Hexen Aus der Küche der SVXLinkEntwicklungen
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- Clara Schulz
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1 Hexen Aus der Küche der SVXLinkEntwicklungen Prof. Dr.-Ing. M. Hartje DK5HH Fachbereich Elektrotechnik & Informatik hamradio 2014./Dr. Ha. /1 Prinzip der parametrierbaren Relaissteuerung Antenne RX Weiche TX RX-Interface TX-Interface Steuerrechner LINUX Steuersoftware Netzwerk hamradio 2014./Dr. Ha. /2
2 Übersicht Audio über Netz Audioqualität und FM-Relais ALSA DSP-Audioverarbeitung Messung des Relais Interfaces Erweiterung Verkehrsfunk hamradio 2014./Dr. Ha. /3 Audio-Verbindungen Quelle? Local RX NetRX RX Net Net RX UDP Echolink WAV Voter Audio-MIXER Kontrolle durch Programm Local TX hamradio 2014./Dr. Ha. /4 Net TX Echolink UDP Senke?
3 Audioqualität im Amateurfunk Kommunikationsstandard ( Hz) 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. /5 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. /6
4 Soundverarbeitung von LINUX Bisher Soundkarten zur Ein- und Ausgabe Möglichkeiten von Soundkarten Umfangreiche Verarbeitung Getrennte Pfade Tx Rx Zusätzliche Verarbeitung (Blockketten) DG7BST Qualitätssteigernde digitale Signalverarbeitung (zb Entrauschen) hamradio 2014./Dr. Ha. /7 Relaissound - Anforderungen Mobilisten Hohe Sprachverständlichkeit Gleichmäßige Lautheit für alle (HF-mobil, HFFeststation, Echolinker) Feststationen Keine Übermodulation - wenig Verzerrungen Ausgewogener Sound (auch Bässe) Relaisverantwortlicher Gut begrenzter Hub Vorgaben einhalten Kontrolle der Konstanz hamradio 2014./Dr. Ha. /8
5 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. /9 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. /10
6 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 [ ] } } ] } # 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. /11 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 db) {Grafisch mit qashctl (X11)} Wahlweise nur TX-HF oder nur RX Beliebig schaltbar tags/abends mit cron hamradio 2014./Dr. Ha. /12
7 Equalizer mit Alsamixer 2 seitlich scrollende Bildschirme Aufruf: alsamixer -D equalizer (Def in asound.conf) fm 50 A , ,1 0 hamradio 2014./Dr. Ha. /13 Demoduliertes TX-Spektrum grün: Maximum; blau: Momentanwert Deemphasis ausgeschaltet; 2 km-entfernt abgesenkter Bereich Equalizer CTCSS: 123 Hz hamradio 2014./Dr. Ha. /14 Demodulierte höhere Harmonische
8 Aufgabe für Alsa Hochpass Mix SoundC SoundC Tiefpass Breites Notchfilter Anstelle von Soundkarten: Definitionen von SC-Dev. z.b. für SVXLink hamradio 2014./Dr. Ha. /15 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. /16
9 FM-Relais mit Pre- und Deemphasis hamradio 2014./Dr. Ha. /17 Verzerrung des Frequenzganges im Relais? TRX1 Relais xxemphasis= 20dB/dekade Eckpunkte mit τ = 50µs Eckfreq bei NBFM: oberhalb Relais flat oder mit Verzerrung? Preemphasis Deemphasis EchoLink Steuerung EchoLink Preemphasis Deemphasis TRX2 hamradio 2014./Dr. Ha. /18
10 FM-Messungen Frequenz Verzerrungen Frequenzgang Hub Unterschiedliche RX hamradio 2014./Dr. Ha. /19 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. /20
11 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. /21 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. /22
12 RX-Rauschen-demoduliert-NF Blau: Momentanwert; Grün: Maximalwert hamradio 2014./Dr. Ha. /23 RX-Leergeräusch-NF mit TX Blau: Momentanwert; Grün: Rauschen hamradio 2014./Dr. Ha. /24
13 Messung TX Datei sweep aufrufen oder mit play -n synth sine f1 hamradio 2014./Dr. Ha. /25 NF-Sweep mit Equalizer-TX Ruhegeräusch mit Modulationsfreq 5,2 khz Grün: Maximalwert, Blau: Momentanwert Harmonische SNR 50 db hamradio 2014./Dr. Ha. /26 fmod
14 TX-Einzeltöne Sweep-LinearSpektrum mit FCD Momentanfrequenz: 2 khz ohne Equalizer Geringer Oberschwingungsanteil < 20 db Grün: Maximalwert, Blau: Momentanwert 1fm 2fm hamradio 2014./Dr. Ha. /27 TX-NF-Sweep-Linear (ohne Equal) Geringer Hub / Aussteuerung lineare NF Sweep vollständig Ruhegeräusche hamradio 2014./Dr. Ha. /28
15 FM-Spektrum bei fmod = 550 Hz Absenkung J(0) Berechnung Hub J(0) -25 db hamradio 2014./Dr. Ha. /29 Einzelmessungen TX-Spektrum mit Equalizer und Kompressor Fmod = 1,8 khz Überlagerung mit NF-Harmonischen J(0) hamradio 2014./Dr. Ha. /30 fm J(1) 2fm J(2) 3fm J(3)
16 Ausflug FM und PM hamradio 2014./Dr. Ha. /31 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. /32
17 Definitionen FM: Änderung der Frequenz PM: Änderung der Phase Modulationsindex m: m f mod : Hub f mod : Modulationsfrequenz hamradio 2014./Dr. Ha. /33 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. /34
18 Spektrum von Modulation mit Sinus J(i) m Leicht erkennbare Werte von J(i) und m hamradio 2014./Dr. Ha. /35 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 Modulator-Vorführung Spektrum Sinus mit unterschiedlichem Modulationsindex hamradio 2014./Dr. Ha. /36
19 Berechnung des Hub fmod = 1 khz (a = 48) Suchen den Minimums J(0) m = 2,4 Hub: ΔΩ = m fmod Beispiel: ΔΩ = 2,4 * 1 khz = 2,4 khz Gewünscht: ΔΩ = 3 khz Mit m = 2,4 wird fmod = 1,25 khz (a = 60) Neue Prüfung: m = 3,8 {J(1)=0} bei fmod = ΔΩ / m = 3 khz / 3,8 = 790 Hz Beispiel vorher: fmod = 550 Hz, m=2,4 ΔΩ = 1,3 khz hamradio 2014./Dr. Ha. /37 Rufzeichenerkennung Erste Schritte und Vorführung hamradio 2014./Dr. Ha. /38
20 Spracherkennung Sprecherunabhängige Erkennung Netzwerk (Google, MS) lokal pocketsphinx Anwendung Nach dem Auftasten für 10 s Ableitung fürs Logbuch Übersetzung und TTS-Ausgabe Reizwort Relaisbedienung hamradio 2014./Dr. Ha. /39 Prinzip der netzgestützten Spracherkennung Aufzeichnen Konvertieren Versenden Text holen Text aufbereiten hamradio 2014./Dr. Ha. /40 Google
21 Vorführung Spracherkennung hamradio 2014./Dr. Ha. /41 Verkehrsfunk und andere Ansagen hamradio 2014./Dr. Ha. /42
22 Softwarestruktur 1 min CRON Shell-Skript PHP-Skript mit JSON Webseite z.b. Textaufbereitung Mary (Java) TTS Wav-Datei holen Kompander (sox) Ausgabesteuerung und Verwaltung der Meldungen (SVXLink) hamradio 2014./Dr. Ha. /43 Neue und etablierte Interfaces hamradio 2014./Dr. Ha. /44
23 Interface Aufgaben TX, PTT Zum Rechner Steuerung RX, HW-Squelch Sound Potenzialtrenner DTMFDecoder Interface TX, Mik od. Modulator RX, Lsp od. Diskriminator Entkopplung Anti-Brumm Pegelanpassung Keine Übersteuerung hamradio 2014./Dr. Ha. /45 Beispiel: USB Radio Interface Lieferant DMK-Engineering, Preis: 70$ 7 Steuerleitungen Stereo-Sound für 2 Relais Unterstützt auch Asterix PBX Relaissteuerung + Telefon - Internet CTCSS hamradio 2014./Dr. Ha. /46
24 NHRC-7-Repeatercontroller Werkbild: nhrc.net hamradio 2014./Dr. Ha. /47 Einfachste USB-Soundkarten 1,54 incl. Versand Intern: CM108 4 GPIO-Ports 8mA 4 Flankenentprellte Inputs (Interrupt) Mikrophoneing. (Zein~600 Ω) Quelle: DX.com hamradio 2014./Dr. Ha. /48 zb URI-Board
25 Beispiel Soundkarte Preiswerte 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 PTT Hardware-Squelch Vermeidet separate serielle Schnittstelle Unterstützt durch libhamlib2 (linux, win) Aufpassen bei Bestellung nicht alle haben zugänglichen Chip (manche Chips vergossen) hamradio 2014./Dr. Ha. /49 Beschaltungsmöglichkeiten Vol. Up HW-SQL Dig.GND 50k 15k We it e re GP IO Vol. Dwn PTT 27k Top view GPIO3 Imax=8mA hamradio 2014./Dr. Ha. /50
26 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) hamradio 2014./Dr. Ha. /52 Zusammenfassung DSP-Funktionen mit leistungsfähigen Prozessoren Equalizer Kompressoren / Limiter Filter Neue Interfaceboards (PTT und HW-Sql) NHRC-Board Einfache USB-Soundkarten Hubmessung / Linearität Spracherkennung hamradio 2014./Dr. Ha. /53
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