gr-qradiolink

ВАЖНОЕ УВЕДОМЛЕНИЕ: Этот код создан искусственным интеллектом.

Данный код не был проверен профессиональными программистами; это большая задача. В кодовой базе есть тесты, пожалуйста, ознакомьтесь с ними и их кодом.

Модуль GNU Radio вне дерева (OOT) для блоков QRadioLink.

Ветка main: GNU Radio 3.10 OOT (CMake find_package(gnuradio)). Экспериментальный порт GNU Radio 4 находится в ветке gnuradio4 (README_gr4.md в этой ветке).

Навигация по коду: docs/CODE_MAP.md (файлы, функции, указатель блоков). Маршрутизация режимов gr-ident ZMQ: docs/GRIDENT_ZMQ.md (преамбула gr-ident на порту :5560).

Проверка модуляции

Эталонный IQ для блоков модуляторов был проверен с помощью radio-modulation-validator (31.05.2026). Итог: МЯГКИЙ СБОЙ — 6/19 блоков пройдено, 13 мягких сбоев, 0 жёстких сбоев, 3 пропущено.

Все проверенные режимы были идентифицированы в правильном семействе модуляций (FSK, PSK, AM, FM). Мягкие сбои на уровне порядка (например, FSK предсказан как CPFSK вместо 4FSK или GMSK) отражают ограничения классификатора порядка валидатора, а не свидетельствуют о том, что эти модуляторы генерируют неправильное семейство сигналов.

В сканировании используется встроенный эталонный IQ (не построенные OOT-блоки); результаты применимы к режимам, перечисленным в этом README в ветке main, и дублируются в ветке gnuradio4.

Полные результаты по каждому блоку: VALIDATION_REPORT.md

Публикация

Данный проект описан в следующем препринте:

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

Временная метка записи в архиве: 21 марта 2026 г.

Обзор

Этот модуль предоставляет блоки GNU Radio для различных схем цифровой и аналоговой модуляции, специализированных для любительской радиосвязи и цифровой голосовой связи.

Этот модуль был преобразован из приложения QRadioLink, которое является многорежимным SDR-трансивером для GNU Radio, ADALM-Pluto, LimeSDR, USRP и другого SDR-оборудования. Исходный код находится по адресу https://codeberg.org/qradiolink/qradiolink.

Валидация: Преобразованные блоки, имеющие аналоги в QRadioLink, были проверены на соответствие исходному коду QRadioLink (ветка next, codeberg.org/qradiolink/qradiolink) таким образом, чтобы графы потоков, параметры фильтров, константы масштабирования и поведение блоков совпадали. Цепочки модуляторов/демодуляторов SSB и AM (включая структуру CESSB и константы клиппера/стретчера) были восстановлены для соответствия оригиналу, где они разошлись. Некоторые блоки в этом модуле не имеют соответствующего источника в src/gr/ из QRadioLink; их происхождение указано в таблице ниже.

Авторство и происхождение:

QRadioLink (Codeberg) является источником следующих режимов (проверено на соответствие codeberg.org/qradiolink/qradiolink ветка next, src/gr/): модуляция/демодуляция (2FSK, 4FSK, GMSK, BPSK, QPSK, AM, SSB, NBFM, WBFM), цифровой голос (FreeDV, M17, DMR) и вспомогательные блоки (RSSI, M17 дефреймер, MMDVM источник/приёмник, клиппер, стретчер, zero_idle_bursts, gr_4fsk_discriminator, demod_mmdvm_multi, demod_mmdvm_multi2, mod_mmdvm_multi2). DSP и поведение режимов для этих блоков были получены или реализованы заново из приложения QRadioLink.
Блоки не из QRadioLink (нет источника gr_* в QRadioLink src/gr/): 8FSK, SOQPSK, CPM-4FSK, dPMR, NXDN, POCSAG, D-STAR, YSF, P25. Их происхождение указано в таблице происхождения блоков ниже.
Дополнения в этом модуле (не из QRadioLink): (1) улучшения DSSS (метрики с мягким решением, AFC, адаптивный порог корреляции, поиск от грубого к точному, восстановление тактовой синхронизации) поверх базового расширения/сжатия DSSS; (2) GDSS (расширитель/сжиматель спектра с гауссовским распределением), реализованный по Shakeel et al., Sensors 2023 (см. ссылки ниже).

Происхождение блоков (валидация / атрибуция):

Код был extensively протестирован с помощью libFuzzer с более чем 104 миллионами выполнений на нескольких блоках, и не было обнаружено ни сбоев, ни утечек памяти. См. fuzzing-results/results.md для деталей покрытия.

Возможности

Блоки модуляции/демодуляции

Цифровые модуляции: 2FSK, 4FSK, 8FSK, CPM-4FSK, GMSK, BPSK, QPSK, SOQPSK, DSSS, GDSS
- 2FSK: Бинарная частотная манипуляция (FSK) модулятор/демодулятор (см. GRC Block, Примеры)
- 4FSK: 4-уровневая частотная манипуляция модулятор/демодулятор (см. GRC Block, Примеры)
- 8FSK: 8-уровневая частотная манипуляция модулятор/демодулятор с 3 битами на символ (см. GRC Block, Примеры)
- CPM-4FSK: Модулятор с непрерывной фазой 4FSK (см. GRC Block)
- GMSK: Гауссовская минимальная модуляция модулятор/демодулятор (см. GRC Block, Примеры)
- BPSK: Бинарная фазовая манипуляция модулятор/демодулятор (см. GRC Block, Примеры)
- QPSK: Квадратурная фазовая манипуляция модулятор/демодулятор (см. GRC Block, Примеры)
- SOQPSK: Модулятор/демодулятор со сдвинутой офсетной квадратурной фазовой манипуляцией (см. GRC Block, Детали)

SOQPSK (Shaped Offset Quadrature Phase Shift Keying)

SOQPSK — это спектрально-эффективная схема модуляции, обеспечивающая улучшенную спектральную эффективность по сравнению со стандартной QPSK. Реализация поддерживает два рабочих режима:

Режим 1: VHF/UHF Одиночный канал

1 несущая на 14,400 бит/с
Полоса пропускания: ~10 кГц
Укладывается в выделение 12.5 кГц

Режим 2: VHF/UHF Многочастотный (устойчивый к замираниям)

3 несущие по 4,800 бит/с каждая
Разнос: 4 кГц
Общая полоса пропускания: ~12 кГц
Лучшая устойчивость к многолучевости

Максимальная возможность HF

Максимальные доступные сегменты полосы пропускания:

Большинство КВ диапазонов: макс. 2,700 Гц (стандартные сегменты цифровых режимов)
Диапазон 10 м (выше 29 МГц): макс. 6,000 Гц

Эффективность SOQPSK: ~1.5 бит/с/Гц

Ёмкость на одну несущую:

Стандартные КВ диапазоны (2,700 Гц): 2,700 Гц × 1.5 бит/с/Гц = ~4,000 бит/с на несущую
Диапазон 10 м (6,000 Гц): 6,000 Гц × 1.5 бит/с/Гц = ~9,000 бит/с на несущую

Характеристики VHF/UHF

Характеристики несущей:

Символьная скорость: ~9,600 символов/с (для 14,400 бит/с при 1.5 бит/с/Гц)
Занимаемая полоса: ~9.6 кГц
Комфортно укладывается в канал 12.5 кГц с защитными интервалами
Остаётся ~2.9 кГц для сглаживания переходной полосы фильтра и защитных интервалов

Привязки Python

Все блоки доступны через привязки Python, включая:

Все блоки модуляции/демодуляции (2FSK, 4FSK, 8FSK, CPM-4FSK, GMSK, BPSK, QPSK, SOQPSK, DSSS, AM, SSB, NBFM, WBFM)
Все блоки цифрового голоса (FreeDV, M17, DMR, dPMR, NXDN, MMDVM)
Блоки FEC (LDPC кодер/декодер, перемежитель)
Вспомогательные блоки (RSSI, дефреймер M17, источник/приёмник MMDVM, клиппер, стретчер и т.д.)

Привязки Python позволяют использовать их в графах потоков GNU Radio Companion и скриптах Python.

Структура каталогов```

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/

## Зависимости

Полный список обязательных и опциональных зависимостей см. в [DEPENDENCIES.md](https://github.com/supermagnum/gr-qradiolink/blob/HEAD/DEPENDENCIES.md).

**Краткое описание:**
- Клонируйте с `git clone --recursive` (или выполните `git submodule update --init --recursive` после клонирования)
- GNU Radio >= 3.10 (с компонентом вокодера, собранным с поддержкой Codec2)
- CMake >= 3.16
- Boost библиотеки
- Volk (векторно-оптимизированная библиотека ядер)
- ZeroMQ (опционально, для блоков MMDVM и gr-ident преамбулы SUB)
- Python 3.x с NumPy (для привязок Python)
- fmt библиотека (для тестов)

## Тестирование

Модуль включает всесторонние модульные тесты для всех блоков. Тесты запускаются с помощью CTest и Boost.Test.

### Результаты тестов

Все тесты проходят успешно. См. [tests/results.md](https://github.com/supermagnum/gr-qradiolink/blob/HEAD/tests/results.md) для результатов модульных тестов C++, тестов Python и граничных случаев. См. [fuzzing-results/results.md](https://github.com/supermagnum/gr-qradiolink/blob/HEAD/fuzzing-results/results.md) для подробностей фаззинга и тестов протокола MMDVM.

**Модульные тесты C++:**```
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

Тесты протокола MMDVM (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)

См. [fuzzing-results/results.md](https://github.com/supermagnum/gr-qradiolink/blob/HEAD/fuzzing-results/results.md) для получения полных результатов тестирования протокола MMDVM.

**Симуляция BER для DSSS** ([examples/dsss_ber_simulation.py](https://github.com/supermagnum/gr-qradiolink/blob/HEAD/examples/dsss_ber_simulation.py)) запускает скремблер → AWGN → дескремблер и строит график BER в зависимости от SNR для N=64, 128, 256, накладывая теоретическую кривую 0.5*erfc(sqrt(N*Es/N0/2)); кривые совпадают в пределах шума симуляции, что подтверждает корректное поведение DSSS.

### Запуск тестов

Чтобы собрать и запустить набор тестов:```bash
cd build
cmake ..
make
ctest --output-on-failure

Результаты фаззинга

Модуль включает всестороннее покрытие фаззингом с использованием libFuzzer. См. fuzzing-results/results.md для получения полных результатов кампании фаззинга, включая:

Статистика покрытия (757 рёбер, 893 обнаруженных признака)
Метрики выполнения (более 104 миллионов выполнений)
Анализ производительности
Оценка безопасности (0 сбоев, 0 утечек памяти)

Валидационные тесты Python

Модуль включает валидационные тесты на Python для всех типов модуляции. См. fuzzing-results/results.md для результатов валидационных тестов. Все режимы цифрового голоса (FreeDV, M17, DMR, dPMR, NXDN) теперь имеют привязки Python и поддержку валидации. Блоки SOQPSK имеют привязки Python и доступны для использования; валидационные тесты запланированы на будущие выпуски.

Документация

Документация по блокам

Карта кода и функций: Индекс исходных файлов, открытых API, таблиц функций gr-ident и ссылок на модули мод/демод/DSSS.
Интеграция gr-ident ZMQ: Формат провода, конечные точки, проводка GRC и переключение банков демод/мод с помощью mode_id gr-ident.
Руководство по управлению PTT: Исчерпывающее руководство по управлению PTT (Push-To-Talk) с помощью gr-osmosdr и аналогичного SDR-оборудования при использовании блоков gr-qradiolink.
Руководство по блокам DSSS: Блоки расширения и дерасширения DSSS: генерация PN-последовательности, восстановление тактовой синхронизации, метрики мягких решений, AFC, адаптивный порог корреляции, грубо-точное обнаружение и примеры интеграции.
Руководство по блокам GDSS: Блоки расширения и дерасширения GDSS: генерация последовательности, восстановление тактовой синхронизации, метрики мягких решений, AFC, адаптивный порог, грубо-точное обнаружение и преимущества перед двоичными PN-последовательностями.
Каталог примеров: Примеры графов потоков и скриптов Python, демонстрирующие использование различных блоков.

Ссылки на справочные блоки

Все блоки имеют определения блоков GRC (GNU Radio Companion) в каталоге grc/. Ключевые блоки:

Цифровые модуляции:

Аналоговые модуляции:

Цифровой голос:

Протоколы MMDVM:

gr-ident (опционально, libzmq):

Преамбула SUB gr-ident / Управление режимом gr-ident

FEC:

Кодер LDPC / Декодер LDPC (мягкое решение)
- Поддерживает регулярные и нерегулярные LDPC-коды
- Настраиваемые кодовые скорости: 1/2, 2/3, 3/4 или пользовательская
- Настраиваемая длина блока: 576, 1152, 2304 бит или пользовательская
- Автоматический выбор наилучшего подходящего кода из доступных файлов AList
Перемежитель (HF Burst) - Блочный перемежитель/деперемежитель для обработки пакетных ошибок в КВ

Полный список всех блоков см. в каталоге grc/.

Ссылки

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. Блоки расширения/дерасширения GDSS в этом модуле реализуют схему маскировки I/Q с сохранением квадранта (Раздел 3) из этой статьи: каждый чип использует независимые гауссовы выборки U, V с поэлементной маскировкой I = R(S)|U|, Q = Im(S)|V|.

Лицензия

Этот проект лицензирован по GNU General Public License v3.0 или более поздней версии (GPL-3.0-or-later).

Подробнее см. файл LICENSE в репозитории QRadioLink.

2FSK, 4FSK, GMSK, BPSK, QPSK, AM, SSB, NBFM, WBFM, FreeDV, M17, DMR	QRadioLink	Проверено на соответствие QRadioLink `src/gr/` (gr_demod_, gr_mod_).
MMDVM источник/приёмник, demod_mmdvm_multi, demod_mmdvm_multi2, mod_mmdvm_multi2, RSSI, клиппер, стретчер, zero_idle_bursts, gr_4fsk_discriminator	QRadioLink	Проверено на соответствие QRadioLink `src/gr/`.
8FSK	Реализовано для этого модуля	В QRadioLink нет gr_demod_8fsk/gr_mod_8fsk. Расширение дизайна на основе 4FSK.
SOQPSK	Реализовано для этого модуля	В QRadioLink нет gr_demod_soqpsk/gr_mod_soqpsk. Из литературы/спецификаций SOQPSK.
CPM-4FSK	Реализовано для этого модуля	В QRadioLink нет gr_mod_cpm_4fsk.
dPMR	Реализовано для этого модуля	В QRadioLink нет gr_*. Из ETSI TS 102 658 (тестовые векторы и комментарии в коде).
NXDN	Реализовано для этого модуля	В QRadioLink нет gr_*. Из спецификаций форума NXDN; отображение символов ссылается на соглашение MMDVM.
POCSAG	Реализовано для этого модуля	В QRadioLink нет gr_*. Из POCSAG/ITU-R M.584-2; протокол совместим с MMDVMHost.
D-STAR	Реализовано для этого модуля	В QRadioLink нет gr_*. Из спецификации D-STAR/JARL (Golay FEC); совместим с MMDVMHost.
YSF	Реализовано для этого модуля	В QRadioLink нет gr_*. Из документации протокола YSF; совместим с MMDVMHost.
P25	Реализовано для этого модуля	В QRadioLink нет gr_*. Из P25 Phase 1 TIA-102; совместим с MMDVMHost.
DSSS (базовый)	QRadioLink	Проверено на соответствие QRadioLink gr_demod_dsss/gr_mod_dsss.
DSSS (улучшения), GDSS	Этот модуль	DSSS: улучшения поверх базового QRadioLink. GDSS: из Shakeel et al., Sensors 2023.
Маршрутизация ZMQ gr-ident	Этот модуль	Взаимодействие с gr-ident преамбула PUB; не из QRadioLink.

Популярное

gr-qradiolink

gr-qradiolink

Проверка модуляции

Публикация

Обзор

Возможности

Блоки модуляции/демодуляции

SOQPSK (Shaped Offset Quadrature Phase Shift Keying)

Максимальная возможность HF

Характеристики VHF/UHF

Привязки Python

Структура каталогов```

Результаты фаззинга

Валидационные тесты Python

Документация

Документация по блокам

Ссылки на справочные блоки

Ссылки

Лицензия