Software defined Radio

Transkript

1 Grundsatz: SDR Software defined Radio Erzeugung eines digitalen Datenstroms durch Signalabtastung und A/D-Wandlung - Das Prinzip ist nicht neu und wurde abgeleitet von der Phasenmethode nach Weaver ( 3. Methode der SSB-erzeugung) in den 1950er Jahren. - Einzug in die Militärtechnik und kommerziellen Technik ab ca Einzug in AFU 2003 Was sind die Voraussetzungen um digitale Verarbeitung zu ermöglichen? 1. Das Signal muss in seine Komponenten I und Q zerlegt werden 2. Die I/Q-Signale müssen mittels ADC abgetastet (gesampelt)und in einen Datenstrom gewandelt werden. Zwei Prinzipien: - erst mischen und dann sampeln ==> Direktmischprinzip / QSD-Mischer - erst sampeln und dann mischen ==> Direktsampler an der Antenne

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3 Amplitude und Phase Generierung von I und Q Q(uadratur) sin A Phi cos I(n-phase) Bsp.: Winkel Phi=130 y=r sin(phi)=0,8 x=r cos(phi)=0,6 bei r=1 A = sqrt( I² + Q²) Phi = arctan (Q/I)

4 Schaltmischer Umsetzung direkt in den Audiobereich fo = fe z.b. CD4066 M1 I cos fe VFO 90 Soundkarte USB PC M2 Q sin Anwendung: Softrock, FA-SDR, SDR1000, Flexradio

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6 Das Schaltmischer-Prinzip I PC fe Q O Im PC erfolgt über Soundkarte Abtastung,Filterung,FFT,Regelung Clock Johnson /4 4x fo Detaillierte Schaltungen: Softrock, SDR1000, FA-SDR, HA-SDR, Flexradio usw.

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8 Softrock- Erfahrungen - Einfacher Aufbau, einfache Inbetriebnahme - Kostenlose Software von Flexradio,(setup für Flexradio) - optimale Funktion aber nur wenn man die unterstützten Soundkarten benutzt, sonst Mängel bei Spiegelfrequenzbandunterdrückung > Ärgernis beim Senden!! - schlechte Empfindlichkeit in der Nähe der Lo-Frequenz - eingeschränkte Funktionalität - sehr gute S-Meter-Anzeige, als Messgerät einsetzbar - Monitoring des eigenen Sendesignals Aber es geht auch besser =====> Direktsampling!

9 Direktsampler Die Abtastung( sampling) erfolgt direkt an der Antenne Schneller ADC mit hoher Bitrate erforderlich.(122mhz / 16 Bit) Ant 14/16 Bit ADC Der komplette Bereich 0-60Mhz FPGA PC Black Box! Magie? Clock 122 MHz Audio Codec Niquist-Kriterium(Abtastkriterium) bestimmt die höchste Empfangsfrequenz: Fe < clock/2 Keine Mischer, =>keine Mischprodukte, Dynamikbereich wird durch die Bittiefe des ADC bestimmt. Anwendung: Perseus, HPSDR, Hermes, ANAN,Red Pitaya, IC7300

10 Digitalisierung Wie wird ein Signal digital erfassbar, welches sich in Frequenz und Amplitude ständig ändert?

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13 Direktsampler Die eigentliche Demodulation, Filterung, Spektrumsdarstellung (FFT) und Steuerung teilen sich FPGA und PC. Grundlagen sind signaltheoretische Kenntnisse wie Fourier-Analyse und digitale Filter, FPGA-Programmierung.

14 HPSDR-Direktsampler Mehrplatinensystem besteht aus : Eine Trägerplatine Atlas (Busplatine) Eine Empfängerplatine Mercury Eine Senderplatine Penelope 500mW out. Eine Schnittstellenplatine Ozymandia für USB oder Metis für Ethernet ATX-Netzteil Bezug über DJ8AY ca. 800, wird aber nicht mehr gefertigt! Aktuelle Software (Powersdr/Firmware) kann von heruntergeladen werden

15 Hermes-Direktsampler Hermes ist Fortführung von HPSDR zu einem Einplatinen-TRX. Enthält im wesentlichen die gleichen Baugruppen wie HPSDR mit Ethernetanschluss. Größe: 160x120mm, 12/13,8V Die Anantransceiver aus Indien haben Hermes als Grundlage. Gibt es mit 10/100/200 Watt. Fertiggerät, nur PC wird benötigt Hermesbasierende TRX haben die Predistortion-Funktion Für kompletten TRX sind weitere Baugruppen notwendig ( Verstärker, Filter, Sende-Empfangsumschaltung) Kein Plug-and-play! Aktuelle Software(Powersdr/Firmware) kann von heruntergeladen werden.

16 Dynamikbereich Bereich von der Grenzempfindlichkeit bis Übersteuerung des ADC ( nicht vergleichbar mit IP3) Dynamikbereich = Dynamik ADC + Systemgewinn Theoretisch: 16 x 6dB 96 db + 10 lg fs/2b 40 db = 136 db Bei : 16 Bit, fs=60mhz, B=3kHz Praktisch ca. 113 db (-128dBm - 15dBm) Vergleichbar mit analogen Oberklassengeräten!!! Übersteuerung bei 16Bit-ADC liegt bei -10 bis -15 dbm => 59+60dB

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18 PowerSDR-Konsole

19 Predistortion Prinzip: Rückführung des Sendesignals von Ausgang des TX auf den RX-Eingang über ein Dämpfungsglied Antenne Sendefall: ca. -60dB SDR-RX SDR-TX ATT PA Sampler -30dB Die Gesamtdämpfung muss der Sendeleistung angepasst werden.

20 Predistortion

21 PowerSDR Zweitonsignal bei 750 Watt, IMD 3 = 35dBc

22 Predistortion Zweitonsignal bei 400W, IMD3=ca.60dBc

23 Verstärkung HPSDR und Hermes haben eine Ausgangsleistung von ca. 0,5 W, daraus folgt: weitere Verstärkung erforderlich. Außer ANAN, diese Geräte haben interne PA mit 10,100 oder 200W Jede nachfolgende Verstärkerstufe verschlechtert das IMD3 um ca.6bis 10dB Das gesendete Ausgangssignal sollte immer besser 30dBc.sein Predistortion verbessert IMD3 um praktisch ca. 20dB

24 IC-7300 Erster kommerzieller TRX mit Direktsampling an der Antenne und digitaler Umsetzung auf 37kHz-ZF, Datenstrom wird in einer bewährten DSP- Baugruppe ( aus IC7100) bearbeitet. Ausgangsleistung 100W Gewohnte Bedienung mit VFO-Knopf und Touchscreen Sehr preisgünstig im Verhältnis zur Performance Minimale Latenzzeiten, gut für CW Display etwas klein, Anschluss eines ext. Monitors wünschenswert.

25 Vorteile - Nachteile Vorteile Nachteile - Stand der Technik - Keine Mischstufe, keine Mischprodukte - Hoher Dynamikbereich - preisgünstig - jeder Zeit updates möglich - Funktionsänderung per Software - Messgerätequalität - exaktes S-Meter 1dB Genauigkeit - als VNA und Spektrumanalyser nutzbar - ständig in Weiterentwicklung - meist PC erforderlich - hohe Latenzzeit, derzeitig noch Baustelle - ungewohnte Bedienung

26 FT817 Wenn Audio über PC läuft, ist die Latenz ms Hermes