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hamradio 2014./Dr. Ha. /1

Prof. Dr.-Ing. M. HartjeDK5HH

Fachbereich Elektrotechnik & [email protected]

Aus der „Küche“ der SVXLink-Entwicklungen

Hexen


Prinzip der parametrierbaren Relaissteuerung

RX TX

RX-Interface TX-Interface

Steuerrechner

Netzwerk

LINUX

Weiche

Antenne

Steuersoftware


Übersicht

Audio über Netz

Audioqualität und FM-Relais

ALSA – DSP-Audioverarbeitung

Messung des Relais

Interfaces

Erweiterung Verkehrsfunk


Kontrolle durch Programm

Audio-Verbindungen

Audio-MIXER

Voter

Local RX

Local TX

WAVEcholink

Echolink

Net RXNet RXNet RX

Net TX

UDP

Quelle?

UDPSenke

?


Audioqualität im AmateurfunkKommunikationsstandard (300-2700Hz)

DSTAR (digitaler Vocoder)DMR (digitaler Vocoder)SSBmeist Dynamikumfang: < 20 dB

GesprächsstandardFM-RelaisDirektfrequenz (FM)Dynamikumfang > 50 dB

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


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


Soundverarbeitung von LINUX

BisherSoundkarten zur Ein- und Ausgabe

Möglichkeiten von SoundkartenUmfangreiche VerarbeitungGetrennte Pfade Tx RxZusätzliche Verarbeitung (Blockketten)Qualitätssteigernde digitale Signalverarbeitung (zB Entrauschen)

DG7BST


„Relaissound“ - Anforderungen

MobilistenHohe SprachverständlichkeitGleichmäßige „Lautheit“ für alle (HF-mobil, HF-Feststation, Echolinker)

FeststationenKeine Übermodulation - wenig VerzerrungenAusgewogener Sound (auch Bässe)

RelaisverantwortlicherGut begrenzter Hub – Vorgaben einhalten

Kontrolle der Konstanz


Alsa-Soundkarten-DSP

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

Hilbert-Transformator (0° und 90° - IQ)Filter (HP, LP, BP, Notch)GleichrichterDiverse Kompressoren & LimiterEqualizer

Erprobung in audacity

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


Beispiel: Kompressorerforderlich für Einstellung: geringer HubLeise und laute Modulationen ausgleichen!!!Begrenzung der Modulation auf „guten“ Hub für alle Modulationen - LautheitKeine scharfe Begrenzung – vermeidet Oberschwingungen im wichtigen Frequenzbereich für Sprachverständlichkeit (1-2,5 kHz)

Umschalten tags für Mobilisten einschaltenabends für Klönrunden eventuell ausschalten oder anders parametrieren


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


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


Equalizer mit Alsamixer

2 seitlich scrollende BildschirmeAufruf: alsamixer -D equalizer (Def in asound.conf)

50-48

880-4,3

220-24

fm

A3500

01750-3,1


Demoduliertes TX-Spektrum

grün: Maximum; blau: MomentanwertDeemphasis ausgeschaltet; 2 km-entfernt

abgesenkterBereichEqualizer

Demodulierte höhereHarmonische

CTCSS: 123 Hz


Aufgabe für Alsa

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

SoundC

Hochpass

Tiefpass

Mix SoundC

Breites Notchfilter


alsa-Kompendium (Auszug)

Verbinden mehrere Anschlüssedmix

Abgreifen von mehreren NF-Pfadendsnoop

Universeller Konverterplug

Verteilen der KanäleParameter „ttable“ erlaubt auch Amplitude


FM-Relais mit Pre- und Deemphasis


Verzerrung des Frequenzganges im Relais?

Relais „flat“ oder „mit Verzerrung“?

Relais

EchoLink

TRX1

TRX2

Preemphasis

Preemphasis Deemphasis

Deemphasis

xxemphasis= 20dB/dekadeEckpunkte mit τ = 50µsEckfreq bei NBFM: oberhalb

Steuerung EchoLink


FM-Messungen

Frequenz

Verzerrungen

Frequenzgang

Hub

Unterschiedliche RX


Messungen im TXFrequenzstabilität, „schätzen“ der FrequenzAmplitude

Aussteuerung, Linearität

FrequenzgangAmplituden mit konstanter AmplitudeRauschen mit konstanter Amplitude

HubSinus-Modulation und HF-Spektrum mit Kalibrierung über Besselfunktionen

Modulationsbandbreite überwachen


Messung im RX

FeldstärkeFrequenzgang des RXLinearität und Pegel

Softwaresquelch überwachenBenutzer beraten zur Modulation

Frequenzgang

Linearität des Nutzer-TXLinerarität, Aussteuerung, Frequenz von Echolink-Stationen

CTCSS untersuchen


RX mit FCD oder RTL-SDR untersuchen

Aufbau mit GnuRadioEntfernung zum Relais: 2 kmAntenne: 50 cm Draht, nicht

resonant


RX-Rauschen-demoduliert-NFBlau: Momentanwert; Grün: Maximalwert


RX-Leergeräusch-NF mit TX

Blau: Momentanwert; Grün: Rauschen


Messung TX

• Datei sweep aufrufenoder mit • play -n synth sine f1


NF-Sweep mit Equalizer-TX

Ruhegeräusch mit Modulationsfreq 5,2 kHz

Grün: Maximalwert, Blau: Momentanwert

Harmonische

fmodSNR ≈ 50 dB


TX-Einzeltöne Sweep-Linear-Spektrum mit FCD

Momentanfrequenz: 2 kHz

ohne Equalizer

Geringer Oberschwingungsanteil < 20 dB

2fm

1fm

Grün: Maximalwert, Blau: Momentanwert


TX-NF-Sweep-Linear (ohne Equal)

Geringer Hub / Aussteuerung – lineare NF

Sweep vollständig

Ruhegeräusche


FM-Spektrum bei fmod = 550 Hz

Absenkung J(0) Berechnung Hub

J(0) ≈ -25 dB


Einzelmessungen TX-Spektrum mit Equalizer und Kompressor

Fmod = 1,8 kHz

Überlagerung mit NF-Harmonischen

J(0) fmJ(1) 2fm

J(2)3fmJ(3)


Ausflug FM und PM


PMHistorisch begründeter VorzugTX: Anhebung der hohen Frequenzen

99 % Energie bei f < 1 kHzAber nur 4 % Sprachverständlichkeit f < 1 KHzAlso: Anhebung der „Kommunikations“-Audio

RX: Absenkung der hohen FrequenzenLinearisierung = Entzerrung

Verbesserung S/N (Rauschen)

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


Definitionen

FM: Änderung der Frequenz

PM: Änderung der Phase

Modulationsindex m:

sfrequenzModulationf

Hub

fm

:

:

mod

mod


Bandbreite

Theoretisch: unendliche BandbreiteAbnehmender Energieanteil höherer AnteileCarrson: 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: BesselfunktionenMessung mit moduliertem Rauschen – mathematisch sehr anspruchsvollbesser: mit Sinus


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)


Modulator-Vorführung

Spektrum Sinus mit unterschiedlichem Modulationsindex


Berechnung des Hubfmod = 1 kHz (a = 48)

Suchen den Minimums J(0) m = 2,4Hub: ΔΩ = m · fmod

Beispiel: ΔΩ = 2,4 * 1 kHz = 2,4 kHzGewünscht: ΔΩ = 3 kHz

Mit m = 2,4 wird fmod = 1,25 kHz (a = 60)

Neue Prüfung: m = 3,8 {J(1)=0} beifmod = ΔΩ / m = 3 kHz / 3,8 = 790 Hz

Beispiel vorher: fmod = 550 Hz, m=2,4 ΔΩ = 1,3 kHz


Rufzeichenerkennung

Erste Schritte und Vorführung


SpracherkennungSprecherunabhängige Erkennung

Netzwerk (Google, MS)lokal pocketsphinx

AnwendungNach dem Auftasten für 10 sAbleitung fürs LogbuchÜbersetzung und TTS-AusgabeReizwort Relaisbedienung


Prinzip der netzgestützten Spracherkennung

Aufzeichnen Konvertieren

Versenden

Text holen

Text aufbereiten

Google


Vorführung Spracherkennung


Verkehrsfunk und andere Ansagen


Softwarestruktur

Webseite z.B.www.vmz-bremen.de

Shell-Skript PHP-Skript mit JSONCRON

Wav-Datei holen

Kompander (sox)

Mary (Java) TTS

Textaufbereitung

Ausgabesteuerung und Verwaltung der Meldungen (SVXLink)

1 min


Neue und etablierte Interfaces


Interface Aufgaben

Steuerung

TX, PTT

RX, HW-Squelch

SoundPotenzialtrenner

TX, Mik od. Modulator

RX, Lsp od. Diskriminator

DTMF-Decoder

Interface

ZumRechner

EntkopplungAnti-BrummPegelanpassungKeine Übersteuerung


Beispiel: USB Radio InterfaceLieferant DMK-Engineering, Preis: 70$7 SteuerleitungenStereo-Sound für 2 RelaisUnterstützt auch Asterix PBX Relaissteuerung + Telefon - InternetCTCSS

http://www.dmkeng.com


NHRC-7-RepeatercontrollerWerkbild: nhrc.net


Einfachste USB-Soundkarten

1,54 € incl. VersandIntern: CM1084 GPIO-Ports 8mA4 Flanken-entprellte Inputs (Interrupt)Mikrophoneing. (Zein~600 Ω)

zB URI-BoardQuelle: DX.com


Beispiel SoundkartePreiswerte USB-Soundkarte CM108 (1,54€)4 GPIO-Pins auf der SC; 4 Flankengesteuerte mit Entprellung Interrupts (Taster)2 LED (gesteuerte Ausgänge)Pegelanpassung an SC-GPIO erforderlich

PTTHardware-Squelch

Vermeidet separate serielle Schnittstelle

Unterstützt durch libhamlib2 (linux, win)Aufpassen bei Bestellung – nicht alle haben zugänglichen Chip (manche Chips vergossen)


Beschaltungsmöglichkeiten

Wei

tere

GP

IO

PTT

HW-SQL

50k15k

27k

GPIO3Imax=8mA

Dig.GND

Vol. DwnVol. Up

Topview


Erweiterung alter Relais

Echolink-Anbindung

Vernetzung mit Nachbarrelais

Mit xx0xxx-L Konfiguration

Auswertung des Eigenrauschens als SQL-Kriterium

Derzeit noch mit Hardwareschaltung realisiert – zukünftig rein in Software (ladspa läßt grüßen)


Zusammenfassung

DSP-Funktionen mit leistungsfähigen Prozessoren

EqualizerKompressoren / Limiter

Filter

Neue Interfaceboards (PTT und HW-Sql)NHRC-BoardEinfache USB-Soundkarten

Hubmessung / LinearitätSpracherkennung