SDR přijímače + SKIMMER. Petr Parýzek Holice 2011

Transkript

1 SDR přijímače + SKIMMER Petr Parýzek Holice 2011

2 DSP Digital Signal processing Jako alternativa k analogovému způsobu zpracování analogových signálů Umožňuje metodiky zpracování, které jsou v analogové technice jen velmi obtížně realizovatelné, nebo vůbec nerealizovatelné

3 ADC vznik digitálního signálu Analogový signál Vzorkování Kvantování Digitální signál

4 Vzorkovací teorém Shannonův teorém, Nyquistův teorém, Kotělnikovův teorém, Nyquist-Shannonův teorém, Shannon-Nyquist-Kotělnikovův teorém Přesná rekonstrukce spojitého, frekvenčně omezeného, signálu z jeho vzorků je možná tehdy, pokud byl vzorkován frekvencí alespoň dvakrát vyšší, než je maximální frekvence rekonstruovaného signálu. Termín maximální frekvence by přesněji měl znít šířka pásma.

5 Vzorkování frekvenčně neomezeného signálu Signály z jednotlivých zón nejsou ve vzorkovaném signálu rozlišitelné

6 Vzorkování frekvenčně omezeného signálu Baseband sampling Undersampling Ve vzorkovaném signálu se vyskytují pouze signály z jediné zóny

7 Kvantování Lineární kvantizační hladiny jsou ekvidistantní počet hladin je dán šířkou slova (BPS bits per sample) určuje tím i dynamický rozsah převodníku přímo ovlivňuje maximální dosažitelný poměr S/N tzv. kvantizační šum je přibližně dán vztahem SNR 6 x BPS BPS db BPS db BPS db BPS db Nelineární exponenciální (A-law/μ-law) ekvikvantování

8 Vznik SDR přijímače Začneme s analogovým superhetem s dvojím směšováním Postupným nahrazováním analogových bloků digitálními v tomto směru

9 1.Krok Falešné SDR DSP blok je zařazen za detektorem - slouží pro zpracování detekovaného audiosignálu vzorkovací frekvence řádově jednotky khz pro dodatečnou filtraci nebo zpracování digitálních módů realizovatelné speciálním HW nebo PC se standardní zvukovou kartou

10 2.Krok Transceiver with DSP DSP blok již provádí vlastní detekci signálu první opravdové SDR vzorkovací frekvence řádově desítky khz (19 khz, 36 khz) 2nd MF je zde hlavně kvůli snížení vzorkovací frekvence DSP kvalitativní nárůst možností zpracování a filtrace možnost zobrazení okolí přijímaného signálu v rozsahu jednotek khz typická realizace je speciální HW uvnitř TRX

11 3.Krok SDR with tuner vzorkovací frekvence desítky až stovky khz šířka zpracovávaného pásma je tedy již schopna pokrýt celou CW část HF pásma analogový směšovač se používá hlavně pro frekvenční translaci přijímaného signálu do pásma vzorkovatelného zvukovou kartou PC různé způsoby zavedení signálu do PC (analogově, zvukové zařízení USB )

12 SoftRock SDR krystalka

13 SoftRock - foto

14 FUNcube Dongle rozsah tuneru MHz vzorkování 96 khz šířka pásma omezena na 80 khz

15 4.Krok Direct sampling SDR vzorkovací frekvence desítky MHz, typicky 64 MHz, 80 MHz, 125 MHz šířka zpracovávaného pásma již dokáže pokrýt celé KV kromě pásmového filtru v RF sekci je již veškerá selektivita řešena v DSP PC takový datový tok nezvládne nutné předzpracování data do PC vedena po rychlém USB nebo ethernetu

16 ASIC, FPGA Způsoby předzpracování širokého datového toku: ASIC (Application Specific Integrated Circuit) -profesionální řešení pro velké série FPGA (Field Programmable Gate Array) - volně programovatelný logický HW - program uložen v PROM nebo RAM (bootloading) - dostupné i pro amatérské konstrukce Speciální DSP IO realizující DDC - typické následné zpracování DSP procesorem

17 8 MHz of instantaneous RF bandwidth FPGA: Altera Cyclone ADCs: 12-bits 64 MS/s DACs: 14-bits 128 MS/s USRP1

18 USRP1 foto

19 QS1R - Frequency Range (BNC LPF Input): 15 khz to 62 MHz - Frequency Range (SMA direct input): 15 khz to 300 MHz - Input Impedance: 50 ohms - Clipping RF Level: +9 dbm - Maximum Display Bandwidth: 4 MHz - ADC Sampling: 125 MHz (1-130 MHz with external encode 16 bits - I/Q Image Rejection: >110 db - MDS (500 Hz): MHz - BDR: 125 db - Voltage: 5-6 VDC, 2A fused, reverse polarity protected - Current Draw: 500 ma (typ.) - Connectors: BNC (RF IN LPF), SMA (RF IN, EXT ENCODE CLOCK), USB Type "B", 2.1 mm DC Power - LEDS: Power, Clipping, Debug (internal) - Dimensions: 160 x 100 mm (3.299" x 3.940") (board size)

20

21

22 VE3NEA CW Skimmer Kromě standardního zobrazení spektra okolí přijímaného signálu navíc detekce CW signálů po celé šířce zpracovávaného pásma Detekovaný provoz je přístupný přes Band mapu, Callsign list (i prostřednictvím telnet serveru) a CW dekodér Vstupem může být zvuková karta (nebo její emulace VAC) + CAT control Režim 3kHz receiver audio výstup analogového RX, může být i mono Režim SoftRock a SoftRock on IF IQ výstup nebo speciální podpora některých HW (SDR-IQ, SDR-14, QS1R, Mercury a Perseus). Podporovány tři vzorkovací frekvence (a zároveň i šířky pásma) 48 khz, 96 khz a 192 khz Lze definovat úseky pásma, kde má detekce probíhat Lze omezit počet CW dekodérů v závislosti na výkonu PC Callsign validation minimal, normal, aggressive, paranoid WA1Z Super Check Partial Database File

23

24

25 Experimental CW Skimmer cluster WPX CW ( ) cca spotů IARU HF ( ) - cca spotů

26 VE3NEA Skimmer Server Speciální serverová verze CW skimmeru až 7 pásem současně Vícevláknový režim Podporuje QS1R speciální Alexův firmware pro jeho FPGA Podpora pro USRP1

27 Reverse Beacon Network

28 OL5Q remote TRX + skimmer

29 Skimmer na 2m A1 contest 2010 z QTH OK1KSO (Výsluní, 880 m ASL) dva sfázované dipóly OK1VSL, transvertor 2m/10m OK2KJT, 20 db předzesilovač, USRP1 až 2500 detektorů, spotů, 562 callsigns

30 CW Skimmer Listener SkimSrv.exe SkimSrv.exe Winrad.exe CWSL_Tee.dll ExtIO_CWSL.dll CWSL_File.exe Qs1rIntf.dll nebo CWS_USRP.dll QS1R nebo USRP1 Qs1rIntf.dll nebo CWS_USRP.dll QS1R nebo USRP1 Sdílená paměť

31

32 Plány do budoucna CWSL_Rx cmd line přijímač WSPR (Weak Signal Propagation Reporter Network) Faros (continuously monitors NCDXF beacons) CWSL_Wave výstup do jiných SW přes VAC CWSL_WebSDR připojení na Pieter-Tjerk (PA3FWM) WebSDR server??? náměty i jejich realizátoři jsou vítáni