Hai, Habr.
Melanjutkan serangkaian artikel tentang radio, masuk akal untuk berbicara tentang pencapaian terbaru di bidang ini - Software Defined Radio. Saya tidak tahu terjemahan yang memadai dari istilah tersebut ke dalam bahasa Rusia, jadi biarkan saja seperti itu, dan istilah SDR telah berakar di kalangan teknis dan amatir.
Selama 100 tahun terakhir, radio telah banyak berubah sehingga tidak mungkin insinyur saat itu akan mengerti cara kerjanya.
Kami masih mencoba mencari tahu.
Ceritanya
Ide radio yang didefinisikan perangkat lunak didasarkan pada dua pilar:
- Transmisi broadband dari radio ke komputer. Lebar pita yang diproses dapat dari 48KHz (kartu suara PC) hingga 50MHz (ADC ultra cepat dengan transmisi sinyal melalui Gigabit Ethernet atau USB3.0).
- Demodulasi sinyal - semua yang dilakukan oleh penerima radio "normal" (AM, FM, filter, dll.) Dalam perangkat keras - dalam SDR, ini dilakukan pada komputer menggunakan algoritma matematika. Radio itu sendiri, tentu saja, masih diperlukan, tetapi hanya "setengahnya" adalah bagian yang benar-benar menerima sinyal radio.
Seperti yang disarankan dalam komentar, SDR, pada prinsipnya, dapat bekerja secara mandiri, tanpa PC, jika semua "matematika" dilakukan dengan benar di perangkat. Namun, ini agak eksotis, jadi kami akan menganggap penerima "biasa". Meskipun baru-baru ini, model penerima dan transceiver baru mulai dibuat berdasarkan prinsip SDR, yang tentu saja bagus.
Cukup sulit menentukan tanggal pasti kapan penerima SDR pertama sedang dijual. Ide digitalisasi sinyal radio dengan kartu suara sudah ada sejak lama - misalnya, RTTY atau pesan halaman diterjemahkan, tetapi tidak ada algoritma yang cocok untuk menggabungkan semua ini bersama-sama.
Versi pertama dari tanggal Winrad dari 2007, dan itu terlihat seperti ini (Anda dapat memperhatikan persyaratan sistem :)
Seperti yang Anda lihat, antarmuka sangat minimalis, tetapi program sudah tahu cara memainkan AM, FM, USB dan LSB, dan menunjukkan spektrum sinyal. Dibandingkan dengan bandwidth output headphone yang biasa dari setiap receiver, itu ... yah, hampir merupakan terobosan. Tentu saja, dalam prof. konsol panorama ada di sistem sebelumnya, tapi itu praktis tidak dapat diakses oleh manusia biasa, dan setiap orang memiliki kartu suara di PC.
Solusi anggaran tipikal untuk penggemar radio amatir adalah penerima Softrock - penerima band tunggal, konten kuarsa yang dapat dialihkan, mixer dan output kartu suara.
Tentu saja, ini hanya permulaan. Penerima frekuensi merdu muncul, dan hanya dalam 2 tahun Winrad telah berkembang, dan pada 2010 sudah terlihat seperti ini:
Solusi profesional mulai muncul, kemudian pada 2010 Perseus SDR muncul - penerima dengan 14-bit DDC ADC, rentang frekuensi 10KHz-30MHz dan bandwidth 1,6MHz (pada prinsipnya, parameternya cukup memadai untuk saat ini).
Harga penerima adalah 825 Euro, yang tidak terlalu kecil untuk tahun-tahun itu.
By the way, halaman
http://microtelecom.it/perseus/ masih ada, dan screenshot untuk XP juga bertahan, meskipun receiver dijual atau tidak, tidak jelas.
Awalnya dibuat, kemudian, seperti yang mereka katakan, ini masalah teknologi - model yang berbeda mulai muncul, chip mulai menjadi lebih murah, dan sebagainya. Terobosan berikutnya dalam teknologi amatir adalah penampilan penerima pada chip rtl-sdr. Pesan dari forum
radioscanner 2012 dapat dikutip kata demi kata, seperti yang mereka katakan, tidak berkurang, tidak menambahkan:
Ternyata dongle DVB berdasarkan chip Realtek RTL2832U, terkadang diiklankan juga sebagai pendukung FM, DAB (+), mampu mentransmisikan aliran quadrature 8 bit ke komputer dengan frekuensi sampling sekitar 3 MSPS.
Rentang yang diterima terbatas pada tuner yang digunakan dalam model dongle tertentu, misalnya, Elonics E4000 dari 64 hingga 1700 MHz. Tuner ini juga digunakan dalam dongle FunCube, tetapi dengan LNA opsional.
Sebuah proyek didasarkan pada ini. TETRA (~ 430 MHz) dan sinyal satelit Turaia (~ 1550 MHz) telah berhasil diterima, yang sangat, sangat baik untuk quadrature 8-bit.Secara umum, ternyata, receiver USB-TV murah dengan harga $ 10-20 setelah mengganti driver dapat memberikan aliran IQ, yang memungkinkan Anda untuk menggunakannya dengan perangkat lunak SDR yang ada. Penerima itu sendiri terlihat seperti ini:
1-2 tahun pertama dari pengertian rtl-sdr cukup kecil - tidak ada perangkat lunak yang menarik bagi mereka. Kemudian muncul SDR #, berbagai plugin, komunitas penggemar mulai tumbuh, dan sekarang rtl-sdr mungkin adalah penerima SDR yang paling populer (terutama karena harga). Versi modern RTL SDR V3 sudah dapat menerima HF (walaupun dengan sensitivitas dan dinamika kecil), tetapi dengan harga $ 30 dan ini sangat bagus. Bagaimana RTL SDR bekerja pada HF, Anda dapat menonton
video .
Jenis SDR
SDR yang ada dapat dibagi menjadi 3 jenis:
- Model yang sudah usang berdasarkan kartu suara - digitalisasi sinyal di dalamnya terjadi di PC, dan sinyal ditransmisikan ke input saluran melalui kabel audio. Sekarang mereka telah lama dihentikan, tetapi kadang-kadang dapat muncul di pasar loak. Untuk mengambil, pada umumnya, tidak masuk akal, kecuali mereka memberikannya secara gratis - harga kartu suara yang baik akan melebihi harga SDR itu sendiri.
Mereka yang tertarik dengan "arkeologi digital" dapat membaca pesan di
cqham untuk tahun 2010 tentang memilih kartu suara untuk SDR.
- SDR dengan ADC internal dan mentransmisikan sinyal ke PC dalam format digital. Ini adalah sebagian besar perangkat kelas menengah modern. Mereka dibangun berdasarkan prinsip
penerimaan heterodyne , hanya setelah mentransfer frekuensi, bukan blok LF, adalah ADC. Penerima tersebut memiliki bandwidth 2 hingga 10 MHz, ada model yang berbeda untuk frekuensi dan rentang yang berbeda (rtl sdr, SDRPlay, Airspy). Kerugian dari setiap penerima superheterodyne adalah adanya
saluran penerimaan cermin - karena filter tidak ideal, stasiun diterima di tempat yang sebenarnya tidak. Bahkan jika filternya kurang lebih bagus, sinyal stasiun yang kuat masih bisa "merayap" dan bermain dalam bentuk gangguan.
- DDC (konversi langsung turun) SDR. Ini adalah teknologi paling canggih saat ini. Intinya adalah bahwa osilator lokal tidak diperlukan di sini - ADC ultra-cepat dengan frekuensi sampling urutan 100 juta sampel / s mendigitalkan sinyal input langsung dari eter, yang memungkinkan (menurut teorema Kotelnikov / Shannon) untuk menerima hingga frekuensi yang sama dengan setengah frekuensi pengambilan sampel, yaitu. dalam contoh kami, hingga 50 MHz. Mereka yang ingin dapat mengetahuinya sendiri - tentu saja, itu tidak ditransmisikan ke komputer, tetapi diproses dalam FPGA kecepatan tinggi langsung di papan, dan pita yang diinginkan (biasanya hingga 6 MHz) ditransmisikan ke komputer. Penerima seperti itu tidak memiliki saluran cermin, dan semuanya baik-baik saja di dalamnya (kecuali untuk harganya :).
Batas atas frekuensi penerima DDC biasanya dibatasi hingga 30-50 MHz, karena Entah tidak ada ADC yang lebih cepat yang dijual, atau mereka membutuhkan biaya luar angkasa (omong-omong, ADC ultra-cepat tampaknya masuk dalam batasan AS mengenai pasokan komponen elektronik berteknologi tinggi ke negara-negara dunia ketiga, tetapi ini tidak akurat). Paling top-notch mereka, bahwa itu mungkin untuk melihat dalam daftar harga -
Flex 6600 dengan 16bit 245,76Msps ADC biaya sekitar $ 4000, yaitu mereka dapat diterima dalam mode DDC hingga frekuensi 122 MHz. Tidak mungkin bahwa kami akan segera melihat penerima DDC hingga gigahertz, meskipun kami ingin. Apakah ada sesuatu yang lebih cepat, misalnya untuk militer - mungkin ada seseorang yang tahu, tulis di komentar.
Parameter penting lainnya adalah
jenis koneksi . Sebagian besar SDR terhubung melalui USB, tetapi ada model dengan port LAN (Afedri, Colibri):
Ini dapat memudahkan untuk mengatur penerimaan atau transmisi jarak jauh - penerima atau transceiver dapat ditempatkan di negara / di desa, dan digunakan dari kota. KiwiSDR bahkan membuat perangkat siap pakai yang dapat Anda akses langsung melalui antarmuka berbasis web. Pemilik KiwiSDR bahkan dapat "berbagi" penerima mereka dengan orang lain, Anda dapat melihat daftar perangkat yang tersedia di
https://sdr.hu .
Parameter terakhir, tetapi tidak kalah pentingnya adalah
kapasitas ADC . SDL RTL murah hanya memiliki 8bit ADC, dan ini tidak cukup, penerima mudah kelebihan muatan dengan sinyal yang kuat, attenuator dan preselektor sangat diinginkan untuk itu. SDRPlay memiliki 12-bit ADC, model yang lebih mahal memiliki 14-bit, yang cukup untuk sebagian besar kasus. Top-end adalah 16-bit ADC, dan pada prinsipnya, tidak setiap antena mampu memberikan berbagai sinyal yang dapat membebani penerima tersebut.
Dan akhirnya, soal harga. Kisaran mereka sangat bervariasi, dari $ 30 untuk RTL SDR v3, $ 150 untuk SDRPlay RSP2 hingga $ 600 untuk ELAD FDM-S2. Transceiver SDR (mampu bekerja tidak hanya pada penerimaan tetapi juga pada transmisi) lebih mahal, SunSDR2 berharga sekitar $ 1.500, FLEX-6400 berharga $ 2.000.
Kami juga harus menyebutkan papan untuk pemrosesan sinyal digital. Ini misalnya, HackRF, LimeSDR, USRP, Red Pitaya. Perangkat ini awalnya dimaksudkan untuk percobaan dengan sinyal radio di dalam "desktop", dan mereka tidak dirancang untuk penerimaan jarak jauh - seringkali tidak ada amplifier atau attenuator atau filter di dalam rangkaian. Mereka akan menangkap sesuatu, tetapi sangat buruk, atau mereka akan membutuhkan "penyelesaian file". Mereka juga dapat bekerja pada transmisi, tetapi dengan kapasitas sekitar 100mW (di mana "m" adalah mili dan bukan mega;), dan seringkali tidak ada perangkat lunak selain sepasang DLL dan SDK untuk mereka.
Tentang mengapa semua ini diperlukan, kelebihan dan kekurangan SDR, dan cara mendapatkan data dari SDR menggunakan Python, akan dibahas di bagian kedua.