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