zur Modulation

    Frequenzgang Linearität des Nutzer-TX Linerarität, Aussteuerung, Frequenz von Echolink-Stationen

    CTCSS untersuchen

    hamradio 2014./Dr. Ha. /22

    RX mit FCD oder RTL-SDR untersuchen

    Aufbau mit GnuRadio Entfernung zum Relais: 2 km Antenne: 50 cm Draht, nicht

    resonant

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /23

    RX-Rauschen-demoduliert-NF Blau: Momentanwert; Grün: Maximalwert

    hamradio 2014./Dr. Ha. /24

    RX-Leergeräusch-NF mit TX Blau: Momentanwert; Grün: Rauschen

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /25

    Messung TX

    • Datei sweep aufrufen oder mit • play -n synth sine f1

    hamradio 2014./Dr. Ha. /26

    NF-Sweep mit Equalizer-TX Ruhegeräusch mit Modulationsfreq 5,2 kHz Grün: Maximalwert, Blau: Momentanwert

    Harmonische

    fmodSNR ≈ 50 dB

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /27

    TX-Einzeltöne Sweep-Linear- Spektrum mit FCD

    Momentanfrequenz: 2 kHz ohne Equalizer Geringer Oberschwingungsanteil < 20 dB

    2fm 1fm

    Grün: Maximalwert, Blau: Momentanwert

    hamradio 2014./Dr. Ha. /28

    TX-NF-Sweep-Linear (ohne Equal) Geringer Hub / Aussteuerung – lineare NF Sweep vollständig Ruhegeräusche

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /29

    FM-Spektrum bei fmod = 550 Hz Absenkung J(0)  Berechnung Hub

    J(0) ≈ -25 dB

    hamradio 2014./Dr. Ha. /30

    Einzelmessungen TX-Spektrum mit Equalizer und Kompressor

    Fmod = 1,8 kHz Überlagerung mit NF-Harmonischen

    J(0) fm J(1) 2fm

    J(2) 3fm J(3)

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /31

    Ausflug FM und PM

    hamradio 2014./Dr. Ha. /32

    PM Historisch begründeter Vorzug TX: Anhebung der hohen Frequenzen

    99 % Energie bei f < 1 kHz Aber nur 4 % Sprachverständlichkeit f < 1 KHz Also: Anhebung der „Kommunikations“-Audio

    RX: Absenkung der hohen Frequenzen Linearisierung = Entzerrung Verbesserung S/N (Rauschen)

    Definition: Hoch- / Tiefpass 1. Ordnung (6dB/Oct) Eckfrequenzen: EU: 50 µs, US: 75 µs (2,9 kHz / 2,1kHz)

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /33

    Definitionen FM: Änderung der Frequenz PM: Änderung der Phase Modulationsindex m:

    sfrequenzModulationf Hub f

    m

    : :

    mod

    mod

    

     

    hamradio 2014./Dr. Ha. /34

    Bandbreite Theoretisch: unendliche Bandbreite Abnehmender Energieanteil höherer Anteile Carrson: B = 2 (Δ + fmax) = 97% der Energie

    Δ = 3 kHz, fmax = 3 kHz, m = 1  B = 12 kHz Quadratische Summation aller Frequenzanteile darin

    Mathematische Lösung: Besselfunktionen Messung mit moduliertem Rauschen – mathematisch sehr anspruchsvoll besser: mit Sinus

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /35

    Spektrum von Modulation mit Sinus

    Leicht erkennbare Werte von J(i) und m

    1,4 bei J(0) = J(1) = 0,55 1,8 bei J(0) = J(2) = 0,31 2,4 bei J(0) = 0 2,7 bei J(1) = J(2) = 0,45

    m

    J( i)

    hamradio 2014./Dr. Ha. /36

    Modulator-Vorführung

    Spektrum Sinus mit unterschiedlichem Modulationsindex

  • hamradio 2014./Dr. Ha. /37

    Berechnung des Hub fmod = 1 kHz (a = 48) Suchen den Minimums J(0)  m = 2,4

    Hub: ΔΩ = m · fmod Beisp