SDR-Technologien. Prinzip der digitalen Empfänger. Die Funktionsblöcke des ADT-200A. Eigenschaften des ADT-200A. Das Bedienungskonzept des ADT-200A

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1 SDR-Technologien Prinzip der digitalen Empfänger Direct_Conversion Rx AD-Wandler Digital Down Converters Die Funktionsblöcke des ADT-200A DSP-Modul PA-Modul Preselector-Modul Eigenschaften des ADT-200A Das Bedienungskonzept des ADT-200A Wie weiter? 1

2 Das Prinzip der digitalen Empfänger Das Konzept des SDR-1000 SDR1000 PC RF in MHz BP Tayloe-Mischer I Q TP TP AD-Wandler Digitale Signalverarbeitung DA-Wandler I Q Verbindung zu Sound Card DDS analog digital analog 2

3 Das Prinzip der digitalen Empfänger Das Konzept von Flex Radio Flex-Radio 5000 PC RF in MHz BP Tayloe-Mischer I Q TP TP AD-Wandler Digitale Signalverarbeitung DA-Wandler I Q Fire Wire DDS analog digital analog 3

4 Das Prinzip der digitalen Empfänger Prinzip des Direct Conversion Empfängers S(t) P(t) ω LO -ω +ω ω = 0 ω 1 ω 2 ω LO + ω 1 ω LO + ω 2 S(t) = A(t) e j ωt = A(t) I-Kanal Q-Kanal [ cos( ωt) + j sin( ωt) ] 4

5 Das Prinzip der digitalen Empfänger Prinzip des Direct Conversion Empfängers I-channel analog digital LP cos(x) cos(-y) = cos(y) Rx in +/- IF out Q-channel LP 90 sin(x+90 ) = cos(x) cos(ω o t) sin(ω o t) -sin(y+90 ) = -cos(y) -90 LO 5

6 Das Prinzip der digitalen Empfänger Prinzip des Direct Conversion Empfängers Image Rejection Ratio (IRR) IRR [db] e = 0.1dB e = 0.03dB e = 0.01dB e = 0.003dB ε : Gain Error [-] Θ : Phase Error [ ] e = 20 * log(ε) 90 e = 0.001dB Θ [ ] 6

7 Das Prinzip der digitalen Empfänger Prinzip des Direct Conversion Empfängers analog digital LP Rx in +/- IF out LP 90 cos(ω o t) sin(ω o t) -90 LO 7

8 Das Prinzip der digitalen Empfänger Der Signalfluss im digitalen Empfänger AD-Wandler DA-Wandler RF in MHz BP Digital Down Converter (DDC) I Q DSP D = Msps * 14Bit = 1.02Gbit/s 2 * 32ksps * 24Bit = 1.536Mbit/s t = 31.25us -> 9600 Instruktionen (300MIPS) Aufgaben des DDC s: Quadratur-Mischung des interessierenden Frequenzbandes auf die ZF 0Hz Reduktion der Samplerate (Dezimation) Erhöhung des Rauschabstandes (Integration) 8

9 AD-Wandler Der AD-Wandler beeinflusst folgende Eigenschaften des Rx Dynamikbereich Auflösung in Bits Empfindlichkeit Eingangsimpedanz Intermodulation IP2 und IP3 Integrale Nichtlinearität Phasenrauschen Eigenjitter 9

10 AD-Wandler Pn Der Prozessgewinn des AD-Wandlers B fs/2 f Prozessgewinn: = 10 Log Gp 10 fs 2 B Bei B = 2.4kHz und fs = 73Msps folgt: Gp = 41.2dB Bei einem SNR von 75dB wird ein Dynamikbereich von 116.2dB erreicht 10

11 AD-Wandler Einfluss der Auflösung des AD-Wandlers 11

12 AD-Wandler Einfluss der Eingangsimpedanz des AD-Wandlers Beispiel für den AD9446 (16bit): Für F = 10dB werden folgende Werte erreicht: IP3 des Vorverstärkers mit 43dBm angenommen 12

13 Digital Down Converter Der Digital Down Converter Die Realisierung erfolgt als FPGA oder als CSIC-Baustein 13

14 Digital Down Converter Der numerisch gesteuerte Oszillator 14

15 Funktionsblöcke vom ADT-200A Im ADT-200A verwendetes Chipset AD6645 AD6624A TLV320AIC23B BP Quad Digital Down Converter (DDC) ANT AD9754 AD6623 DSP Audio- Codec PA Digital Up Converter (DUC) ADSP

16 Funktionsblöcke vom ADT-200A SSB CW PBT/ BFO Notch/ Peak Noise- Blanker 1 Filter- Bank 1 Noise- Blanker 2 Filter- Bank 2 AM 5kHz Equalizer Demodulatoren * To DA- Converter B = 50Hz...25kHz ISM AGC Deemphasis FM Signalverarbeitung im DSP (pro Rx-Kanal) 16

17 Funktionsblöcke vom ADT-200A Noise Blanker 1 Main Filters Noise Blanker 2 Post Filters Complex Mixer Interpolation Filter I-In I out n 1 n 2 n 3 NB1 0 NB2 0 +/- +/- AF out Q-In Q out n 1 n 2 n 3 +/-90 USB / LSB Selection +/-90 BFO Signalfilterung im DSP bei CW/SSB (pro Rx-Kanal) 17

18 Funktionsblöcke vom ADT-200A FIR-Filter der Ordnung N = 256, Blackman-Harris Window Resultate der Simulation mit Matlab: Übertragungsfunktion H (f) Q Shape Factor = 1: Phase (Q-Kanal)

19 Funktionsblöcke vom ADT-200A [db] SSB-Filter B = 2400Hz, USB [Hz] 4000 Wirkung des Passband Tuning PBT = -200Hz PBT = 0Hz PBT = +200Hz 19

20 Eigenschaften des ADT-200A Hörbeispiele, empfangen auf 80m ICOM-TRX mit professionellem Mikrofon Flex Radio SDR Hörbeispiele, gesendet und empfangen mit dem ADT-200A Webstream Deutschlandfunk, SSB, B = 2700Hz Webstream Deutschlandfunk, AM, B = 6000Hz Beethoven ab CD, SSB, B = 2800Hz 20

21 Funktionsblöcke des ADT-200A Programmstruktur der DSP-Firmware Task Switcher 10ms Routinen (80 Stück) 32ksps Signal Processing 8ksps FFT 16ksps Audio Processing t = 0 Interrupt t = 31.25us 9216 Instruktionen 21

22 Funktionsblöcke des ADT-200A Das DSP-Modul TRX3C 22

23 Funktionsblöcke vom ADT-200A Die Sender-Endstufe Linearität bei f = 7MHz Pout [dbm] Eta [ - ] Pin [dbm] Pout [dbm] Eta [ - ] 23

24 Funktionsblöcke vom ADT-200A Ip = I*cos(p) - Q*sin(p) I - Channel Phase Shift Ip Tx Signal In Qp = Q*cos(p) + I*sin(p) Predistorted Signal Out Q - Channel Phase Shift Qp Delay Delay p Abs. Value Phase Abs. Value HEX Ref a a-b b Offset a a-b b S Phase normalisation Ref a a b b a a-b b eg Gain normalisation ep HEX Address Abs. Value LUT Phase Parametric update Gain correction Phase correction Phase Abs. Value I Monitor Signal Q 24

25 Eigenschaften des ADT-200A 25

26 Funktionsblöcke vom ADT-200A 26

27 Funktionsblöcke des ADT-200A Der neue Preselektor PSL2 A/dB 0 Dämpfungsverlauf MHz Auswahl von 5 Filterkurven als Beispiel für die insgesamt 48 Bandfilter 27

28 Eigenschaften des ADT-200A Der neue Preselektor PSL2 28

29 Dynamikbereich = 117dB Eigenschaften des ADT-200A -13dBm VV = 10dB Konzept des Attenuators -3dBm VV = 0dB ATT = 0dB +7dBm ATT = 10dB ATT = 20dB ATT = 25dB +17dBm +20dBm -130dBm -120dBm Vorverstärker -110dBm -100dBm Attenuator -95dBm Attenuator 0dB 10dB 20dB 30dB 35dB 29

30 Eigenschaften des ADT-200A Die Wirkungsweise der AGC Reaktion auf einen sprunghaften Signalanstieg vom Grundrauschen auf ein Signal von S9+40dB (+87dB) 30

31 Das Bedienungskonzept des ADT-200A Konzept der Transceiver-Steuerung Front- Panel SPI IF Datenbank PC USB IF TRX UDP/IP Web- Server SPI IF je ein Segment pro Rx-Kanal Internet Audio Signals 31

32 Das Bedienungskonzept des ADT-200A Der ADAT-Commander 32

33 Das Bedienungskonzept des ADT-200A 33

34 Das Bedienungskonzept des ADT-200A Remote Control for Groups Server DynDNS Internet ADSL-Modem/Router Clients 34

35 Das Bedienungskonzept des ADT-200A 35

36 Wie geht es weiter? Vorgaben für den VHF Transverter Rauschfaktor IP3 Phase Noise Dynamikbereich <4dB Sendeleistung >25W Bänder >15dBm (mit Abschwächer) < -140dBc/Hz in 2kHz Abstand, < -155dBc/Hz in 50kHz Abstand 115dB in 5kHz Abstand 130dB in 50kHz Abstand muss 10km Kontest-Bedingung erfüllen 2m, 6m (erste Priorität), 4m, 70cm (zweite Priorität) 36

37 Wie geht es weiter? VHF Transverter 37

38 Wie geht es weiter? 38

39 Wie geht es weiter? Im Release 1.35 bereits realisierte Firmware-Erweiterungen: VOX mit adaptivem Echocancelling (verhindert Tastung durch Lautsprecher) Split-Betrieb mit zwei VFO s Steuerung von Automatik-Tunern (Icom Schnittstelle) Neues Memory-Konzept Möglichkeit zum Editieren von Memory-Kanälen automatische Scharfabstimmung für CW Erweiterte Frequenzkalibration (z.b. Kalibration durch Rundfunksender) 39

40 Wie geht es weiter? Geplante Firmware-Erweiterungen Release 1.36 (Sept. 2011) Remote Operation via Internet Spektrum Analysator / Bandmonitor automatischer Morse-Dekoder Weitere geplante Erweiterungen: Audio Rekorder Antenna-Skope (Imdedanz- / SWR-Analysator) Einbindung vom VHF-Modul 40

41 Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit / HB9CBU 41