Salut, Habr.
Poursuivant la série d'articles sur la radio, il est logique de parler des dernières réalisations dans ce domaine - Radio définie par logiciel. Je ne connais pas une traduction adéquate du terme en russe, alors laissons cela comme ça, et le terme SDR a déjà pris racine dans les cercles techniques et amateurs.
Au cours des 100 dernières années, la radio a tellement changé qu'il est peu probable que l'ingénieur de l'époque ait compris comment cela fonctionne.
Nous essayons toujours de le comprendre.
L'histoire
L'idée de la radio définie par logiciel repose sur deux piliers:
- Transmission à large bande d'une radio à un ordinateur. La largeur de la bande traitée peut aller de 48 KHz (carte son PC) à 50 MHz (ADC ultrarapide avec transmission de signal via Gigabit Ethernet ou USB3.0).
- Démodulation du signal - tout ce qu'un récepteur radio "normal" (AM, FM, filtres, etc.) fait en matériel - en SDR, cela se fait sur un ordinateur en utilisant des algorithmes mathématiques. La radio elle-même, bien sûr, est toujours nécessaire, mais seule sa «moitié» est la partie qui reçoit réellement le signal radio.
Comme suggéré dans les commentaires, le SDR, en principe, peut fonctionner de manière autonome, sans PC, si tous les «calculs» sont effectués directement dans l'appareil. Cependant, il est plutôt exotique, nous considérerons donc les récepteurs "ordinaires". Bien que récemment, de nouveaux modèles de récepteurs et d'émetteurs-récepteurs ont commencé à être fabriqués sur le principe du SDR, ce qui bien sûr est bon.
Il est assez difficile de dire la date exacte à laquelle les premiers récepteurs SDR ont été mis en vente. L'idée même de numériser les signaux radio avec une carte son existe depuis longtemps - par exemple, les messages RTTY ou de pagination ont été décodés, mais il n'y avait pas d'algorithmes appropriés pour combiner tout cela ensemble.
La première version de Winrad date de 2007, et elle ressemblait à quelque chose comme ça (vous pouvez faire attention aux exigences du système :)
Comme vous pouvez le voir, l'interface est très minimaliste, mais le programme savait déjà jouer AM, FM, USB et LSB et montrer le spectre du signal. Comparé à la bande passante de la sortie casque habituelle de n'importe quel récepteur, c'était ... enfin, presque une percée. Bien sûr, dans le prof. Les consoles panoramiques existaient auparavant dans les systèmes, mais elles étaient pratiquement inaccessibles aux simples mortels, et tout le monde a une carte son dans un PC.
Une solution budgétaire typique pour les amateurs de radio amateur était les récepteurs Softrock - récepteurs mono-bande, contenu en quartz commutable, mélangeur et sortie de carte son.
Bien sûr, ce n'était que le début. Des récepteurs à fréquence accordable sont apparus, et en seulement 2 ans, Winrad a sensiblement évolué, et en 2010, il ressemblait déjà à ceci:
Des solutions professionnelles ont commencé à apparaître, puis en 2010 le Perseus SDR est apparu - un récepteur avec un ADC DDC 14 bits, une plage de fréquences de 10KHz-30MHz et une bande passante de 1,6MHz (en principe, les paramètres sont tout à fait suffisants pour aujourd'hui).
Le prix du récepteur était de 825 euros, ce qui n'était pas si petit pour ces années.
Soit dit en passant, la page
http://microtelecom.it/perseus/ existe toujours, et des captures d'écran pour XP y sont également accrochées, bien que le récepteur soit vendu ou non, ce n'est pas clair.
Le début a été fait, puis, comme on dit, c'est une question de technologie - différents modèles ont commencé à apparaître, les puces ont commencé à devenir moins chères, etc. La prochaine percée dans la technologie amateur a été l'apparition d'un récepteur sur la puce rtl-sdr. Le message du forum
radioscanner 2012 peut être cité mot pour mot, comme on dit, ne diminue pas, n'ajoute pas:
Il s'est avéré que les dongles DVB basés sur la puce Realtek RTL2832U, parfois annoncés également comme prenant en charge FM, DAB (+), sont capables de transmettre un flux de quadrature 8 bits à un ordinateur avec une fréquence d'échantillonnage d'environ 3 MSPS.
La plage acceptée est limitée au tuner utilisé dans un modèle de dongle particulier, par exemple, l'Elonics E4000 de 64 à 1700 MHz. Ce tuner est également utilisé dans le dongle FunCube, mais avec un LNA en option.
Un projet est basé sur cela. Les signaux TETRA (~ 430 MHz) et satellites de Turaia (~ 1550 MHz) ont déjà été reçus avec succès, ce qui est très, très bon pour la quadrature 8 bits.En général, il s'est avéré que les récepteurs USB-TV bon marché au prix de 10 à 20 $ après remplacement du pilote peuvent donner un flux IQ, ce qui vous permet de les utiliser avec le logiciel SDR existant. Les récepteurs eux-mêmes ressemblaient à ceci:
Les 1-2 premières années du sens de rtl-sdr étaient assez petites - il n'y avait tout simplement pas de logiciel intéressant pour eux. Puis vint SDR #, divers plugins, une communauté de passionnés commença à se développer, et maintenant rtl-sdr est probablement le récepteur SDR le plus populaire (principalement en raison du prix). Les versions modernes de RTL SDR V3 peuvent déjà accepter le HF (bien qu'avec une petite sensibilité et dynamique), mais au prix de 30 $ et c'est très bien. Comment RTL SDR fonctionne sur HF, vous pouvez regarder
la vidéo .
Types de DTS
Les DTS existants peuvent être divisés en 3 types:
- Modèles déjà obsolètes basés sur une carte son - la numérisation du signal en eux se produit dans le PC, et le signal est transmis à l'entrée ligne via un câble audio. Maintenant, ils ont été abandonnés depuis longtemps, mais peuvent parfois apparaître sur un marché aux puces. Dans l'ensemble, cela n'a aucun sens, à moins qu'ils ne le donnent gratuitement - le prix d'une bonne carte son dépassera le prix du SDR lui-même.
Les personnes intéressées par «l'archéologie numérique» peuvent lire des messages sur
cqham pour 2010 sur le choix d'une carte son pour SDR.
- SDR avec ADC intégrés et transmission de signaux à un PC au format numérique. Ce sont la majorité des appareils modernes de milieu de gamme. Ils sont construits sur le principe de
la réception hétérodyne , seulement après le transfert de la fréquence, au lieu du bloc LF, est l'ADC. Ces récepteurs ont une bande passante de 2 à 10 MHz, il existe différents modèles pour différentes fréquences et gammes (rtl sdr, SDRPlay, Airspy). L'inconvénient de tout récepteur superhétérodyne est la présence de
canaux de réception en miroir - puisque les filtres ne sont pas idéaux, les stations sont reçues là où elles ne le sont vraiment pas. Même si les filtres sont plus ou moins bons, les signaux des stations puissantes peuvent toujours «s'infiltrer» et jouer sous forme d'interférences.
- DDC (conversion directe vers le bas) SDR. Il s'agit de la technologie la plus avancée à ce jour. L'essentiel, c'est qu'un oscillateur local n'est pas nécessaire ici - un ADC ultrarapide avec une fréquence d'échantillonnage de l'ordre de 100 millions d'échantillons / s numérise le signal d'entrée directement de l'éther, ce qui permet (selon le théorème de Kotelnikov / Shannon) de recevoir jusqu'à une fréquence égale à la moitié de la fréquence d'échantillonnage, c'est-à-dire dans notre exemple, jusqu'à 50 MHz. Ceux qui le souhaitent peuvent le découvrir par eux-mêmes - bien sûr, il n'est pas transmis à un ordinateur, mais traité dans un FPGA haute vitesse directement sur la carte, et la bande souhaitée (généralement jusqu'à 6 MHz) est transmise à l'ordinateur. Un tel récepteur n'a pas de canaux miroirs, et tout va bien (sauf pour le prix :).
La limite supérieure de la fréquence des récepteurs DDC est généralement limitée à 30-50 MHz, car Soit il n'y a pas d'ADC plus rapides en vente, soit ils coûtent de l'argent (en passant, les ADC ultrarapides semblent tomber dans les restrictions américaines sur la fourniture de composants électroniques de haute technologie aux pays du tiers monde, mais ce n'est pas exact). Leur plus haut de gamme, qu'il était possible de voir dans les listes de prix -
Flex 6600 avec ADC 16 bits 245,76 Mps coûte environ 4000 $, soit ils peuvent être reçus en mode DDC jusqu'à une fréquence de 122 MHz. Il est peu probable que nous voyions bientôt des récepteurs DDC jusqu'à gigahertz, bien que nous le souhaiterions. Y a-t-il quelque chose de plus rapide, par exemple pour un militaire - il y a probablement quelqu'un qui sait, écrivez dans les commentaires.
Un autre paramètre important est le
type de connexion . La plupart des SDR sont connectés via USB, mais il existe des modèles avec un port LAN (Afedri, Colibri):
Cela peut être pratique pour organiser la réception ou la transmission à distance - le récepteur ou l'émetteur-récepteur peut être placé dans le pays / dans le village et utilisé depuis la ville. KiwiSDR fabrique même des appareils prêts à l'emploi auxquels vous pouvez accéder directement via l'interface Web. Les propriétaires de KiwiSDR peuvent même «partager» leur récepteur avec d'autres, vous pouvez voir une liste des appareils disponibles sur
https://sdr.hu .
Le dernier paramètre, mais non moins important, est la
capacité ADC . Les SDR RTL bon marché n'ont que des ADC 8 bits, et cela ne suffit pas, le récepteur est facilement surchargé de signaux forts, un atténuateur et un présélecteur sont extrêmement souhaitables. SDRPlay a un ADC 12 bits, les modèles plus chers ont 14 bits, ce qui est suffisant dans la plupart des cas. Les ADC haut de gamme sont des CAN 16 bits et, en principe, toutes les antennes ne sont pas capables de fournir une gamme de signaux pouvant surcharger un tel récepteur.
Et enfin, sur les prix. Leur gamme varie considérablement, de 30 $ pour RTL SDR v3, 150 $ pour SDRPlay RSP2 à 600 $ pour ELAD FDM-S2. Les émetteurs-récepteurs SDR (capables de fonctionner non seulement à la réception mais aussi à la transmission) sont plus chers, SunSDR2 coûte environ 1500 $, FLEX-6400 coûte 2000 $.
Il faut également mentionner les cartes pour le traitement numérique du signal. Il s'agit par exemple de HackRF, LimeSDR, USRP, Red Pitaya. Ces appareils étaient à l'origine destinés à des expériences avec des signaux radio dans le «bureau», et ils n'étaient tout simplement pas conçus pour la réception à longue distance - il n'y a souvent tout simplement pas d'amplificateur ou d'atténuateur ou de filtres dans le circuit. Ils attraperont quelque chose, mais c'est très mauvais, ou ils auront besoin d'une «fin de fichier». Ils peuvent également travailler sur la transmission, mais avec une capacité d'environ 100 mW (où «m» est milli et non méga;), et souvent il n'y a tout simplement pas de logiciel autre qu'une paire de DLL et SDK pour eux.
La raison pour laquelle tout cela est nécessaire, les avantages et les inconvénients de SDR et comment obtenir des données à partir de SDR en utilisant Python, seront discutés dans la deuxième partie.