Kanalsimulation mit „PathSim“

Auf der Suche nach einem einfach bedienbaren Kanalsimulator habe ich „CCIRPoor.sim – PathSim“ gefunden.

Was kann man damit machen?

PathSim implementiert das sogenannte Watterson Kanalmodell (Artikel dazu).

Technisch fügt PathSim einem Eingangs-Signal Rauschen hinzu (additives weißes Rauschen, AWGN) und erlaubt das Einstellen eines S/N auf Basis einer RMS Messung. Das heißt, dass fortwährend der Verstärkungswert des Eingangssignals so korrigiert wird, damit das eingestellte S/N erhalten bleibt.

Daneben können dem direkten bis zu zwei weitere Kanäle überlagert werden. Für jeden Kanal ist eine Doppler Frequenz-Verschiebung und ein genereller Frequenz-Offset einstellbar.

Als Ein- und Ausgang kann ein jeweils ein Soundkarten-Kanal oder eine Datei (8kHz Abtastrate, 16bit) verwendet werden. (Die Asuwahl des Soundkarten-Kanals funktioniert bei Win10 nicht? macht aber nichts…)

Es bietet sich an, dieses Programm mit Audacity, einem virtuellen Audio-Kabel an der Software FreeDV zu betreiben in verschiedenen Kombinationen (s. dazu auch Test Setup mit Audacity).

Die unten genannten Schirtte sind eine erste Spiel-Anleitung. Viel mehr Kombinationen sind möglich!

Schritt 1: Audio-Sample in FreeDV Sendesignal konvertieren

• (falls Pathsim läuft, beenden)
• Audacity-Eingang mit Mikrofon der Sprechgarnitur verbinden
• selbst gesprochene Sprachaufzeichnung in Audacity erzeugen (vorgeschlagene Dauer 30..50 Sekunden, eventuell durch copy/paste in Audacity mehrfach aneinander hängen)
• exportieren in eine wav-Datei, 8kHz Abtastrate, Spachaufzeichnung
• Audacity-Eingang mit virtuellem Audio-Kabel verbinden, FreeDV Ausgang auch mit virtuellem Audio-Kabel verbinden (dadurch kann das Ausgabe-Signal von FreeDV mit Audacity aufgenommen werden
• gespeicherte wav-Datei Sprachaufzeichnung in FreeDV öffnen („Tools –> Start Play File – Mic-in…“), Audacity Aufnahme starten, in FreeDV auf „Start“ und „PTT“ drücken; Audacity sollte jetzt eine digitale FreeDV Signal- Aufzeichnung beginnen
• Ende der wav-Datei Sprachaufzeichnung in FreeDV abwarten, Audacity Aufzeichnung beenden,
• aufgezeichnete Spur aus Audacity mit 8kHz Abtastrate in wav-Datei (digitale FreeDV Signal-Aufzeichnung) exportieren.
• Audacity beenden (sonst gibt es Konflikte in der Nutzung des virtuellen Audio-Kabels)

Schritt 2: FreeDV-Sendesignal mit Rauschen stören, in FreeDV decodieren

• (Pathsim nicht gestartet)
• in Windows als Standard-Audio Kanal für die Wiedergabe das virtuelle Audio Kabel auswählen (der Dialog im Pathsim kann das irgendwie nicht?)
• Pathsim starten
• FreeDV starten und überprüfen ob in der Audio-Konfiguration unter „…to Radio“ und „…from Radio“ jeweils das virtuelle Audio Kabel ausgewählt wurde; „Start“ in FreeDV anklicken
• in pathsim die digitale FreeDV Signal-Aufzeichnung auswählen, „Path 1“ aktivieren, „Path 2“ und „Path 3“ jeweils deaktivieren, „AWGN Source“ aktivieren, dann „Start“ klicken
• wenn’s klappt, dann sollte FreeDV jetzt die wiedergegebene digitale FreeDV Signal-Aufzeichnung empfangen; falls es nicht klappt, FreeDV beenden und neu starten, eventuella uch PathSim beenden und neu starten (keine erkennbaren Zusammenhänge, aber irgendwann funktioniert es zuverlässig!)
• während der Wiedergabe der digitalen FreeDV Signal-Aufzeichnung das „SNR“ der „AWGN Source“ verändern, Decodierfehler und Spektrum beobachten, auch in FreeDV in die Anzeige „Scatter“ und „Frequency“ beobachten.

Schritt 3: CCIR Kanäle simulieren, mit Rauschen überlagern, in FreeDV decodieren

• auf Seite 25 der Beschreibung von PathSim sind eingie CCIR 520-2 konforme (?) Vorschläge zur Konfiguration von Kanalmodellen vorgeschlagen.

• dafür braucht es jeweils neben aktiven „Path1“ auch „Path2“; Kanal2 erhält den o.g. Wert für „Delay2“, beide Kanäle den gleichen Doppler Spread = „Freq Spread“, jeweils „Freq Offset = 0“
• AWGN zunächst deaktivieren
• erneut „Start“ drücken, Decodierung der digitalen FreeDV Signal-Aufzeichnung in FreeDV beobachten
• „Stop“ in Pathsim klicken, AWGN“ aktivieren, erneut „Start“ drücken, mit AWGN spielen
• später auch mit o.g. anderen Vorschlägen experimentieren

Schritt 4: Analoge Sprachaufzeichnung durch den gleichen Kanal schicken

• (der folgende Vergleich ist nicht ganz richtig, liefert aber eine Idee)
• falls PathSim läuft, PathSim beenden
• Windows Standard Audio-Wiedergabe-Pfad auf einen Lautsprecher (oder Headset) legen („Standard-Ausgabegerät)
• PathSim erneut starten
• an Stelle der digitalen FreeDV Signal-Aufzeichnung jetzt die eigene Spachaufzeichnung in PathSim als „Input Source“ wählen
• … staunen.