Hallo Habr.
Im
ersten Teil wurden die Haupttypen von SDR-Geräten beschrieben und ihre Eigenschaften kurz beschrieben. Im zweiten Teil werde ich Ihnen mehr über die Vor- und Nachteile von SDR erzählen. Es werden auch Beispiele für die Verwendung dieser Technologie gegeben.
Fortsetzung unter dem Schnitt (vorsichtig, Verkehr).
Wenn jemand den
ersten Teil verpasst hat, ist es ratsam, damit zu beginnen, um besser zu verstehen, worum es geht.
Vorteile von SDR
Lassen Sie uns zunächst über die Vorteile von SDR sprechen und darüber, was sie dem Benutzer bieten. Es ist klar, dass alle Prioritäten unterschiedlich sind, sodass unterschiedliche Elemente verwechselt werden. Welcher von ihnen „wichtiger“ ist, ist schwer zu sagen, aber wahrscheinlich unmöglich, jeder wird für sich selbst entscheiden.
Panorama-Rundfunkbericht
Zunächst und am offensichtlichsten zeigt der SDR das Panorama der Luftwellen „wie es ist“.
Dies ist sowohl hinsichtlich der Sichtbarkeit als auch hinsichtlich der Suche nach neuen Signalen sehr praktisch. Auf dem Bildschirm können Sie beispielsweise sofort sehen, dass ein Sender mit einer um 100 kHz höheren Frequenz arbeitet, verschiedene Interferenzen, neue und besonders kurze Signale usw. sichtbar sind. Signale mit einer sich schnell ändernden Frequenz, beispielsweise auf einem normalen „klassischen“ Empfänger oder Transceiver, sind einfach nicht sichtbar. und die Person wird nicht einmal über ihre Anwesenheit raten.
Jeder kann sehen, wie es aussieht, und hören, was in der Luft passiert, indem er ein
Web-Panorama auf dem niederländischen SZR öffnet. Als Beispiel für ein Bild von dort ist der Betrieb des
Frequenzsprung-Systems deutlich sichtbar (dies ist jedoch nicht genau).
Einstellbare digitale Filter und Soundeffekte
Erfahrene Hobbyisten erinnern sich wahrscheinlich an die Zeiten, als Schmalband-Quarzfilter separat für Radiosender gekauft wurden und nicht so wenig Geld kosteten. Bei billigen Haushaltsempfängern ist die Situation noch schlimmer - die Filter sind dort einfacher und im
Allgemeinen in irgendeiner Weise mit einem chinesischen Zufall konfiguriert, wie es das Glück wollte. Ja, und die Einstellungen in solchen Empfängern sind normalerweise nur zwei - Breit und Schmal. In SDR werden alle Filter mathematisch ausgeführt, sodass jede Filterbreite einfach mit der "Maus" ausgewählt oder in den Einstellungen festgelegt werden kann. Die Rechteckigkeit der Filter kann auch nahezu perfekt sein - mathematisch können Sie eine beliebige Reihenfolge von Filtern auswählen, alles wird nur durch den Algorithmus begrenzt.
In ähnlicher Weise können Rauschunterdrückungseinstellungen, AGC-Koeffizienten usw. eingestellt werden.
Übrigens glauben einige Audiophile, dass „normale“ analoge Filter
wärmer und besser klingen als
Röhrenlampen , das fällt mir schwer zu sagen. Vielleicht beeinflusst die Form digitaler Filter die Wahrnehmung von Schall, es gibt auch ein Feld zum Experimentieren.
Messfähigkeit
SDR ist ein ziemlich genaues Messgerät. Von der banalen Anzeige der Pegel verschiedener Stationen in Dezibel bis zur Beurteilung von Interferenzen, Signalqualität usw. Alle Mängel des eigenen oder eines anderen Signals sind im Spektrum deutlich sichtbar.
Das Bild zeigt beispielsweise das Signal von UKW-Sendern. Sie können sofort sehen, wer wo mit welcher Ebene sendet, welche Sender sich gegenseitig stören.
Sie können SDR auch als Spektrumanalysator verwenden.
Breitbandverarbeitung
Der sofortige Empfang des Signals mit einem breiten Band von mehreren Megahertz eröffnet erstaunliche Möglichkeiten für die Signalverarbeitung. Fans von Morsecode- und Radiowettbewerben können beispielsweise Rufzeichen sofort in einem breiten Band entschlüsseln (obwohl dies meiner Meinung nach unsportlich ist, aber dies ist eine andere Frage).
Sie können auch eine unbegrenzte Anzahl von "virtuellen Empfängern" innerhalb der Bandbreite erstellen. Beispielsweise wird die Decodierung von Amateurfunk-Signalen WSPR auf zwei Bändern gleichzeitig von einem physischen Empfänger gezeigt.
Mit Hilfe von SDR und Virtual Audio Cable können Benutzer mit einer gespaltenen Persönlichkeit zwei Sender gleichzeitig hören, einen im rechten und einen im linken Ohr;)
Es ist davon auszugehen, dass in prof. Geräte, die ein breites Band verarbeiten, bieten großartige Möglichkeiten für die Suche, Klassifizierung, Erkennung
und Unterdrückung verschiedener Signale. Wahrscheinlich wird die Technologie in Radargeräten und anderen Geräten aktiv eingesetzt.
Empfang und Übertragung nahezu jeder Art von Modulation
Die Signalverarbeitung erfolgt auf einem PC, sodass die Rechenkapazitäten nur durch das Vorhandensein der erforderlichen Decoder eingeschränkt sind. AM, FM, WFM, DRM, DAB +, TETRA und viele andere beängstigende Wörter - für fast alle modernen offenen Protokolle finden Sie einen Decoder.
Bisher ist der SDR "zu hart", es ist wahrscheinlich GSM und WiFi, obwohl es einige Fortschritte gibt (
Open BTS ,
WiFi Analyzer ).
Bei der Übertragung können die Eigentümer von URRP oder LimeSDR beispielsweise
mit DAB + experimentieren .
Breitbandaufnahme und -wiedergabe
Weil In SDR werden alle Daten zunächst in digitaler Form geschrieben. Es ist kein Problem, das gesamte Band auf einmal aufzuzeichnen, um sie später anzuhören oder zu analysieren. Eine einzelne Aufzeichnung kann mehrere Radiosender gleichzeitig enthalten, die genauso wie von einem echten Empfänger wiedergegeben werden können. Dies ähnelt einer RAW-Datei von der Kamera, bei der die Nachbearbeitung (Weißabgleich usw.) nach der Aufnahme erfolgen kann.
Der Link enthält
ein Beispiel für eine Aufnahme mit einer Bandbreite von 760 kHz, deren Panorama folgendermaßen aussieht:
In der Aufzeichnung finden Sie viele Dinge gleichzeitig - das Leuchtfeuer der genauen Zeit, Telemetrie, Laufwerksbaken, Rundfunkstationen. Sie können es in
Matlab kostenlosem Programm
HDSDR öffnen . Es gibt nur einen Nachteil, es ist eine große Größe. Eine Minute Aufnahme mit dieser Bitrate dauert 350 MB. Bei echten Aufnahmen ist es natürlich nicht sinnvoll, alles hintereinander zu schreiben. Sie können die Bandbreite je nach Aufgabe auswählen.
Fernarbeit
Ein weiteres sich aktiv entwickelndes Gebiet. Einige SDR-Empfänger und -Transceiver können remote arbeiten - as Da der Empfänger über die IP-Adresse erreichbar ist, gibt es keinen grundsätzlichen Unterschied, er steht neben dem Tisch oder 100 km im Land (natürlich muss die Übertragungsbitrate entsprechend der Breite des Internetkanals eingestellt werden). Angesichts der zunehmenden Einmischung in Städte kann dies sehr relevant werden.
Ingenieur- und Forschungsaufgaben
Natürlich gibt es bei der Breitbandaufzeichnung und -wiedergabe großartige Möglichkeiten zum Debuggen verschiedener Signale, Protokolle, Testen von DSP-Methoden usw. Spezielle Geräte für Forschungszwecke (USRP) ermöglichen die Arbeit mit Vollduplex, können auch mehrere Eingänge haben und können synchronisiert werden, was das Testen ermöglicht Algorithmen wie Peilung.
Mit GNU Radio können Sie komplexe Signalverarbeitungssysteme mit einer großen Anzahl von Standardeinheiten erstellen und testen.
Ich hoffe, die Vorteile sind klar, lassen Sie uns über die Nachteile sprechen.
SDR Nachteile
Nur stationäre Arbeit
Der Hauptnachteil für die meisten Benutzer - SDR ist eigentlich ein stationäres Desktop-Gerät. Das Mitnehmen ist sehr unpraktisch und unangenehm. In Städten liegt der Interferenzpegel leider häufig außerhalb der Karten, und es gibt praktisch keine tragbaren Empfänger mit SDR- und IQ-Aufzeichnung.
In den letzten Jahren tauchten immer mehr Empfänger und Transceiver auf, die mit SDR-Technologie hergestellt wurden, aber ein kompaktes und leichtes Gerät, das einfach mitgenommen werden konnte, solange es noch keinen Markt gibt. Wenn Sie möchten, können Sie natürlich einen Laptop, einen SDR, eine Antenne, Kabel, Adapter und eine Powerbank mitnehmen, aber all dies ist ziemlich umständlich und unpraktisch. Der Markt für tragbare SDR-Geräte existiert de facto nicht. Von den Ausnahmen vielleicht
RDR-Pocket , aber der Preis liegt bei ca. 1500 Euro und ist nur auf Bestellung erhältlich. Moderne Technologien machen es möglich, solche Geräte herzustellen, aber es besteht einfach kein Lösungsmittelbedarf für sie.
Preis
Wie aus der Beschreibung hervorgeht, ist ein guter SDR ein ziemlich teures Gerät. Ultraschnelle ADCs und FPGAs, rauscharme Eingangsstufen, mehrschichtige Leiterplatten, hochwertige Filter usw. - der Preis für eine gute DDC-SDR beginnt bei 500 USD und höher, und Sie können dies nicht billig tun. Professionelle Empfänger (USRP, Winradio) kosten ab 1.500 USD.
Es gibt jedoch auch Fortschritte. Ziemlich gute SDRPlay-Empfänger mit einem Bereich von 10 kHz bis 2 GHz werden für 150 US-Dollar verkauft, und obwohl dies kein DDC und kein ADC mit nur 12 Bit ist, reicht dies für die meisten Empfangsaufgaben aus. "Whistles" von RTL-SDR für 30 US-Dollar haben wahrscheinlich schon jeden Funkamateur. Für Fans von UKW und Signalverarbeitung gibt es preiswerte LimeSDR, die zu einem Preis von 200-300 US-Dollar den Bereich bis zu 6 GHz abdecken.
Der komplexe algorithmische Teil
Es ist klar, dass sich ernsthafte Simulationen der digitalen Signalverarbeitung hinter der externen Einfachheit und Bequemlichkeit „verstecken“. In den letzten 10 Jahren wurde eine große Anzahl verschiedener Software für SDR erstellt, und höchstwahrscheinlich muss der durchschnittliche Benutzer nichts hinzufügen. Wenn Sie jedoch etwas reparieren oder ein eigenes erstellen möchten, ist dies nicht so einfach. Die „Eintrittsschwelle“ ist ziemlich hoch.
Stromverbrauch und Prozessoranforderungen
Es ist auch offensichtlich, dass der Stromverbrauch ziemlich hoch ist, ebenso wie die Anforderungen an die CPU und die Grafikkarte. Das übliche "klassische" Radio kann einen Monat lang mit Batterien arbeiten, der DDC SDR verbraucht während des Betriebs mindestens 1-2A.
Fazit
Im vorigen Teil haben sich einige gefragt, warum dies überhaupt notwendig ist. Ich hoffe, dass es teilweise gelungen ist, diese Frage zu beantworten.
Alles, was geplant war, passte wieder nicht in einen Artikel. Im nächsten Teil werden wir uns die Softwareschnittstelle zum SDR-Empfänger in Python ansehen und vielleicht ein wenig mit GNU Radio arbeiten.