SDR Software Defined Radio kas tai?
Programos PowerSDR vaizdas monitoriaus ekrane
Visiškai aišku, kad dabar pasaulyje informacijos perdavimas ir jos apdorojimas priklauso skaitmeninei technologijai. Mikroprocesoriai,
signaliniai procesoriai, personaliniai
kompiuteriai, visas jų darbas paremtas skaitmenine technologija. Šios
technikos milžiniškas progresas duoda tiesiog
stebuklingus rezultatus, prie kurių vartotojai taip greitai pripranta,
kad net nesupranta kokiomis lanksčiomis ir galingomis priemonėmis jie
naudojasi.Gali būti, kad kai kurie vartotojai
net nepastebi, kaip šie prietaisai keičia jų įprastą gyvenimo būdą arba
laisvalaikį.
Jei kalbėti apie radijo mėgėjus, tai jie jau senai naudoja kompiuterius
dėl savo hobi- ir radijo ryšiuose, ir konstruojant aparatūrą, ir techninės
dokumentacijos paruošime, ir t.t.Tačiau ne taip senai kompiuteris atlikdavo
nors ir svarbius darbus, tačiau tai buvo tik pagalbiniai darbai prie radijo
mėgėjiškos aparatūros. Taip buvo iki pasirodant software-define radio (SDR) kur programinė įranga naudojama dėl
radijo signalų moduliacijos ir
demoduliacijos. SDR keičia prioritetus, ir personalinis kompiuteris tampa
radijo mėgėjiškos stoties branduoliu.
Naudojant SDR praktiškai visas darbas apdorojant signalus persikelia į programinę įrangą, kuri
paleidžiama kompiuteryje, valdo kai kurių specializuotų mikroprocesorinių
įrenginių darbą kurie skirti dėl priimamo signalo apdorojimo. Tokio panaudojimo
tikslas- sukurti sistemą kuri galėtų priimti ir perduoti praktiškai bet kokius radijo
signalus programinės įrangos pagalba.
Šiuo metu SDR plačiai naudojama mobiliajame ryšyje ir karinėje technikoje, kur realiame laike reikalingas
įvairių besikeičiančių protokolų palaikymas.
Priiminėjant SDR ręžimu gaunamas didesnis efektyvumas , nei naudojant
įprastus analoginius metodus, kadangi
apdorojant signalą skaitmeniškai jų filtracija artima idealia variantui..Be to , algoritmų pagalba
gali būti realizuotos visos funkcijos, kurias labai sunku įgyvendinti analoginiu metodu.
Idealus SDR- imtuvo variantas tai tiesioginis antenos
prijungimas prie analoginio-skaitmeninio keitiklio (ASK) , sujungto su galingu
kompiuteriu. Tokiu atveju programinė įranga paleista kompiuteryje atliktų patenkančio
duomenų srauto apdorojimą ir jį pakeistų į reikalingą formą.Idealus SDR
siųstuvas funkcionuotų analogiškai. Programinė įranga formuotų duomenų srautą ,
kuris patektų į skaitmeninį-analoginį keitiklį (SAK) į, pajungto prie antenos.
Tačiau šiuolaikinė technologinė bazė dar neleidžia realizuoti tokią
idėją. Šiuo metu egzistuojantys (ASK)
dar nepakankamai greiti dėl darbo plačioje radijo spektro juostoje, kad
galėtų operuoti signalais kurie turi didžiulius lygio skirtumus šiame spektre.
Šiuo
metu SDR realizacija galima tik labai
žemuose dažniuose (dešimtys kilohercų), todėl realiuose prietaisuose aukštos
kokybės skaitmeninis signalas gaunamas pernešant AD signalus į žemesnį
dažnumą.Tam tikslui naudojamas maišiklis ir atraminis generatorius . Čia reikalingas analoginis įrenginys , kuris nukreiptų dalį dažnumo spektro
tolimesniam apdorojimui į kompiuterį.
Įsivaizduojant didžiules galimybes, kurios realizuojamos SDR,
tikriausiai artimiausiu laiku ši technologija užims vieną išdominuojančių
vietų radijo ryšių technikoje.
Profesionaliuose sprendimuose
SDR analoginė dalis, kaip taisyklė projektuojama superheterodino principu, o mėgėjiškuose įrenginiuose platų pritaikymą rado tiesioginis keitimas. Nors šis metodas buvo
pasiūlytas labai seniai dar iki
pasirodant SDR. Jau daugelį metų tarp radijo mėgėjų yra įvairių nuomonių dėl tiesioginio keitimo imtuvų (Direct
Conversion Receiver DCR)- nuo pilno susižavėjimo iki pilno skepticizmo. Aišku , schemos paprastumas, minimalus
pažeistų taškų kiekis ir skambėjimo švarumas gana objektyvus vertinimas dėl
tiesioginio keitimo imtuvo. Tačiau esantis veidrodinis kanalas žemame dažnyje
riboja jį panaudoti radijo mėgėjiškame SDR ir visa
tai lieka tik eksperimentų rėmuose.
Naudojant fazinį metodą, veidrodinį kanalą DCR imtuve galima nuslopinti iki 40 db. Tačiau
nuslopinti daugiau nei 60 db, kas paprastai yra superheterodininiuose vidutinės
klasės imtuvuose su kvarciniais ir elektromechaniniais filtrais ,nepavyks
padaryti DCR imtuve. Štai čia ir ateina į pagalbą intelektualus signalo
skaitmeninis apdorojimas.
Dabar tradicinė SDR schema
sudaryta taip. Analoginė dalis padaryta
tiesioginio keitimo principu. Priimamas signalas praeina diapazoninį juostinį filtrą (DJF) ir
nueina į du maišiklius, į kuriuos dar
ateina signalai iš atraminio
generatoriaus jie vienodos amplitudės , bet jų fazės pasuktos 90 laipsnių
.Fazės pasukimas tarp signalų I (in-phase) ir Q (quadrature) maišiklių
išėjimuose šiuo atveju taip pat 90
laipsnių, o signalų dažnis panašiai
nuo 0 iki 20 khz. Jei paduosime šiuos
signalus į garso kortos įėjimą
kompiuteryje kuriame ŽD fazės pasukimas realizuojamas programiškai, tai
galėsime išskirti naudojamą šoninę juostą ir nuslopinti nedarbinę. Kaip tik šis
fazinės selekcijos metodas realizuotas aparatiškai ir yra dažnai naudojamas vienos juostos mėgėjiškuose DCR. Tačiau
ir čia norint pasiekti nedarbinės juostos nuslopinimą 40 db, reikalingas labai
tikslus fazės ir signalų I ir Q
palaikymas Nukrypimas nuo fazės neturi
viršyti 1 laipsnio, o amplitudės 0,1 db. Dar sunkiau pasiekti 60 db
nuslopinimą. Čia jau reikia turėti 0.1
laipsnio fazės tikslumą ir 0,01 db skirtumą amplitudėje! O juk 60 db nedarbinės juostos nuslopinimą visiškai
nesunku pasiekti superheterodininiame imtuve su kvarciniu filtru esančiu
tarpinio dažnumo trakte.
Visi šie trūkumai pašalinami SDR imtuve programiškai.Dėl to numatyta
rankinis amplitudės lygio valdymas ir I ir Q signalų fazės tikslumas. Taip
pasiekiamas nedarbinės juostos
nuslopinimas 90 db.
Turint plačiajuostį spektrą garso kortos išėjime , nuodėmė būtų
neišnaudoti tokią galimybę dėl panoraminio indikatoriaus. Dauguma SDR programų turi panoraminį spektro
analizatorių. Toliau vyksta procesas kurio metu išskiriamas naudingas signalas
, gretimo kanalo filtracija, apdorojimas, stiprinimas, detektavimas ir t.t.
Veidrodinio kanalo priėmimo nuslopinimas , nežiūrint tokio žemo tarpinio dažnumo- 70-100 db. Tai
pasiekiama , kaip pasakyta anksčiau , skaitmeniniu fazės pasukimu.
Dėl DSP apdorojimo reikia panaudoti gana
galingą kompiuterį ir atitinkamą programą. Taip pasiekiami labai geri
rezultatai priėmimo trakte ir puikios
funkcinės galimybės.
Pavyzdžiui, paprastas vieno diapazono SDR imtuvas su kvarciniu
heterodinu fiksuotam dažnumui, gali dirbti
diapazono ruože 48 arba 96 khz
juostoje ( priklauso nuo naudojamos garso kortos parametrų ir perderinimas vyksta programiniu būdu).
Turi panoraminį analizatorių, DSP filtrus, su įvairiais juostos pločiais ir
frontų statumais siekiančiais 1.05, tradicines dėl šiuolaikinių
transiverių funkcijas NB, NR, ANF. Kaip
taisyklė SDR imtuvas sugeba apdoroti ir priimti praktiškai visas darbo rūšis
CW, LSB, USB, AM, FM, panaudojant pagalbines programas ir skaitmenines darbo
rūšis, tiek mėgėjiškas tiek komercines kaip pav. skaitmeninę DRM transliaciją.
Kas liečia perdavimo dalį tai tradiciniuose radijo mėgėjų ręžimuose kaip
CW ir SSB naudojamas signalo formavimas tiesioginio keitimo metodu. Žemo
dažnumo signalas papildomai apdorotas kompiuterio DSP, su fazių skirtumu 0 ir
90 laipsnių iš garso kortos išėjimo paduodamas į kvadratūrinį maišiklį, į šį
maišiklį taip pat ateina fazuotas signalas iš sintezatoriaus. Rezultate SDR
išėjime gaunamas vienos juostos signalas, Ir vėlgi panaudojant skaitmeninį
apdorojimą pasiekiami aukšti parametrai
nuslopinant nedarbinę juostą ir
sutvarkomas signalo spektras.
Selektyvumo dinaminio diapazono parametrai gaunami visiškai geri. Pagal
kai kuriuos SDR aparatai pilnai rungtyniauja su aukštos klasės transiveriais ir
imtuvais.
Radijo mėgėjai daugumoje skeptiškai žiūri į pramoninius S-metrus nekalbant apie mėgėjiškas konstrukcijas.
Ir tai yra ko gero pelnytas požiūris, juk tradicinis S-metras priklauso nuo
automatinio stiprinimo reguliavimo (ASR) įtampos. Na ir kalibravimas ne visada atitinka
tiesą.
SDR imtuve, tiksliau programoje šie matavimai visiškai nesusiję su
ASR. Programa matuoja lygius prieš
pagrindinės selekcijos DSP filtrus, tradicinis S-metras po jų. Taigi iki šios
vietos nėra jokių reguliuojamų kaskadų galinčių pakeisti signalo lygį. Užtenka sukalibruoti programą viena žinoma
įtampa antenos įėjime, pav. 50mkV, nors ši reikšmė neprincipinė. Toliau
matematika be klaidų nustatys signalo lygius imtuvo įėjime, pradedant nuo savo
triukšmo lygio priėmimo dalyje iki maksimaliai galimų. Tai reiškia, kad S-metru
ir panoraminiu analizatoriumi pilnai galima pasitikėti ne tik darbo metu
eteryje, bet galima naudoti kaip
matavimo prietaisą arba spektro analizatorių.
Vienas amerikietis labai tiksliai pasakė:
SDR- tai matavimo kompleksas su radijo galimybėmis.
Reikia pažymėti, kad pagrindinis kokybės faktorius SDR aparate
priklauso ne nuo įėjimo maišiklio
, kuris kaip paprastai turi aukštus parametrus, o nuo garso kortos esančios
kompiuteryje. Kaip tik triukšmų ir dinaminės
garso kortos charakteristikos
turi svarbią reikšmę bendrose
priėmimo trakto charakteristikose. Paprastus eksperimentus su SDR technika
pilnai galima naudoti paprastas garso kortas esančias kompiuteriuose, tame
tarpe ir integruotas. Tačiau norint gauti tikruosius rezultatus reikia naudoti
kokybiškas profesionalias garso kortas. Reikalavimai kompiuteriui irgi ne
paskutinėja vietoje, tai tiesiogiai priklauso nuo naudojamos programos.
Pavyzdžiui naudojant programą PowerSDR reikia kompiuterio su 1Ghz procesoriumi.
Reikia pažymėti tą faktą, kad kompiuterinė technika ir programinė įranga
labai greitai vystosi, atitinkamai ir SDR turi galimybę tobulėti. Kiekvieną
kartą modernizuojant savo kompiuterį ar tai naudojant naują programą , jūs tuo
pačiu keičiate savo SDR įrenginio parametrus ir galimybes .
Gal būt ne visiems radijo mėgėjams , ypač senesnio užsigrūdinimo patiks toks kietas SDR prisirišimas prie kompiuterio. Pripratusiems
prie tradicinių priėmimo-perdavimo aparatūrų , kurios užima ant stalo daug
vietos ir turi daug rankenėlių,prietaisų ir šviečiančių skalių , įsivaizduot
sau radiją programos formoje- aiškiai atrodo nepatrauklu. Bet vis tik SDR privalumai yra tokie svarūs , kad juos
ignoruoti neperspektyvu. Tuo labiau , kad radijo mėgėjai visada išsiskyrė siekimu įvaldyti naujas technologijas ir
pažinti neištirtas galimybes.
Norisi tikėti, kad ši įdomi kryptis į radiją, sudomins ir mūsų radijo
mėgėjus-konstruktorius, pasirodys naujos konstrukcijos gal net ir programinė
įranga.
Pabandykite surinkti SDR imtuvą, manau jis jus nenuvils ir bus tikras
pagalbininkas jūsų šeke.
Vertimas iš rusų kalbos Justinas
LY2BOK.
Originalas RW3PS
Mano pirmi bandymai su Rx
SDR
Taip atrodo mano Rx
SDR priedėliukas
Aleksandro LY3BD
įkalbintas nutariau išbandyti
praktiškai , kas yra tas SDR ir kaip tai klausosi tikrame eteryje. Kaip visuomet pionieriumi yra LY3BD kuris
man atsiuntė kvadratūrinio maišiklio schemą, ir man beliko tik įgyvendinti visa
tai natūroje. Mikroschemas
gavau pagal užsakymą Kaune Lemona
parduotuvėje. Visą schemutę surinkau
ant maketinės plokštelės ir jau sekantį vakarą po darbo suderinau , įdėjau į
dėžutę nuo telefoninio interfeiso. Liko vietos ir antrai plokštei dėl Tx. Nors gerų rezultatų galima laukti tik
naudojant kokybišką profesionalią garso plokštę, tačiau ir su paprasta
integruota kompiuteryje g.plokšte galima jau susidaryti bendrą vaizdą.
Populiariausia garso plokštė kuri tinka šiam tikslui yra M-Delta 44 .Vilniuje ją galima gauti muzikos prekių parduotuvėje . Aišku degdamas iš nekantrumo viską sujungiau,
(plokštė integruota 48Khz ir 16 bit) pasileidau suinstiliuotą programą PowerSDR
v 1.8. Ir.... atsidūriau eteryje! Ne
taip kaip mes įpratę klausytis iš šono, bet pilna šio žodžio prasme , viduryje
eterio. Įjungus antrą VFO girdžiu ką Petras šneka kairėje ausyje , Jonas
pasakoja dešinėje hi.... Daug
funkcinių efektų, ir visi kiti
profesionalių aparatų privalumai . Eterio triukšmas tapo maloniu ošimu,
Visapusiškas korespondento signalo valdymas...
Panorama 48 Khz, naudojant g.plokštę 96 Khz ir 24 bitų panorama atitinkamai prasiplečia
iki 96 Khz. Viskas valdoma
programiškai, aišku truputį neįprasta. Tai reikia paklausyti. Tą vakarą klausiausi
80m diapazone iki pusės trijų nakties, likau patenkintas nors kaip minėjau pas
mane integruota paprasta garso plokštė.
Dabar apie tai kaip pas mus su LY3BD tai realizuota.
Kad nereikėtų bandymams daryti viso AD stiprintuvo,maišiklio ir VFO buvo nuspręsta paimti signalą iš esamo transiverio VL-2000.
Tai signalas 500 Khz po pirmo maišiklio.Dviejų tranzistorių buferiukas ir kabeliukas į sienelėje esančią jungtį. Schemoje tai apibrėžta punktyru. Atraminis kvarcas 2048 Khz (Tinka tik tarpiniam su 500Khz) . Po operacinio stiprintuvo I ir Q signalai suformuoti į 12Khz tarpinį dažnumą, keliauja į kompiuterio garso plokštės linijinį įėjimą. Toliau kaip minėjau viskas vyksta programiškai.
Buferio ir kvadratūrinio maišiklio schema Detalių išdėstymas maketo plokštėje "Takelių" pusė
Kondensatoriai C84, C29, C30, C31 15-22 nF 1% tikslumo, tipas K71-7. Kabelis iš transiverio 50om. Programos PowerSDR v 1.8 versiją galima parsisiųsti čia: PowerSDR 180.zip . dėl programos instiliacijos sistema gali paprašyti suinstaliuoti Windows sistemos produktą "Net framework v.1.1" , versija 2.0 netinka. Jei sistema su servisiniais paketais, tikriausiai viskas praeis sėkmingai. Garso kortai reikia papildomai instaliuoti " ASIO " draiverį. Jis čia : Asio4all.zip .
Padariau SDR imtuvu trumpą įrašą 14 mHz . Antena vertikali "MORKA" , bangų sklidimas žemiau vidutinio. Klausyti geriausia su stereo ausinėmis. Įrašo metu dariau perjungimus,- erdvinį garsą, įvairius juostos pločius, DSP, antrą VFO ir t.t. Antras pavyzdėlis, tai LY2D Viktoro signalas 80m diapazone.
SDR 14 mHz , (2,16 Mb) SDR 3.6 mHz (974 Kb)
( Bus daugiau) Justinas LY2BOK