previous arrow
next arrow
Slider

wappen1

Login

SDR Grundlagen und Anwendungen im Amateurfunk

OE5RNL Ing. Reinhold Autengruber

Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

 

Software Defined Radio

Grundlagen/Geschichte der SDR Technik

SDR was ist das ?

Wer hat‘s im Amateurfunk erfunden ?

 

Unterschiedliche SDR Konzepte

Vom Superhet zum SDR

 

Das IQ Signal der Schlüssel zu allem

Woher kommt das IQ Signal ?

Wozu brauche ich das überhaupt ?

 

Digitaler Downconverter...

oder warum SDR empfindlicher sein können

 

Fortgeschrittene Anwendung im Amateurfunk

mit praktisches Vorführung

 


 

SDR was ist das ?

 

Ein Software Definded Radio ist :

 

Ein Sender oder Empfänger oder beides der

-Flexibel änderbar ist

-UND möglichst die ganz Signalverarbeitung

in der Software und in digitaler Hardware erfolgt

bild1

Und wie das funktioniert erarbeiten wir uns jetzt!

 


 

Geschichte der SDR Technik

 

SDR gibt es in der Industrie schon lange – ist ein alter Hut

  • Fast alle Radios wie TV, Handy, etc. sind SDRbild2
  • Im Amateurfunk seit ca. 2002

 

„A Software-defined Radio for the Masses“ im QEX

 

Gerald Youngblood, AC5OG = W5SDR

Daraus entstand der SDR100, dann der SDR1000

UND die Software PowerSDR open Source !!!

Kommerzielle Firma Flexnet Radio – closed Source

Derzeitiges Spitzengerät FLEX-6700

 

  • HPSDR (High Performance SDR)

Projektstart März 2006.

HPSDR Bussystem, Mercury+Penelpe, Hermes

Projektteam aus Australien, USA, England ...

Open Source open Hardware

Kommerzieller Ableger Apache Labs

Derzeitiges Spitzengerät ANAN-8000DLE

 

Heute gibt es am Markt natürlich viele andere SDR Systeme – Closed Source und OpenSource


 

 Kein SDR-RX: Der Superhet

Klassischer RX: Hardware Defined Radio

 

bild3

- Die Qualität der Bauteile bestimmt die Qualität des RX und TX
- Schwer zu ändern: HW Filter, fixe Modulationsarten (meist nur AM, FM, SSB, CW)
- Die Alterung der Bauteile verändert die Eigenschaften des RX

 


 

 Der Superhet mit PC

 

Der erste Schritt zum SDR: Klassischer RX + PC mit Soundkarteninterface

 

bild4

- Die HF Eigenschaften bleiben gleich wie in vorigen Beispiel

- Neue Modulationsarten sind möglich z.B.: WSPR, PSK, JT65, FT8

- Der Systemgewinn an Empfindlichkeit folgt aus den Modulationsarten

- Spektrum - und Wasserfalldarstellung wird durch die Bandbreite der Soundkarte bestimmt

- Die Soundkarte ist der AD Wandler und bestimmt auch die Darstellungsbandbreite

 


 

Noch kein „echter“ SDR

 

Der SDR „Standard“ bei den meisten klassischen DSP-Transceivern

 

bild5

- Hier wird bereits im Transceiver bei einer relativ niedrigen ZF digitalisiert

- Die Geräte haben eine „normale“ Frontplatte – oder auch nicht ->TS2000X

- Teilweise auch mit Wasserfall und Spektrum Anzeige, aber mit geringer Anzeirebandbreite

- Vorteil: Digitale Filter, weitere Modulationsarten wie RTTY und CW Decoder direkt integriert

- Nachteil: Nur über Firmwareupdates änderbar

 


 

 Fast schon ein „echter“ SDR

RTL Stick 1.7 Ghz (ohne cpld)

Hack-RF 6 GHz (cpld)

Lime SDR 3,8 GHz (fpga)

Dual RX/TXPlutoSDR 6 Ghz (fpga)

Linux intern Und viele Andere ...

bild6

 

- Der SDR wird über USB oder LAN an den PC / Raspberry angeschlossen

- Das HF Frontend Filter/Mischer/VCO bestimmt stark die HF Eigenschaften

- Verwendet werden Analog Digital Converter ( ADC ) bis 80 Mhz Basisbandbreite

- Die eigentliche Signalverarbeitung erfolgt im PC / Raspberry → sehr Flexibel- Sehr viele Open Source Programme verfügbar

 


 

 Der „echte“ SDR

 

Beispiel:

HPSDR (Mercury, Hermes),Perseus, Kiwi-SDR ...

bild7

 

 

Mit Bedienteil:

z.B: IC7300

36 kHz ZF !

Web Frontend:

z.B: KIWIPC

Programme:

Windows

Linux Programme

 

GNUradio ...

 

 

Diese Variante wird als „Direktsampler“ bezeichnet

 


 

Tayloemischer By Dan Tayloe

bild8

 

 

- z.B.: SDR1000, Elecraft KX3, KX2, McHF, Softrock, FA-SDR, Softrock

- Mit wenigen Bauteilen lässt sich ein günstiger SDR aufbauen

- Jedoch werden zwei AD Wandler benötigt (zB: Stereo Soundkarte)

 


 

Zusammenfassung Unterschiedlicher SDR Konzepte

 

  • Geräte ohne HF Frontend

      -Direktsampler (HF direkt am ADC)

          -Direktmischer (HF direkt am Tayloemischer)

 

  • Geräte mit HF Frontend

       -Direktsampler oder Direktmischer mit HW Down/Up Converter (Superhet Prinzip)

 


 

Der Weg zum IQ Signal

 

Die Erklärung erfolgt hier über die Modulation/Demodulation eines Trägers. Das funktioniert immer nach dem gleichen Prinzip, egal ob digital oder analog, auch ohne IQ ...

bild9

 

- Alle Modulationsarten basieren auf AM, FM, Phase und Kombinationen aus diesen

- Es können auch gleichzeitig mehrere Träger auftreten. Das Prinzip bleibt auch dann gleich

- z.B. 16QAM Quadratur Amplituden Modulation mit 16 Zuständen. Das ist eine Mischung aus Amplituden und Phasenmodulation

 


 

IQ Signal Demodulation

bild10

 

 

Das IQ Basisband Signal wird von den meisten SDR über USB oder LAN ausgegeben

 


 

 Digitale Signalverarbeitung I

Wie wird das IQ Signal erzeugt ? Antwort: Tayloe Mischer oder DCC

bild11

Dezimierung wird durch Filterung und Downsampling erreicht.

Downsampling mit M bedeutet, dass wir nur jedes Mte-Sample behalten und den Rest verwerfen.

Jede Verdoppelung (2,4,8 ...) der Dezimierung erzeugt weitere 3 dB Dynamikumfang.

Es fügt dem ENOB des ADC ein weiteres virtuelles Halbbit hinzu.

 


 

Digitale Signalverarbeitung II

...oder warum SDR Empfänger empfindlicher sein können !

bild12

- Durch das Sampeln mit höherer Frequenz (Oversampling) ergibt sich ein Systemgewinn

- Ähnlicher Effekt wie beim normalen RX. Schmälere Filter > weniger Rauschen

- Wird in einer FFT die Anzahl der Pins erhöht folgt ein Systemgewinn > g=10*log(Pins/2)Eine Verdopplung der FFT Pins ergibt +3dB SNR

 


 

 Zusammenfassung I

 

  • Es gibt SDR mit HF Frontend

  - Die haben einen Mischer vor dem AD Wandler

 

  • Ein Sonderfall ist der Tayloemischer (und andere ...)

   - Diese erzeugen direkt ein IQ Signal

 

  • Es gibt SDR Directsampler

   - Die haben ein Filter und ev. Vorverstärker vor dem AD Wandler

 

  • AD Wandler tasten (sampeln) mindestens mit der doppelten Frequenz der gewünschten Basisband Bandbreite ab
  • Über die „IQ Schnittstelle“ wird das gesamte gesampelte Eingangssignal (dezimiert oder nicht) an z.B: den PC zur Demodulation geliefert

 


 Zusammenfassung II

 

  • Modulationsarten bauen immer auf AM, FM, PH auf

 

  • Das IQ Signal eines Kanals Repräsentiert den Modulationsinhalt

 

  • Der AD Wandler und die Software legen den möglichen SNR fest

 

  • Systemgewinne durch Oversampling, Dezimierung und FFT mit hoher Anzahl an FFT Pins

 

  • Ist jeder SDR ein guter RX / TX ?

    - Nein, es gibt auch SDR mit schlechter HW und SW

 


 

 

Live Demonstrationen

 


 

Openwebsdr / KIWI SDR

 

  • Entwickelt von HA7ILM - Andreas Retzler
  • Openwebsdr jetzt mit 3D Wasserfall !!

      - z.B: http://hgdyn.servebeer.com:8099/

 

 

  • Viele Empfänger im Netz -

      - z.B.Www.sdr.hu

 

  • Aufbauend auf openwebsdr

     - KiwiSDR

     - Web Interface

     - 4 Empfänger gleichzeitig

     - WSPR Decoder

 


 

GnuRadio Companion (1)

 

 

  • Lego für Funkamateure

 

  • Ermöglicht das „spielen“ mit der SDR Technologie unter Linux und Windows

 

  • Unterstützt SDR Hardware verschiedenster Hersteller

     - RTL Stick, HackRF, LimeSDR, PlutoSDR ...

 

  • Gezeigt wird in der Demo

     - WFM Receiver, NFM Receiver, NFM Transmitter

 


 

Gnuradio Companion (2)

438,5 MHz Beispiel NFM Demodulation

bild13


 

 Gnuradio Companion (3)

438,5 MHz Beispiel NFM Demodulation

bild14

 


 

SDR Angel

 

 

  • bild15Demo mit LimeSDR

    - https://myriadrf.org/projects/limesdr/

 

  • Über Plugins erweiterbar

 

  • Unterstützt div. SDR Hardware

 

  • Modulationsarten werdenüber Plugins realisiert

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 QradioLink

 

Website: http://qradiolink.org/

 

Basiert auf GNU-Radio, realisiert RX und TX

 

Analog and digital mode repeater - full duplex mode, no mixed mode repeater

 

Audio codecs: Codec2 700 bit/s, Codec2 1400 bit/s, Opus 9600 bit/s

 

Digital modulation: BPSK, DQPSK, 2FSK, 4FSK

 

Analog Modulation: narrow FM (5 kHz), FM (10 kHz), Wide FM (broadcast, receive-only), AM, SSB

 


 

qtcsdr

 

  • Qtcsdr wurde von ha7ilm (Andreas Retzler) entwickelt

      - Er hat mit openwebrx die Grundlage für den KIWI SDR geschaffen

      - Von ihm kommt die Kommadozeilen SDR Software csdr

 

  • RX über RTL-Stick

 

  • TX mit rpitx von F5OEO am Raspberry GPIO Pin18

     - BANDPASS Filter am Ausgang ZWINGEND notwendig

     - Der Raspberry gibt ein Rechtecksignal aus !!!

 

  • SDR Signalverarbeitung mit csdr im RX und TX Zweig

 

 


 

 Raspberry Pi als Sender

 

 

  • rpitx ist ein Sender für den Raspberry PI(B, B+, PI2, PI3 und PI zero)

 

  • Modulationsarten: FM, SSB, SSTV

 

  • Er sendet direkt über eine GPIO Leitung – ohne HF Teil !

 

  • Im Bereich von 5 KHz up to 500 Mhz

- Der Raspberry gibt ein Rechtecksignal aus !!!

- BANDPASS Filter am Ausgang ZWINGEND notwendig

 

Installation:

git clone https://github.com/F5OEO/rpitx

cd rpitx

# make sure to have access to the internet to download packages

# or download and install them manually (libsndfile1-dev and imagemagick)

./install.sh GPIO 18, means Pin 12 of the GPIO header -> Antenna

 


 

 

Links und Infos (I)

 

       - Die Folien von DF4OR sind die Basis für die Folien 5,6,7,8,9

 

 

 

 

 

 

 

 

Die Slides zum Vortrag unterliegen der Creative Commons Lizenz CC-BY-SA 3.0

 

 

 

 

 

 

 

 

Die Präsentation könnt ihr euch als PDF File downloaden

https://www.oevsv.at/technik/

 

Eine sehr gute und praxisnahe Einführung in die SDR Technik mit GnuRadio in drei Bänden von Paul und David Clark.

 

Erhältlich als Hardcover und als Kindle Version.

 

Volume1: Introduction to Software Defined Radio

Volume2: Basic Analog Radio

Volume3: Basic Digital Communications

 


 

Go to top