Szoftver rádió (SDR) rádióamatőröknek. Dr. Selmeczi János HA5FT

Átírás

1 Szoftver rádió (SDR) rádióamatőröknek Dr. Selmeczi János HA5FT

2 Mi is az a szoftver rádió Olyan rádió amelyben A hardvert szoftverrel vezéreljük A fizikai réteg funkcióit szoftverrel valósítjuk meg Az elérendő cél Egyszerű és univerzális hardver Könnyű és gyors újrakonfigurálás Jó minőségű és olcsó rádió Új és különleges jelfeldolgozás Fejlesztés = szoftver fejlesztés

3 Szoftver rádió felépítése Sok célú hardver Kisebb komplexitás Kisebb frekvencia Specializálódó hardver Nagyobb frekvencia Elvileg drágább Jelfeldolgozó szoftver Analóg hardver ADC és DAC FPGA hardver CPU és GPU PC vagy beágyazott Kezelő rendszer szervek Vezérlő szoftver Általánosabb a hardver CPU és GPU szoftver fejlesztés Sok szoftver fejlesztő Csökken az univerzalitás Sok FPGA szoftver fejlesztés Kevesebb szoftver fejlesztő

4 Gyakorlati felépítések Komplex keverős analóg hardver Széles frekvencia tartomány Analóg rész minőségi gondok RH-ra olcsó hardver Közvetlen mintavétel Analóg rész csak szűrő és erősítő Jelfeldolgozás részben az FPGA-n Korlátozott frekvencia tartomány Közvetlen Fourier konverzió (DFC) Közvetlen mintavételezés FPGA csak adatátvitelt intéz PCIe interfész a PC-vel

5 Az ADC mindenek felett Az ADC határozza meg a minőséget Ugyanaz a minőség HF és RF ADC esetén 120 db jel/zaj 2,4 khz sávszélességen 20 db körüli zajszám 100 db SFDR és IMDR A misztikus dither LSB-nél kisebb jel is feldolgozható Sok nagy jel csökkenti a torzítást IMD nem követi a hatvány szabályt Reciprok keverés az órajel fáziszajától függ

6 Az analóg rész Könnyen ronthat az ADC minőségén Közvetlen mintavétel és RH esetén db erősítés 7 8 db zajszámhoz db IP3 Végfok linearizálás szoftverrel Komplex keverés esetén 60+ db tükörelnyomás csak szoftverrel LO fáziszaja kritikus Speciális chipek 70MHz-től 3GHz-ig

7 Mit lehet elérni? Készülék IM3DR 2KHz BDR 2KHz RMDR 2KHz TX IMD3 TX/RX váltás FTdx5000D 114 db 136 db -102 dbc -43 db 66 ms IC db 123 db -102 dbc -30 db 15 ms IC db 120 db -113 dbc -41 db 50 ms FLEX db 128 db -116 dbc -41 db 184 ms ANAN db 125 db -110 dbc -54 db 110 ms Zeus ZS db 129 db -120 dbc -34 db 344 ms Elad FDMDUO 99 db 106 db -104 dbc -39 db 52 ms

8 Funkcionalitás jelenleg Analóg rádiók funkcióit valósítja meg Néhány többlet funkció Speciális zajszűrés Digitális moduláció Végfok linearizálás Csak néhány vételi és 1 adási csatorna Felhasználói felület analóg rádiót imitál

9 Lehetséges fejlesztési irányok Vételi és adási antenna nyaláb formálás Kapcsoló üzemmódú teljesítmény erősítők EER (Envelop Elimination and Restoration) Outphasing Kognitív rádió Az összes sáv egyszerre figyelése Modulációk automatikus felismerése Automatikus hívójel felismerés (CW és digi módok) Terjedés automatikus figyelése Radikálisan új felhasználói felület

10 A változások kora Megváltozik a felhasználói felület: Nincsenek gombok, kapcsolók Számítógépes grafikus felület Megváltozik a használat: kognitív rádió Megváltozik a kísérletezés: Szoftver fejlesztés Jelfeldolgozási ismeretek Programozási tudás Virtuális munkaasztal

11 A rádióamatőrök lehetőségei Kész készülék vásárlása Elegendő választék, de drágák SDR KIT-ek összeszerelése RH-ra komplex keverős megoldások SDR Modulok integrálása Kész digitális modulok (FPGA, ADC, DAC) Analóg rész lehet saját építésű Saját tervezés Technológiai gondok (BGA, sok NYÁK réteg) Nyílt hardver tervek felhasználása Szabványok használata (pl. FMC csatlakozó)

12 Közvetlen mintavételes kész készülékek Icom 7300 ($1500), Icom 7610 ($3400) Flex 6700 ($7500), 6500 ($4300) Apache Lab 8000 ($4400), 7000 ($2800) Zeus ZS-1 ($1700) Elad FDM-DUO ($1150) Red Pitaya Hamlab (1220 EUR)

13 Komplex keverős KIT-ek RH-ra Különböző hardverek mchf Eagle SDR OVI 40 ARM Cortex M4/M7 processzor UHSDR szoftver mindegyikhez

14 Komplex keverős modulok >70MHz frekvenciára Lime SDR-USB ($300) ADALM-PLUTO ($150) LMS7002M csip AD9363 csip Altera Cyclone IV FPGA Xilinx Zynq7010 USB 3.0 interfész Ethernet interfész 100 KHZ 3,8 GHZ 325 MHZ 3,8 GHZ 12 bit ADC, DAC 12 bit ADC, DAC 60 MHZ sávszélesség 30 MHz sávszélesség

15 Közvetlen mintavételes modulok Apache Labs Orion MkII ($1700) 2x16 bit ADC, 16 bit DAC 0 60 MHz 100 Mbit Ethernet interfész Analóg modulok eb104.ru társaságtól (rádióamatőrök) HIQSDR (675 EUR készen) KIT is van belőle 14 bit ADC, 14 bit DAC 0 60 MHz 100 Mbit Ethernet interfész Analóg modulok, KIT-ek kaphatók hozzá

16 Közvetlen mintavételes modulok Red Pitaya (320 EUR) FPGA, ADC és DAC modulok 2x14 bit ADC, 2x14 bit DAC 100 Mbit ethernet interfész Át kell alakítani Analóg bemenet Óra generátor Trenz Elektronic FPGA modul Zynq XC7Z020 (260 EUR) TE0701 alaplap (300 EUR) FMC csatlakozóval Analog Devices ADC, DAC AD9467-FMC ($400), 16 bit, 250 Ms/s ADC AD9739A-FMC ($370), 14 bit, 250 Ms/s DAC

17 Nyílt hardver tervek (DFC-hez) webhelyről FMC ADC 16 bit, 130 Ms/s, 4 csatorna FMC ADC 16 bit, 250 Ms/s, 4 csatorna FMC ADC 14 bit, 125 Ms/s, DAC 14 bit, 600 Ms/s FMC DAC 16 bit, 600 Ms/s, 4 csatorna Simple PCIe FMC carrier (SPEC)

18 Nyílt forrású, kész SDR szoftverek PC szoftverek PowerSDRmrx, linhpsdr (wdsp alapúak) Quisk (HIQSDR-hez) Linrad (nem a szokásos jelfeldolgozás) OpenWebRX (HA7ILM szoftvere) Beágyazott rendszerek PiHPSDR (wdsp alapú, raspberry pi-hez) UHSDR (ARM Cortex M4 processzorhoz)

19 Digitális moduláció szoftverei Nyílt forrású szoftverek wsjt-x fldigi js8call mshv WSQcall/FSQcall

20 Nyílt forrású keretrendszerek Gnuradio és gnuradio companion Pothosware/PothosCore és pothosware/soapysdr Luaradio Sdrflow

21 SDR könyvtári modulok DttSP C nyelv, teljes funkcionalitás Wdsp C nyelv, teljes funkcionalitás Speciális zajcsökkentés Végfok linearizálás

22 Kérdések