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

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FreeDV信号の受信について

投稿日 by Hiro

アマチュア無線の基本は、まず受信(ワッチ)をする事から始まると、言われています。
信号が聞こえていないと交信も出来ません、FreeDVについても同様です。
それでは、どんな信号がFreeDVの信号なのでしょうか、ここではその見分け方
特徴などついて説明していきます。

週末の土日にHF 7MHz帯で7.170MHzから7.195MHの付近をワッチしていると
一定の帯域幅、信号強度で連続したデジタル変調の信号を聞くことがあります。
最近の無線機では、ウォーターホール画面を備え付けたものも、多くなってきています。
受信音声の帯域幅も、表示されるものもあります。

もしAF-FFTで、上のような画像の信号が出てきたら、
それがFreeDVの信号です。
画像は700Dモードの信号を受信した場合のもので
受信帯域幅は、およそ1KHzになっています。

占有帯域幅についてもう一度見てみます。

モード 最小SNR フェージング 復調遅延時間 音声帯域幅 占有帯域幅
SSB 0 8/10 短い 2600 3KHz
1600 4 3/10 短い 4000 1.3KHz
700C 2 6/10 短い 4000 1.5KHz
700D -2 7/10 長い 4000 1.13KHz
2020 4 5/10 長い 8000 1.6KHz

最小SNRは 、スムーズに会話できないSNRです。
通常この値を下回ると、音声がケロケロとしてきます。

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]列は、各モードがHFフェージングに対して
どれほど信号を安定して、復調出来るかを示し、
高いほど復調が崩れません。

FreeDV 700Dはチューニングに敏感です。同期を取得するには、
送信周波数の+/- 60Hz以内でなければなりません。
これは、一般に+/- 1 Hzの精度を備えた最新のラジオでは簡単ですが、
古いVFOベースのラジオで使用する場合はスキルと練習が必要です。

FreeDV 2020交信のヒント

  1. AVXをサポートする最新の(2010年以降)Intel CPUが必要です。
    AVXがない場合、FreeDV 2020モードボタンはグレー表示されます。
  2. いくつかの声は非常に荒いかもしれません。初期のテストでは、
    テストされた受信例の約90%が適切に機能します。
  3. 700Dと同様に、FreeDV 2020を同期するには、-/ + 60Hz以内で
    調整する必要があります。
  4. 大幅なフェージングの場合、同期には数秒かかる場合があります。
  5. 2秒間の復調に必要な時間があります。
    これを調整してみてください(ツール-オプション-FIFOサイズ。
    以下のサウンドカードデバッグセクションも参照してください)。
  6. 音声キーヤーファイルは、16 kHzモノ16ビットサンプル形式で
    ある必要があります。


実際のFreeDV交信では700Dモードを中心に運用をしています。
FreeDVソフトを立ち上げて、モードの700Dをクリックしてスタートを押します。

FreeDV信号を、何も受信していないときは、上の写真のような状態になります。

SSBの音声信号を受信したときは、上の写真のような状態の
ウォーターホールになります。

少し弱めの信号を受信したときのウォーターホール画像です。
受信音声も完全に復調出来ずケロケロ音が混じっています。

受信信号も強い時は、上のような、はっきりとしたウォーターホールが見えて
復調もしっかりと出来ます。

それでは、各モードの受信時のウォーホール画像、受信音声を見ていきましょう

上の写真は、700Cモードの信号を、受信したときのウォーターホール画像です。

上の動画は、700Cモードの受信時の動画です。

上の写真は、700Dモードの信号を、受信したときのウォーターホール画像です 。

上の動画は、700Dモードの受信時の動画です。

上の写真は、1600モードの信号を、受信したときのウォーターホール画像です。

上の動画は、1600モードの受信時の動画です。

上の写真は、2020モードの信号を、受信したときのウォーターホール画像です。

上の動画は、2020モードの受信時の動画です。

上の画像は700Dモードで、とても良い受信状態のものです。
SNRが、17から19を示していて、きれいな復調で聞くことが出来ました。

どうでしょうか、FreeDV受信信号の受信について、
わかって頂けたでしょうか。
ワッチをしていてFreeDVの信号を見つけたら
受信時に、すべての音声処理をオフにして
DSPノイズリダクションをオフにして
受信オーディオ帯域を可能な限り「フラット」に設定して、
特別な受信フィルターは使用せずに 、受信をしてみて下さい。

ここで紹介した、動画の音源について ←ここで
freedv_test音源.Zip ←ダウンロード出来るようにしてあります。
活用方法は下記の画像を参照
任意のモードを選択スタートさせて、
tools>Start/Stop Play File From Radioで再生出来ます。



FreeDVに必要な電波型式について

投稿日 by Hiro

FreeDVで使われる電波型式は、次のようなものがあります。

パソコンなどの付属装置から、出力されたFreeDVのデジタル音声信号を
無線機により、SSBの変調方式で電波として送り出された場合
1.G1E : デジタル化音声でPSKでの送信
2. G7W : デジタル信号の2つ以上のチャネル で
 電話(音響) ,データ転送に使用
以上の2つの電波型式を必要とします。      

パソコンなどの付属装置から、出力されたFreeDVのデジタル音声信号を
無線機により、FMの変調方式で電波として送り出された場合
1.F1E : デジタル化音声でFSKでの送信
2. F7W : デジタル信号の2つ以上のチャネル で
 電話(音響) ,データ転送に使用
以上の2つの電波型式を必要とします。

この電波型式での運用は、FMでの運用を許可された周波数帯、
28MHz帯以上での運用となります。
24MHz帯以下で、免許されている局もありますが、実際の運用は出来ません。

占有帯域幅について

モード 最小SNR フェージング 待ち時間 音声帯域幅 占有帯域幅
SSB 0 8/10 低い 2600 3KHz
1600 4 3/10 低い 4000 1.3KHz
700C 2 6/10 低い 4000 1.5KHz
700D -2 7/10 高い 4000 1.13KHz
2020 4 5/10 高い 8000 1.6KHz

現在、一般的なFreeDVに関しての情報では、占有帯域幅を1.13KHzとしています。
具体的にはG1E, 1K13 G7Wの表記です、これは700Dモードで運用した場合の電波型式です。
この免許の指定の中で、1600モード,700Cモード,2020モードでの運用は指定範囲外となります。
このページでは、FreeDV1.4ベータ版に実装されている、800XA,2400B以外のモードに関しての
付属装置諸元について紹介します。

上の図は付属装置諸元の参考諸元です。
実際の申請では、G1Eに占有帯域幅指定は付けていません

上の画像は、FreeDVで運用している送信機を第2送信機とした場合のものです。
FreeDV 700Dモード以外のモードについての申請に必要な資料をまとめた
FreeDV申請パックを作りました。
FreeDV 1.4ベータに実装されている1600モード
700Cモード,2020モードの付属装置諸元を、上記のようにまとめてあります。
付属装置諸元についての補足説明を含んでいます。

FreeDV 申請パックは、こちらからダウンロードして下さい 
ウィルスについてはチェック済みです。


FreeDV運用に必要な電波型式と、包括コードの関係

周波数包括コードG1EG7WF1EF7W
1.9MHz帯4MA,3MA免許されない免許されない免許されない免許されない
3.5MHz帯4HA,3HA含まれない含まれない運用不可運用不可
3.8MHz帯4HD,3HD含まれない含まれない運用不可運用不可
7MHz帯4HA,3HA含まれない含まれない運用不可運用不可
14MHz帯2HA含まれない含まれない運用不可運用不可
18MHz帯3HA含まれない含まれない運用不可運用不可
21MHz帯4HA,3HA含まれない含まれない運用不可運用不可
24MHz帯4HA,3HA含まれない含まれない運用不可運用不可
28MHz帯4VA,3VA含まれる含まれない含まれる含まれる
50MHz帯4VA,3VA含まれる含まれない含まれる含まれる
144MHz帯4VA,3VA含まれる含まれない含まれる含まれる
430MHz帯4VA,3VA含まれる含まれない含まれる含まれる

上の図で、包括コードに含まれていない電波型式は、無線局免許申請書類の中で
13 電波の型式並びに希望する周波数及び空中線電力の項目に別途記載をする必要があります。
FreeDV申請パックを使って申請をされる場合は、2020モードの占有周波数帯幅が、
各モードの中で最大となります。
具体的には、G1E 1K60 G7Wの追記となります。
4VA,3VAの包括コードでは、1K60 G7Wのみ追記します。
工事設計書は、必要とする全ての電波型式を記入することになります。
同じように FreeDVの電波型式として G1E  1K60 G7Wの記載が必要です。
28MHz帯以上で、FMモードでの運用が可能な無線機の場合は、F1E ,F7Wを
工事設計書に記載をして下さい。

参考までに、電子申請での 13 電波の型式並びに希望する周波数及び空中線電力の
項目部分を載せておきます。



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

最新のFreeDVソフトウェアは、FreeDV 1.4ベーター版が配布されています。
ダウンロードリンクを張っておきます。
FreeDV 1.4.1 Beta Windows 32-bit Installer
FreeDV 1.4.1 Beta Windows 64-bit Installer
FreeDV-1.4.1 OSX DMG
FreeDV 1.4.3 Beta Windows 64-bit Installer
 (FreeDVソースコードからの私製ビルドプログラムです。)

Firefoxをお使いの場合、ダウンロードがセキュリティー上の理由から
完全に終わらない時があります、他のブラウザMicrosoft Edge,

Google Chrome を使ってダウンロードするようにして下さい

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-1.4.0-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 7/10 長い 4000 3/10
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 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




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