M17 (amatørradio)

M17 er en kvantiseret modulationstype udviklet af Wojciech Kaczmarski (radioamatørkaldesignal SP5WWP) et al. M17 er primært designet til lydkommunikation på VHF-amatørradiobånd og derover.

Projektet modtog et tilskud fra Amateur Radio Digital Communications i 2021 og 2022. M17-protokollen er blevet integreret i adskillige hardware- og softwareprojekter - se her. I 2021 modtog Kaczmarski ARRL Technical Innovation Award for at udvikle en open source digital radiokommunikationsprotokol, hvilket førte til yderligere fremskridt inden for amatørradio.

Tekniske karakteristikker 

M17 bruger Frequency-Division Multiple Access (FDMA) teknologi, hvor forskellige kommunikationsstrømme adskilles efter frekvens og kører samtidigt. M17 bruger 4.800 symboler pr. sekund, 4-niveau frekvensskift-nøgle (4FSK) med et rod Nyquist-filter påført bitstrømmen. Radiokanalerne er 9 kHz brede med en kanalafstand på 12,5 kHz. Bruttodatahastigheden er 9.600 bits per sekund, med den faktiske dataoverførsel på 3.200. Transmissionen, kaldet stream, er opdelt i 40 millisekunder lange datarammer, hver foranstillet med et 16-bit langt synkroniseringsord. En gruppe på 6 datarammer danner en superdataramme og er nødvendig for at afkode linkinformationsdataene. M17-protokol giver mulighed for dataoverførsel med lav hastighed (sammen med tale), f.eks. GNSS positionsdata. M17 er blevet transmitteret gennem EchoStar XXI og QO-100 geostationære satellitter. M17-protokollens specifikation er udgivet under GNU General Public License.

Lydkodning 
M17 anvender Codec 2, et stemme-codec med lav bithastighed udviklet af David Rowe VK5DGR et al. Codec 2 er designet til at blive anvendt til amatørradio og andre stemmeapplikationer med høj kompression. Codec 2 er baseret på lineær prædiktiv kodning med blandet-harmonisk sinusformet excitation. M17-protokollen understøtter både 3200 (full-rate) og 1600 bit pr. sekund (half-rate) modes.

Fejlhåndtering 
Tre metoder bruges til fejlhåndtering: binary Golay code, punkteret convolutional code og bit-interleaving. Derudover udføres XOR-operation mellem databit og en foruddefineret dekorrelaterende pseudotilfældig strøm før transmission. Dette sikrer, at der er så mange symbolovergange i basebåndet som muligt.

Anvendelser 
M17-protokollen blev primært designet til amatørradio anvendelse.

 Radioamatørkaldesignal kodning: 48-bit felt som kan have op til 9 alphanumeriske tegn, hvilket overflødiggør krav til en central bruger-ID database.
 Kryptering:
 Bit scrambler encryption: pseudorandom binary sequence skabt ved at kombinere en exclusive-or bitwise operation på lyd eller data strømmen og en linear-feedback shift register der anvender en af 3 feedback polynomials med 255, 65.535 og 16.777.215-bit repeat perioder.
 AES kryptering: 128-bit block encryption cipher operating i CTR mode med bruger-valgbar 128, 192 eller 256-bit key.
 Slow-speed side channel til korte og repeterende data overførsler, fx GNSS positionsdata eller telemetri.
 Tekst messaging.

Hardware understøttelse 
Med en lille hardwaremodifikation kan TYT MD-380, MD-390 og MD-UV380 håndholdte transceivere flashes med en brugerdefineret, gratis open source-firmware for at aktivere M17-understøttelse.

Bridging med andre modes 
Links mellem M17 og andre digitale modes og internetforbundne netværk findes, med flere netværk, der giver M17-adgang. Modes, der er bridged til, omfatter DMR, P25, System Fusion, D-STAR, NXDN, AllStarLink, EchoLink og IRLP.

M17 over IP 
Access nodes og repeaters kan linkes ved at anvende reflectors. Over 150 M17 reflectors eksisterer over hele verden (maj 2023).

Historisk 
M17-projektet blev startet i 2019 af Wojciech Kaczmarski i Warszawa, Polen. En lokal amatørradioklub, han var medlem af, var involveret i digital stemmekommunikation. Kaczmarski, efter at have eksperimenteret med TETRA og DMR, besluttede at oprette en fuldstændig ikke-proprietær protokol og opkaldte den efter klubbens adresse - Mokotowska 17. Da hver del af protokollen var beregnet til at være open source, blev Codec 2 valgt som talekoder - og M17 udgivet under GNU GPL 2 licens.

Anvendelser and projekter med M17 understøttelse 
 OpenRTX - free and open-source firmware for amatørradioer
 DroidStar - digital voice client til Android
 SDR++ - multiplatform, open-source software defined radio modtager
 SDRangel - multiplatform, open-source software defined radio radiotransceiver
 OpenWebRX - web-baseret software defined radio modtager
 mrefd
 rpitx

Se også 
 NXDN
 D-STAR
 Speech coding
 Quadratic permutation polynomials (QPP)

Referencer

Eksterne henvisninger 
 Twitter feed
 Robert Riggs' (WX9O) M17 baseband encoder/decoder library (C++, GPL)
 OpenWebRX - web based SDR by Jakob Ketterl (DD5JFK), includes M17 decoder
 SDR++ - free, open source SDR software with M17 support
 Program to connect to M17 reflectors without RF

Kvantiserede modulationstyper
Digital amatørradio