FreeDV運用ガイド

オープンソースによるデジタル音声通信

この画面は、簡易表示です

freedv QRV

交信の準備設定について

投稿日 by Hiro

はじめに
このモードは、FreeDVソフトのPTTボタンを押すと、FT4,FT8と同様に
連続したデジタル信号で変調された、電波が送り出されます。
送信出力によっては、終段に過大な負担が掛かり、終段破壊などなる場合があります。
運用に際しては、まずはじめに、送信出力を最小にして、アンテナの状態を確認し
異常無き事を、確認して徐々に出力を上げ、異常なきことを確認しながら
運用するように心がけて下さい、運用に際しては自己責任でお願いします。



FreeDVの受信をする事が出来るようになったら
今度は、実際に交信をするための準備に入ります

・最初にPTT制御の確認から Tools→PTT Config設定
PTT制御の仕方は、各メーカー、それぞれの無線機によって違いがありますので
一概には言えません、参考までに八重洲無線 FTDX3000の場合
無線機のメニューNo,065 Mode cw  PC KEYING RTS
PTT制御の仮想COMポートをCOM6とした場合、上の写真の状態で
制御することは出来ています。
Test PTTを押して、PTTがON/OFF制御出来ることを確認して下さい。

・PTT制御にHamlib Settingsを使用する場合

無線機の周波数読み取りポート(八重洲無線ではCAT)のポート番号を
Serial Deviceにセット、Serial Rateをパソコンの
デバイスマネージャー>ポート(COMとLPT)該当するポート番号の
プロパティーをクリック>ポートの設定と進みます。

無線機のビットレートとパソコンのCOMポートのビットレート
ストップビットを合わせてOKとします。
上の画像はFTDX3000での設定例です。
その上でUSE Hamlib PTTをクリックして、Test PTTを押して
無線機が送信状態になることを確認します。そして画像のように
Serial Paramsにビットレートなどの情報が表示されることを確認します。
USE Hamlibを使う設定としたときは無線機に入る
信号の流れも変わる事があります、スタートしてPTTボタンをクリック
しても送信されない時は、無線機のメニューからSSB MIC SELを確認して
該当する入力デバイスに変更して下さい。

Icom製無線機を使用している場合、Hamlib は接続時に
無線機のデフォルトの CI-V アドレスを使用します。
この値が変更されている場合は、「無線アドレス」フィールドに
正しいアドレスを指定できます (有効な値は 16 進数で 00 から FF まで)。
IC7300に付いての設定例の情報を頂きました
JA4JOE 尾中様のサイトです。
“00” は “ワイルドカード” CI-V アドレスであることに注意してください。
そのアドレスに対するコマンドに応答するには、
無線機で「CI-V トランシーブ」オプションが有効になっている
必要があります。それ以外の場合は、無線機で設定したのと同じ
CI-V アドレスを使用するように FreeDV を設定する必要があります。
最良の結果を得るには、「00」/「CI-V トランシーブ」が
使用されている場合は、チェーン内に他の Icom/CI-V 対応デバイスが
ないことを確認します。
ハムリブがIcom製無線機で動作しない時
Icom 無線機で最も一般的な問題は、FreeDV で設定された
CI-V アドレスが無線で設定されたアドレスと一致しないことです。
FreeDV と無線の両方の CI-V アドレスが同じであることを確認します。
FreeDV 側で「00」を使用する場合は、無線で「CI-V トランシーブ」
オプションが有効になっているか、または無線がそのアドレスに
送信された要求に応答しないことを確認します。

IC7300に付いての設定例の情報を頂きました
JA4JOE 尾中様のサイトです。

https://tanukijima.at.webry.info/202103/article_11.html

*PTT制御にHamlibを使いPSKレポーターにクリックをしていると
 FreeDVソフトがクラッシュ(突然終了)する事があります。
 PSKレポーターの機能のついては、実験的な要素も有り
 まだ不安定な部分も、有りますのでクリックをしなくても
 良いと思っています。


・FreeDV 1.4 ツール-オプションについて Tools→Options

ツール-オプションダイアログ:

  1. クリッピング:700Cおよび700Dでは、Tx信号をクリップすることにより、
    ピーク/平均電力比(PAPR)(クレストファクターとも呼ばれます)を
    12dBから8dBに低減します。
    これにより、TxスペクトルとRx散布図に少しノイズが追加されますが、
    パワーアンプをより強く駆動できる場合があります。
    パワーアンプに過負荷がかからないように、注意して使用してください。

    この設定をクリックすると受信側での明瞭度が落ちます。
    受信側からレポートをもらいながら使用して下さい。
    通常はクリックしません。
  2. Tx Band Pass Filter:700Dモードの送信帯域幅を約1000 Hzに制限します。
    通常はクリックしたままにします。
  3. 700Dインターリーバー:インターリーバーは複数のフレームにわたって
    エラーを平均化するため、変化の激しいフェージングの場合、また
    バーストエラーのある場合のパフォーマンスが向上します。
    16フレームのインターリーバーは、パフォーマンスを4dB改善します。
    ただし、インターリーブにより遅延が追加され、同期が遅延します。
    txとrxの両方に同じインターリーバー設定が必要です。
    たとえば、2に設定すると、2つの160msフレームで平均エラーが改善し、
    処理に要する時間に、TxとRxの両方で2×160 = 320msの遅延が発生します(合計640ms)。
    この設定もクリックします
    インターリーバーは通常1に設定されます。
  4. 700D手動同期解除:このオプションを選択した場合、
    手動で同期を解除する必要があります([再同期]ボタン)。
    同期の自動フォールオフを無効にします。インターフェーバーとの
    長い再同期遅延を回避するために、長いフェード中に700Dの同期を
    維持するのに役立つ実験的な機能です。
    通常はクリックしません。
  5. Txt Msg欄は自局のコールサイン情報などを入れておきます。

FreeDV 1.5から加わった機能について

FreeDV は、ツール オプションのオプションを有効にし、コールサインと
グリッドの正方形を指定することで、フリーDV 信号レポートを
PSK Reporterに送信する機能を持っています。
有効にすると、FreeDV はフリー フォームの
Txt Msgフィールドを無効にし、コールサインフィールド
のみを送信します。

FreeDV は、PSK レポーターにポジション レポートを
提出する前に、受信した情報を検証します。
これは、FreeDV が無効なコールサイン
(存在しないコールサインや実際の FreeDV 以外のユーザーに
対応するものなど) をサービスに報告しないようにするためです。
ただし、エラーが発生しても、受信したテキストは
すべてメイン ウィンドウに表示されます。

PSK Reporter に送信されたレポートは、
フィルタリングを容易にするためにモード “FREEDV” を
使用して表示されます。ユーザーの現在のモード(700D、1600など)は、
受信レポートをホバーまたはクリックすると
「Using」フィールドにも表示されます。

PSKレポーターが無線の周波数を読み取ることができるように、
Hamlib を有効にする必要があります。この場合、プッシュ開始に
メッセージが表示されます。

ToolからOptionsを選択します、Txt Msgに自局の送信する情報を入力します。

その後PSK Reporting にクリックを入れて コールサイン 
グリッドロケートを入力、その状態で交信を始めるとグリッドロケーター
に情報が送信されモードにFreeDVを選択、バンドを選んでGOボタンを押すと
運用情報が表示されます。

FreeDV 700オプション

コントロール 説明
クリッピング 送信波形をハードクリッピングして、平均電力を増加させますが、
多少の歪みが生じます
700Cダイバーシティコンバイン 2セットの700Cキャリアを組み合わせて、
フェージング時のパフォーマンスを向上
700Dインターリーバー インターリーブする700Dフレームの数を大きくすると、
フェージング時のパフォーマンスは向上しますが、
遅延が増加します
700D Txバンドパスフィルター 700D TXスペクトル帯域幅を 1000 Hzに制限します
700D手動同期解除 700Dの同期を強制し、同期を自動的にドロップしません

OFDMモデム位相推定器オプション
OFDM Modem Phase Estimator Options

これらのオプションは、OFDMモデムを使用する
FreeDV 700Dおよび2020モードに適用されます。

  1. [高帯域幅]オプションを使用すると、位相が急速に変化するチャネル
    (高速フェージングHFチャネルやEs’Hail 2衛星など)のパフォーマンスが向上します。
    オフにすると、位相推定器の帯域幅が自動的に選択されます。
    高速で同期を有効にするために高で開始し、低帯域幅に切り替えて
    低SNR HFチャネルのパフォーマンスを最適化します。
  2. DPSK(差分PSK)チェックボックスには同様の効果があります-
    位相が急速に変化する高SNRチャネルでのパフォーマンスが向上します。
    このオプションは、OFDMモデムを変換して、コヒーレントPSKではなく
    差動PSKを使用します。DPSKは、FreeDV 1600などの以前の
    FreeDVモードで使用されます。これはTxおよびRx側に影響するため、
    両側でDPSKを選択する必要があります。
    このオプションは、必要に応じてクリックします。

・ツール-フィルター
Tools→Filter

このセクションでは、Tools-Filterの機能について説明します。

上記のフィルター設定は、声が裏返る等のレポートを、もらった際に
低域をカットして、中音域にピークを置いた設定になります。
マイクによっても、変わりますのでレポートをしてもらいながら
調整が必要です。

コントロール 説明
ノイズ抑制 Speexプリプロセッサを使用して、マイク信号のノイズ抑制、
残響除去、AGCを有効にします
700C / 700DオートEQ FreeDV 700CおよびFreeDV 700Dコーデック入力オーディオの
自動イコライゼーション

Auto EQ(自動イコライゼーション)は、入力された音声を、最適な周波数分布に調整します。
聞きづらい低音の声の裏返りを低減し、受信側の了解度を上げることができます。
Auto EQ(自動イコライゼーション)は 、通常はクリックした状態で運用します。
相手からのリポートによって、聴きづらい場合はクリックを外します。
併せて、マイク イン イコライザ-(Mic In Equaliser)をクリックして
上の図のような設定にします、あらかじめ音声イコライザーを調整しておかないと
復調したときにケロケロと声が裏返り了解度が落ちてしまいます。
特に低音域のカットは大事です。

音声イコライザーの設定は、まだ改善の余地があります。
モードによっても違いがあると思われますので
受信側からレポートをもらいながら、調整していきます。
2020モードでは、Bass Freq 100Hzで-20dB 中域、高域をフラットに
近づける事で、受信側の復調に、良好な結果が得られるとの報告があります。



必要な設備について

投稿日 by Hiro
  • SSBレシーバーまたはトランシーバー
  • FreeDVソフトウェアのダウンロードリンクは以下のとおりです。
  • 1枚(受信のみ)または2枚のサウンドカードを備えたWindows、Linux、またはOSX PC。
  • PCをSSB無線に接続するケーブル。

それぞれについて、具体的に見ていきましょう

SSBトランシーバー
これは最近の機種でUSBオーディオを内蔵したものならば
ケーブル一本で接続出来ますので設定が楽ですが
内蔵していない場合は、別途パソコンとのUSB接続インターフェイスを
用意して下さい。

FreeDVソフトウェア
公式サイト ダウンロードリンク
32/64 ビット Windows、MacOS 用のインストーラー
Debianは 不安定リポジトリーに入っています
FreeDV-1.5.3-devel Windows 32bit Installer
FreeDV-1.5.3-devel Windows 64Bit Installer

上のダウンロードリンクは、最新のソースコードから
ビルドしたものです。

画面の配色に改良を加えたバージョンが公開されました 2021.5.23追記
FreeDV-1.5.3-devel Windows 32bit Installer
FreeDV-1.5.3-devel Windows 64bit Installer

設定方法は新しいテストバージョンについてのページに
簡単に説明をしています、参考にされて下さい。


FreeDV 1.5.2で復調が上手くいかないケースがある場合のために
Ver1.4.2版のダウンロードリンクを張っておきます。
FreeDV 1.4.3 Beta Windows 32Bit Installer
FreeDV 1.4.3 Bata Windows 64Bit Installer

700Dモードの復調が上手くいかない場合、対象となっている
バージョンを一度削除(アンインストール)して
再度入れ直すことで状況が改善する事もあるケースも有ります。

※2021年4月6日付けで新しいテストバージョンがリリースされました
新しいテストバージョンの具体的な設定方法
変更点については新しいテストバージョンについて
ページに簡単に説明をしています。参考にされて下さい

上記のFreeDVソフトの全てのモードを運用するには変更申請が
必要となります、細かな諸元についてはFreeDVに必要な電波型式について
のページを参照して下さい
ダウンロードがセキュリティー上の理由から上手くいかない
出来ない事があります。下記のようなメッセージが出る時があります。

この場合は、下記の画像のオプション(・・・)の部分をクリックして
保存を選択、任意の場所に保存してからインストールに進みます。


ダウンロード後インストールをしようとするとWindowsから
下記のような警告が出る場合があります。

Windows によって PC が保護されました
Windows Defender SmartScreen は認識されない
アプリの起動を停止しました。このアプリを実行すると、
PC に問題が起こる可能性があります


アプリ: FreeDV-1.4.1-devel-(バージョンNo)-win64.exe
または FreeDV-1.5.3-devel-(バージョンNo)-win64.exe
発行元: 不明な発行元
この場合は詳細情報をクリックし、実行をクリックしてインストールします。

パソコンについて
出来れば最近、製造されたパソコンを用意するのが理想です。
FreeDV 1.4の全てのモードを運用するには
AVXをサポートする CPUが必要です 。
具体的には 該当するCPUとしてIntel i5 3000番台以降
AVXを持っていない場合は、FreeDV 2020モードボタンが
グレーアウトされます。

サウンドデバイスについて
サウンドカード1
これは無線機との入出力を受け持つサウンドカード
USBインターフェイス、無線機内蔵のもの、またはリグエキスパート
八重洲無線で販売している、SCU-17などが使えます。
パソコン内蔵のサウンドデバイスも使えますが
使用にあたって注意が必要です。

サウンドカード2
運用者とパソコン FreeDVソフトウェアとの入出力を受け持ちます。
パソコン内蔵のサウンドデバイスを、既にサウンドカード1の部分で
占有している場合は、入出力の出来るUSBオーディオインターフェイスを
別途用意する必要があります。USBヘッドセットなどでも代用出来ます。

オーディオインターフェイスについての補足説明

無線機でオーディオデバイスを内蔵していて、PTTのコントロールが
スムーズに出来る場合は、上の接続方法になります。

無線機内蔵のオーディオインターフェイスが無く、外部インターフェイス
MFJ製MFJ1204 ,八重洲無線 SCU-17を使う場合は、上の接続方法に
なります。

無線機内蔵のオーディオインターフェイスが無く、外部インターフェイス
USBIF4CW等、外部装置内に、オーディオデバイスを内蔵していなくて
パソコン内の、オーディオデバイスを使用している場合は、
人側に、USBヘッドセットなどのデバイスを用意する必要があります。


上級編として、接続例4,5の運用者側のマイク入力にUSB接続の出来るコンデンサーマイク
価格は、5000円くらいから、またはパソコンとUSB接続可能な
マイクプリアンプとコンデンサーマイク セットで15000円
くらいから使うのも良いと思います。



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




top