NPR - New Packet Radio

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yannick
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Re: NPR - New Packet Radio

Messagepar yannick » 19 août 2019, 17:51

Hello !

Toutes mes excuses pour la réponse longue à venir...

F4HDK a écrit :1) Pensez-vous que l’ajout d’un composant « frontend » avec LNA intégré pourrait améliorer les performances plus que moyennes du SI4463? Notamment les performances moyennes en sensibilité en réception?
Je pensais par exemple à la puce front-end SKY66119-11.
Si ce composant s’avère utile, on pourrait l’intégrer à une version complètement redesignée du PCB, qui n’utiliserai plus le module RF4463-F30 mais 2 chip séparés (SI4463 et SKY66119-11) et toute la tripaille autour, le tout enfermé sous un petit capot métallique.


Comme d'habitude en radio, "c'est pas si simple" (je vais non-déposer un copyleft ! :p)

Sur le fond, dans le discours que j'ai tenu sur le SI4460 en me basant sur la datasheet, on arrive à la conclusion que son NF intrinsèque est de 4dB environ.

Utiliser un front-end comme ça, ça permet d'avoir un LNA qui a un NF de 1.8dB, et donc de masquer une partie significative du NF intrinsèque de Si4460. On devrait pouvoir tabler sur un NF de l'ordre de 2dB, et donc, gagner 2dB en sensi... C'est loin d'être négligeable ! On n'est pas loi de faire x1.4 sur la portée du link...

Puis... On a quand même "aussi" le PA qui peut aider en émission, puisqu'on peut avoir 1W de TX... pas inintéressant du tout.

PAR CONTRE... Il faut avoir en tête que :
- on va dégrader la tenue aux signaux forts... (a voir avec les expériences sur le terrain pour voir si c'est un soucis ou pas... M'est avis que si l'utilisation du NPR se développe, ça risque de devenir un problème...
- le TX est toujours aussi "mauvais" en bruit de phase, et, si on raisonne en canaux (et il le faut bien dans le cadre d'une architecture de réseau, avec une planification de noeuds répartis sur le territoire, toussa toussa), et on ne pourra pas tenir le watt de sortie sans pourrir les canaux adjacents (et alors... pourquoi s'être crevé la paillasse à gagner 2dB sur la sensi en RX ? D'autres modems NPR nous feront du QRM qui nous les feront perdre par ailleurs)...

Donc... Oui, c'est une bonne idée à petite échelle. C'est plus délicat en terme de montée en charge. Très honnêtement... C'est un compromis... Chacun sa philosophie. Perso, la mienne serait plutôt d'éviter de faire monter le niveau de bruit dans la bande, maiiiis... Après tout... La bande est aussi là pour qu'on s'en serve ! :p

Solution alternative (toujours dans le cadre du SI4460) : ne plus utiliser un module, mais un chip implanté, avec un vrai LNA (encore meilleur) en RX, un switch un peu meilleur en pertes d'insertion, et peut-être un peu de filtrage (du cuivre !) optimisé pour la bande.

Il faut avoir en tête que nos contraintes de radioamateurs n'ont rien à voir avec les contraintes d'un industrialisation low cost pour l'IOT ! :)

On a même des OMs qui peuvent bobiner avec leurs petites mimines des selfs à très fort coefficient de qualité qui ne seraient pas envisageable pour une prod de grande échelle.


F4HDK a écrit :2) Je ne suis pas sûr de moi à 100% sur le calcul des paramètres de déviation. Est-ce que les « deviation » annoncées dans la spec protocole, page 5, correspondent bien à du GMSK ?
https://hackaday.io/project/164092-npr-new-packet-radio


La "GMSK", c'est une "FSK", dont le signal modulant passe par un filtre gaussien (BT=0.5 en général, c'est donc de la "GFSK", et dont l'indice de modulation est de 0.5.
L'effet du filtre est de limiter la largeur de la bande occupée... Mais il augmente la "mémoire" de la modulation. C'est à dire qu'il y a plus d'impact des bits envoyé par le passé sur la forme d'onde des bits envoyés dans le présent... Les démodulateurs évolués qui cherchent à se rapprocher de la limité théorique prennent en compte cet effet mémoire pour l'identification des formes d'onde.

En gros... je schématise, mais on n'identifie pas le bit présent par deux possibilités de forme d'onde, "0" ou "1", mais par une séquence plus longue prenant en compte ce qu'il s'est passé avant (typiquement les bits n-1 et n-2 pour un filtre gaussien BT = 0.5).
"0" sera identifié si on a une forme d'onde qui ressemble à "000", "010", "100" ou "110"
"1" sera identifié si on a une forme d'onde qui ressemble à "001", "011", "101" ou "111"
On attribue un score de ressemblance à chacune de ces 8 possibilités. Le résultat est que la sortie du démod n'est pas "0" ou "1", mais un ce fameux "score" qui est assimilable à la probabilité pour le que le le bit reçu soit un "1" ou un "0".
Travailler avec cette probabilité, et pas avec le résultat final "0" ou "1", est particulièrement efficace, car ça permet de savoir dans la trame quels sont les bits statistiquement les plus foireux...
C'est ce qu'on appelle du "soft decoding" (versus hard decoding dans le démod du si4460), et ça permet de rendre BEAUUUUUCOUP plus efficace les algos de CRC, de Viterbi, etc etc...

L'indice de modulation de 0.5, ça veut dire qu'on se ballade de -Fm/4 à +Fm/4.

Si le débit symbole est de 2400sps, la déviation est donc de 1200Hz, soit de -600Hz à +600Hz.

Après... Deux choses :
- je n'ai pas bien compris ton affectation des modulations dans la spec, et donc je ne peux pas répondre plus directement à ta question ! :) C'est pour moi un chapitre qui devrait être clarifié... Je n'ai pas de doute sur le fait que ce soit clair dans ta tête, mais moi, je ne suis pas sûr à 100% de comprendre "quel mode est fait comment".
- attention, il y a souvent ambiguïté (y compris dans les registres de configuration des chips radio) entre déviation totale (1200Hz dans mon exemple) et "de combien on s'écarte de la fréquence centrale".

Usuellement, en GFSK, on utilise des indices de modulation de 1 (en reprenant le même exemple : débit symbole 2400sps, déviation de 2400Hz, soit de -1200Hz à +1200Hz).
GMSK veut intrinsèquement dire "indice de modulation de 0.5" (débit symbole 2400sps, déviation de 1200Hz, soit de -600Hz à +600Hz).

Au passage, je reviens sur le fait que, avec un démod GMSK de course, on peut gagner 3dB sur l'Eb/No du démodulateur, et que, en théorie, la GMSK est meilleure que la GFSK. Oui, c'est vrai, mais pas si on a un démod standard. Or, le Si4460 est un démod standard, et il est moins bon en GMSK...

Mais bon... Un jour, on aura autre chose qu'un Si4460 en RX, et on gagnera effectivement quelques dBs. En attendant, on a une petite pénalité, mais... disons que c'est un investissement sur le futur ! :)

Yannick - F4HDA
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Re: NPR - New Packet Radio

Messagepar F4HDK » 20 août 2019, 06:42

Un grand merci, Yannick, pour ces conseils avisés. C'est vraiment très utile!

yannick a écrit :- le TX est toujours aussi "mauvais" en bruit de phase, et, si on raisonne en canaux (et il le faut bien dans le cadre d'une architecture de réseau, avec une planification de noeuds répartis sur le territoire, toussa toussa), et on ne pourra pas tenir le watt de sortie sans pourrir les canaux adjacents (et alors... pourquoi s'être crevé la paillasse à gagner 2dB sur la sensi en RX ? D'autres modems NPR nous feront du QRM qui nous les feront perdre par ailleurs)...
En fait, l'utilisation de plusieurs canaux je n'y crois pas trop. En tout cas pas sur 70cm, il y a déjà suffisamment de critiques sur le fait que NPR occupe beaucoup de bande passante radio.
Avec les Allemands nous étions parti plutôt sur le principe suivant : 1 seule paire de fréquence (uplink/downlink) partout, et utilisation d'antennes directives côté client.

yannick a écrit :- je n'ai pas bien compris ton affectation des modulations dans la spec, et donc je ne peux pas répondre plus directement à ta question ! :) C'est pour moi un chapitre qui devrait être clarifié... Je n'ai pas de doute sur le fait que ce soit clair dans ta tête, mais moi, je ne suis pas sûr à 100% de comprendre "quel mode est fait comment".
Le tableau de la spec NPR en bas de la page 4 n'est pas assez clair? As-tu bien compris qu'il s'agissait d'1 seul tableau et non de 3 différents? Je devrais peut-être les fusionner.
Bref, dis moi ce qui cloche, ce qu'il manque à la compréhension, que je puisse corriger.
Dans tous les cas, tes explications confirment que mes déviations sont les bonnes pour du GMSK, merci.

yannick a écrit :Au passage, je reviens sur le fait que, avec un démod de course, on peut gagner 3dB sur l'Eb/No du démodulateur, et que, en théorie, la GMSK est meilleure que la GFSK. Oui, c'est vrai, mais pas si on a un démod standard. Or, le Si4460 est un démod standard, et il est moins bon en GMSK...
Effectivement, j'ai fait le test le week-end dernier et j'obtiens 6 à 7dB de sensibilité en mieux en passant de GMSK à un GFSK avec déviation double par rapport au GMSK (pour la même puissance)!
C'est juste l'inverse de ce que j'aurais cru! Le GMSK occupant moins de bande passante radio, la sensibilité devrait être meilleure en GMSK, non?
Dans les semaines qui viennent, je vais faire plein de tests dans plein de config différentes (Symbol Rate et Déviation) pour analyser les perfo de la puce. Après seulement je déciderais quoi faire. J'aurais du faire tout ça beaucoup plus tôt, tant pis, j'apprends de mes erreurs.

Une des solution de facilité (j'aime bien la facilité) pour s'adapter aux piètres performances des puces SI446x serait de passer en déviation double, ce que tu appelles du GFSK. En faisant ça, on ne perdrait "que" 33% de bande passante radio en plus par rapport à du GMSK.

D'un autre côté, cette solution (doubler la déviation en fréquence) n'est pas très "future proof", si dans le futur nous voulons implémenter NPR avec autre chose que des chips ISM, et donc revenir à une modulation GMSK.

yannick a écrit :Mais bon... Un jour, on aura autre chose qu'un Si4460 en RX, et on gagnera effectivement quelques dBs.
Qu'est-ce que tu avais en tête? Une implémentation purement logicielle avec un SDR? Type LimeSDR-Mini?

73,
Guillaume F4HDK
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yannick
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Re: NPR - New Packet Radio

Messagepar yannick » 20 août 2019, 19:32

F4HDK a écrit :As-tu bien compris qu'il s'agissait d'1 seul tableau et non de 3 différents? Je devrais peut-être les fusionner.


Ah ben non ! J'avais pas compris...

Ok ! Ayé ! :p

Mais du coup, pourquoi re-utiliser la même "modulation reference" pour deux choses différentes ?

Ou alors, vu autrement, pourquoi avoir à la fois un "modulation name" et un "modulation reference" ?

Je verrai bien une simplification gardant simplement une référence (mais pas deux choses différentes pour une même référence). Le type de modulation est déterminé par la correspondance établie dans la spec, et basta. Comme ça, on peut dans le futur en ajouter des nouvelles ! :)

Qui a dit : et négocier indépendamment avec chaque device une montée en débit en fonction du SNR de réception ? For future evolution ! :p

Bref... C'est un détail !

F4HDK a écrit :j'ai fait le test le week-end dernier et j'obtiens 6 à 7dB de sensibilité en mieux en passant de GMSK à un GFSK avec déviation double par rapport au GMSK (pour la même puissance)!
C'est juste l'inverse de ce que j'aurais cru! Le GMSK occupant moins de bande passante radio, la sensibilité devrait être meilleure en GMSK, non?


Réponse courte : tout à fait...

Réponse longue : attention à plusieurs pièges.
- il est vrai que le SI446x a un Eb/No moins bon en GMSK (indice 0.5) qu'en GFSK (indice 1).
- cela dit la différence ne devrait pas être de 6 à 7dB, comme tu l'as mesuré... Plutôt de 2dB moins bon (alors que la théorie dit qu'il est possible de faire jusqu'à 3dB meilleur)
- les 6 à 7dB que tu as observé sont très probablement liés au fait que le filtre de réception est resté identique. Dans la mesure du possible, il faut le faire varier en conséquence, car, sinon, on rentre plus de puissance de bruit que nécessaire, et comme le bruit, c'est "le plancher" au dessus duquel il faut "une certaine marge" (cette marge, c'est le fameux Eb/No), si on remonte le plancher, on perd d'autant en sensibilité du récepteur.
Si le filtre est 2x trop large, on perd 3dB... 3+2=5... On se rapproche de ce que tu as observé...

Si tu peux réduire un peu le filtre, tu récupèrera un peu de sensi...

Pourquoi, en théorie, le démod GMSK idéal est presque 3dB meilleur que le démod GFSK idéal ?

Remarque préliminaire : Je vais simplifier un peu en passant sous silence les effets liés au filtrage gaussien

Si on traite notre "FSK" comme une modulation de phase, et qu'on regarde ce qui se passe sur un diagramme IQ, on se rend compte que :
- on a affaire à ce qu'on appelle des modulations à phase continue : il n'y a pas de saut de phase, la "trajectoire" de phase est continue... Comme disait mon prof de math quand j'étais petit : "on peut la tracer sans lever le crayon" ! :)
- on a affaire à ce qu'on appelle des modulations dite "à enveloppe constante" : les points se baladent sur un cercle, le module du vecteur reste constant.
- en MSK, pour chaque symbole, on se déplace de pi/2, soit dans un sens si le symbole est un "0", soit dans l'autre sens si le symbole est un "1". Ce "quart de tour" est lié au fait que la déviation est liée au rythme symbole, et qu'on a choisi, pendant un temps symbole, de s'écarter de 1/4 de la fréquence du rythme symbole... C'est un choix que nous avons fait au moment ou nous avons choisi "débit 2400bps, déviation -600Hz à +600Hz".
La représentation sur le diagramme IQ est donc constituée de 4 points à 90°, comme une QPSK.
MSK.jpg
MSK.jpg (76.86 Kio) Vu 1524 fois


- En FSK indice 1, pour chaque symbole, on se déplace de la même manière, mais cette fois, de pi (le double... c'est un choix que nous avons fait au moment ou nous avons choisi "débit 2400bps, déviation -1200Hz à +1200Hz").
La représentation sur le diagramme IQ est donc constituée de 2 points à 180°, comme une BPSK.
FSK_1.jpg
FSK_1.jpg (81.87 Kio) Vu 1524 fois


Ce qui est intéressant la dedans, c'est que :
- en MSK pour distinguer nos 4 points, il faut de l'information sur l'axe "I", et il faut aussi de l'information sur l'axe "Q".
- en FSK indice 1... l'information de l'axe "I" suffit !

Ce qui veut dire que, en pratique, en FSK indice 1, toute l'énergie utilisée pour transporter l'information contenue sur l'axe "Q" est inutile...

Or... En pratique, on la transporte effectivement. La moitié de l'énergie utilisée pour transporter notre message est donc inutile, et on pourrait donc dire que, en FSK indice 1, on gaspille la moitié de l'énergie envoyée...

En réalité, on ne la gaspille pas complètement car elle transporte le rythme symbole, et c'est bien pratique pour simplifier notre démodulateur. Mais dans l'absolu, ce n'est pas nécessaire, et un démodulateur "malin" (on dit "cohérent" dans le métier) de bonne famille doit se débrouiller sans ! :)

En MSK, on a besoin de toute l'information pour connaître le message (info de l'axe I et info de l'axe Q), on ne "jette" pas la moitié de l'énergie, et donc, on peut en théorie gagner quasi 3dB de SNR sur le démodulateur.

F4HDK a écrit :Qu'est-ce que tu avais en tête? Une implémentation purement logicielle avec un SDR? Type LimeSDR-Mini?


Tout à fait ! Lui, ou un de ses concurrents ! :)
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Re: NPR - New Packet Radio

Messagepar F4HDK » 01 sept. 2019, 10:15

Suite à cette discussion très intéressante avec Yannink, j'ai fait plein de tests ce week-end, pour y voir plus clair.

Première série de tests :
comparer la sensibilité en 4GFSK (indice modulation 1) et en 4GMSK (indice modulation 0.5) pour 5 symbol rate différents.
Mon montage, c'est simplement 2 modems reliés entre eux par des atténuateurs de 100dB.
Je cherche à chaque fois la puissance TX minimale pour obtenir un taux d'erreur de 0% en RX, dans les mêmes conditions (ping de 1400 octets).
Je teste dans 2 configurations :
* 2 modems bruts
* modem RX avec préampli de réception (le préampli intégré dans le PA VR-P25D)
sensitivity_4GFSK_4GMSK.PNG
sensitivity_4GFSK_4GMSK.PNG (35.62 Kio) Vu 1398 fois

Résultat: On gagne donc 4 à 5 dB entre le 4GMSK et 4GFSK.
Le preampli de réception permet également de gagner pas mal.

2ieme série de tests:
comme proposé par Yannick, étudier si les filtres sont bien appropriés dans les 2 types de modulation.
Configuration : même montage, modulation 300kS et sans preampli RX.
Toujours pareil, je cherche la puissance TX mini pour un taux d'erreur de 0%.
Je test donc uniquement la sensibilité, pas du tout la sélectivité.
filter_tuning.PNG
filter_tuning.PNG (11.07 Kio) Vu 1398 fois

Résultat : Dans les 2 types de modulation, le filtre optimal se trouve vers 300kHz (je n'ai pas affiné plus que ça).
Et surtout, le réglage optimal en 4GFSK donne toujours une sensibilité bien meilleure que l'optimal en 4GMSK.

Bref, je vais probablement proposer à tous les utilisateurs de basculer en 4GFSK, au moins avec le design actuel.
En plus de ça, je propose de n'utiliser le design qu'avec des préampli. C'est ce que prévoient de faire la majorité des utilisateurs.
Vous en pensez quoi?
F4HDK
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Re: NPR - New Packet Radio

Messagepar F4HDK » 15 sept. 2019, 17:16

Salut à tous,
J'ai fait une grosse mise à jour du firmware, en basculant en GFSK au lieu de GMSK, suite à l'étude ci-dessus.
https://hackaday.io/project/164092-npr-new-packet-radio

Comme le rapport bit par herz diminue, j'ai volontairement réduit le Symbol Rate pour les 2 modulations qui étaient contraintes par des règles de certain pays:
* 100kHz pour les USA (c'est très peu), on passe à 50kS/s
* 200kHz pour l'Allemagne, on passe à 100kS/s
J'ai aussi fait une version 144-148MHz, demandée par les anglais.

La suite du développement, ça sera la fonctionnalité de shift en fréquence, qui est très attendue.

73,
Guillaume F4HDK
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Re: NPR - New Packet Radio

Messagepar F4HDK » 24 sept. 2019, 19:06

Bonjour à tous,

Hans-DL8MCG a fait des mesures précises à l'analyseur de spectre, pour montrer la qualité du spectre émis.
Avec et sans Power Amplifier.
Je vous laisse consulter, mais je trouve que les résultats sont très corrects, surtout avec Power Amplifier.
Avec tous les avertissements de Yannick et d'autres, je m'attendais à de mauvais résultats.
Bandwidth_mode21_fw08092019.pdf
(145.06 Kio) Téléchargé 47 fois


N'hésitez pas à commenter.

73,
Guillaume F4HDK
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Re: NPR - New Packet Radio

Messagepar F4HDK » 24 oct. 2019, 18:43

Le projet prend une nouvelle dimension. Les kits sont désormais en vente à l'international. Tout est géré par un partenaire chinois.
Nous avons travaillé ensemble pendant 2 mois pour mettre tout ça en place.
Le tarif est très compétitif: 80$ le modem assemblé, avec alu boitier découpé et gravé, frais de ports compris...

https://www.elekitsorparts.com/product/ ... cket-radio

Sinon, j'ai encore amélioré le firmware, avec notamment la fonctionnalité FDD (Frequency Division Duplex) qui était très attendue: le Master peut être en duplex radio (avec un duplexeur), travaillant donc simultanément sur des fréquences uplink et downlink différentes; Les clients restent en half duplex radio, et commutent très rapidement de fréquence (moins de 300 µs). C'est très utile pour cohabiter avec des relais radio en full duplex.
Toute la doc a été mise à jour en conséquence.

https://hackaday.io/project/164092

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Guillaume F4HDK
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Re: NPR - New Packet Radio

Messagepar treblig » 25 oct. 2019, 10:07

@F4HDK :
Il faudrait prévenir elekitsorparts si vous êtes en contact avec eux :
Réponse FireFox/WaterFox: Your connection is not secure. The owner of http://www.elekitsorparts.com has configured their website improperly.
Réponse IE: There is a problem with this website’s security certificate.
Réponse Chrome: Your connection is not private. Attackers might be trying to steal your information from http://www.elekitsorparts.com (for example, passwords, messages, or credit cards)

Treblig
Modifié en dernier par treblig le 25 oct. 2019, 14:02, modifié 1 fois.
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Re: NPR - New Packet Radio

Messagepar marc » 25 oct. 2019, 12:45

Oui, effectivement, ça risque de faire peur.
Mais ça sera difficile de les convaincre. En France également, le nombre de boites qui utilisent un certificat "self signé" ou un certif périmé ne se compte plus.

Ceci étant, le règlement par défaut est Paypal, et l'authentification de la transaction ne transite pas par le site d'"Elekits or parts". C'est un moindre mal... mais ça n'excuse pas le webmestre

Concernant la nouvelle version, le boitier est nettement plus sérieux que le Teko de la génération précédente. Bravo pour le travail de sous-traitance accompli, bravo également pour les efforts prodigués pour sortir le nouveau protocole.

Marc
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Re: NPR - New Packet Radio

Messagepar treblig » 25 oct. 2019, 14:04

marc a écrit :Oui, effectivement, ça risque de faire peur.
Mais ça sera difficile de les convaincre.
Je n'ai pas parlé de les convaincre mais de les prévenir. Après tout, s'ils préfèrent, en toute connaissance de cause, que leur site ne soit pas visité, ça reste leur prérogative.

Je ne suis pas candidat à l'achat de ce kit, c'était juste pour faire avancer le schmilblick et surtout pour informer l'auteur du post.
Je modifie mon post en conséquence.

Treblig

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