Продолжая цикл статей про радио, есть смысл рассказать про последние достижения в этой области — Software Defined Radio. Я не знаю адекватного перевода термина на русский, поэтому оставим так, да и термин SDR уже прижился в технических и радиолюбительских кругах.
За последние 100 лет радио изменилось настолько, что вряд ли тогдашний инженер вообще понял бы, как это работает.
Мы все же попробуем разобраться.
История
Идея software defined radio базируется на двух китах:
- Передача широкополосного сигнала с радиоприемника в компьютер. Ширина обрабатываемой полосы может быть от 48КГц (звуковая карта ПК) до 50МГц (сверхбыстрый АЦП с передачей сигнала по Gigabit Ethernet или USB3.0).
- Демодуляция сигнала — все то, что «обычный» радиоприемник (AM, FM, фильтры и пр) делает в «железе» — в SDR делается на компьютере, математическими алгоритмами. Сам радиоприемник конечно, все равно нужен, но только его «половина» — та часть, которая собственно принимает радиосигнал.
Как подсказали в комментариях, SDR в принципе может работать и автономно, без ПК, если вся «математика» делается прямо в устройстве. Однако это скорее экзотика, так что мы будем рассматривать приемники «обычные». Хотя последнее время новые модели приемников и трансиверов стали делаться по принципу SDR, что конечно радует.
Назвать точную дату, когда в продаже появились первые SDR-приемники, довольно сложно. Сама идея оцифровки радиосигналов звуковой картой существовала довольно давно — так например, декодировали RTTY или пейджинговые сообщения, но не было подходящих алгоритмов, чтобы объединить все это вместе.
Первая версия Winrad датируется 2007 годом, и выглядела она примерно так (можно обратить внимание на системные требования :)
Как можно видеть, интерфейс весьма минималистичный, но программа уже умела воспроизводить AM, FM, USB и LSB, и показывать спектр сигнала. По сравнению с шириной полосы обычного выхода для наушников любого приемника это был… ну почти прорыв. Разумеется, в проф. системах панорамные приставки существовали и раньше, но «простым смертным» оно было практически недоступно, а звуковая карта у каждого в ПК и так есть.
Типичным бюджетным решением для радиолюбителей были приемники Softrock — однодиапазонные приемники, содержание переключаемый кварц, смеситель и выход на звуковую карту.
Разумеется, это было только начало. Появились приемники с перестраиваемой частотой, а всего за 2 года Winrad заметно эволюционировал, и в 2010 году выглядел уже так:
Стали появляться и профессиональные решения, тогда же в 2010 появился Perseus SDR — приемник с 14-битным DDC АЦП, частотным диапазоном 10КГц-30МГц и шириной полосы пропускания 1.6МГц (в принципе, параметры вполне достаточные и на сегодня).
Цена приемника составляла 825Евро, что для тех лет было не так уж мало.
Кстати, страница http://microtelecom.it/perseus/ существует до сих пор, и на ней также висят скриншоты под XP, хотя продается приемник или нет, непонятно.
Начало было положено, дальше уже как говорится, дело техники — стали появляться разные модели, чипы стали дешеветь и так далее. Следующим прорывом в любительской технике стало появление приемника на чипе rtl-sdr. Сообщение с форума radioscanner за 2012 год можно процитировать дословно, как говорится, не убавить, не прибавить:
Оказалось, что DVB донглы на базе чипа Realtek RTL2832U, рекламируемые иногда также как поддерживающие FM, DAB(+), способны передавать на компьютер поток 8ми битных квадратур при частоте дискретизации около 3-х MSPS.
Принимаемый диапазон ограничивается использованным в определенной модели донгла тюнером, например у Elonics E4000 от 64 до 1700 МГц. Этот тюнер используется также в FunCube донгле, только с дополнительным МШУ.
По этому поводу основан проект. Уже успешно были приняты TETRA (~430 МГц) и сигналы спутника Турaйя (~1550 МГц), что для 8-ми битных квадратур весьма и весьма неплохо.
В общем, как оказалось, дешевые USB-ТВ приемники ценой 10-20$ после замены драйвера могут отдавать IQ-поток, что позволяет использовать их с уже существующим программным обеспечением для SDR. Сами приемники выглядели вот так:
Первые 1-2 года толку от rtl-sdr было довольно мало — под них просто не было интересного софта. Потом появился SDR#, разные плагины, стало расти сообщество энтузиастов, и сейчас rtl-sdr наверное самый популярный (прежде всего, в силу цены) SDR-приемник. Современные версии RTL SDR V3 умеют принимать уже и КВ (хотя и с небольшой чувствительностью и динамикой), но при цене в 30$ и это весьма неплохо. Как работает RTL SDR на КВ, можно посмотреть на видео.
Виды SDR
Существующие SDR можно разделить на 3 вида:
— Уже устаревшие модели на базе звуковой карты — оцифровка сигнала в них происходит в ПК, а сигнал передается на линейный вход по аудиокабелю. Сейчас они давно сняты с производства, но иногда могут появиться на барахолке. Брать по большому счету, смысла никакого, разве что отдадут даром — цена хорошей звуковой карты превысит цену самого SDR. Интересующиеся «цифровой археологией» могут почитать сообщения на cqham за 2010 год о выборе звуковой карты для SDR.
— SDR, имеющие встроенный АЦП и передающие сигналы в ПК в цифровом формате. Это большинство современных устройств среднего ценового диапазона. Они построены по принципу гетеродинного приема, только после переноса частоты вместо НЧ-блока стоит АЦП. Такие приемники имеют ширину полосы пропускания от 2 до 10МГц, есть разные модели на разные частоты и диапазоны (rtl sdr, SDRPlay, Airspy). Недостаток любого супергетеродинного приемника — наличие зеркальных каналов приема — поскольку фильтры неидеальны, станции принимаются там где реально их нет. Даже если фильтры более-менее неплохие, сигналы мощных станций все равно могут «пролезать» и воспроизводиться в виде помех.
— DDC (direct down conversion) SDR. Это самая современная технология на сегодняшний день. Суть в том, что гетеродин здесь не нужен — сверхбыстрый АЦП с частотой оцифровки порядка 100млн семплов/с оцифровывает непосредственно входной сигнал с эфира, что позволяет (согласно теореме Котельникова/Шеннона) иметь прием до частоты, равной половине частоты дискретизации, т.е. в нашем примере до 50МГц. Битовый поток желающие могут прикинуть самостоятельно — на компьютер оно разумеется, не передается, а обрабатывается в быстродействующей ПЛИС прямо на плате, и нужная полоса (обычно до 6МГц) передается в компьютер. Такой приемник не имеет зеркальных каналов, и в нем все хорошо (кроме цены:).
Верхний предел частоты DDC-приемников обычно ограничен 30-50МГц, т.к. более быстродействующих АЦП в продаже либо нет, либо они стоят космических денег (кстати, сверхбыстрые АЦП вроде попадают в американские ограничения по поставке высокотехнологичных электронных компонентов в страны третьего мира, но это не точно). Их самого топового, что доводилось видеть в прайсах — Flex 6600 с 16bit 245.76Msps АЦП стоит порядка 4000$, т.е. им можно принимать в режиме DDC до частоты 122МГц. Вряд ли мы в скором времени увидим DDC-приемники до гигагерца, хотя хотелось бы. Есть ли что-то быстрее, например для военки — наверно есть, кто знает, напишите в комментариях.
Другой важный параметр — тип подключения. Большинство SDR подключаются по USB, но есть модели и с LAN-портом (Afedri, Colibri):
Это может быть удобно для организации удаленного приема или передачи — приемник или трансивер можно разместить на даче/в деревне, и использовать его из города. KiwiSDR делает даже готовые устройства, зайти на которое можно непосредственно через web-интерфейс. Свой приемник владельцы KiwiSDR даже могут «расшарить» другим, посмотреть список доступных устройств можно на https://sdr.hu.
Последний, но не менее важный параметр — разрядность АЦП. Дешевые RTL SDR имеют всего 8бит АЦП, и этого мало, приемник легко перегружается сильными сигналами, ему крайне желателен аттенюатор и преселектор. SDRPlay имеют 12-бит АЦП, более дорогие модели имеют 14-бит, что достаточно для большинства случаев. Топовыми являются 16-бит АЦП, и в принципе, не каждая антенна способна выдавать диапазон сигналов, способных перегрузить такой приемник.
И наконец, о ценах. Их диапазон весьма варьируется, от 30$ за RTL SDR v3, 150$ за SDRPlay RSP2 до 600$ за ELAD FDM-S2. SDR-трансиверы (способные работать не только на прием, но и на передачу) дороже, SunSDR2 стоит порядка 1500$, FLEX-6400 стоит 2000$.
Отдельно стоит упомянуть платы для цифровой обработки сигналов. Это например, HackRF, LimeSDR, USRP, Red Pitaya. Эти устройства изначально предназначались для опытов с радиосигналами в пределах «рабочего стола», и на дальний прием просто не рассчитаны — ни регулируемого усилителя, ни аттенюатора, ни фильтров в схеме зачастую просто нет. Ловить что-то они будут, но весьма плохо, либо потребуется «доработка напильником». Они также могут работать на передачу, но с мощностью порядка 100мВт (где «м» это милли а не мега;), и зачастую никакого софта кроме пары DLL и SDK для них просто нет.
О том зачем все это нужно, преимуществах и недостатках SDR, и о том, как получить данные из SDR с помощью Python, будет рассказано во второй части.
Комментарии (118)
OnlySlon
14.05.2019 23:11+3Битность АЦП с перегрузкой никак не связаны.
AlexanderS
15.05.2019 08:29Тоже не понял. Неважно какова разрядность АЦП — ведь все равно нужно следить чтобы диапазон уровня сигнала с выхода антенного блока был согласовыван с входом АЦП.
xFFFF
15.05.2019 10:38Разрядность важна, т.к. без нее слабые сигналы потеряются.
AlexanderS
15.05.2019 11:13Это конечно. Но я имел ввиду неважность по отношению к тому, что при проектировании необходимо следить за соответствием согласования возможных уровней сигналов между антенной и ЦАП.
ArseGun
15.05.2019 11:31Разрядность АЦП связана с динамическим диапазоном обрабатываемого сигнала, а значит и с перегрузочной способностью системы при прямой оцифровке. Это позволяет зачастую отказаться от применения компрессора сигнала, что крайне положительно сказывается на коэффициенте нелинейных искажений, особенно при обработке сигналов с АМ.
Radiohead72
14.05.2019 23:26+1HackRF это типа не SDR?
Чем он от «настоящего» SDR отличается?
Alexeyslav
15.05.2019 11:48Тем что это скорее отладочная плата, чем готовое к применению изделие. Отладочная — это значит там есть всё на все случаи жизни, а это как габариты так и куча ненужных разъёмов и компонентов. И рассчитана работа в тепличных условиях, т.е. лишь для обкатки и отладки алгоритмов — аттенюаторы, усилители, полосовые/режекторные фильтры на входе: нет, не слышали.
I-denis
15.05.2019 12:40100mW на выходе достаточно для раскачки драйвера на двух RD16 — на выходе при питании 12В получим порядка 5Вт.
При интересе к одному диапазону достаточно собрать плату полосового фильтра — три кольца, кучка кондеров, аттенюатор может быть реализован внешним сменным модулем -10,-20дб, увч на КВ диапазонах при работе с полноразмерной антеной как правило не нужен. Итого — при копеешных вложениях имеем полноценный приемо-передающий тракт. При некторой замороченности — делаем плату перселектора с кучкой релюх и вышеперечиленным, gnuradio+fpga+gpio позволяют высказать надежду что переселектором можно будет управлять софтово.
Я не знаю, кому и зачем это может быть нужно, но это однозначно возможно и подобные доработки не требуют никаких вложений в области цифровой части.Alexeyslav
15.05.2019 13:54А дальше этот вариант просто не пройдёт по экономическим соображениям. Платка всё-таки довольно дорогая. Это если бы она досталась нахаляву, тогда возможно и прокатил бы вариант. Но если у вас есть такая плата, то она используется по прямому назначению — в качестве отладочного полигона, а не для постоянного пользования в качестве SDR. Задорого очень много чего можно сделать не заморачиваясь, но всё же заглядывая в кошелёк задумываешься как бы сделать то же самое но подешевле.
I-denis
15.05.2019 14:07Я не совсем понимаю вашу мысль — какое отношение имеет тезис «HackRF не SDR, а отладочная плата» к размеру кошелька? HackRF вполне себе полнофункциональное SDR устройство, работающее и на прием и на передачу. Безусловно есть более специализированные связные устройства, имеющие цепи предварительной фильтрации, большую мощность на выходе… Но, это никак не влияет на то что HackRF это sdr. ну и опять же QRP подразумевает работу с мощностями в доли ватта, что вполне по силам HackRF.
Если нужно более специализированное решение для радиоприема, безусловно возможно выбрать более подходящий вариант, однако стоимость HackRF особенно с приходом китайцев порядка 10тр — это весьма дешево для SDR такого класса
Единственный ощутимый недостаток HackRF — это полудуплекс, что лишает владельцев возможности поиграться в vna и тдAlexeyslav
15.05.2019 14:18HackRF это всё-таки не SDR а набор железа который позволяет в том числе реализовать SDR-приёмник. Это в большей степени конструктор, чем конкретно SDR.
I-denis
15.05.2019 14:41Да неужели? Берете HackRF, ставите на комп GQRX, подключаете антену и питание — начинаете принимать радиостанции. Что в вышеперечисленном относится к конструированию?
Alexeyslav
15.05.2019 14:56Насколько я знаю, чтобы HackRF заработал как SDR-приемник, в него надо залить соответствующую прошивку ПЛИС, что делает управляющий софт рассчитанный под данную плату. Т.е. за вас этот конструктор уже кто-то собрал и заботливо выложил инструкцию для пользования. Но это по меньшей мере просто не рационально.
I-denis
15.05.2019 15:44Неужели, а из коробки HackRF, простите, как кто работает? И что не рационального в firmware update
Alexeyslav
15.05.2019 17:12Из коробки, оно никак не работает, «прошивка» отсутствует или какая-то демонстрационная. Поскольку ПЛИС там с конфигурацией из RAM, то прошивку можно грузить каждый раз перед использованием.
I-denis
15.05.2019 17:19+1HackRF devices ship with firmware on the SPI flash memory and with a bitstream programmed onto the CPLD. The firmware can be updated with nothing more than a USB cable and host computer.
Я уже боюсь представить, что там еще не так с HackRF может быть…
DmitrySpb79 Автор
15.05.2019 21:18Из коробки, оно никак не работает, «прошивка» отсутствует или какая-то демонстрационная
У меня был оригинальный HackRF, все работало сразу, насчет китайских клонов не знаю, может они и без прошивки поставляются.
А кстати, загрузка прошивки в ПЛИС — нормальная процедура для старта многих SDR, так и Perseus и USRP работают. Но для HackRF оно не требовалось, видимо там своя флеш-память есть.
DmitrySpb79 Автор
15.05.2019 21:33HackRF это типа не SDR?
HackRF разумеется SDR, но он больше «заточен» под обработку сигналов в ближней зоне, чем на собственно радиоприем. Покупать его в в качестве радиоприемника бесмысленно — по сути, вы за 400$ получите туповатый 8-битный приемник, без полосовых фильтров, без аттенюатора и пр.
С LimeSDR аналогично, если не ошибаюсь, там тупо голый выход ЦАП/АЦП на антенный разъем выведен, больше ничего.
vilgeforce
14.05.2019 23:30RFSoC от Xilinx — 5 GSPS 16-bit ADC, да еще и 8 штук на кристалл (https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/soc/rfsoc.html). И этим милым штукам уже несколько лет, если я ничего не путаю
gosha-z
15.05.2019 12:43Официальная позиция хилых — RFSoC в России не будет. Все проекты, с которыми мне приходилось работать — внешние АЦП/ЦАП, заходящие в Zynq.
VT100
14.05.2019 23:44+1Они построены по принципу гетеродинного приема, только после переноса частоты вместо НЧ-блока стоит АЦП.… Недостаток любого супергетеродинного приемника — наличие зеркальных каналов приема — поскольку фильтры неидеальны, станции принимаются там где реально их нет. Даже если фильтры более-менее неплохие, сигналы мощных станций все равно могут «пролезать» и воспроизводиться в виде помех.
Первая атрибуция — неверная при верной ссылке.
Россия, Таганрог — www.sunsdr.com (colibri, как вижу — их изделие).
З.Ы. Датировка левой части КДПВ — «застарена» лет на 40.
asm679
15.05.2019 06:28Боюсь, что на все 90! Там есть вполне современные электролиты…
К тому же, прототип супергетродина Армстронга в 1918 году состоял из двух блоков и 6(!) ламп.
ZEvS_Poisk
15.05.2019 00:14Хорошая статья. Но, к сожалению, на данный момент любой SDR приемник является игрушкой для любителей и не более.
Radiohead72
15.05.2019 09:00Но, к сожалению, на данный момент любой SDR приемник является игрушкой для любителей и не более.
Серьезно что-ли?!
Вот вам парочка «игрушек» в которых используют технологию SDR:
Можно еще забросить фото Командно-штабных машин с АСУ тактического звена от концерна «Созвездие»)
А уж как SDR полюбили сотовые операторы…
Вы батенька отстали от жизни.
З.Ы.
Цитатка:
«Ключевым преимуществом SDR является взаимодействие между средствами радиосвязи предыдущих поколений и современными системами. Это дорогое удовольствие — заменить весь ассортимент радиосвязи в вооруженных силах, поэтому важно, чтобы новые и старые системы могли работать совместимо, бок о бок. Радиостанции, применяемые в некоторых странах, могут даже принадлежать к эпохе войны во Вьетнаме. В свое время вооруженные силы США имели до 200 различных типов радио, ни одно из которых не было предназначено для взаимодействия друг с другом. Возможность для армии США, корпуса морской пехоты США и ВВС США легко и просто общаться, конечно же, желательна, и SDR предлагает такую ??возможность.»
MikeVC
15.05.2019 09:57Ключевая фраза «используют технологию SDR». Серъезные аппараты имеют мало общего с чисто СДР «свистками». Там используют сочетание технологий. Обычный тракт принимает и выделяет определенную полосу для СДР. А дальше с ней работает уже процессор / компьютер.
ZEvS_Poisk
15.05.2019 23:56Серьезно что-ли?!
Абсолютно.
Вот вам парочка «игрушек» в которых используют технологию SDR
В приведенных Вами изделиях от SDR только АЦП, установленная после серьезного RF Frontend.
Вы батенька отстали от жизни.
Почти все верно :) Только не «отстал от жизни», а «съел собаку». Серьезно, попробовал всевозможные решения SDR, и участвовал не в одном и не в двух НИРах, по СВЧ системам приема и обработки сигналов. Как только начиналось введение в SDR, вся разработка шла по бороде, как по характеристикам изделия, так и по геморрою в коллективе, когда программисты и «радисты» не понимают друг друга.
Ключевым преимуществом SDR является взаимодействие между средствами радиосвязи предыдущих поколений и современными системами.
Ключевые преимущества — да. Может ключевые недостатки приведете? И что — чего перевесит?
Серьезно, SDR это как ардуина — имеет низкий порог вхождения в тему, но реально является лишь, как я и писал, игрушкой для начинающих. SDR — прост в разработке, и это его единственное преимущество.
Каждый раз когда Вы пытаетесь улучшить какой-то из параметров, Вы отдаляетесь на шаг от SDR и приближаетесь на шаг к классическому приему (добавляя RF Frontend).
Характеристики «чистого» SDR — никакие. Как и (готов спорить) квадратурный демодулятор плохо годится для анализа спектра. Для приема сигнала — Да, хорошее решение (простое). Для анализа спектра — нет. Почему? Разбаланс фаз и амплитуд в каналах I/Q не дает разделить левую часть спектра от правой на уровне выше 60 дБ, вот Вам и динамический диапозон. Про ширину полосы, преселекторы, коэффициенты шума, АРУ, и прочее надо говорить? Если что, я готов. :)
З.Ы. Еще раз, приведенные Вами примеры во-первых не чистый SDR, а лишь ЦОС в тракте ПЧ, ЕВПОЧЯ. И во-вторых даже такие приемники (гибридные) обладают рядом детских болезней SDR, но зато их разработка была дешевле и проще.I-denis
16.05.2019 12:19По поводу требований к ВЧ части, и с учетом ограничений по частоте АЦП-ЦАП, вопросов по сложности разработки именно ВЧ части как бы нет — она нужна и нужна под те требования к изделию, которые предъявляются и с расчетом что после нее сигнал прилетает в АЦП
Вопросы есть к участку АЦП/ЦАП-ДСП. Вы говорите, что у вас не получилось, приводя в пример нестыковки «програмистов и радистов» и при этом называете технологию SDR простой. По ЦОС талмуды написанны с какой-то дремучей математикой…
Может быть все проще — ваш коллектив просто не умеет ее готовить?ZEvS_Poisk
16.05.2019 19:58Нет, не удалось «просто достичь сложного». Было ТЗ, и мы делали ВЧ часть, потом АЦП в ПЧ. И в общем-то все было нормально. Но как только появлялись «менеджерские» идеи упростить и удешевить конструкцию, а также «добавить современных плюшек», так сразу проект превращался в затяжную жевачку.
Я не против SDR, совсем нет. Просто я отношусь к этой технологии как (я уже писал) к ардуине.
Каждый приемник для чего-то создан. Например, ФМ (УКВ) приемник создан (и разработан), для приема радиовещательных станций. А приемник сотового телефона, для приема сигналов базовой станции. И каждый приемник можно сравнивать с другими такими-же в своем круге назначения.
Для чего создан(ы) SDR приемник(и), из статьи?
I-denis
16.05.2019 21:29ох, вот давайте не будем смешивать sdr и ваш опыт с «менеджерами и упростить».
и если взять базовые станции сотовых, спутниковые модемы — там кажется sdr на sdrе и sdrом погоняетZEvS_Poisk
16.05.2019 22:08ох, вот давайте не будем смешивать sdr и ваш опыт с «менеджерами и упростить».
Хорошо, давайте не будем.
и если взять базовые станции сотовых, спутниковые модемы — там кажется sdr на sdrе и sdrом погоняет
Давайте, тогда определимся, что мы называем SDR?I-denis
16.05.2019 22:34я не специалист в области цос и боюсь не смогу дать научное определение термину. но эмпирически — радиотракты с цос в области ПЧ, назывались как то типа «с dsp». sdr, имхо, включает в себя фильтрацию-режекцию и демодуляцию и видимо где то рядом будет декодирование. по крайней мере, на заре СДР одно из преимуществ этой технологии звучало как один програмно-аппаратныц комплекс — теоретически любая модуляция
ZEvS_Poisk
16.05.2019 23:12Наверное, Вы правы.
Вообще, я полагаю, SDR это «оцифровка эфира», а далее работа с массивом данных — это демодуляция. То, что демодуляция — любая, а еще и одновременно их может быть несколько, безусловно отлично!
По поводу терминологии, я полагаю, что если есть всего одно преобразование (квадратурное), и далее сразу оцифровка обоих каналов, то это SDR. Как я писал ранее, такой приемник неплох для приема какого-то сигнала, но динамический диапозон — мал, и по блокированию и SFDR и ENOB. Причем чем шире полоса, тем хуже характеристики.
Там где 2 и более преобразований, я считаю такой приемник уже гибридным, здесь SDR есть всего-лишь демодулятор. Кстати если отсутствует квадратурный модулятор, а низкая ПЧ оцифровывается, то уже неплохой приемник получается.
Ну, а если еще есть преселекторы диапозонов, синхронные ветки трактов, переключаемые фильтры в ПЧ, но тем не менее АЦП на выходе — не знаю, является и это SDRом. Наверное нет.
З.Ы. Был такой замечательный комплекс радиомониторинга REI OSCOR. Но несколько лет назад вышел OSCOR green. Мы взяли такой на «попробовать». По началу все было красиво. И диапозон, и скорострельность, и красивый дисплей с отличной графикой. Но, когда за окном строители нажимали на тангенту LPD радиостанции, OSCOR затыкался… Всего 500 мВт, и такой эффект.I-denis
16.05.2019 23:46а с гигагерцовым диапазоном как быть? там или совсем дорого или вообще никак на АЦП сразу.
обычно строят lna-фильтры-тот или иной вариант смесителя с pll — выходы квадратур на АЦП.
ЗЫ: несовсем понял про демодулятор квадратур — у нас опорник, фазовращатель, смеситель ВЧ+ cos@+sin@=i+q на выходе. да, смеситель штука не идеальная, да появляется зеркальный канал который потом давить надо, зато после смесителя все возможности цос в ваших руках.
и да, я всеми руками за качественно сделанный ВЧ тракт с соответствующими заданым требованиям полосой пропускания, уровнем собственных шумов, ару управляемого от dsp и тд.
по поводу ряда широкополосных приемников обсуждаемых в статье и наверное в вашем примере — никакая селективность на входе=офигенная широкополосность как следствие не высокая чувствительность и ДД. берём специализированный приемник, ну пусть тот же icom — он вполне себе прекрасен и нет первой ПЧ, второй ПЧ, третей ПЧ с гроздями фильтров на каждом этапе, не нужно впендюривать ДСП чтобы подавить все что прилетело от предыдущих смесителейZEvS_Poisk
17.05.2019 04:52ЗЫ: несовсем понял про демодулятор квадратур — у нас опорник, фазовращатель, смеситель ВЧ+ cos@+sin@=i+q на выходе. да, смеситель штука не идеальная, да появляется зеркальный канал который потом давить надо, зато после смесителя все возможности цос в ваших руках
Я про то, что угол фаз между каналами i и Q не совсем 90 градусов.
Фазовращатель не идеальный. Это приводит к взаимопросачиванию сигналов левой половины в правую и наоборот.
dernuss
16.05.2019 21:34Для чего создан(ы) SDR приемник(и), из статьи?
Вероятно для:
1. сканирования и прослушки эфира
2. отладки устройств IoT и прочих
3. попытки взлома устройств IoT и прочих (например с limesdr можно свою базовую станцию создать)
4. для всяких разных экспериментов с радиосвязью
и т.д…ZEvS_Poisk
16.05.2019 22:111. сканирования и прослушки эфира
2. отладки устройств IoT и прочих
3. попытки взлома устройств IoT и прочих (например с limesdr можно свою базовую станцию создать)
4. для всяких разных экспериментов с радиосвязью
и т.д…
Абсолютно верно!
Примерно это я и имел ввиду, когда утверждал, что SDR — игрушка для любителя.
:)I-denis
16.05.2019 22:36а что же тогда icom поснимал свои супеогетеородины и клепает sdr изделия, к рримеру?
dernuss
16.05.2019 22:42С таким же успехом можно назвать игрушками радиолюбителя спектроанализаторы, осциллографы, и т.д…
Alexeyslav
17.05.2019 09:25Для этих целей можно использовать любой приемник. Поэтому врятли перечисленное характерно именно SDR.
Преимущество SDR в том что на одном и том же железе без перепайки ты можешь менять ширину полосы пропускания, применять различные демодуляторы, выстраивать цепочку постобработки сигнала(всякие там денойсеры, компрессоры, и т.д.) путём простой смены прошивки DSP. Для классического аппаратного приёмника это потребовало бы кардинальной переделки конструкции. Чем собственно любителям SDR и понравился. Хочешь — демодулируешь АМ, один щелчок мыши и у тебя работает уже частотный демодулятор, другой щелчок и уже слушаешь цифровое вещение.dernuss
17.05.2019 09:34Нет, не любой, так как для взлома устройств нужно именно
менять ширину полосы пропускания, применять различные демодуляторы, выстраивать цепочку постобработки сигнала(всякие там денойсеры, компрессоры, и т.д.)
Alexeyslav
17.05.2019 09:42Для взлома менять не нужно, можно просто взять специализированную железку в которой это всё уже реализовано на аппаратном уровне, просто железка получится не универсальной и дорогой. Но это не имеет отношения к возможности её использования для взлома. SDR в этом отношении получается лишь более компактным. И сюрприз — модули демодуляторов и обработки сигнала всё так же надо разрабатывать самостоятельно или покупать готовые. Конечно, есть и бесплатные типа АМ и ЧМ демодуляторов поскольку они тривиальные, но далеко ли уедешь только на них?
dernuss
17.05.2019 09:51Для взлома менять не нужно
Как не нужно то? Если например вам не известно на чём собран взламываемый девайс(нет к нему доступа). То есть вам надо взламывать неизвестное устройство из машины например.
И сюрприз — модули демодуляторов и обработки сигнала всё так же надо разрабатывать самостоятельно или покупать готовые
Это не так уж и сложно, особенно тем, кто занимается взломом. Такие люди владеют навыками разработки демодуляторов и т.д.Alexeyslav
17.05.2019 10:01Если устройство неизвестное, то его изучают а потом только выбирают аппаратную часть для взлома. Сначала пройтись сканером на предмет того что и на каких частотах оно излучает, как правило это становится сразу очевидным после внешнего осмотра «девайса» как минимум по размерам антенн, знакомого PLL и кварцевых резонаторов/фильтров. Для этого вовсе не нужен SDR, хотя и способен упростить задачу — не нужно будет везти с собой целый фургон специализированного оборудования.
Если девайс вообще прям совсем неизвестный, то оборудование для взлома это наименьшая из проблем. Что делать дальше когда определили частоты? чем определять протокол? шифрование? Неизвестные устройства взламывать нерационально вообще, обычно перед взломом есть какой-то минимум информации об устройстве, его протоколах и т.д. а если у вас её нет и вы поехали в поля на «взлом» то это означает лишь одно — плохая предварительная подготовка.dernuss
17.05.2019 10:33Ещё раз, часто вообще доступа нет к девайсу. Изучать можно только эфир.
Что делать дальше когда определили частоты? чем определять протокол? шифрование?
Дальше с помощью SDR можно записать обмен и дома на мощном железе его изучить, возможно попытаться расшифровать.
Если это прошло успешно, можно ещё раз выехать и попытаться вклиниться в обмен.
Неизвестные устройства взламывать нерационально вообще
Всё зависит от многих факторов. И каждый решает для себя, рационально или нет.Alexeyslav
17.05.2019 11:13«записать эфир» это АЦП а не SDR. Дома мы занимаемся уже ЦОС…
SDR нам понадобится когда уже выяснили полосу, вид модуляции и прочее. Тогда используем SDR чтобы записать в итоге демодулированный сигнал для его изучения на более высоком уровне — логическом. Но для этого не обязательно применять SDR — можно взять конкретный приёмник с требуемыми характеристиками. Но SDR таки удобнее если вы постоянно сталкиваетесь со взломом различного оборудования и у вас нет желания держать целый парк железных приемников. Т.е. это лишь фактор удобства а не возможности.dernuss
17.05.2019 15:01«записать эфир» это АЦП а не SDR.
Нет не просто АЦП, ещё смеситель, ещё гетеродин. Ну конечно если мы не длинные волны ловим.
Но для этого не обязательно применять SDR — можно взять конкретный приёмник с требуемыми характеристиками.
А если есть SDR, не нужен конкретный приёмник, как правило достаточно SDR. Ведь мы не знаем какой приёмник то нужен, может там cc1101, может lora может ещё что то.
Даже если знаем что например там вещает сс1101, мы можем не принять сигнал, из за несоответствия настроек. В машине хотите перебирать битрейд например? (а кроме битрейда есть полоса, девиация, преамбула, CRC)
Alexeyslav
17.05.2019 15:10Видов модуляции не так много, в основном разнообразие именно в протоколах. Без разницы что там лора или СС-шка когда известны параметры модуляции уже можно брать приёмник и им пользоваться. SDR — тут только в качестве удобства иметь всё под рукой и не возить с собой фургон оборудования.
dernuss
17.05.2019 15:58Видов модуляции не так много
Ну знаете ли хватает.
Без разницы что там лора или СС-шка когда известны параметры модуляции
Вот только как узнать параметры модуляции? С обычным приемником?
А с SDR легко.
когда известны параметры модуляции уже можно брать приёмник и им пользоваться.
А настройки типа синхрослова и CRC как предлагаете подбирать?
П.С. К тому же, как с обычным приёмником можно убедиться что приняли весь пакет? Может только начало поймали?
Stanislavvv
15.05.2019 13:30SDR — в смысле обработки на компе или в смысле цифровой обработки получаемого сигнала вообще?
Если первое — может быть. Второе — многие радиостанции типа Baofeng uv5r — таки sdr внутри, не говоря уже о более дорогих, так что я бы не сказал, что это — игрушка для любителей.
ShadowMaster
15.05.2019 01:512007 год — это время 3-4 гигагерцовых Core 2 Duo & Quad. Требование 400 МГц Pentium 3 на их фоне — это очень-очень-очень скромно.
MikeVC
15.05.2019 06:21А как на современных СДР решают проблему «мешающей станции»?
Суть в том, что если нет перестраемого входного контура, то мощный сигнал от близкой радиостанции перегружает входной усилитель и приемник перестает работать.p0gank
15.05.2019 10:23+1Как и на супергетеродинных приемниках, использованием входных контуров обеспечивающих достаточную селективность и полосу пропускания. Ну или если сигнал-помеха одна, можно использовать высокодобротный фильтр настроенный на частоту этой помехи.
I-denis
15.05.2019 10:31регулируемая ширина шторки на панораме позволяет управлять полосой приема и детектировать сигнал в нужной полосе. опять же большая прямоугольность цифрового фильтра
Alexeyslav
15.05.2019 14:11Полосой приёма — врятли, АЦП всеравно оцифровывает весь поток как есть. Дальше это чисто программная фильтрация и если сигнал на АЦП уже поступил перегруженным, то с этим уже ничего не поделать.
Я не очень погружался в теорию цифровых фильтров, но «прямоугольность» фильтра не даётся бесплатно, ухудшаются его другие характеристики(увеличивается латентность, затягиваются переходные процессы, требуется большая по объёму выборка отсчетов). Возможно, что на дисплее отображается прямоугольная форма, а реальная АЧХ не такая резкая.I-denis
15.05.2019 15:36При использовании ЦОС, уровень подавления соседнего канала примерно равен динамическому диапазону АЦП DSP — т.е. легко укладывается в цифры -100...-120дБ с коэффициентом прямоугольности фильтра очень близким к 1. Достичь подобных цифр подавления при использовании аналоговых фильтров в принципе невозможно. Для сравнения, подавление соседнего канала хорошим кварцевым фильтром на уровне -60дБ происходит при отстройке на 1...2кГц. В программном фильтре подавление на -100дБ происходит при отстройке всего на 50-100Гц. Это разница хорошо заметна в случае, когда соседний сигнал идёт с уровнем 9+40...+60дБ. На классическом аналоговом трансивере вы теряете эфир, пока не отстроитесь от такого соседа примерно на 5...25 кГц. При использовании SDR-трансивера, сузив программный фильтр на 50-200Гц, вы мешающий сигнал практически перестаёте слышать.
p0gank
15.05.2019 16:29Это не то подавление. Перегрузка входного аналогового тракта мощным внеполосным сигналом либо приведет к искажению остальных принимаемых сигналов за счет появления гармоник из-за нелинейного режима работы транзисторов, либо при наличии АРУ в аналоговой части к снижению чувствительности. Сам внеполосной сигнал может быть даже за границей полосы АЦП.
xirahai
15.05.2019 23:30Если оба входных сигнала (основной и помеха) попадают в пределы рабочего дин. диапазона АЦП в случае DDC приемника — там всё будет нормально. Поэтому так важна разрядность АЦП в условиях сильных помех.
Если помеха сильнее чем ДД приемника, не справятся ни SDR, ни аналоговый супергетеродин. Ведь для нейтрализации помехи вводим антенный аттенюатор, который устранит перегрузку от помехи, но вместе с тем задавит полезный сигнал, если он слабый. Разница лишь в том, что для DDC не имеющего вх. фильтра, помеха может быть где угодно. А для аналогового супергетеродина с хорошими фильтрами — отстоять недалеко от частоты приема, иначе её ослабит входной преселектор, не говоря уже о фильтре первой ПЧ. Поэтому для DDC приемника улучшить помехоустойчивость можно увеличением разрядности АЦП, введением автоматически перестраиваемых вх. полосовых фильтров, или режекторного фильтра на далеко отстоящую помеху. А для помех за границей рабочей полосы АЦП можно поставить классический входной ФНЧ, или вдобавок ФВЧ если не планируется прием нижних частот содержащих сильные помехи.ZEvS_Poisk
16.05.2019 00:23Если помеха сильнее чем ДД приемника, не справятся ни SDR, ни аналоговый супергетеродин. Ведь для нейтрализации помехи вводим антенный аттенюатор, который устранит перегрузку от помехи, но вместе с тем задавит полезный сигнал, если он слабый.
Абсолютно верно!
Но есть лазейка — технология. Как называется не помню, но не раз применял, и да работает.
Суть в том, что в качестве гетеродина используется не синус, а шпс. То есть при первом преобразовании гетеродин сначала модулируется неким шумом, по некоторой самонекоррелирующей ПСП. Сигнал гетеродина теперь имеет не конкретную частоту, а полосу частот с центром в прежнем месте, но с полосой (например 1 МГц). Умножая полосу принимаемых частот на такой гетеродин, в ПЧ мы получаем не набор «палок» как в оригинальном эфире, а набор «холмиков». После всех преобразований, в последней ПЧ, перед демодулятором — умножаем ПЧ снова на эту-же ПСП синхронно. И происходит сужающая корреляция, все «палки» снова восстанавливаются как в оригинальном эфире.
Смысл? Два смысла :)
Во первых динамика по перегрузке, если есть мешающий мощный сигнал, то в первом смесителе он будет размыт в широкую полосу, как и все остальные сигналы, но потеряет амплитуду. Теперь сигналы проходят во всех трактах, как-бы поперек.
И во вторых, тут говорили про фильтры (аналоговые) и их прямоугольность. Вот как раз, описанная технология позволяет не прогонять сигнал, через необходимо-узкий фильтр, а наоборот, расширить сигнал под ширину фильтра.
Что дает, фактичетки, весьма узкополосное выделение сигнала, широкополосным фильтром.
И еще, весь шум, который привнесут тракты усиления в сигнал, на последнем этапе, в последней ПЧ будут размыты. Что еще один плюс.xirahai
16.05.2019 12:48Вот это да… спасибо, очень интересно! Описание подобных "лазеек" достойно отдельной статьи на Хабре, тем более вы умеете объяснить понятным языком.
Однажды мне как-то попадался вроде кусок блок-схемы, где было как раз умножение с входа RX на шум. К тому же на англ. языке, да и далековато от текущих задач. Но удивило, правда на тот момент не понял зачем это нужно. А теперь всё боле-менее ясно… Кстати в 90х годах я участвовал в разработке системы связи, правда на любительском уровне, без особых мат. расчетов. Был реализован метод накопления по описанию у Хилла и Хоровица. В простейшей конструкции на переключаемом конденсаторе и последующей прог. обработки микрочипом, легко вытягивалось -12…15 дБ сигнала ниже уровня шумов. На обычных АМ сибишках. Правда скорость никакая, но для целей сигнализации её хватало. Но то что вы тут описали — несравненно круче и серьезнее.ZEvS_Poisk
16.05.2019 22:03Описание подобных «лазеек» достойно отдельной статьи на Хабре, тем более вы умеете объяснить понятным языком.
Спасибо на добром слове!
По поводу статьи, сейчас на другую тему коплю материал (для дебюта). Но, об этой теме тоже подумаю, тем более, накоплено много подобных «лазеек».
vanyamasnuha
15.05.2019 12:02Квадратурный смеситель используеться, который выдает не 1 сигнал ПЧ, а I и Q сигналы, из которых можно уже получить сигнал на частоте только выше или только ниже частоты гетеродина.
Alexeyslav
15.05.2019 14:03Отсутствием усилителя в принципе. Мешающая станция вместе со слабой полностью помещается в динамический диапазон АЦП и проблема исчезает как класс. с 8-битными АЦП этого достичь крайне трудно, поэтому дешёвые СДР-приемники не лишены этого недостатка и может показаться что они все такие… Но давайте немного математики. У нас есть скажем 12-битный АЦП, с опорным напряжением в 1.25В(типично) это значит что м.р. этого АЦП будет иметь вес 300мкВ — порядок чувствительности обычных КВ приемников, а на ДВ и СВ это даже излишняя чувствительность. Это не говоря уже о 16-битных АЦП. т.е. только какая-то очень близкая станция вроде 100Вт в пределах 10Км может перегрузить тракт и помешать приёму дальних станций.
quwy
15.05.2019 18:44300мкВ — порядок чувствительности обычных КВ приемников
Даже для бытового говорящего ящика не айс. А связные КВ имеют чуйло порядка 0.2 uV.
только какая-то очень близкая станция вроде 100Вт в пределах 10Км
А 100 Вт на той же крыше не хотите? Для диспетчерской вышки аэропорта, например, обычное дело.
Сотня ватт в радиусе пары километров — это вообще банальщина, с которой играючи должен справляться любой связной приемник, немного переросший уровень «Баофенгов».Alexeyslav
16.05.2019 09:36На УКВ 0.2мкВ имеет смысл, но на КВ кажется чрезмерным. Хотя конечно запас карман не тянет, но стоит ли цена достижения такой чувствительности результата?
xirahai
16.05.2019 13:04Чувствительность необходимо рассматривать в связке с полосой приема, иначе обсуждение сферического коня в вакууме. И далее соотносить со спектральной плотностью шумов в радиоэфире. Это и будет ответом на вопрос о целесообразности данного значения чутья.
quwy
16.05.2019 14:59На УКВ 0.2мкВ имеет смысл, но на КВ кажется чрезмерным.
Зависит от антенны. Полноразмерный диполь на 160 метров дает иногда вольты полезного сигнала, это да. Но вот метровый «телескоп» на том же диапазоне как раз имеет смысл подключать только к приемнику с высокой чувствительностью.
но стоит ли цена достижения такой чувствительности результата?
Между 300 и 0.2 разница 1500 раз, это, грубо говоря, два транзистора с усилением около 40 каждый.Alexeyslav
16.05.2019 15:44И надо сказать, довольно дорогих транзистора. Там нужны уже не просто транзисторы, а малошумящие и методики по уменьшению приведённого уровня шума. Если на грубой схеме транзистор шумел условным микровольтом, и с чувствительностью приемника в 300мкв это не представляло проблемы, то с повышением чувствительности такой транзисторный каскад просто забъёт тракт собственным шумом. Поэтому я и сомневаюсь в обоснованности такого усиления — оно даётся не бесплатно. Кроме того, может оказаться так что собственный фон околопланетный на КВ будет выше чувствительности приёмника и опять же это не даст ничего полезного, а за большую чувствительность мы уже заплатили.
Вот, типичный радиоприемник TECSUN PL600 на КВ даёт чувствительность 20мкВ.quwy
16.05.2019 19:03И надо сказать, довольно дорогих транзистора. Там нужны уже не просто транзисторы, а малошумящие и методики по уменьшению приведённого уровня шума.
Маломощных высокочастотных полевиков других и не делают почти. В мобильной связи, например, такие транзисторы используются миллионными тиражами. Сегодня в основном составе микросхем, а раньше и в дискретном виде полно было.
Чувствительность хорошего приемника LTE-терминала сегодня достигает -117 dBm, т.е. 0.3 uV. Рядовой телефон средней паршивости как правило имеет чувствительность не хуже -107 dBm или менее 1 uV. И это на частотах далеко за два гигагерца, а не на жалких единицах-десятках мегагерц.
Проблема вовсе не в дороговизне транзисторов, а в том, чтобы сделать услилитель таким образом, чтобы он мог линейно усиливать сигналы как 0.2, так и 20000 uV.
Если на грубой схеме транзистор шумел условным микровольтом
Это МП42Б что ли? :)
Кроме того, может оказаться так что собственный фон околопланетный на КВ будет выше чувствительности приёмника и опять же это не даст ничего полезного, а за большую чувствительность мы уже заплатили
А вот тут, как я уже говорил, все зависит от антенны. Не всегда прием ведется на полноразмерный диполь. Если антенна сильно короче длины волны, компенсировать ее неэффективность можно увеличением чувствительности.
Вот, типичный радиоприемник TECSUN PL600 на КВ даёт чувствительность 20мкВ.
Дешевый любительский трансивер 20-летней давности YAESU FT-840 в режимах SSB и CW (т.е. и голос и «морзянка») на КВ имеет чувствительность лучше 0.25 uV.Alexeyslav
17.05.2019 09:37МП42 это образец генератора шума, он там десятками милливольт шумит.
Высокая чувствительность у любительского трансивера это хорошо, но бесполезно если у вас есть нормальная антенна. А ведь высокая чувствительность даётся непросто, это и транзисторы малошумящие относительно дорогие и не распространённые и топология печатной платы и конструкции самого трансивера, чтобы помехи не попадали в тракт через этот самый каскад усиления, в конце концов чтобы этот первый каскад не заводился.
Я уже упоминал TECSUN PL600, так вот в нём не всё настолько хорошо. На вход просачивается какой-то из внутренних сигналов, толи частота гетеродина толи ещё что в итоге имеем сетку фантомных частот просто огромной амплитуды которая перекрывает полезный сигнал, особенно в нижней части КВ диапазона.quwy
17.05.2019 15:05Высокая чувствительность у любительского трансивера это хорошо, но бесполезно если у вас есть нормальная антенна
Даже с нормальной антенной есть кейсы, когда высокая чувствительность не повредит. Например, прием сверхузкополосных сигналов (некоторые цифровые моды), когда в полосе менее 100 Гц нет ничего, что могло бы мешать. И тут в первую очередь важна линейность усилителя, но это немного другая песня.
Ну и про работу в тайге какой-нибудь, или в океане, не нужно забывать, там без помех можно вытянуть очень слабый сигнал.
На вход просачивается какой-то из внутренних сигналов, толи частота гетеродина толи ещё что в итоге имеем сетку фантомных частот просто огромной амплитуды которая перекрывает полезный сигнал, особенно в нижней части КВ диапазона
Широкополосных приемников без пораженных частот не бывает. Всегда на вход или в промежуточные каскады просочится какая-то помеха от гетеродинов или от цифровой части. Один из критериев качественного устройства — это минимум таких частот (не отсутствие, а именно минимум). И именно для минимизации нежелательного влияния промежуточные частоты приемников часто имеют такие странные значения (47.055 и 8.215 MHz в том же FT-840).Alexeyslav
17.05.2019 15:15Частные случаи… которые в принципе решаются при помощи внешнего «антенного» усилителя при необходимости.
drWhy
17.05.2019 17:20Если отношение сигнал/шум не зашкаливает (как например в кабельном телевидении), и нет требований жёсткой экономии — можно и нужно и антенный усилитель, и лишний каскад усиления — не нужно будет выжимать всё до копейки из каждого каскада, работа будет на линейном участке, лучше будет работать АРУ, меньше зависимость от ухода параметров элементов схемы из-за перегрева или старения, меньше всяческих сюрпризов.
ZEvS_Poisk
16.05.2019 00:34это значит что м.р. этого АЦП будет иметь вес 300мкВ — порядок чувствительности обычных КВ приемников, а на ДВ и СВ это даже излишняя чувствительность
Да, только это чувствительность «однобитного сигнала», то есть если Вы примете такой сигнал, то в плане АМ можете сказать только есть он или нет. Оценить его амплитуду Вы не сможете.
Кроме того МЗР всех АЦПов прилично шумят. Есть такая характеристика ENOB — Effective Numbers Of Bits. Это один из ограничивающих факторов. И считать, что 12 бит, это ДД в 96 дБ, из-за этого ограничения не очень верно. :)Alexeyslav
16.05.2019 09:34Эта проблема актуальна только если у нас анализируется каждый отсчет в отдельности, т.е. на пределе пропускной способности. А у нас же как правило на входе сигнал модулированный и модулирующая частота гораздо ниже несущей, у нас есть огромный запас на статистическую обработку и в итоге получить сигнал в доли от младшего разряда, и шум АЦП в этом даже помогает. Получается что-то вроде ШИМ-а этим самым 1-битным «сигналом» который сглаживается в аналоговый сигнал.
quwy
16.05.2019 15:14Не совсем понятно, как вы из последовательности отсчетов типа такой:
+00000001
+00000001
+00000001
+00000001
00000000
00000000
00000000
00000000
-00000001
-00000001
-00000001
-00000001
00000000
00000000
00000000
00000000
+00000001
+00000001
+00000001
+00000001
… (для простоты возьмем 8-битный АЦП)
выделите что-то полезное, если это результат оцифровки AM-сигнала с некоторым запасом полосы пропускания?Alexeyslav
16.05.2019 16:52А вы попробуйте хотябы посчитать среднее значение. И кстати у вас не шум получился, а меандр. Таким же образом математикой выделяют сигнал на уровнях ниже уровня шумов.
quwy
16.05.2019 18:22А вы попробуйте хотябы посчитать среднее значение
0 получится для любого более-менее симметричного относительно OX сигнала, а в эфире других и не бывает. И что мне это даст?
И кстати у вас не шум получился, а меандр
Речь все еще о шаге квантования 300 микровольт и сигнале, едва дотягивающим до этого уровня? Ну, шумы случайно добавят или отнимут один-два LSB от случайных отсчетов, все станет еще хуже.
И кстати у вас не шум получился, а меандр
Точно-точно меандр? Аналогичный поток даст синусоида, пила, да почти что угодно, если амплитуда будет в определенном диапазоне между 300 и 600 микровольт.
аким же образом математикой выделяют сигнал на уровнях ниже уровня шумов.
Ниже уровня шумов и ниже предела квантования — это очень разные ситуации.Alexeyslav
17.05.2019 09:51Шумы, да, займут 1-2 LSB но если их анализировать статистически то наличие сигнала ниже уровня квантования выдаст разное среднее для этого шума. Постарайтесь посмотреть на сигнал не в плане отдельных выборок а его статистические характеристики. Причем после обработки демодулятором.
Как думаете, что произойдет с шумом 1-2LSB если к нему добавить смещение 0.5LSB? Его матожидание вырастет на те самые 0.5LSB, чем оно себя и выдаст. А матожидание это уже величина дробная, поскольку основана на нескольких выборках. Весь вопрос в том сколько нам надо выборок чтобы дискретность матожидания была ниже необходимого порога? для 0.1LSB это как бы не менее 10 выборок.quwy
17.05.2019 15:18+1Шумы, да, займут 1-2 LSB но если их анализировать статистически то наличие сигнала ниже уровня квантования выдаст разное среднее для этого шума
Я понял вашу идею. Шумы могут немного подсобить сигналу, который не дотягивает до порога установки младшего бита. Проблема только в том, что делают они это очень случайно и в обе стороны. Получится фактически модуляция шума полезным сигналом с очень малой глубиной.
Да, такой сигнал даст на выходе не поток нулей, а нечто на 99% рандомное и на 1% состоящее из полезной информации. Но говорить о нормальной работе детектора в таких условиях ИМХО совершенно некорректно.
Гораздо логичнее подмешать к полезному сигналу что-то детерминированное, синусоиду, например, достаточной амплитуды, а потом вычесть ее из результатов детектирования. Тут хоть известно, что является полезным сигналом, а что технологическим в отличие от случайного шума.
ZEvS_Poisk
16.05.2019 22:00Получается что-то вроде ШИМ-а этим самым 1-битным «сигналом» который сглаживается в аналоговый сигнал.
В принципе, я Вас понимаю. И выглядит неплохо, но на практике, ИМХО все может оказаться иначе. Доведем, ко крайнего (абсурдного) случая. :)
Что, если мы возьмем компаратор (сверхвысокоскоростной), подключим к отрицательному входу некий опорный источник, и через резистор 75 ом, подключим положительный вход туда-же. Через емкость подключим к положительному входу антенну. На выходе компаратора будет шум, цифровой однобитный. Предположим, делаем выборки с частотой 100 МГц.
Вопрос! Какие сигналы и с какими характеристиками можно вытянуть из такого приемника?
Полагаю, это будет работать как частотомер. На выходе будет меандр с частотой самого мощного сигнала в полосе. И все. Скорее всего, да, скорее всего, удастся вытащить частотную модуляцию этого сигнала. Полагаю, что остальные сигналы пропадут.
Но это ИМХО.Alexeyslav
17.05.2019 10:04Тут ведь какая штука, эта как раз та область реального мира где паразитный шум нам помогает — измеряя параметры шума мы можем делать выводы о наличии сигнала ниже уровня шумов или даже ниже уровней квантования. Без шума это было бы невозможным.
asm679
15.05.2019 06:54«Маленькая собачка» на КДПВ сделала своё дело
Илья Кабаков. Смерть собачки Али. 1969, доска, масло
r3pab
15.05.2019 07:53+1Поддержу nerudo в плане того, что программно-определяемое радио обязательно должно использовоть персональный компьютер. Впринципе компьютер, да. Будь то сигнальный или инной процессор. Сама по себе визуализация принятой информации тут не принципиальна. На вкус и цвет… Вспоминаю удивление некоторых радиолюбителей на заявление одного аксакала, о том что RTTY можно принимать без компьютера(и без микроконтроллера). Да и ИМХО применение персонального компьютера в этом деле раздражает. Удобно, да. Много готовых наработок. Но их качество… Уж лучше по старинке, на плисине все делать. На счет того что какие то инженеры о чем то недогадывались, это тоже условность. В теорию углублятся небудем. Возьмем книги того же Жодзишского М.И… Много разжевано и сделано в 70е. DDC дорого? Совсем нет. SDR на модулях с али или тот же STM32-SDR(без персоналки кстати). Напоследок по крутые АЦП. Первое что на ум пришло, это фирма e2v. Может кому будет интересно поглазеть на параметры. Думаю стоит упомянуть про радиочастотные микросхемы от аналоговых девиц типа 9854 и дальше. Конечно не прямо вот SDR, но кое какие очень неплохие финты на них можно сделать. Хотя это достаточно специализированная электроника.
ptica_filin
15.05.2019 09:23Если не устраивает качество софта, то можно и самому исправить те моменты, которые не нравятся. Наверное, по трудоёмкости это будет сравнимо с реализацией того же алгоритма на плисине. Но зато без затрат на железо.
McSava
15.05.2019 09:51Платы для SDR бывают не только USB и Ethernet, есть ещё PCI, PCIe и промышленные формфакторы, например signal.ru. Частота семплирования не ограничивает максимальную частоту принимаемого сигнала, она ограничивает полосу обрабатываемого сигнала. Если на входе отфильтровать сигнал, так чтобы сигналы не накладывались на спектре, то на 100 MSPS АЦП можно смотреть сигналы выше 50 МГц, но с полосой не более 50 МГц. Поэтому частота выборки важна больше для обработки широкополосных сигналов, чем просто лезть вверх по частоте. За максимальную частоту более ответственен параметр аналоговой полосы пропускания как самого АЦП, так и входного тракта. Но чем она шире, тем больше шумов можно сгрести со всей полосы.
I-denis
15.05.2019 11:27«Назвать точную дату, когда в продаже появились первые SDR-приемники, довольно сложно»
Летом 2002 года Flex-Radio опубликовала свои первые статьи, подробно описывающие теорию работы SDR-технологии, свои идеи и концепцию в известном радиолюбительском журнале QEX. С этого момента технология SDR начала своё шествие по миру, начавшееся с трансивера SDR Flex-1000
«Тогда же в 2010м появился Perseus SDR»
В 2005 году началась «эра DDC». Компанией RF SPACE был выпущен для радиолюбителей первый DDC приёмник. Называется он SDR-IQ. На борту этот приёмник имеет 14-битный АЦП и процессор от компании Atmel. В 2006г компания Microtelecom вышла со своим проектом PERSEUS.
Примерно в конце 2005 — начале 2006 года, происходит действительно эпохальное событие, с которого начался переворот в мире радио и широкое распространение архитектуры DDC. Один из талантливых программистов, Фил Ковингтон (Phil Covington) начинает самостоятельный проект, который принёс ему славу в последующие 6-7 лет. Он разрабатывает полностью законченный DDC-радиоприёмник небольшой ценой и очень хорошими характеристиками. Назвал он проект QS1R. Данный приемник был творчески переработан на территории Украины и России. Отечественный клон получил название MAXUS и обладал лучшими характеристиками чем оригинал, имел преселектор и штатно поддерживал конвертор с УКВ диапазона на базе ТВ тюнера
В 2007 Таганрогские соотечественники наладили выпуск аналога Flex-1000/1500 под названием SunSDR.
В 2010г Jim Ahlstrom, N2ADR разработал схемотехнику первого радиолюбительского цифрового DUC/DDC трансивера HIQSDR.
Так что можно ориентировочно считать что эра SDR началась с 200х годов, а эра DDC c середины 200х
I-denis
15.05.2019 11:55"— DDC (direct down conversion) SDR. Это самая современная технология на сегодняшний день. Суть в том, что гетеродин здесь не нужен — сверхбыстрый АЦП с частотой оцифровки порядка 100млн семплов/с оцифровывает непосредственно входной сигнал с эфира, что позволяет (согласно теореме Котельникова/Шеннона) иметь прием до частоты, равной половине частоты дискретизации, т.е. в нашем примере до 50МГц. "
По теореме Котельникова, сигнал должен быть дискретизирован со скоростью равной или большей удвоенной полосы частот полезного сигнала для того, чтобы сохранить всю информацию об исходном сигнале. Обратите внимание, что в этой формулировке нет никакого упоминания об абсолютном местоположении дискретизируемого сигнала в частотном спектре относительно частоты дискретизации. Единственное ограничение заключается в том, что полоса подлежащих дискретизации сигналов должна быть ограничена одной зоной Найквиста.
Что собственно позволяет принимать УКВ на 100мгц АЦПDmitrySpb79 Автор
15.05.2019 13:43Да, возможен прием на зонах найквиста с полосовыми фильтрами, я не стал слишком усложнять.
I-denis
15.05.2019 14:14имхо, нужно было хотя бы намекнуть, иначе, по смыслу статьи, складывается впечатление, что за пределами первой полосы найквиста жизни нет.
I-denis
15.05.2019 12:04Автор в прошлой статье высказывал желание портативного SDR приемника.
Случайно обнаружил разработку Георгия RX9CIM — Малахит-SDR. MSI001+stm32+lcd. КВ-УКВ. можно считать аналогом дегенов:) Да это не DDC, а PLL, но тем не менее, на мой взгляд разработка весьма интереснаяAlexeyslav
15.05.2019 14:25Это просто низкочастотный SDR(там АЦП вроде бы до 1MSPS 12 бит) который используют для декодинга ПЧ — компромисс как получить преимущества SDR при помощи дешевого низкоскоростного АЦП.
aarmaageedoon
15.05.2019 12:22зачастую никакого софта кроме пары DLL и SDK для них просто нет.
Потому что надо использовать GNURadio и среду Linux. Сейчас существует проект некоего единого драйвера, называемого SoapySDR. Через него к GNURadio можно подцепить большинство доступных сейчас SDR-трансиверов.
sirocco
15.05.2019 12:33Я только погружаюсь в мир SDR. Вы пишете о самых продвинутых ddc, приводите ширину в 30-50МГц, и максимальную(допустим, сейчас) частоту в 122Мгц. А как же лайм sdr, который pci-e, который до 3.8ГГц и с шириной в 120МГц*2канала?
I-denis
15.05.2019 13:51Внутри лайма LMS7002 чип с PLL, а уже дальше ПЧ падает на ADC — классический SDR с переносом спектра в нужную область
afiskon
15.05.2019 13:21Являюсь счастливым обладателем LimeSDR (обзор и далее по ссылкам). Имею за что его поругать, но все же по отношению цена/качества это довольно неплохой SDR. Имеется SDK, поддержка существующим софтом, есть довольно активный форум поддержки. Отмечу однако что в наиболее интересных для себя проектах обычно хватало RTL-SDR. Если сомневаетесь и бюджет ограничен, я бы советовал брать RTL-SDR v3 (купленный в официальном магазине, не поделку с eBay). С ним можно получить море фана.
Пользуясь случаем также хотел бы сообщить, что в свое время записывал стрим про введение в SDR, за который мне почти не стыдно :)dernuss
15.05.2019 17:58Есть ещё LimeSDR mini
afiskon
16.05.2019 12:19Есть. Держал в руках, общался с владельцем. Жаловался что очень сильно греется. В остальном должно быть вполне приятное устройство. Но если смотреть на данный ценовой диапазон я бы наверное предпочел HackRF (его китайскую версию с eBay). Да, там нет полного дуплекса, но он часто и не нужен. Зато до 6 ГГц, гарантированная идеальная поддержка любым софтом, куча существующих проектов, и вот это все.
dernuss
16.05.2019 14:29У меня есть LimeSDR mini, да греется.
Но думаю нагрев обычного LimeSDR тоже имеется не слабый.
До 10 ГГц можно плату расширения можно заказать, если уж сильно понадобится.
Да, в плане поддержки HackRF лучше.
Но мне нужен был именно полный дуплекс. Так то я бы и от LimeSDR не отказался, из за 2х каналов, что мега удобно для всяких интересных радиолокационных опытов. Но стоит он дороже.
veselovi4
15.05.2019 13:59Где найти схему радио с первой картинки ?!!! Очень хотеть повторить ))
I-denis
15.05.2019 14:15Левой или правой?:)
Выше уже была ссылка www.electronixandmore.com/projects/regen/index.htmlveselovi4
15.05.2019 14:24Оно. спасибо. вечером буду творить)
commanderxo
15.05.2019 15:28Если я правильно читаю схему, там один из проводов переменного тока подключается напрямую от розетки к земле приёмника, без какой-либо гальванической развязки. С тем же общим проводом соединены крупные токопроводящие детали, например металический корпус переменного конденсатора. С другим полюсом питания не лучше, он, кроме прочего, напрямую нагревает катоды ламп через токограничивающий конденсатор на 15 мкФ, котрый расчитан на американские 110 Вольт и 60 Герц.
С точки зрения безопасности это скорей «не пытайтесь повторить это дома».veselovi4
15.05.2019 15:30Ну я конечно не буду делать без гальванической развязки, как бы это не выглядело «быстро и удобно». Благо ТЛЗ уже давно занимаюсь ))
afiskon
15.05.2019 15:54Аналогичная конструкция питаемая батарейкой крона на 2N2222 www.techlib.com/electronics/regen.html
Sad_Bro
15.05.2019 17:47DDC трансиверы вполне сейчас по деньгам сотворить из модулей с Aли (~ 8 тр ушло). Тк как я интересуюсь в первую очередь КВ связью то говорю за нее.
Wolframium13
15.05.2019 18:34Я не знаю адекватного перевода термина на русский,
программно-определяемая радиосистема обычно пишут, не?DmitrySpb79 Автор
15.05.2019 21:24Формально такое сокращение (ПОР) есть, но «в жизни» его ни разу не встречал.
xirahai
15.05.2019 22:51Немного добавлю насчет панорамного обзора полосы приема. В SDR приемниках, и особенно DDC панорама стала настолько привычной и востребованной фичей, что без нее уже как-то и некомфортно. В аналоговых супергетеродинных приемниках далекого и не очень прошлого, панорамный обзор достигался введением дополнительного приемного тракта, или чаще всего лишь его части по первой ПЧ. Нередко панорамная приставка оформлялась отдельным блоком, и могла подключаться к любому приемнику, имеющему выход ПЧ, давая обзор в полосе от десятков до сотен КГц. В упрощенных аппаратах было переключение приемника имеющего только один тракт, в режим пан. обзора, во время которого прием основного сигнала невозможен. Например так реализовано в компактном аналоговом приемнике AR8200mk3.
Касательно любительских конструкций, там были успешные разработки на базе телевизоров (без потери их основного назначения) или использующие любительские осциллографы. Правда в журнале «Радио» тема панорамных приставок освещалась крайне неохотно, хотя технически они были проще многих других публикуемых там конструкций. Ну а в 90х годах на вторичный рынок было выброшено куча военной связной техники, среди которой встречались и панорамные приставки.
nerudo
Говорить что SDR — это прием на персональном компьютере будет чрезвычайным сужением идеи. Смысл которой в том, что создается программно-аппаратный комплекс, который может быть сконфигурирован на прием (и передачу!) любых сигналов. При этом перепрограммируемая часть может крутиться на DSP/FPGA и быть вовсе не ограничена скоростью какого-либо массового пользовательского интерфейса (для передачи сырыхданных), т.к. интерфейс от АЦП на FPGA может выдавать сотни гигабит.