सॉफ्टवेयर डिफाइंड रेडियो - यह कैसे काम करता है? भाग 1

हाय, हैब्र।

रेडियो के बारे में लेखों की श्रृंखला को जारी रखते हुए, इस क्षेत्र में नवीनतम उपलब्धियों के बारे में बात करना समझ में आता है - सॉफ्टवेयर डिफाइंड रेडियो। मुझे इस शब्द का रूसी में पर्याप्त अनुवाद नहीं पता है, इसलिए इसे ऐसे ही छोड़ दें, और एसडीआर शब्द पहले ही तकनीकी और शौकिया हलकों में जड़ ले चुका है।

पिछले 100 वर्षों में, रेडियो इतना बदल गया है कि यह संभावना नहीं है कि तत्कालीन इंजीनियर समझ गए होंगे कि यह कैसे काम करता है।



हम अभी भी यह पता लगाने की कोशिश करते हैं।

कहानी

सॉफ्टवेयर परिभाषित रेडियो विचार दो स्तंभों पर आधारित है:

• एक रेडियो से एक कंप्यूटर तक ब्रॉडबैंड ट्रांसमिशन। संसाधित बैंड की चौड़ाई 48KHz (पीसी साउंड कार्ड) से 50MHz (गिगाबिट ईथरनेट या USB3.0 के माध्यम से सिग्नल ट्रांसमिशन के साथ अल्ट्राफास्ट एडीसी) हो सकती है।
• सिग्नल डिमोड्यूलेशन - वह सब जो एक "सामान्य" रेडियो रिसीवर (एएम, एफएम, फिल्टर, आदि) हार्डवेयर में करता है - एसडीआर में यह गणितीय एल्गोरिदम का उपयोग करके कंप्यूटर पर किया जाता है। रेडियो, बेशक, अभी भी जरूरत है, लेकिन केवल इसका "आधा" वह हिस्सा है जो वास्तव में रेडियो सिग्नल प्राप्त करता है।

जैसा कि टिप्पणियों में सुझाया गया है, एसडीआर, सिद्धांत रूप में, पीसी के बिना, स्वायत्त रूप से काम कर सकता है, अगर डिवाइस में सभी "गणित" सही तरीके से किए जाते हैं। हालांकि, यह बल्कि विदेशी है, इसलिए हम रिसीवर को "साधारण" पर विचार करेंगे। यद्यपि हाल ही में, एसडीआर के सिद्धांत पर रिसीवर और ट्रांससीवर्स के नए मॉडल बनाए जाने लगे, जो निश्चित रूप से अच्छा है।

पहले एसडीआर रिसीवर्स की बिक्री के समय इसकी सटीक तारीख बताना काफी मुश्किल है। साउंड कार्ड के साथ रेडियो संकेतों को डिजिटल करने का बहुत विचार लंबे समय से अस्तित्व में था - उदाहरण के लिए, आरटीटीवाई या पेजिंग संदेशों को डिकोड किया गया था, लेकिन इन सभी को एक साथ संयोजित करने के लिए कोई उपयुक्त एल्गोरिदम नहीं थे।

Winrad का पहला संस्करण 2007 से है, और यह कुछ इस तरह दिखता था (आप सिस्टम आवश्यकताओं पर ध्यान दे सकते हैं :)



जैसा कि आप देख सकते हैं, इंटरफ़ेस बहुत न्यूनतर है, लेकिन कार्यक्रम पहले से ही जानता है कि एएम, एफएम, यूएसबी और एलएसबी कैसे खेलें, और सिग्नल स्पेक्ट्रम दिखाएं। किसी भी रिसीवर के सामान्य हेडफोन आउटपुट की बैंडविड्थ की तुलना में, यह ... ठीक है, लगभग एक सफलता थी। बेशक, प्रो। पैनोरामिक कंसोल सिस्टम में पहले से मौजूद थे, लेकिन यह केवल नश्वरता के लिए व्यावहारिक रूप से दुर्गम था, और सभी में एक पीसी में एक साउंड कार्ड होता है।

शौकिया रेडियो के प्रति उत्साही के लिए एक विशिष्ट बजट समाधान सॉफ्टरॉक रिसीवर थे - एकल-बैंड रिसीवर, स्विचेबल क्वार्ट्ज सामग्री, एक मिक्सर और साउंड कार्ड आउटपुट।



बेशक, यह केवल शुरुआत थी। ट्यून करने योग्य फ़्रीक्वेंसी रिसीवर्स दिखाई दिए, और केवल 2 वर्षों में विनेराड का विकास हुआ और 2010 में यह पहले से ही इस तरह दिख रहा था:



पेशेवर समाधान दिखाई देने लगे, फिर 2010 में पर्सियस एसडीआर दिखाई दिया - 14-बिट डीडीसी एडीसी के साथ एक रिसीवर, 10KHz-30MHz की आवृत्ति रेंज और 1.6MHz की बैंडविड्थ (सिद्धांत रूप में, पैरामीटर आज के लिए काफी पर्याप्त हैं)।

रिसीवर की कीमत 825 यूरो थी, जो उन वर्षों के लिए इतना छोटा नहीं था।



वैसे, पृष्ठ http://microtelecom.it/perseus/ अभी भी मौजूद है, और XP के लिए स्क्रीनशॉट भी इस पर लटकाए जाते हैं, हालांकि रिसीवर बेचा जाता है या नहीं, यह स्पष्ट नहीं है।

शुरुआत की गई थी, फिर, जैसा कि वे कहते हैं, यह प्रौद्योगिकी का मामला है - विभिन्न मॉडल दिखाई देने लगे, चिप्स सस्ता होने लगे, और इसी तरह। शौकिया प्रौद्योगिकी में अगली सफलता rtl-sdr चिप पर एक रिसीवर की उपस्थिति थी। 2012 के रेडियोसैनर फोरम के संदेश को शब्दशः उद्धृत किया जा सकता है, क्योंकि वे कहते हैं, न कि कम हो, न जोड़ें:

यह पता चला है कि Realtek RTL2832U चिप पर आधारित DVB डोंगल, कभी-कभी FM, DAB (+) के रूप में भी विज्ञापित, लगभग 3 MSPS के सैंपल फ्रीक्वेंसी के साथ 8 बिट क्वाड्रैचर की धारा को कंप्यूटर में संचारित करने में सक्षम हैं।

स्वीकृत सीमा एक विशेष डोंगल मॉडल में उपयोग किए जाने वाले ट्यूनर तक सीमित है, उदाहरण के लिए, एलोनिक्स ई 4000 64 से 1700 मेगाहर्ट्ज तक। इस ट्यूनर का उपयोग फनक्यूब डोंगल में भी किया जाता है, लेकिन एक वैकल्पिक LNA के साथ।

एक परियोजना इस पर आधारित है। टेट्रा (~ 430 मेगाहर्ट्ज) और तुरिया के उपग्रह संकेत (~ 1550 मेगाहर्ट्ज) पहले ही सफलतापूर्वक प्राप्त हो चुके हैं, जो कि 8-बिट क्वाड्रचर के लिए बहुत अच्छा है।

सामान्य तौर पर, जैसा कि यह पता चला है, ड्राइवर को बदलने के बाद $ 10-20 की कीमत वाले सस्ते यूएसबी-टीवी रिसीवर एक आईक्यू स्ट्रीम दे सकते हैं, जो आपको मौजूदा एसडीआर सॉफ्टवेयर के साथ उनका उपयोग करने की अनुमति देता है। रिसीवर खुद इस तरह दिखते थे:



Rtl-sdr का पहला 1-2 साल बहुत छोटा था - बस उनके लिए कोई दिलचस्प सॉफ्टवेयर नहीं था। फिर एसडीआर # आया, विभिन्न प्लगइन्स, उत्साही लोगों का एक समुदाय बढ़ने लगा, और अब आरटीएल-एसडीआर संभवतः सबसे लोकप्रिय (मुख्य रूप से कीमत के कारण) एसडीआर रिसीवर है। आरटीएल एसडीआर वी 3 के आधुनिक संस्करण पहले से ही एचएफ (एक छोटी संवेदनशीलता और गतिशीलता के साथ) स्वीकार कर सकते हैं, लेकिन $ 30 की कीमत पर और यह बहुत अच्छा है। आरटीएल एसडीआर एचएफ पर कैसे काम करता है, आप वीडियो देख सकते हैं।

एसडीआर के प्रकार

मौजूदा एसडीआर को 3 प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:

- पहले से ही अप्रचलित मॉडल एक साउंड कार्ड के आधार पर - पीसी में उन में सिग्नल का डिजिटलीकरण होता है, और सिग्नल एक ऑडियो केबल के माध्यम से लाइन इनपुट को प्रेषित होता है। अब वे लंबे समय तक बंद कर दिए गए हैं, लेकिन कभी-कभी पिस्सू बाजार में दिखाई दे सकते हैं। लेने और देने के लिए, इसका कोई मतलब नहीं है, जब तक कि वे इसे मुफ्त में न दें - एक अच्छे साउंड कार्ड की कीमत एसडीआर की कीमत से अधिक हो जाएगी। "डिजिटल पुरातत्व" में रुचि रखने वाले लोग एसडीआर के लिए साउंड कार्ड चुनने के बारे में 2010 के लिए cqham पर संदेश पढ़ सकते हैं।

- अंतर्निहित एडीसी के साथ एसडीआर और पीसी को डिजिटल प्रारूप में सिग्नल प्रेषित करना। ये आधुनिक मध्य-श्रेणी के अधिकांश उपकरण हैं। वे हेटेरोडाइन रिसेप्शन के सिद्धांत पर निर्मित होते हैं, केवल आवृत्ति के हस्तांतरण के बाद, एलएफ ब्लॉक के बजाय, एडीसी है। इस तरह के रिसीवर्स में 2 से 10 मेगाहर्ट्ज की बैंडविड्थ होती है, अलग-अलग फ्रीक्वेंसी और रेंज (rtl sdr, SDRPlay, Airspy) के लिए अलग-अलग मॉडल होते हैं। किसी भी सुपरहीटरोडाइन रिसीवर का नुकसान दर्पण रिसेप्शन चैनलों की उपस्थिति है - चूंकि फ़िल्टर आदर्श नहीं हैं, स्टेशन प्राप्त होते हैं जहां वे वास्तव में नहीं हैं। भले ही फिल्टर अधिक या कम अच्छे हों, शक्तिशाली स्टेशनों के संकेत अभी भी "के माध्यम से रेंगना" और हस्तक्षेप के रूप में खेल सकते हैं।

- डीडीसी (सीधे नीचे रूपांतरण) एसडीआर। यह अब तक की सबसे उन्नत तकनीक है। लब्बोलुआब यह है कि एक स्थानीय थरथरानवाला की यहाँ ज़रूरत नहीं है - 100 मिलियन नमूनों के क्रम के नमूने की आवृत्ति के साथ एक अल्ट्राफास्ट एडीसी / ईथर से सीधे इनपुट सिग्नल को डिजिटलाइज़ करता है, जो कि (कोटेलनिकोव (शैनन प्रमेय के अनुसार) आधे नमूने की आवृत्ति के बराबर आवृत्ति प्राप्त करने की अनुमति देता है, अर्थात। हमारे उदाहरण में, 50 मेगाहर्ट्ज तक। जो लोग इसे अपने दम पर समझ सकते हैं - बेशक, यह एक कंप्यूटर को प्रेषित नहीं किया जाता है, लेकिन सीधे बोर्ड पर एक उच्च गति वाले एफपीजीए में संसाधित होता है, और वांछित बैंड (आमतौर पर 6 मेगाहर्ट्ज तक) कंप्यूटर को प्रेषित होता है। इस तरह के एक रिसीवर में दर्पण चैनल नहीं होते हैं, और इसमें सब कुछ ठीक है (कीमत को छोड़कर :)।



डीडीसी रिसीवर की आवृत्ति की ऊपरी सीमा आमतौर पर 30-50 मेगाहर्ट्ज तक सीमित होती है, क्योंकि या तो बिक्री पर कोई तेजी से एडीसी नहीं हैं, या वे अंतरिक्ष पैसे खर्च करते हैं (वैसे, अल्ट्राफास्ट एडीसी तीसरी दुनिया के देशों को उच्च तकनीक वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की आपूर्ति पर अमेरिकी प्रतिबंधों में आते हैं, लेकिन यह सटीक नहीं है)। उनके सबसे शीर्ष पायदान, कि यह मूल्य सूचियों में देखना संभव था - फ्लेक्स 6600 16bit 245.76Msps ADC के साथ लगभग 4000 डॉलर, यानी। वे DDC मोड में 122 MHz की आवृत्ति तक प्राप्त कर सकते हैं। यह संभावना नहीं है कि हम जल्द ही डीडीसी रिसीवरों को गिगाहर्ट्ज़ तक देखेंगे, हालांकि हम चाहेंगे। क्या कुछ तेज है, उदाहरण के लिए एक सेना के लिए - शायद कोई ऐसा व्यक्ति है जो जानता है, टिप्पणियों में लिखें।

एक अन्य महत्वपूर्ण पैरामीटर कनेक्शन का प्रकार है । अधिकांश SDR USB के माध्यम से जुड़े होते हैं, लेकिन एक LAN पोर्ट (Afedri, Colibri) के साथ मॉडल होते हैं:



यह रिमोट रिसेप्शन या ट्रांसमिशन के आयोजन के लिए सुविधाजनक हो सकता है - रिसीवर या ट्रांसीवर को देश में / गांव में रखा जा सकता है, और शहर से उपयोग किया जा सकता है। KiwiSDR यहां तक ​​कि तैयार किए गए डिवाइस भी बनाता है जिन्हें आप सीधे वेब-आधारित इंटरफ़ेस के माध्यम से एक्सेस कर सकते हैं। KiwiSDR के मालिक अपने रिसीवर को दूसरों के साथ "साझा" भी कर सकते हैं, आप https://sdrrhu पर उपलब्ध उपकरणों की सूची देख सकते हैं।

अंतिम, लेकिन कोई कम महत्वपूर्ण पैरामीटर एडीसी क्षमता नहीं है । सस्ते आरटीएल एसडीआर में केवल 8 बिट एडीसी होते हैं, और यह पर्याप्त नहीं है, रिसीवर को मजबूत संकेतों के साथ आसानी से ओवरलोड किया जाता है, एक एटेन्यूएटर और एक प्राइसेलेटर इसके लिए बेहद वांछनीय है। SDRPlay में 12-बिट ADC है, अधिक महंगे मॉडल में 14-बिट है, जो अधिकांश मामलों के लिए पर्याप्त है। टॉप-एंड 16-बिट एडीसी हैं, और सिद्धांत रूप में, प्रत्येक एंटीना संकेतों की एक श्रृंखला देने में सक्षम नहीं है जो इस तरह के रिसीवर को अधिभारित कर सकता है।

और अंत में, कीमतों के बारे में। उनकी सीमा बहुत भिन्न होती है, RTL SDR v3 के लिए $ 30 से, SDRPlay RSP2 के लिए $ 150 ELAD FDM-S2 के लिए $ 600 तक। एसडीआर ट्रांससीवर्स (न केवल रिसेप्शन पर बल्कि ट्रांसमिशन पर काम करने में सक्षम) अधिक महंगे हैं, SunSDR2 की लागत लगभग 1,500 डॉलर, फ्लेक्स -6400 की लागत $ 2,000 है।

हमें डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग के लिए बोर्डों का भी उल्लेख करना चाहिए। यह उदाहरण के लिए, HackRF, LimeSDR, USRP, Red Pitaya है। इन उपकरणों को मूल रूप से "डेस्कटॉप" के भीतर रेडियो सिग्नल के प्रयोगों के लिए बनाया गया था, और वे केवल लंबी दूरी के रिसेप्शन के लिए डिज़ाइन नहीं किए गए थे - अक्सर सर्किट में कोई एम्पलीफायर या एटेन्यूएटर या फिल्टर नहीं होता है। वे कुछ पकड़ लेंगे, लेकिन यह बहुत बुरा है, या उन्हें "फ़ाइल पूर्णता" की आवश्यकता होगी। वे ट्रांसमिशन पर भी काम कर सकते हैं, लेकिन लगभग 100mW की क्षमता के साथ (जहां "m" मिलि और मेगा नहीं है;), और अक्सर उनके लिए DLL और SDK की जोड़ी के अलावा कोई सॉफ्टवेयर नहीं होता है।

यह सब क्यों आवश्यक है, इसके बारे में, एसडीआर के फायदे और नुकसान, और पायथन का उपयोग करके एसडीआर से डेटा कैसे प्राप्त करें, दूसरे भाग में चर्चा की जाएगी।