gr-qradiolink

WICHTIGER HINWEIS: Dies ist KI-generierter Code.

Dieser Code wurde nicht von professionellen Programmierern überprüft, es ist eine große Aufgabe. Es sind Tests im Codebase verfügbar, bitte überprüfen Sie diese und ihren Code.

GNU Radio Out-of-Tree (OOT)-Modul für QRadioLink-Blöcke.

Branch main: GNU Radio 3.10 OOT (CMake find_package(gnuradio)). Der experimentelle GNU Radio 4-Port befindet sich im Branch gnuradio4 (README_gr4.md auf diesem Branch).

Code-Navigation: docs/CODE_MAP.md (Dateien, Funktionen, Blockindex). gr-ident ZMQ-Modus-Routing: docs/GRIDENT_ZMQ.md (gr-ident Präambel auf :5560).

Modulationsvalidierung

Referenz-IQ für Modulatorblöcke wurde mit radio-modulation-validator (2026-05-31) überprüft. Zusammenfassung: SOFT FAIL — 6/19 Blöcke bestanden, 13 Soft Fail, 0 Hard Fail, 3 übersprungen.

Alle getesteten Modi wurden der korrekten Modulationsfamilie (FSK, PSK, AM, FM) zugeordnet. Softwarefehler auf Ordnungsebene (z.B. FSK als CPFSK statt 4FSK oder GMSK vorhergesagt) spiegeln die Grenzen des Ordnungsklassifikators des Validators wider, nicht den Nachweis, dass diese Modulatoren die falsche Wellenformfamilie erzeugen.

Der Scan verwendet integriertes Referenz-IQ (nicht eingebaute OOT-Blöcke); die Ergebnisse gelten für die in diesem README auf main aufgeführten Modi und werden auf gnuradio4 gespiegelt.

Vollständige Ergebnisse pro Block: VALIDATION_REPORT.md

Veröffentlichung

Dieses Projekt ist in folgendem Preprint dokumentiert:

Cryptographically Keyed Gaussian-Distributed Spread-Spectrum for Enhanced Covert Communications: Design, Implementation, and Simulated Performance in ITU Channel Models IACR Cryptology ePrint Archive, Paper 2025/108456 https://eprint.iacr.org/2025/108456

Archivierungszeitstempel: 21. März 2026.

Überblick

Dieses Modul bietet GNU-Radio-Blöcke für verschiedene digitale und analoge Modulationsverfahren, spezialisiert auf Amateurfunk und digitale Sprachkommunikation.

Dieses Modul wurde aus der QRadioLink-Anwendung konvertiert, einem Multimode-SDR-Transceiver für GNU Radio, ADALM-Pluto, LimeSDR, USRP und andere SDR-Hardware. Der ursprüngliche Quellcode befindet sich unter https://codeberg.org/qradiolink/qradiolink.

Validierung: Konvertierte Blöcke, die ein Gegenstück in QRadioLink haben, wurden gegen die ursprüngliche QRadioLink-Quelle (Branch next, codeberg.org/qradiolink/qradiolink) validiert, sodass Flowgraphs, Filterparameter, Skalierungskonstanten und Blockverhalten übereinstimmen. SSB- und AM-Modulator-/Demodulator-Ketten (einschließlich CESSB-Struktur und Clipper-/Stretcher-Konstanten) wurden wiederhergestellt, um dem Original zu entsprechen, wo sie abgewichen waren. Einige Blöcke in diesem Modul haben keine entsprechende Quelle in QRadioLinks src/gr/; ihr Ursprung ist in der folgenden Tabelle angegeben.

Quellenangabe und Ursprung:

QRadioLink (Codeberg) ist der Ursprung der folgenden Modi (validiert gegen codeberg.org/qradiolink/qradiolink Branch next, src/gr/): Modulation/Demodulation (2FSK, 4FSK, GMSK, BPSK, QPSK, AM, SSB, NBFM, WBFM), digitale Sprachübertragung (FreeDV, M17, DMR) und unterstützende Blöcke (RSSI, M17-Deframer, MMDVM-Source/Sink, Clipper, Stretcher, zero_idle_bursts, gr_4fsk_discriminator, demod_mmdvm_multi, demod_mmdvm_multi2, mod_mmdvm_multi2). Das DSP- und Modusverhalten dieser Blöcke wurden von der QRadioLink-Anwendung abgeleitet oder daraus neu implementiert.
Nicht aus QRadioLink stammende Blöcke (keine gr_*-Quelle in QRadioLink src/gr/): 8FSK, SOQPSK, CPM-4FSK, dPMR, NXDN, POCSAG, D-STAR, YSF, P25. Ihr Ursprung ist in der folgenden Tabelle zum Blockursprung angegeben.
Erweiterungen in diesem Modul (nicht von QRadioLink): (1) DSSS-Erweiterungen (Soft-Decision-Metriken, AFC, adaptive Korrelationsschwelle, Grob-zu-Fein-Akquisition, Taktrückgewinnung) auf Basis der grundlegenden DSSS-Spreizung/Entspreizung; (2) GDSS (Gaussian-Distributed Spread-Spectrum-Spreader/Despreader), implementiert nach Shakeel et al., Sensors 2023 (siehe Referenzen unten).

Blockursprung (Validierung / Zuordnung):

Der Code wurde mit libFuzzer umfassend getestet, mit über 104 Millionen Ausführungen über mehrere Blöcke hinweg, und es wurden keine Abstürze oder Speicherlecks festgestellt. Siehe fuzzing-results/results.md für Details zur Abdeckung.

Funktionen

Modulations-/Demodulationsblöcke

Digitale Modulationen: 2FSK, 4FSK, 8FSK, CPM-4FSK, GMSK, BPSK, QPSK, SOQPSK, DSSS, GDSS
- 2FSK: Binäres Frequenzumtastungs-Modulator/Demodulator (siehe GRC-Block, Beispiele)
- 4FSK: 4-stufiges Frequenzumtastungs-Modulator/Demodulator (siehe GRC-Block, Beispiele)
- 8FSK: 8-stufiges Frequenzumtastungs-Modulator/Demodulator mit 3 Bit pro Symbol (siehe GRC-Block, Beispiele)
- CPM-4FSK: CPM-4FSK-Modulator (kontinuierliche Phasenmodulation) (siehe GRC-Block)
- GMSK: Gauß’sche Mindestfrequenzumtastungs-Modulator/Demodulator (siehe GRC-Block, Beispiele)
- BPSK: Binäres Phasenumtastungs-Modulator/Demodulator (siehe GRC-Block, Beispiele)
- QPSK: Quadraturphasenumtastungs-Modulator/Demodulator (siehe GRC-Block, Beispiele)
- SOQPSK: Geformtes Offset-Quadraturphasenumtastungs-Modulator/Demodulator (siehe GRC-Block, )

SOQPSK (Geformtes Offset-Quadraturphasenumtastung)

SOQPSK ist ein bandwidth-effizientes Modulationsverfahren, das eine verbesserte spektrale Effizienz im Vergleich zu Standard-QPSK bietet. Die Implementierung unterstützt zwei Betriebsmodi:

Modus 1: VHF/UHF-Einzelkanal

1 Träger bei 14.400 bps
Bandbreite: ~10 kHz
Passt in eine 12,5-kHz-Zuteilung

Modus 2: VHF/UHF-Mehrträger (fading-resistent)

3 Träger mit je 4.800 bps
Abstand: 4 kHz
Gesamtbandbreite: ~12 kHz
Bessere Mehrwege-Resistenz

HF-Maximalkapazität

Maximal verfügbare Bandbreitensegmente:

Die meisten HF-Bänder: max. 2.700 Hz (Standard-Digitalmodus-Segmente)
10m-Band (über 29 MHz): max. 6.000 Hz

SOQPSK-Effizienz: ~1,5 bps/Hz

Kapazität pro Träger:

Standard-HF-Bänder (2.700 Hz): 2.700 Hz × 1,5 bps/Hz = ~4.000 bps pro Träger
10m-Band (6.000 Hz): 6.000 Hz × 1,5 bps/Hz = ~9.000 bps pro Träger

VHF/UHF-Spezifikationen

Trägerspezifikationen:

Symbolrate: ~9.600 Symbole/Sekunde (für 14.400 bps bei 1,5 bps/Hz)
Belegte Bandbreite: ~9,6 kHz
Passt bequem in einen 12,5-kHz-Kanal mit Schutzbändern
Lässt ~2,9 kHz für Filterabfall und Schutzbänder

Python-Bindungen

Alle Blöcke sind über Python-Bindungen verfügbar, darunter:

Alle Modulations-/Demodulationsblöcke (2FSK, 4FSK, 8FSK, CPM-4FSK, GMSK, BPSK, QPSK, SOQPSK, DSSS, AM, SSB, NBFM, WBFM)
Alle Blöcke für digitale Sprachübertragung (FreeDV, M17, DMR, dPMR, NXDN, MMDVM)
FEC-Blöcke (LDPC-Encoder/Decoder, Interleaver)
Unterstützende Blöcke (RSSI, M17-Deframer, MMDVM-Quelle/Senke, Clipper, Stretcher usw.)

Die Python-Bindungen ermöglichen die Verwendung in GNU-Radio-Companion-Flussdiagrammen und Python-Skripten.

Verzeichnisstruktur```

gr-qradiolink/ ├── CMakeLists.txt # Top-level CMake configuration ├── include/ # Public header files │ └── gnuradio/ │ └── qradiolink/ ├── lib/ # Implementation files ├── python/ # Python bindings │ └── qradiolink/ │ └── bindings/ ├── grc/ # GNU Radio Companion block definitions ├── docs/ # Documentation │ ├── doxygen/ │ ├── CODE_MAP.md # Code and function map (all modules) │ ├── GRIDENT_ZMQ.md # gr-ident ZMQ mode routing guide │ ├── DSSS_BLOCKS.md # DSSS spreader/despreader guide │ ├── GDSS_BLOCKS.md # GDSS spreader/despreader guide │ └── PTT_CONTROL.md # PTT control with gr-osmosdr ├── examples/ # Example flowgraphs ├── tests/ # Unit tests └── cmake/ # CMake modules └── Modules/

## Abhängigkeiten

Siehe [DEPENDENCIES.md](https://github.com/supermagnum/gr-qradiolink/blob/main/DEPENDENCIES.md) für eine vollständige Liste der erforderlichen und optionalen Abhängigkeiten.

**Kurzzusammenfassung:**
- Klonen mit `git clone --recursive` (oder `git submodule update --init --recursive` nach dem Klonen ausführen)
- GNU Radio >= 3.10 (mit Vocoder-Komponente, die mit Codec2-Unterstützung erstellt wurde)
- CMake >= 3.16
- Boost-Bibliotheken
- Volk (Vektoroptimierte Bibliothek von Kernen)
- ZeroMQ (optional, für MMDVM-Blöcke und gr-ident preamble SUB)
- Python 3.x mit NumPy (für Python-Bindungen)
- fmt-Bibliothek (für Tests)

## Testen

Das Modul enthält umfassende Unit-Tests für alle Blöcke. Die Tests werden mit dem CTest- und Boost.Test-Framework ausgeführt.

### Testergebnisse

Alle Tests bestehen erfolgreich. Siehe [tests/results.md](https://github.com/supermagnum/gr-qradiolink/blob/main/tests/results.md) für C++-Unit-Tests, Python-Test-Harness und Ergebnisse von Randfällen. Siehe [fuzzing-results/results.md](https://github.com/supermagnum/gr-qradiolink/blob/main/fuzzing-results/results.md) für Details zu Fuzzing- und MMDVM-Protokolltests.

**C++ Unit-Tests:**```
100% tests passed

Test Breakdown:
- 12 Manual tests (with int main): test_mod_2fsk, test_mod_4fsk, test_mod_8fsk,
  test_mod_am, test_mod_gmsk, test_mod_bpsk, test_mod_mmdvm, test_mod_freedv,
  test_gdss_spreader_cc, test_gdss_despreader_cc, test_dsss_cdma_transmitter_cc,
  test_dsss_cdma_receiver_cc
- Boost.Test tests: mod_ssb, mod_qpsk, mod_nbfm, mod_wbfm, mod_dsss, all
  demodulators, rssi_tag_block (8 tests), interleaver_bb (13 tests with edge cases)
- gr-ident: test_grident_zmq (JSON parse and mode_id to demod mapping)

Test Coverage:
- Modulators: 2FSK, 4FSK, 8FSK, AM, GMSK, BPSK, SSB, QPSK, NBFM, WBFM, DSSS, M17, DMR, dPMR, NXDN
- Demodulators: 2FSK, 4FSK, 8FSK, AM, GMSK, BPSK, SSB, QPSK, NBFM, WBFM, DSSS, M17, DMR, dPMR, NXDN
- FEC: interleaver_bb (HF burst error handling, 13 tests including edge cases)
- Note: SOQPSK and CPM-4FSK blocks are implemented and available but unit tests are planned for future releases

MMDVM Protokoll-Tests (Python):``` 41 tests passed, 0 tests failed

Protocol validation: 28 tests (all passed)
- POCSAG: 10 tests (all passed)
- D-STAR: 9 tests (all passed)
- YSF: 4 tests (all passed)
- P25: 5 tests (all passed)
Block integration: 13 tests (all passed)
- POCSAG: 4 tests (encoder/decoder creation, output, roundtrip)
- D-STAR: 3 tests (encoder/decoder creation, output)
- YSF: 3 tests (encoder/decoder creation, output)
- P25: 3 tests (encoder/decoder creation, output)

Siehe [fuzzing-results/results.md](https://github.com/supermagnum/gr-qradiolink/blob/main/fuzzing-results/results.md) für vollständige MMDVM-Protokolltestergebnisse.

Eine **DSSS-BER-Simulation** ([examples/dsss_ber_simulation.py](https://github.com/supermagnum/gr-qradiolink/blob/main/examples/dsss_ber_simulation.py)) führt Spreizer -> AWGN -> Entspreizer aus und zeichnet BER vs SNR für N=64, 128, 256, wobei die theoretische Kurve 0.5*erfc(sqrt(N*Es/N0/2)) überlagert wird; die Kurven stimmen innerhalb des Simulationsrauschens überein, was das korrekte DSSS-Verhalten bestätigt.

### Tests ausführen

Um die Testsuite zu erstellen und auszuführen:```bash
cd build
cmake ..
make
ctest --output-on-failure

Fuzzing-Ergebnisse

Das Modul bietet eine umfassende Fuzzing-Abdeckung mit libFuzzer. Siehe fuzzing-results/results.md für die vollständigen Ergebnisse der Fuzzing-Kampagne, einschließlich:

Abdeckungsstatistiken (757 Kanten, 893 entdeckte Features)
Ausführungsmetriken (104+ Millionen Ausführungen)
Leistungsanalyse
Sicherheitsbewertung (0 Abstürze, 0 Speicherlecks)

Python-Validierungstests

Das Modul enthält Python-basierte Validierungstests für alle Modulationsarten. Siehe fuzzing-results/results.md für die Ergebnisse der Validierungstests. Alle digitalen Sprachmodi (FreeDV, M17, DMR, dPMR, NXDN) haben jetzt Python-Bindungen und Validierungsunterstützung. SOQPSK-Blöcke haben Python-Bindungen und sind zur Verwendung verfügbar; Validierungstests sind für zukünftige Versionen geplant.

Dokumentation

Block-Dokumentation

Code and Function Map: Index der Quelldateien, öffentlichen APIs, gr-ident-Funktionstabellen und Links zu Mod/Demod/DSSS-Modulen.
gr-ident ZMQ-Integration: Wire-Format, Endpunkte, GRC-Verdrahtung und Umschalten von Demod/Mod-Bänken von gr-ident mode_id.
PTT-Steuerungsanleitung: Umfassende Anleitung zur Steuerung von PTT (Push-To-Talk) mit gr-osmosdr und ähnlicher SDR-Hardware bei Verwendung von gr-qradiolink-Blöcken.
DSSS-Blöcke-Anleitung: DSSS-Spreizer- und -Entspreizer-Blöcke: PN-Sequenzerzeugung, Taktrückgewinnung, Soft-Decision-Metriken, AFC, adaptive Korrelationsschwelle, Grob-zu-Feinsuche und Integrationsbeispiele.
GDSS-Blöcke-Anleitung: GDSS-Spreizer- und -Entspreizer-Blöcke: Sequenzerzeugung, Taktrückgewinnung, Soft-Decision-Metriken, AFC, adaptive Schwelle, Grob-zu-Feinsuche und Vorteile gegenüber binären PN-Sequenzen.
Beispielverzeichnis: Beispiel-Flowgraphen und Python-Skripte, die die Verwendung verschiedener Blöcke demonstrieren.

Block-Referenzlinks

Alle Blöcke haben GRC (GNU Radio Companion)-Blockdefinitionen im grc/-Verzeichnis. Wichtige Blöcke:

Digitale Modulationen:

Analoge Modulationen:

Digitale Sprachübertragung:

MMDVM-Protokolle:

gr-ident (optional, libzmq):

gr-ident Preamble SUB / gr-ident Mode Control

FEC:

LDPC Encoder / LDPC Decoder (Soft-Decision)
- Unterstützt reguläre und irreguläre LDPC-Codes
- Konfigurierbare Coderaten: 1/2, 2/3, 3/4 oder benutzerdefiniert
- Konfigurierbare Blocklängen: 576, 1152, 2304 Bits oder benutzerdefiniert
- Automatische Auswahl des am besten passenden Codes aus verfügbaren AList-Dateien
Interleaver (HF Burst) - Blockverschachteler/-entschachteler für HF-Burst-Fehlerbehandlung

Für eine vollständige Liste aller Blöcke siehe das grc/-Verzeichnis.

Referenzen

GDSS (Gaussian-Distributed Spread-Spectrum): Shakeel, I.; Hilliard, J.; Zhang, W.; Rice, M. Gaussian-Distributed Spread-Spectrum for Covert Communications. Sensors 2023, 23(8), 4081. doi:10.3390/s23084081. Die GDSS-Spreizer/Entspreizer-Blöcke in diesem Modul implementieren das quadrantenerhaltende I/Q-Masking-Schema (Abschnitt 3) aus dieser Arbeit: jeder Chip verwendet unabhängige Gauß-Abtastwerte U, V mit elementweiser Maskierung I = R(S)|U|, Q = Im(S)|V|.

Lizenz

Dieses Projekt ist unter der GNU General Public License v3.0 oder später (GPL-3.0-or-later) lizenziert.

Siehe die Datei LICENSE im QRadioLink-Repository für Details.

2FSK, 4FSK, GMSK, BPSK, QPSK, AM, SSB, NBFM, WBFM, FreeDV, M17, DMR	QRadioLink	Valid gegen QRadioLink `src/gr/` (gr_demod_, gr_mod_).
MMDVM source/sink, demod_mmdvm_multi, demod_mmdvm_multi2, mod_mmdvm_multi2, RSSI, clipper, stretcher, zero_idle_bursts, gr_4fsk_discriminator	QRadioLink	Valid gegen QRadioLink `src/gr/`.
8FSK	Für dieses Modul implementiert	Kein gr_demod_8fsk/gr_mod_8fsk in QRadioLink. Erweiterung des 4FSK-Designs.
SOQPSK	Für dieses Modul implementiert	Kein gr_demod_soqpsk/gr_mod_soqpsk in QRadioLink. Aus SOQPSK-Literatur/-Spezifikationen.
CPM-4FSK	Für dieses Modul implementiert	Kein gr_mod_cpm_4fsk in QRadioLink.
dPMR	Für dieses Modul implementiert	Kein gr_* in QRadioLink. Aus ETSI TS 102 658 (Testvektoren und Codekommentare).
NXDN	Für dieses Modul implementiert	Kein gr_* in QRadioLink. Aus NXDN-Forum-Spezifikationen; Symbolmapping verweist auf MMDVM-Konvention.
POCSAG	Für dieses Modul implementiert	Kein gr_* in QRadioLink. Aus POCSAG/ITU-R M.584-2; Protokoll kompatibel mit MMDVMHost.
D-STAR	Für dieses Modul implementiert	Kein gr_* in QRadioLink. Aus D-STAR/JARL-Spezifikation (Golay-FEC); kompatibel mit MMDVMHost.
YSF	Für dieses Modul implementiert	Kein gr_* in QRadioLink. Aus YSF-Protokoll-Dokumentation; kompatibel mit MMDVMHost.
P25	Für dieses Modul implementiert	Kein gr_* in QRadioLink. Aus P25 Phase 1 TIA-102; kompatibel mit MMDVMHost.
DSSS (Basis)	QRadioLink	Valid gegen QRadioLink gr_demod_dsss/gr_mod_dsss.
DSSS (Erweiterungen), GDSS	Dieses Modul	DSSS: Erweiterungen auf Basis von QRadioLink. GDSS: von Shakeel et al., Sensors 2023.
gr-ident ZMQ-Routing	Dieses Modul	Interop mit gr-ident Präambel PUB; nicht von QRadioLink.

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Beliebteste

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Modulationsvalidierung

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Überblick

Funktionen

Modulations-/Demodulationsblöcke

SOQPSK (Geformtes Offset-Quadraturphasenumtastung)

HF-Maximalkapazität

VHF/UHF-Spezifikationen

Python-Bindungen

Verzeichnisstruktur```

Fuzzing-Ergebnisse

Python-Validierungstests

Dokumentation

Block-Dokumentation

Block-Referenzlinks

Referenzen

Lizenz