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2023年1月 9日 (月)

TNCアプリにおけるDemoduatorの動作確認

PICO TNCのdemodulatorにおける信号処理を調べてみた。

demodulatorはADCデータを1バイト読み込み、ある値sumを出す。sumを算出するに当たってdemodulatorは以下の信号処理を行っている。

  • Bandpass Filter 入力:adc  出力:val
  • Digital Correlator (Delay) 入力:val  出力:m
  • Lowpass Filter  入力:m  出力:sum

それぞれの処理後の値をプロットしてみた。

まずは全体像。それぞれの値に大きな差があるため、わかりにくくなっているが、mとsumの関係はわかる。
Graphtotal

ADCデータ列
Graph1

Bandpass Filterの出力。通過周波数は900Hzから2500Hz。これによってOffset成分がなくなる。
Graph2

Delayの出力。DelayはMarkとSpaceのTone差を最大化することを目的としている。これにより、両Toneの分別がしやすくなる。ここでは446usのDelay値を積算することで1200Hzは正値、2200Hzは負値となるようにしている。一般的なDelayはDelay値を加算しているが、ここでは積算している。
  m=val[t] * val[t-446us]    なお、Sampling Rate =1200x11では6サンプル分遅延した値を積算している。
Graph3
6サンプリング前の値を取り出す方法として、6エレメント(6サンプル)のリングバッファを使っている。リングバッファの場合、現在のポインタをtとすると、t+1は現在よりも5サンプリング前のデータが格納されている。t+2は4サンプリング前、、、、といった具合。なのでtは今から6サンプリング前のデータ格納されている訳で、その値を取り出してから、tに新しくサンプリングしたデータを格納する。こうすることで、過去のサンプリング値を取り出したあと、そこに新しいサンプリングデータを格納し、ポインターを一つ進める、という動作を繰り返すことで常に6サンプリング前のデータを取り出すことができる。

Lowpass Filterの出力結果。カットオフ周波数は1200Hz。プラス部分がSpace(2200Hz)、マイナス部分がTone(1200Hz)となってる。逆に言えば、この波形を取得するためにDelayを使っている。
Graph4

レベル識別の閾値は以下のとおり

  • sum <  - 4096 : bit=1 (Mark)
  • sum >=  4096 : bit=0 (Space)

DIGITAL PLL

Ditigal PLLは11回で1 Time Domainを形成している。

  • PLL Counter Step = 390,451,572
  • PLL Counterは正値5回負値6回、または正値6回負値5回の合計11回で1 time domainとなる。
    • PLL Step 11回でbit decode
  • 入力bitに遷移が発生した時にPLL Counterを25%調整する。
    • PLL Counter値が負値の場合は25%加算し、正値の場合は25%減算する。

このPLL Counter値の正負で25%加算減算するのがミソで、bit遷移が発生した時点でのPLL Counter値からPLL Counter値自体を調整し、遷移点とTime Domainの位置関係を保っている。

実験結果

PICO_TNCが発生するAFSK信号をPCに取り込み、サンプルコードでDelay(積算)とLowpass Filterを通してみた。

Beacon Delay Lpf

Beaconデータ:ダウンロード - mice7mono.wav

Delayコード:ダウンロード - dd_psude_stereo2.c

Delay後データ:ダウンロード - mice7mono_output.wav

LPFコード:ダウンロード - dd_lpf2.c

LPF後データ:ダウンロード - mice7mono_output_output.wav

 

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