FreeDVモードの特徴について

投稿日 by Hiro

歴史について

2012年、FreeDVはDavid Witten(GUI、アーキテクチャ)とDavid Rowe(Codec 2、モデムの実装、統合)
によってゼロからコーディングされました。

FreeDVの設計およびユーザーインターフェイスは、フランチェスコランザHB9TLKによって
開発されたFDMDVに基づいています。Francescoは、Peter Martinez G3PLXからモデム設計に
関するアドバイスを受けました。
PeterMartinez G3PLXは、FreeDVで使用されるFDMDVモデムについてDavidにもアドバイスしました。

K0PFXのMel Whittenは、FDMDVを含むいくつかのデジタル音声システムの設計、テスト、
およびプロモーションに大きく貢献しました。
この実用的な経験が現在の設計につながっています-高速同期、FECなし、低遅延システムにより、
オペレーターに「SSB」タイプの感覚を与えます。メルとアルファテスターのチーム
(Gerry、N4DVR、Jim、K3DCC、Rick、WA6NUT、Tony、K2MO)は、
FreeDVの使いやすさと設計に関するフィードバックを提供しました。

ブルース・ペレンスは、アマチュア無線のオープンソースで特許フリーの音声コーデックの思想的リーダーです。
彼はCodec 2とFreeDVの開発に刺激を与え、促進し、奨励しました。

FreeDVは、音声コーデックを含む 100%オープンソースソフトウェアを使用しているため、ユニークです。
秘密もプロプライエタリもありません!FreeDVは、21世紀のアマチュアラジオの道を表します。
ハムは自由に実験や革新を行うことができ、将来は単一のメーカーが閉鎖した技術に縛られるのではありません。

FreeDVに実装されているモードの特徴

次の表は、音声品質の大まかなガイドのアンカーとしてアナログSSBとSkypeを使用した、
さまざまなモードのガイドです。

モード 最小SNR フェージング強度 復調遅延 音声帯域幅 音声品質
SSB 0 8/10 短い 2600 5/10
1600 4 3/10 短い 4000 4/10
700C 2 6/10 短い 4000 3/10
700D -2 4/10 長い 4000 3/10
700E17/10中程度40003/10
2020 4 5/10 長い 8000 7/10
Skype 8000 8/10

最小SNRは、おおむね自分自身を繰り返さずに会話できないSNRです。
上記の数値は、フェージングのないチャネル(VHF無線のようなAWGNチャネル)にあります。
フェージングがある場合、最小SNRは数dB高くなります。[フェージング強度]列は、
モードがHFフェージングチャネルに対してどれほど堅牢であるかを示し、高いほど堅牢です。

より高度な700Dおよび2020モードでは、大きな前方誤り訂正(FEC)コードを使用するため、
待ち時間が長くなります。音声の多くのフレームをバッファリングし、
PCサウンドカードのバッファリングと組み合わせて、1〜2秒のエンドエンドレイテンシをもたらします。
特にフェージングが発生している時では、会話の開始時に同期に数秒かかる場合があります。

FreeDV 700D

2018年半ばに、新しいOFDMモデム、強力な前方誤り訂正(FEC)、およびオプションの
インターリーブを備えたFreeDV 700Dがリリースされました。
700Cで同じ700ビット/秒の音声コーデックを使用します。-2dBという低いSNRで動作し、
良好なHFチャネル性能を備えています。フェージングチャネルではFreeDV 1600よりも約10dB優れており、
低SNRでSSBと競合します。FECは、都市のHFノイズからある程度の保護を提供します。
Sレベルが1~3程度の信号であってもSNRが確保されていれば、会話をすることが出来ます。

FreeDV 700E

FreeDV 700Eは、700Cと700Dのオンエア動作から学んだ教訓を使用して、
2020年12月に開発されました。700D の変形は、
短いフレーム サイズ (80 ミリ秒) を使用して、遅延と同期時間を短縮します。
最大4Hzドップラースプレッドと6ms遅延スプレッドを備えた高速フェージングチャンネルに最適化されています。FreeDV 7000E は、FreeDV 700C および 700D と同じ 700 ビット/s コーデックを使用します。それは700Dより約3dBより多くの力を必要とするが、速い退色チャネルで確実に作動できる。

700Eリリースには、700Dのオプションの圧縮(クリッピング)と700E送信波形も含まれ、ピーク対平均電力比を約4dBに低減します。たとえば、100WのPEP送信機は約40W RMSに駆動することができます。
これは、FreeDV 700D の以前リリースに比べて 6dB の改善です。
クリッパーを有効にする前に、送信機が損傷することなく、
持続高平均電力を処理できることを
確認してください。

クリッピングはツール-オプションを使用して有効にすることができます。

SNR クリッピングが高い良好なチャネルでは、受信信号の SNR が実際に減少する可能性があります。これは意図的です – RMS パワーを高めるために、いくつかの事前歪みを追加しています。前方エラー訂正(FEC)はクリッピングによって発生したエラーをクリーンアップし、不良チャンネルでは信号パワーの増加の利点が良好なチャネルのSNRのわずかな減少を上回ります。

FreeDV 2020

FreeDV 2020は2019年に開発されました。Jean-MarcValinが開発したLPCNetニューラルネット
(ディープラーニング)合成エンジンに基づく実験的なコーデックを使用しています。
わずか1600 HzのRF帯域幅で8 kHzのオーディオ帯域幅を提供します。
FreeDV 2020は、700Dと同じOFDMモデムとFECを採用しています。

FreeDV 2020の目的は、HF無線でニューラルネット音声コーディングをテストすることです。
これは非常に実験的であり、おそらく実世界無線システムを介したニューラルネットボコーダーの最初の使用です。

FreeDV 2020は、SNRが10dB以上の低速フェージングHFチャネル用に設計されています。
700Dのような高速フェージングや非常に低いSNR向けには設計されていません。
SSBがすでに「アームチェア」コピーであるチャネルでは、SSBに代わる高品質になるように設計されています。
AWGN(非フェージングチャネル)では、2dB までのSNRではFMモードのような音声品質を実現します。

FreeDVのライセンス料について
FreeDVの使用にはライセンス料は必要ありません。プロジェクトに含めるのは、
Cコードのライブラリをコンパイルするのと同じくらい簡単です。
FreeDVはオペレーティングシステムを必要とせず、
マイクロコントローラーなどの小さなマシンで問題なく「ベアメタル」で実行されます。
ハードウェア浮動小数点ユニット(FPU)が必要です。

FreeDVスタックは、最新のPCのCPUリソースの約1%で実行されるgccコンパイル可能なCソフトウェアです。
FreeDV 1600および700Dは、
「ベアメタル」STM32F4マイクロコントローラ(168MHz、FPU、128k RAM、500kフラッシュ)にも移植されています。

FreeDVには浮動小数点プロセッサが必要です。固定小数点実装を作成することは可能かもしれませんが、
FreeDVを実行できる浮動小数点プロセッサが5ドル以下で利用できるようになったため、
そうするインセンティブはほとんどありません。

開発者に対しての寄付について
今年、あなたはハム無線機にどれくらい費やしましたか?FreeDVと比較してどうですか?
FreeDVは、Ham Radioを介したデジタル音声のオープンで自由な未来を表します。
PayPalまたはPatreon経由で寄付することで支援できます。

FreeDV開発者は、何千時間もの高度に熟練したエンジニアリング時間を寄付しました。
あなたの寄付は、Hamイベントでのハードウェア、旅行、FreeDVプロモーションの開発者の自費を削減します。

SM1000 FreeDVアダプターを購入すると、PCまたはサウンドカードなしで
任意のHFラジオでFreeDVを実行できます。
これは、FreeDVおよびCodec 2の主要開発者であるDavid Roweをサポートします