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SSB Beta 版本发布

详情 创建时间：2025 年 3 月 17 日 上次更新：2025 年 3 月 20 日 点击数：13118

介绍

这是 QMX/QMX+ 收发器的 SSB 固件的测试版发布页面。这是一个非常复杂的项目。此处的测试版发布不提供任何担保，适用于希望试用该固件并报告发现的任何问题或建议的增强功能的勇敢的测试人员。该固件可在 QMX 和 QMX+ 上运行；为方便起见，从现在开始，此页面将声明“QMX”，但除非另有说明，否则它等效于 QMX 或 QMX+。 请注意，FSK 数字模式（例如 FT8、JS8、WSPR 等）的用户应继续使用 QMX“Digi”模式，这将为这些模式提供最佳性能。 此页面描述了如何使用和测试此 SSB 测试版固件的所有方面。有很多设置和选项，我鼓励您在尝试它们之前阅读所有详细信息。 启用所有功能（CESSB、压缩、麦克风 AGC、发射均衡、噪声门、相位和幅度预失真，你能想到的），CPU 利用率约为 93%。 所以换句话说，启用所有功能没有问题。 经过一段时间的 Beta 测试后，该固件将发布到常规 QMX 页面，并且常规 QMX 操作手册将更新以反映 SSB 的所有更改。 最终，我将发布广泛的技术文档，详细描述整个系统。

下载

SSB 固件下载是固件版本 1_01_002，可以通过单击下面的链接下载。安装过程与任何其他 QMX 固件版本相同（请参阅手册）。安装固件更新后，无需重新校准。 固件 1_01_002 SSB Beta 下载 SSB 测试阶段更改的完整版本历史记录位于此页面底部。

麦克风选择

关于麦克风选择的重要说明 QMX 设计为使用驻极体麦克风。 有一个板载麦克风，外部麦克风可以插入 QMX 的 Paddle 端口。 目前，内置板载驻极体麦克风尚未启用。 目前必须使用外部驻极体麦克风。 此页面上所有后续对“麦克风”的引用均指插入的外部麦克风。 （音频也可以从 PC 的 USB 音频声卡进行流式传输，稍后会详细介绍）。 就灵敏度和动态范围而言，所有驻极体麦克风都各不相同。 此外，如果麦克风在没有任何防风罩的情况下使用以保护其免受呼吸影响，则会在非常低的音频频率下出现大量咔嗒声和噗噗声，这将影响语音质量。 驻极体麦克风需要电源电压，在 QMX 中，该电压通过 2.2K 电阻 R218 从 3.3V Vdd 电源轨获得。 此值 2.2K 可能不适用于所有驻极体麦克风，可能需要进行一些实验。 所有开发都是使用 Digikey 的这款特殊的驻极体麦克风完成的，零件号为 668-AOM-5024L-HD-F-R-ND：https://www.digikey.com/en/products/detail/pui-audio-inc/AOM-5024L-HD-F-R/12152286 这与 QMX 提供的板载麦克风不同。 非常感谢 Paul W9PEM 向我赠送了这款麦克风，它精美地封闭在一个带有 PTT 按钮和 3D 打印外壳中。 QMX SSB 固件包含一个麦克风测试工具，可用于为您的特定麦克风建立合适的麦克风增益设置。 更多信息，请参见下文。 麦克风连接： 麦克风插入 QMX Paddle 端口； 此立体声 3.5 毫米插孔用于麦克风信号和 PTT 开关。

极性调制 SSB 背景

像许多事情一样，这值得更彻底的撰写。 现在只是一个简短的总结，它将解释 QMX 中生成 SSB 的方式，并提供一些进一步阅读的链接。 传统的 SSB 激励器具有一个 SSB 调制器（无论是在模拟电路中完成还是使用 SDR 技术），后跟一个线性驱动器放大器和一个线性功率放大器。 线性度对于性能至关重要； 非线性会导致互调产物，从而在所需的 SSB 通带之外产生近距离寄生产物，从而对其他频谱用户造成干扰（称为“Splatter”）。 放大器的设计需要大量的注意力和细心，并且当针对多频段单元时，问题会成倍增加。 很难实现良好的线性度。 l 1952 年，Kahn 在 IEEE 论文中提出了一种名为 EER（包络消除和恢复）的 SSB 生成方法。 您可以在此处下载他的论文。 在他的论文中，Kahn 描述了将 SSB 过程分成相位和幅度分量。 相位调制和幅度调制是分别应用的。 相位调制信号由非线性 RF 放大器（如 C 类）放大至全功率； 然后将幅度调制器应用于 RF 放大器的电源，以实现幅度调制。 这种方法的主要优点是更高的性能，因为 RF 放大器线性度不再是问题。 随后对这种放大器的更高效率进行了大量研究，但应该注意的是，获得更高的效率还需要高效率的幅度调制（可能使用 PWM 开关技术）。 这篇论文 https://oa.upm.es/7900/2/INVE_MEM_2010_79469.pdf 进一步探讨了使用多级转换器进行幅度包络放大器调制的幅度的高效技术。 但这篇论文与此处的相关性不大，因为它并没有过多地涉及 EER 本身。 EER 的实现似乎从现有的 SSB 信号开始，然后剥离其幅度，检测相位，并将相位和幅度调制作为两个单独的路径应用。 这是否与 QMX 中发生的事情完全相当值得商榷。 在 QMX 中，音频基带信号被转换为极坐标（相位角和幅度），然后进行调制； 相位调制是通过一系列快速频率更新应用于 MS5351M，幅度调制是通过调制对非线性放大器的电源电压的传统方式应用的。 在 QMX 环境中，我认为我更喜欢“极性调制”这个术语，而不是 EER。 尽管您可以争辩说麦克风音频信号等效于基带（零载波频率）的 SSB 信号，因此您仍然在消除和恢复其包络... 2017 年，Brian K1LI 和 Tony K1KP 发表了一篇 QEX 文章“极性探险家”，参见 https://www.arrl.org/files/file/QEX_Next_Issue/Mar-Apr2017/MBF.pdf，描述了使用极性调制 (EER) 技术设计高功率 SSB 发射器。 该发射器的 500W 版本于 2019 年在代顿火腿大会上展出，我有机会亲眼目睹。 这是我第一次接触极性调制 (EER)。 这篇文章非常有趣； 特别值得注意的是发射器中采用的相位预失真技术和幅度预失真。 这篇文章描述了使用 AD8302 增益和相位检测器芯片构建相位误差查找表 - 在 Digikey 甚至 2500 件卷轴数量的价格仍然是 18.68 美元 + 税，哎哟！ 我特别自豪能够在 QMX 中开发一种无需任何额外硬件即可测量相位误差的方法。 2019 年，Guido PE1NNZ 展示了他特殊的固件和对 QRP Labs QCX 收发器 的广泛硬件修改，以使用极性调制 (EER) 将其转换为多频段 SSB 收发器。 这是他早期（2013 年）使用 Raspberry Pi 直接生成 SSB 的项目的衍生作品，参见 https://www.pe1nnz.nl.eu.org/2013/05/direct-ssb-generation-on-pll.html. 派生自 QCX 的 SSB 收发器分拆成一个单独的项目，一个单独的论坛。 原始页面位于此处：https://www.pe1nnz.nl.eu.org/2013/05/direct-ssb-generation-on-pll.html. 随后，Guido PE1NNZ、Barb WB2CBA、Manuel DL2MAN 等人做了大量开发工作。 几个中国生产的 uSDX 版本非常受欢迎并且仍在生产中，以及 Guido PE1NNZ 和 Manuel DL2MAN 命名的“官方”版本 (tr)uSDX，参见 https://dl2man.de/. 由于使用了非常简化的硬件，包括 8 位 20MHz ATmega328 AVR 微控制器，uSDX/(tr)uSDX 收发器受到显着的性能限制。 Pascal VK2IHL 有一个非常长且有趣的页面 https://vk2ihl.wordpress.com/，其中包含许多细节和测量结果。 由于对更强大的硬件（具有浮点和 DSP 单元的 32 位 168 MHz ARM Cortex M4 MPU）的投资，QMX 实现了更高的性能。 这不是对 uSDX 的批评，这些只是工程上的权衡。 尽管存在性能限制，但我们非常感谢 Guido PE1NNZ 普及并进一步发展了极性调制概念，展示了其在极简硬件中的实际应用。 这是一项天才作品，是 QMX SSB 固件实现的灵感来源。 Guido 是我站在肩膀上的巨人。 Dave M0JTS 最近广泛撰写了关于极性调制过程的文章，包括理论探索、模拟以及 Si5351A 频率稳定时间的实验确定。 他的作品非常有趣，请参见 https://daveshacks.blogspot.com/2025/02

特点

QMX 固件开发包含丰富的功能列表。 这些可以通过 SSB 子菜单中的参数高度配置（在终端登录和 QMX 本身的 LCD/按钮上都可用）。

这些功能将在本页面的后续章节中进行描述。

已知问题列表

以下是已知问题。 如果报告了问题，将在此处添加。

  1. TX 音频均衡器可视化工具可能在低几百 Hz 范围内存在一些不准确之处：仅限外观问题
  2. Dirk 的校准错误报告：“如果您通过 putty 直接进入校准菜单并按“R”，则什么也不会发生。 “O”按预期工作，如果您使用“+”进入另一个视图，则“R”也会启动校准。 因此，它只是没有对初始校准屏幕上的“R”做出反应。” - Hans：我无法重现这一点

信号图

该图在您的屏幕上可能有点太小，您可以单击此处 以全尺寸查看原始文件。 除了左侧的麦克风以及右侧的 MS5351M、放大器和 PA 块之外，此图显示了信号在 SSB 调制器中通过的所有 DSP 块。 除了指示的 VOX 处理和 TX/RX 控制块之外，信号从左到右流动。

麦克风采样和噪声消除

QMX 麦克风或好或坏，直接连接到 STM32 微控制器的 ADC 输入引脚，该微控制器板载三个 12 位复用 ADC 外设。 为了获得额外的麦克风灵敏度，麦克风以 700 ksps（每秒 700,000 个样本）的速率进行采样。 按 58.333 (700 ksps / 12 ksps) 的系数进行降采样可显着提高灵敏度。 不幸的是，尽管具有令人印象深刻的 12 位分辨率，但发现这些 ADC 的噪声相当大。 在整个音频频谱中，每 500Hz 都会发现杂散。 发现同一 ADC 外设上不同输入通道之间的噪声高度相关。 因此，还以 700 ksps 的速率对参考通道进行采样，并按 58.33 的系数进行降采样。 如果打开噪声消除，则参考通道噪声信号将从麦克风信号路径中减去，从而显着消除麦克风信号上的噪声。 建议始终打开噪声消除。 在下面的图像中，左侧显示了杂散测量与参考通道相减的系数。 右侧，没有（蓝色，没有参考通道相减）和之后（红色，参考通道相减 0.68 倍）的音频频谱图。 音频频谱是通过在安静的房间中录制 30 秒的静音来制作的，流式传输到 QMX USB 声卡并在 PC 上的 Audacity 中录制，然后进行了频谱分析。 1kHz 时最差的杂散降低了约 24dB，其他较低的杂散也显着降低。 实际上，结果是在没有噪声消除的情况下，这些杂散音调在低电平时清晰地听作语音下的背景噪声。 打开噪声消除后，根本听不到任何杂散音调。

麦克风测试工具

有一个新的“麦克风测试”屏幕，允许您调整麦克风增益设置以适合您的特定麦克风。 默认麦克风增益为 +50 dB。 此工具位于硬件测试菜单中。 在终端上打开时： 按 Ctrl-Q 退出按 R 键运行此测试工具按 + 键增加麦克风增益按 - 键减小麦克风增益 当前麦克风增益显示在右上角。 当按下 R 运行应用程序时，屏幕以每秒 10 行的速度向上滚动。 每行显示麦克风的平均幅度和峰值幅度。 此屏幕截图显示了带注释的说明： 注释：

如果您开始以舒适的距离对着麦克风讲话（不要吃掉麦克风，那会导致很多嗖嗖的空气声），并以您正常的声音（是的，相信我我知道，一旦您开始听起来“正常”，您就忍不住开始听起来非常非常不正常）- 那么当您的语音峰值刚刚开始进入红色区域时，增益在某种程度上是正确的，或者换句话说，处于正确的理想电平。 但是 - 不要过分挑剔。 在信号路径上还有更多机会，用于自动增益控制 (AGC)、压缩、CESSB 等。 这不是至关重要的，但它有助于后续的音频处理，以在开始时使此麦克风增益大致正确。 如果：

那么您的麦克风可能不够灵敏，或者可能没有足够的动态范围，或者可能需要 R218 的不同值。 春天来了，QRP Labs 大厦拱形高处的实验室窗户是敞开的，可以听到鸟鸣声。 示波器在后台嗡嗡作响，但 QRP Labs 精灵们已经回家了。 在上方某个地方，可以隐约听到 Cessna 172 发动机在湖上空盘旋，毫无疑问是当地机场飞行学校的学员在训练。 麦克风放在工作台上，我尽量保持安静。 这是我的环境噪声水平的样子。 底部的那个小尖峰是我听到我按下键盘上的“PRTSC”键（打印屏幕）以进行屏幕截图时发出的。 如果是这样，我的麦克风增益太低了： 如果是这样，我的麦克风增益太高了： 而且你猜怎么着，你甚至可以在 LCD 屏幕上运行此 MicTest 工具，这有多酷？ 在这种情况下，电平表绘制为 20 列乘 16 像素高的图表，该图表以每秒 10 列的速度在 LCD 最右侧的 4 x 2 个字符上向左滚动（因此显示屏显示最近 2 秒）。 使用调谐按钮调整增益，以便在语音峰值时，像素几乎到达显示屏顶部，但不要过度。

其他音频源

USB：当选择 USB 声卡作为发射 SSB 音频源时，音频取自 PC。 在这种情况下，按照上面的 DSP 框图，没有对音频信号应用均衡、AGC 或压缩。 预计来自 PC 的 USB 将处于“全幅度”，这意味着对于大多数以 48ksps、16 位为基础进行传输的 Digi 模式软件，音频在数值上介于 -32767 和 + 32768 之间。 发射/接收切换可以通过 VOX 实现，也可以使用 QMX 内部 USB 虚拟 COM 串行端口上的 CAT 控制以正常方式实现。 双音：当选择双音测试作为发射 SSB 音频源时，QMX 的内部双音测试发生器将被激活。 它以全峰值包络功率产生 12ksps（这是 SSB 生成的内部 DSP 速率）的高纯度 700 和 1900 Hz 正弦波之和。 按下 PTT 开关以启用双音传输（或在 SSB 配置屏幕中按 T 键 - 稍后会详细介绍）。

校准

接下来要进行的重要步骤是校准您的 QMX/QMX+，以便准确生成 SSB。 每个 QMX 都是不同的（组件公差、构建风格等）。 校准分为三个阶段：

我已经开发了一种让 QMX 测量其自身相位失真（通过 PA 的各种不同输出幅度下的相位延迟）的方法。 理想情况下，通过 PA 的相位延迟不会改变，但它确实会改变，最可能的原因是晶体管特性会根据信号幅度而改变（例如，MOSFET 体二极管的反向电容，它就像一个变容二极管）。 这是一个非常有趣的话题，但它本身将是一个庞大的技术描述。 我还开发了一种让 QMX 测量其自身互调性能的方法，并优化相位和幅度路径之间的延迟线偏移，以便最大限度地减少 3rd、5th 和 7th 互调乘积中互调能量的总和。 同样，这是一个非常有趣的话题，我将留到以后再说。 现在：必须将假负载连接到 QMX 以进行此校准，以防止在 PA 表征期间将功率传输到开放负载中，并确保准确测量。 此时也应确定发射器驱动电平。 现在，我建议将其保持在 900 的默认电平。 999 的最大电平将意味着 SSB 调制器将尝试将 DAC 输出电压驱动到相当于接收期间测量的 DC 电源电压的最大电平。 这将导致过驱动 SSB 激励器和功率放大器，因为：

黄金法则：不要追求最大的冒烟，为了最终的 dB 电源输出的一小部分，不值得追求，接触的另一端没有人会注意到，而且确实无关紧要，但会对您的 PA 造成额外的压力（或者至少，减少您拥有的安全裕度）； 在这种情况下，如果 SSB 激励器和 PA 被驱动到饱和，互调产物肯定会增加。 我做了一个特别仔细的测量，我使用了从电源到 QMX+ 的粗电缆，在 40m 处。 我在配置中将“驱动电平”参数从 999 降低到 100。 输入源选择为在 QMX 内部产生 700 + 1900Hz 正弦波信号的双音测试发生器。 下图绘制了左轴上以 dB PEP (ARRL 样式) 表示的 IMD3（蓝色曲线）和右轴上以瓦特表示的功率（红色曲线）与 X 轴上的驱动电平。 您可以看到 950 的驱动电平给出的 IMD3 约为 -40dB PEP 和大约 5W PEP。 将其返回到 900，以获得一些安全裕度，我们可以在 IMD3 中获得一些改进，并获得一些更低的