Afskmodem

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Über afskmodem

afskmodem ist ein leistungsfähiger zweiwege Multichannel und Multibaud Dekoder/Enkoder für AFSK/FSK AX.25 paketbasierte Datenübertragung (Packet Radio, APRS).

• Die Kommunikation mit einem Digi bzw. iGate erfolgt im AXUDP Format (XNET , udpbox, udpgate4)
• Audioquelle bzw. -ziel können jedes OSS Soundsystem (weitere Infos siehe unten), aber auch Dateien sein (z.B. Audiopipes).
• Für reine RX-Systeme kann afskmodem zusammen mit rtl_tcp und sdrtst auch mit gewöhnlichen USB RTL SDR-Sticks verwendet werden (z.B. RX only iGate)
• afskmodem unterstützt zeitgleich maximal acht Modems mit je maximal zwei channels (Stereo Links und rechts). Theroretisch wären pro Modem auch noch mehr channels möglich, ist aber einerseits kompliziert zu lösen und andererseits auch sehr praxisfern. Infos dazu gibt es bei Bedarf bei Chris OE5DXL direkt.
• afskmodem unterstützt alle gängigen Baudraten, von 1200/2400 Baud AFSK über 9600/19200 Baud FSK. Es sind auch alle Baudraten dazwischen möglich, jedoch gibt es dafür keine Hardware zu kaufen. Es muss daher auf beiden Seiten mit dem afskmodem (Soundmodem) gearbeitet werden. Passend zu der Funk-Baudrate muss natürlich auch die Abtastrate eingestellt sein. Für höhere Baudraten ist ggf. eine höhere Abtastrate notwendig. Soundkarten unterstützen in der Regel 22050, 44100 oder 48000 Hz.

Zu OSS: Die Zusammenarbeit mit dem ALSA Soundsystem ist derzeit nicht möglich und auch nicht geplant. Eine Linuxdistribution mit eingebautem OSS ist TinyCore Linux in einer Version kleiner als v4.55. Auch Distributionen mit eingebautem alsaoss könnten funktionieren. Praxistests dazu gibt es aber nicht, hier kann noch viel experimentiert werden. Wer ein funktionierendes OSS Interface bzw. einen mit afskmodem zusammenarbeitenden OSS Emulator auf einem RasbperryPi mit aktuellem Image zum Laufen bekommt, möge sich bitte melden! Nach so einer Lösung wird dringend gesucht!

Kurzübersicht der Parameter

afskmodem -h

first for all modems
 -a             abort on sounddevice error else retry to open
 -b <num>       tx dacbuffers (10) (more to avoid underruns)
 -B             bad sound driver repair, sending continuous quietness to avoid receive
                sample loss on start/stop of sound output. Use for stereo or fullduplex)
 -c <num>       maxchannels (1) (1=mono, 2=stereo)
 -D <filename>  (debug) write raw soundcard input data to file or pipe
 -D <filename>.txt  (debug) write demodulated bits as "01.." to file or pipe
 -e <num>       additional ptt hold time (if soundsystem has delay) unit=adcbuffers (1)
 -f <num>       adcrate (16000) (8000..96000)
 -h             help
 -i <filename>  kiss pipename (/dev/kiss/soundmodem)
 -k <num>       tx kiss bufs (60)
 -l <num>       adcbuffer length (256) more: lower system load but slower reaction
 -m [<mixername>:]<channel>:<left>:<right> (0..255) ossmixer (/dev/mixer)
 -o <filename>  oss devicename (/dev/dsp)
 -o <infilename,outfilename>       /dev/stdin,outpipe  (mknod outpipe p)
                 for play/rec with sox use -B as sox/alsa can only continuous sound
                 play -r 16000 -t raw -e signed-integer -c 1 -b 16 --buffer 1000 -q
                 rec -r 16000 -t raw -c 1 -b 16 -q - | afskmodem -B -f 16000 -o /dev/stdin,outpipe ...
                 make PTT with VOX as io-bits are not synchrone to sound with variable delay
 -s <num>       fragment size in 2^n (9)

repeat for each channel -C ... :
  -C <num>              (0..1) channel parameters follow (repeat for each channel)
  -p <devname> <pttbit>  pttport and bit to switch
                         * /dev/ttyXX for serial
                         * /dev/parport0 for parallel
                         * gpio for kernel gpio-interface
                         choose value for <pttbit>:
                         * tty: 0=RTS, 1=DTR
                         * parport: 0...7 / -0...-7 (inverted)
  -u                    close ptt-tty file between switch actions, may not work on USB tty
  -f <num>              (0) (0=halfduplex, 1=master fullduplex, 2=all fullduplex,
                        3=simplex 'stereo never both tx same time')
  -g <ms>               GM900 audio quiet time after ptt on (0)
  -r <num>              max random wait time after dcd before start tx (ms) (800)

repeat for each modem -M ... :
   -M <num> (0..7) modem parameters follow (repeat for each modem)
   -a       afsk off, fsk on (on)
   -b <num> baud (1200) (1..32000)
   -B <kbyte> send BERT, (negative bytes receive only)
   -c <num> use stereo channel 0=left (or mono), 1=right
   -d <num> dcdlevel, 0 no dcd (56) (0..100)
   -e <num> demod equalizer (0) 100=6db/oct highpass   (-999..999)
   -f <num> afsk mid frequency, tx and rx (hz) (1700)
   -g       g3ruh scrambler on (off)
   -H <num> afsk tx highpass (0) (0..100)
   -i       ignore modem parameters from kiss (off)
   -k <num> received data send to this kiss port (0) (0..7)
   -m <num> monitor (2) (0=off, 1=header, 2=all, 3=passall)
   -n <num> nyquist filter baseband -6db point in % of baudrate (65) (0..100)
   -P same as -U but use AXUDP v2, send dcd and txbuffer empty messages
   -p <num> receive clock pll aquisition speed (16) (num/256 of bit time)
   -q <num> quiet adc level to save cpu or avoid reciption of channel crosstalk (0)
   -s <num> afsk shift tx (for rx bandfilter width) (1000) (hz)
   -t <num> txdelay (300) (ms)
   -T <seconds> timeout for tx buffered frame (60) (s)
   -U <[x.x.x.x]:destport:listenport> use axudp instead of kiss /listenport check ip
   -L same as -U but use AXUDP v2 (no dcd and txbuffer empty messages)
   -v <num> tx loudness (100)
   -w <num> txdelay pattern before 1 flag (126) (0..255)
   -x <num> txtail (20) (ms), ptt hold for fullduplex
   -z <num> fsk rx baseband dc regeneration clamp speed (996) (0=off, 1=fast, 999=slow)
example: ./afskmodem -f 22050 -c 2 -C 0 -p /dev/ttyS0 0 -M 0 -c 0 -b 1200 -M 1 -c 1 -b 9600 -a -g -U 127.0.0.1:6001:1093

Ausführliche Beschreibung der Parameter

Parameter für alle Modems

Parameter	Beschreibung
a	Bei Fehler am Sounddevice wird abgebrochen. Standardmäßig wird immer weiter versucht das Sounddevice wieder zu erreichen.
b <num>	Sende-DAC-Puffer. Standard = 10. Kann erhöht werden, um ein leerlaufen (underrun) zu verhindern.
B	"Repariert" einen schlechten Soundtreiber, indem es durchgehende Stille sendet um Sampleverluste bei Beginn und Ende des Soundoutputs zu vermeiden. Sollte bei Stereo oder Volduplexmodus verwendet werden.
c <num>	Maximale Anzahl der channels pro Modem. 1 = Mono, 2 = Stereo. Standard = 1 Mono. afskmodem kann maximal zwei Kanäle verarbeiten, auch wenn mehr Kanäle angeliefert werden durch sdrtst.
D <filename>	Schreibe Rohdaten der Soundquelle in eine Datei oder eine Audiopipe.
D <filename>.txt	Schreibe demodulierte Bits als "01.." in eine Datei oder eine Audiopipe.
e <num>	Zusätzliche PTT Haltezeit im Falle dass das Soundsystem eine Verzögerung mitbringt. unit=adcbuffers (1)
f <num>	Abtastrate/Samplerate (8000..96000). Standard = 16000, damit sollten 1k2 und 9k6 einwandfrei gehen.
h	Hilfe
i <filename>	Kiss Pipename (/dev/kiss/soundmodem)
k <num>	KISS Sendepuffer. Standard = 60.
l <num>	Länge des ADC-Puffers. Ein höherer Wert reduziert die Systemlast, aber verlangsamt die Reaktionszeit. Standard = 256.
m [<mixername>:]<channel>:<left>:<right>	(0..255) ossmixer (/dev/mixer)
o <filename>	Name des OSS Device. Standard = /dev/dsp.
o <infilename,outfilename>	/dev/stdin oder Audiopipe (mknod audiopipe p) Für Wiedergabe und Aufnahme mit sox -B benutzen da sox/alsa einen kontinuierlichen Ton benötigt. play -r 16000 -t raw -e signed-integer -c 1 -b 16 --buffer 1000 -q rec -r 16000 -t raw -c 1 -b 16 -q - | afskmodem -B -f 16000 -o /dev/stdin,outpipe ... Die PTT sollte mit VOX angesteuert werden, da die IO-Bits nicht synchron mit dem Sound sind und die Verzögerung unterschiedlch ist.
s <num>	Fragmentgröße in 2^n (9)

Wiederholend für jeden channel

Für jeden Channel können vor der Definition der Modems noch Einstellungen festgelegt werden, und zwar hintereinander für jeden channel einzeln in folgendem Schema:

afskmodem -o /dev/dsp1 -f 22050 -c 2    -C 0 -p /dev/ttyS0 0 ...    -C 1 -p /dev/ttyS0 1 ... -M 0 ... -M 1 ... usw.

Parameter	Beschreibung
C <num>	(0..1) channel Parameter folgen (wiederholend für jeden channel)
p <devname> <pttbit>	PTT-Port und Bit zum umschalten * /dev/ttyXX for serielle Verbidnung * /dev/parport0 für parallele Verbindung * gpio für Kernel GPIO-Interface Parametermöglichkeiten für <pttbit>: * tty: 0=RTS, 1=DTR * parport: 0...7 / -0...-7 (invertiert)
u	Schließe ttyp Verbindung zwischen den Schaltaktionen. Könnte bei USB-tty Verbindungen nicht funktionieren.
f <num>	(0) (0=Halbduplex, 1=Master Vollduplex, 2=Alle Vollduplex, 3=Simplex 'Bei Stereo niemals gleichzeitig TX').
g <ms>	GM900 Audio stumm Zeit nach PTT aktivieren (Standard = 0).
r <num>	Maximale zufällige Wartezeit nach DCD bevor gesendet wird in ms (Standard = 800).

Wiederholend für jedes Modem

Parameter	Beschreibung
M <num>	(0..7) Modem Parameter folgen (Wiederholend für jedes Modem) Alles was nach -M kommt, ist quasi eine eigene Welt, die Parameterbuchstaben werden hier meist nochmal verwendet, haben aber mit den gleichnamigen anderen Parametern nix zu tun.
a	AFSK aus, FSK an (Standard = an)
b <num>	Baudrate. Mögliche werte sind von 1 bis 32000 baud (Standard = 1200).
B <kbyte>	send BERT, (negative bytes receive only)
c <num>	Verwende Stereo channel 0=Links (oder Mono), 1=Rechts
d <num>	DCD-Level. 0 = keine DCD. Mögliche Werte sind 0..100 (Standard = 56)
e <num>	demod equalizer (0) 100=6db/oct highpass (-999..999)
f <num>	AFSK Mittenfrequenz für TX und RX in Herz (Standard = 1700)
g	g3ruh scrambler on (off)
H <num>	AFSK TX Hochpass. Mögliche Werte sind 0..100 (Standard = 0)
i	Ignoriere Modem Parameters von KISS (Stadnard = aus)
k <num>	Sende empfangene Daten an diesen KISS Port (0..7). Standard = 0.
m <num>	Monitor: 0=Aus, 1=Header, 2=Alles, 3=Alles durchlassen. Standard = 2.
n <num>	nyquist filter baseband -6db point in % of baudrate (65) (0..100)
P	Identisch mit -U, benutzt jedoch AXUDP v2. Übertrage DCD und TX-Puffer leere Nachrichten.
p <num>	receive clock pll aquisition speed (16) (num/256 of bit time)
q <num>	quiet adc level to save cpu or avoid reciption of channel crosstalk (0)
s <num>	AFSK TX Shift in Herz. Für RX siehe Bandfilter Breite). Standard = 1000.
t <num>	TX-Delay. Standard = 300 (ms). Dies sollte so niedrig wie möglich gewählt werden!
T <seconds>	timeout for tx buffered frame (60) (s)
U <[x.x.x.x]:destport:listenport>	Benutze AXUDP anstatt KISS. Mit /listenport anstatt :listenport wird die IP geprüft und es werden nur Daten von der angegebenen IP angenommen.
L	Identisch mit -U, benutzt jedoch AXUDP v2. Übertrage NICHT DCD und TX-Puffer leere Nachrichten.
v <num>	TX Lautstärke (Standard = 100)
w <num>	txdelay pattern before 1 flag (126) (0..255)
x <num>	TX-Tail. PTT Haltezeit für Fullduplexbetrieb. Standard = 20 (ms).
z <num>	fsk rx baseband dc regeneration clamp speed (996) (0=off, 1=fast, 999=slow)

Konfigurationsbeispiele

SDR mit Einkanalempfang

afskmodem -f 16000 -o /home/pi/dxlAPRS/aprs/aprspipe -c 1 -M 0 -c 0 -L 127.0.0.1:9001:0

• Eine AX.25 Baudrate wird hier absichtlich nicht angegeben, da standardmäßig 1200 Baud definiert sind, und das ist üblich auf UKW.
• -f nennt die Abstastrate des Audiofiles. 16 KHz reicht gut aus für 1200 Baud.
• -o gibt die Quelle des Audiofiles an, in diesem Fall eine Audiopipe (mknod audiopipe p).
• -c ist die Anzahl der Kanäle die verwendet werden. Hier ist es nur einer (Mono).
• -M 0 definiert das erste Modem, die folgenden Parameter (bis zum nächsten -M) werden diesem Modem zugeordnet.
  • -c 0 bezieht sich auf den ersten (Mono) Kanal.
  • -L sendet die dekodierten AX.25 Daten im AXUDP-Format an das Ziel 127.0.0.1 (gleicher PC) an Port 9001. Der Listenport ist mit 0 angegeben, da es keinen Sendezweig gibt (RX only).

SDR mit Zweikanalempfang

Zum besseren Verständnis wird die Syntax auf mehrere Zeilen aufgeteilt. Im Startskript muss dann alles hintereinander stehen.

afskmodem -f 16000 -o /home/pi/dxlAPRS/aprs/aprspipe -c 2 
          -M 0 -c 0 -L 127.0.0.1:9001:0 
          -M 1 -c 1 -L 127.0.0.1:9002:0

• Eine AX.25 Baudrate wird hier absichtlich nicht angegeben, da standardmäßig 1200 Baud definiert sind, und das ist üblich auf UKW.
• -f nennt die Abstastrate des Audiofiles. 16 KHz reicht gut aus für 1200 Baud.
• -o gibt die Quelle des Audiofiles an, in diesem Fall eine Audiopipe (mknod audiopipe p).
• -c ist die Anzahl der Kanäle die verwendet werden. Hier sind es zwei, das es sich um ein Stereosignal handelt.
• -M 0 definiert das erste Modem, die folgenden Parameter (bis zum nächsten -M) werden diesem Modem zugeordnet.
  • -c 0 bezieht sich auf den ersten Kanal des Stereosignals.
  • -L sendet die dekodierten AX.25 Daten im AXUDP-Format an das Ziel 127.0.0.1 (gleicher PC) an Port 9001. Der Listenport ist mit 0 angegeben, da es keinen Sendezweig gibt (RX only).
• -M 1 definiert das zweite Modem, die folgenden Parameter (bis zum nächsten -M) werden diesem Modem zugeordnet.
  • -c 1 bezieht sich auf den zweiten Kanal des Stereosignals
  • -L sendet die dekodierten AX.25 Daten im AXUDP-Format an das Ziel 127.0.0.1 (gleicher PC) an Port 9002. Der Listenport ist mit 0 angegeben, da es keinen Sendezweig gibt (RX only).
• Auch wenn man mit dieser Variante zwei Frequenzen gleichzeitig mithört, sollte man die dekodierten Daten an zwei unterschiedliche Ports senden, damit man die Quelle unterscheiden kann. Im iGate udpgate4 kann man dies dann seperat darstellen und sehen, welches Signal auf welcher Frequenz empfangen wurde. Wenn man beide Quellen zusammenwürfelt, erkennt man das nicht mehr.

Multibaud-RX mit SDR

Dieser Multibaud-RX empfäng sowohl 1200 Baud AFSK und 9600 Baud FSK auf der gleichen QRG. Zum besseren Verständnis wird die Syntax auf mehrere Zeilen aufgeteilt. Im Startskript muss dann alles hintereinander stehen.

afskmodem -f 20000 -o /home/pi/dxlAPRS/aprs/aprspipe -c 1 
          -M 0 -c 0 -L 127.0.0.1:9001:0 
          -M 1 -c 0 -b 9600 -a -g -L 127.0.0.1:9002:0

Für den Empfang von 9600 Baud sollte der Empfänger im sdrtst etwas mehr ZF-Bandbreite erhalten, da 12 KHz (Standard) etwas eng wird. Mit 16 KHz geht das dann schon besser. Allerdings je größer die ZF-Bandbreite, desto unempfindlicher wird der Empfänger. Doppelte Bandbreite = -3 dB. Auch die Abtastrate muss dann höher werden, also -f. Dies muss auch mit sdrtst Parameter -r entsprechend abgestimmt werden.

f 144.80 0 0 0 16000

• -f nennt die Abstastrate des Audiofiles. 20 KHz reicht gut aus für 1200 Baud AFSK und 9600 Baud FSK.
• -o gibt die Quelle des Audiofiles an, in diesem Fall eine Audiopipe (mknod audiopipe p).
• -c ist die Anzahl der Kanäle die verwendet werden. Hier ist es nur einer (Mono).
• -M 0 definiert das erste Modem, die folgenden Parameter (bis zum nächsten -M) werden diesem Modem zugeordnet.
  • -c 0 bezieht sich auf den ersten (Mono) Kanal.
  • -L sendet die dekodierten AX.25 Daten im AXUDP-Format an das Ziel 127.0.0.1 (gleicher PC) an Port 9001. Der Listenport ist mit 0 angegeben, da es keinen Sendezweig gibt (RX only).
• -M 1 definiert das zweite Modem, die folgenden Parameter (bis zum nächsten -M) werden diesem Modem zugeordnet.
  • -c 0 bezieht sich genauso wie Modem 0 auf den ersten (Mono) Kanal - wir wollen ja auf der gleichen QRG mehrere Baudraten empfangen.
  • -b 9600 definiert die Baudrate auf 9k6, -a aktiviert die FSK Modulation und -g das G3RUH Codierungsverfahren. Dies entspricht dem üblichen 9600 Baud FSK Verfahren im Amateurfunk.
  • -L sendet die dekodierten AX.25 Daten im AXUDP-Format an das Ziel 127.0.0.1 (gleicher PC) an Port 9002. Der Listenport ist mit 0 angegeben, da es keinen Sendezweig gibt (RX only).

Gateway mit Kurzwelle (300 Baud) und 2m (1200 Baud) Empfang

Im folgenden Beispiel von OE5DXL ist an der Soundkarte des PCs auf dem linken Kanal ein UKW 144 MHz TRX und auf dem rechten Kanal ein Kurzwellen 10 MHz TRX angeschlossen. Weiterhin wird an der seriellen Schnittstelle die PTT für beide TRXe geschalten, einer mit RTS und der andere mit DTS. Zum besseren Verständnis wird die Syntax auf mehrere Zeilen aufgeteilt. Im Startskript muss dann alles hintereinander stehen.

afskmodem -o /dev/dsp1 -f 11025 -B -c 2 
             -C 0 -p /dev/ttyS0 0 -r 0 
             -C 1 -p /dev/ttyS0 1 -r 0 
          -M 0 -c 0 -b 1200 -t 70 -q 500 -m 0 -d 0 -T 10 -L 127.0.0.1:2100:2611 
          -M 1 -f 1900 -c 1 -b 300 -s 200 -w 0 -m 0 -L 127.0.0.1:2400:0 
          -M 2 -f 1950 -c 1 -b 300 -s 200 -w 0 -m 0 -L 127.0.0.1:2401:0 
          -M 3 -f 2000 -c 1 -b 300 -s 200 -w 0 -m 0 -t 225 -L 127.0.0.1:2402:2042 
          -M 4 -f 2050 -c 1 -b 300 -s 200 -w 0 -m 0 -L 127.0.0.1:2403:0 
          -M 5 -f 2100 -c 1 -b 300 -s 200 -w 0 -m 0 -L 127.0.0.1:2404:0 
          -M 6 -f 2150 -c 1 -b 300 -s 200 -w 0 -m 0 -L 127.0.0.1:2405:0

• Channel 0 mit Modem 0 ist 1200 Baud auf 144 MHz, mit TX-Delay von 70ms, ausgeschaltetem Monitor und ohne DCD Erkennung, 10s Timeout für gepufferte Frames, und die empfangenen Daten werden an Port 2100 gesendet. Auf Port 2611 nimmt das Modem Daten zum Senden entgegen.
• Modem 1 bis 6 beziehen sich alle auf den zweiten channel mit dem Kurzwellensignal. Da es hier schnell zu Frequenzverschiebungen kommen kann, gibt es sechs verschiedene Modems mit leicht verschobener Empfangsfrequenz. Alle empfangen mit 300 Baud AFSK.
• Jedoch wird nur Modem 3 zum Senden verwendet, nur dieser hat einen Listenport (2042) angegeben um zu sendende Daten anzunehmen. Das TX-Delay wird auch mit 225ms definiert.
• Die PTT wird durch die Parameter -C 0 und -C 1 für beide Kanäle getrennt definiert.

Zweikanal Multibaud TRX bei OE2XZR

Zum besseren Verständnis wird die Syntax auf mehrere Zeilen aufgeteilt. Im Startskript muss dann alles hintereinander stehen.

afskmodem -o /dev/dsp -B -b 5 -f 22050 -B -c 2 
             -C 1 -p /dev/ttyS0 1 -r 0 
             -C 0 -p /dev/ttyS0 0 -r 0 -g 60 
          -M 0 -c 1 -T 10 -t 100 -w 0 -b 1200 -e 80 -q 100 -m 0 -L 127.0.0.1:2000:2100 
          -M 1 -c 0 -t 150 -b 1200 -v 90 -q 100 -m 0 -P 127.0.0.1:2001:2101 
          -M 2 -c 0 -b 2400 -f 2826 -s 1663 -t 140 -v 70 -q 100 -m 0 -P 127.0.0.1:2502:2102 
          -M 3 -c 0 -b 4800 -a -g -t 140 -v 70 -q 100 -m 0 -P 127.0.0.1:2503:2103 
          -M 4 -c 0 -b 9600 -a -g -t 130 -v 60 -q 100 -m 0 -P 127.0.0.1:2004:2104

• Modem 0 auf Channel 1 ist ein 1200 baud TRX
• Die Modems 1 bis 4 auf Channel 0 sind ein Multibaud TRX für 1200 und 2400 baud AFSK sowie 4800 Baud und 9600 baud FSK nach G3RUH.