Digital Ssb Processor(仮名)

DSsbPプログラム

パネルの様子

概要

少し具体的に動作の概要を説明しますと、

• 変調時はサウンドカードのLINE IN(L channel)から入力した音声信号を処理し、 デジタルPSN変調によってキャリア周波数=12kHz(変更可能)のUSBまたはLSBの信号に 変換し、LINE OUT(L channel)から出力します。
• 復調時はサウンドカードのLINE IN(R channel)から入力した キャリア周波数=12kHzのSSB(復調はAMも可)信号をデジタルPSN検波によって 音声信号を復調し、LINE OUT(R channel)から出力します。

2006年3月現在、FT-747との組み合わせで日常的に使用し、オンエアしています。

デジタルPSN変復調

FIRFilter, Interpolator, Decimator, SinGen, Generator, Detector

サウンドカードとのプログラミングインタフェース

portaudioとのインタフェースは、init_proc.cppの中で行なっています。

プログラミング環境

実際の利用形態

コンバータ、PC(サウンドカード)、トランシーバ等の接続方法

接続例を図に示します(図中のシリアルポートを使った送受切替えはテスト中で、 まだ組み込んでいません)。 これは、455kHzのIFを持つ既存のトランシーバとの接続を想定した一例です。 PC側のサウンドカードは、デスクトップPCで使用する通常のものなら大抵動く と思いますが、必要な条件は、

1. 録音、再生が同時にできること(full-duplex)
2. サンプリング周波数が48kHzに設定できること
3. ステレオのLINE IN/OUT端子を備えていること

LINEレベルで接続を行うので、マイク出力をLINEレベルまで増幅するマイクア ンプが必要です。同じく復調出力の方も、LINEレベルの出力をスピーカなりヘッ ドフォンなりをドライブできるレベルまで増幅するパワーアンプが必要となり ます。また、変調、復調でL/Rチャネルを使いわけているため、PCのサウンド のコントロールパネルからL/Rチャネルのキャプチャ/出力レベルを独立に調整 できるものが望ましいです。通常のWindowsのコントロールパネルではL/Rのバ ランスは調整できますが、独立して調整することはできません。サウンドカー ドのメーカが提供する専用のコントロールパネルからは調整できるものもあり ます。いずれにせよ、マイクアンプ、AFパワーアンプ、コンバータ等、外部に 接続するデバイスの側でもゲインや出力レベルがある程度調整できないと、うま くレベルを合わせられないことがあると思います。

コンバータ

変調(送信)時に12kHzのサウンドカード出力をコンバータで455kHzに周波数変換する場合の周波数関係の図

受信の場合もイメージを受信しないように、コンバータに入る前に帯域制限さ れている必要がありますが、既存のトランシーバに接続する場合でしたら、AM モードを選択するなどして適度に帯域制限された信号を取り出してやれば十分 でしょう。

ハイフレ(たとえば8MHz台など)のフィルタのトランシーバの場合も、AM用のクリス タルフィルタが用意されている場合はそれを使うのが良いと思います。私自身 FT-747に接続する際にはオプションのAMフィルタを内蔵し、送信時にはコン バータの出力をそのAMフィルタの入力に接続してイメージを排除し、受信時に もAMモードを選んで、IFアンプのあとから取り出した信号を12kHzにコンバー トしています。

コンバータは、周波数関係とレベル、それにセラミックフィルタやクリスタル フィルタとのインピーダンスマッチングが取れていればどんな回路でも構いま せん。自作派の方なら手持ちの部品等を活用して自由につくって頂ければ良い と思います。ただ、前回プログラムを公開したときに「コンバータの回路図が ありませんか」という問い合わせがそれなりにあったので、参考までに今回新 たに試作した回路図を掲載しておきます。この回路は以前から興味を持ってい たCMOSのアナログスイッチを中心にした回路になっています。具体的な回路は 先達の方の回路(参考にしたものを下記に示す)を適当に切り貼りして手を抜い た、みたいなものなので、「ここの定数おかしいよ」とか「こうした方がいい よ」などの指摘をしていただければ幸いです。

実際に作って動作させてみた結果、受信は問題なくできました。送信に関しては 455kHzのところではちゃんとSSBが聞こえることは確認しましたが、 実際の機械に組み込んで運用するところまではしていません。

click to enlarge

今すでに感じている問題点としては、単電源にこだわったためにHC4053の定格 (単電源の場合6V Max)がネックとなり、OPアンプを定格ぎりぎりかそれを下回 る電圧で使用する羽目になっていることです。OPアンプ用に別に9〜12Vの電圧 を用意するか、正負両電源を用意した方が良いかも知れません。しかし単一電 源もそれなりにメリットがあるので、HC4053の代わりに、より高い電圧(12V) まで使えるHC4066を使うという手もあります。

右下の点線の中の発振回路は、443kHzの水晶を特注する代わりに、入手しやす いクリスタルを使ってコンバータを製作するための回路です。3.579545MHzの TV用のクリスタルを8分周すると約447.44kHzとなりますので、ソフトウェアの 設定でIF周波数を7560Hzあたりに設定すると、水晶を特注することなく使え る....はずです。自分ではまだ試していませんが。

それから特に送信時ですが、OPアンプやアナログスイッチの動作範囲を考えると、 かなり高いレベルの信号(1-2Vrms近く)まで入力することができるはずですが、 出力側のセラミックフィルタのところでは、電圧でその半分程度に なるとしても、通常想定されているレベルよりは高いと思いますので、 どの程度までなら歪み無く通過させられるのか検証が必要かと思います。

参考にした回路は、

• 櫻井紀佳氏著、CQ出版「実験して学ぶ高周波回路」p.103 スイッチング素子による変調回路
• AMRAD LF Converter (QST, Apr 2002) Web上にも手書きの回路図があります。
• JA9TTT/1加藤氏が以前設計、紹介されたT3DBM
• SM5BSZ's homepageに掲載されているコンバータ

プログラムの使用方法

サウンドカードの設定

まず、再生の方ですが上図のように、メインのボリュームコントロールとWAVE の出力のみを有効にし、他はミュートにしておきます(最近のものだとフロン ト/リアとかもあるかも知れませんが、そのあたりの扱いは個々のカードのマ ニュアル等を参照してください)。レベルはWAVEは最大あたりでいいと思いま すが、メインのボリュームは最初は低めにして様子を見た方が良いと思います。

録音(キャプチャ)の方は図のようにライン入力を選択し、レベルはとりあえず1/2〜3/4あたりにしておきます。 本当はDSsbPのパネルで各チャネルの入力レベルがどのくらいになっているのかモニターできるような レベルメータをつけるべきなのですが、現在は用意していませんので、本プログラムを 動かす前にWaveSpectraなどでどの程度の入力になっているか、レベルオーバーしていないか確認しておいた方が良いでしょう。WaveSpectraや、同じefu氏によるWaveGeneは非常に便利です。

DSsbPの起動と使用法

動作環境

インストール

起動

エクスプローラからdssbp.exeをダブルクリックして起動してください。 図のようなパネルが出るはずです。サウンドカードのオープンに失敗した 場合はダイアログが出ます。

以下、簡単にボタン等の説明をします。

• startボタン: 押すと色が緑に変わり、動作状態になります。初期状態は復調モードです。もう一度押すとボタンの色が戻り、動作を中止します。
• TXボタン: 押すと色が赤に変わり、変調モードになります。AM modeを選んでいる 場合には、「まだAM変調は実装されていない」旨のダイアログが出るはずです。 もう一度ボタンを押すと復調モードに戻ります。
• mode選択ボタン: 見ての通りです。希望のモードを選んでください。AMは復調のみです(変調時は選択しないでください。下記の問題点の項参照)。USB/LSBは12kHzのキャリア周波数のところでのupper/lowerと逆転しています。これは現在私が使用しているセットアップでは最終的に反転してしまうためです。そのうち設定で変更できるようにしたいと思います。
• Filter setting: フィルタの帯域を設定することができます。変復調の処理中でも 設定を変更可能です。変更する場合は、下端と上端の周波数の数値を入力し、 applyボタンを押してください。数値を入力したけれど間違ってしまったなど、 変更したくない場合はcancelボタンを押してください。applyを押した場合でも 数値が適正な範囲を越えている場合はその旨のダイアログが出ます。 プログラムの都合上、ここで設定する高域、低域のカットオフ周波数は、 通常用いられる3dB or 6dB落ちの周波数になっていません。 ここで設定した周波数まではフラットということになります。 (つまり通常の表記より広めになりますのでご注意ください)
• IF setting: サウンドカードからの入出力のキャリア周波数を設定できます。 デフォルトは12kHzとなっていますが、今のところ4500Hzから15kHzまで 設定可能になっています。矢印を押すと10Hzごとにup/downでき、信号を 受信させながらゼロインのポイントを探ったりするのに便利です。 数値をダイレクトに入力してリターンキーを押すと1Hzステップで設定できます。

既知の問題点など

• startボタンを押した時、また帯域幅設定変更時に大きめのポップノイズ を発生する(特にLinux版で大きい)。
• 送信時にAMモードを選択したとき、上述のようにエラーダイアログが出て元のモードに戻ったようにパネル上は見えるが、正常に送信できなくなってしまう。もう一度USBかLSBを選択すると復帰する。
• 帯域の下端を100Hz未満に設定したときの動作がおかしい?。
• 処理の遅れ(レイテンシ)がやや大きい。たとえば実際にマイクに向かって しゃべったものが変調されて出力されるまでに100ms程度かかります。 処理の遅れというよりはサウンドカードとのデータのやりとりに時間が かかっていると思われます。現在はLinux版の方がレイテンシは小さいようです。
• portaudioライブラリで各種ドライバやポートが利用できるにもかかわらず、 portaudioが選択するdefaultのポート/ドライバを使用します。 ユーザが選択できるように変更できればと思っています。 また、今のところ私自身の環境でコンパイルしたportaudioライブラリでは、ASIOおよび WDM-KSではうまく動作しません。
• 設定を保存する機能がない。帯域はともかく、デフォルト以外のIF周波数に関しては保存できないとちょっと面倒かも知れませんね。
• シリアルポートでのPTTコントロールのコードを入れる。

また、特にヘッドフォンを使用される場合は耳を痛めないよう注意してください。 上記のポップノイズもそうですが、設定がうまく行かず、最初全然音が出ないとき、 往々にしてボリューム等のレベルを最大にしてしまいがちです。 そうして、他の設定を色々いじっているうちに突然大きな出力が出て びっくりするというようなことがしばしばあります(自分の経験から)。 ヘッドフォンやスピーカも大切ですが耳を痛めないよう に注意されてください。

※上記を含めて、 このソフトウェアおよびこのサイトで紹介している情報によって 何らかの障害が生じたとしても著者はいっさい責任を負うことができません。 ご自分の責任での使用をお願い致します。

もし質問等がありましたら出来るだけお答えしたいと思います。 私のブログのコメント欄や メール(コールサイン@arrl.net)等で連絡お願いします。 間違いのご指摘や機能の提案などもありましたらそちらもよろしくお願いします。

変調波形(参考)

ダウンロード

• Windows版DSsbP(Ver.0.1)(バイナリ、ソースコードを含む)
• Linux版(Ver.0.1)(バイナリ、ソースコードを含む)

今後の課題

謝辞