Stavba a testování SDR přijímače DR2B
Softwarově definovaným rádiem se rozumí rádiový vysílač a přijímač, jejichž funkce jsou realizovány technickými prostředky (hardware), avšak jsou pružně řízeny programovým vybavením (software). SDR může díky tomu využívat libovolná frekvenční pásma a aplikovat různé komunikační protokoly, přičemž software umožňuje prakticky okamžitou rekonfiguraci systému.
Termín „Softwarově definované rádio“, vytvořil v roce 1991 Joseph Mitola, který publikoval první práce na toto téma v roce 1992. Ačkoli tento termín byl publikován v roce 1991, SDR mají svůj původ v oblasti obrany již od konce sedmdesátých let v USA, ale i Evropě (např. Walter Tuttlebee popsal VLF rádio, které používá A/D konvertor a mikroprocesor Intel 8085. Jedna z prvních větších iniciativ v oblasti SDR byl americký vojenský projekt s názvem SpeakeEasy. Primárním cílem tohoto projektu bylo využít programovatelné zpracování radiového signálu pomocí SDR pro emulaci více než 10 stávajících vojenských radiostanic, které pracují v kmitočtových pásmech v rozsahu 2-2000 Mhz. Dalším cílem bylo vytvořit taková rádia, kde by bylo možné snadno dodatečně začlenit nové přenosové protokoly a modulační standardy do budoucna tak, aby vojenské komunikace mohly držet krok s novými trendy v kódování a modulaci. Rychlý rozvoj počítačové techniky v 90. letech minulého století, a s tím i nástup levných zvukových karet, umožnil rozšíření fenoménu SDR také mezi radioamatéry.
Co je to DR2B?
DR2B je vlastně koncepce jednoduchého radiového přijímače s předpokladem použití minima analogových prvků v celém zapojení. Prakticky jde o jednoduchý I/Q konvertor s nulovou mezifrekvencí (ZIF) – homodyn, kde je vstupní signál převáděn přímo v analogovém směšovači do základního pásma. Konvertor je pak nutné doplnit externím zdrojem příjímaného kmitočtu, který může v minimalistické variantě představovat třeba hybridní krystalový oscilátor (LO – Lokální oscilátor). Ten určuje kmitočtové pásmo kde bude přijímač pracovat. Jako posledním analogovým prvkem je připojena vhodná anténa. Vše ostatní pak je doménou osobního počítače se zvukovou kartou. Zvuková karta slouží pro převod analogového signálu do digitální podoby (A/D převodník), který se bude pomocí vhodného programu zpracovávat softwarovým DSP. Následuje samotné dekodování a demodulace zpracovaného signálu. Šířku pásma přeladění určuje vzorkovací kmitočet použité zvukové karty. Například při použití zvukové karty se vzorkovací frekvencí 96 kHz bude při středním přijímaném kmitočtu 3600 kHz možno softwarově ladit a poslouchat od 3552 kHz do 3648 kHz. Parametry takového zařízení, mohou být měněny pouze prostřednictvím změn příslušného obslužného programu, bez jakýchkoliv změn na analogové (hardwarové) části.
A jak to bylo se sestavením a odzkoušením?
Na internetové stránce http://sdr.ipip.cz bylo možné objednat desky plošných spojů pro přijímač DR2B, navržený YU1LM. Tím bylo rozhodnuto, prvním SDR přijímačem bude právě DR2B.
Za vrtaný a stříbřený plošný spoj, byla cena 90,- Kč natolik lákavá že jsem upustil od vlastní výroby a spoj jsem objednal. Součástky, kromě hlavních integrovaných obchodů, bylo vcelku snadné sehnat u místního obchodníka. Konektory BNC jsem získal ze starých vyřazených síťových karet 3COM. Horší bylo obstarání scházejících integrovaných obvodů 74HC4053N a SN74AC74N . Bohužel se u nás sehnat nedají a tak jsem je objednal u zahraničního distributora Farnell. Překvapivě obchod komunikuje v českém jazyce, což je pro našince velmi příjemné. Pouze nutnost zaplatit platební kartou mne trochu zaskočila, ale i to bylo úpěšně zdoláno. Za cca 20 hodin po expedici z centra Anglie jsem IO držel v ruce a mohl jsem osazovat.
To bylo vcelku rychlé a bez problémů. Deska je šikovně navržena a tak nic nebylo potřeba upravovat. Celá konstrukce je natolik jednoduchá, že po sestavení vše okamžitě a bezproblémově pracovalo. Nyní bylo potřebné k DR2B připojit nějaký zdroj kmitočtu. Prohledal jsem tedy doma všechny krabice s různými starými deskami, které využívám jako levný zdroj součástek, nicméně marně. Jak už to tak bývá, nenašel jsem nic, co by šlo využít jako zdroj nosného kmitočtu.
Osazenou desku jsem vzal na návštěvu k mému radioamatérskému sousedovi Zdenkovi OK2BWC. Zdenkovi jsem ukázal konvertor a pověděl mu o problému s vhodným oscilátorem, bez kterého není možné zařízení otestovat. Nabídl mi zapůjčení jeho DDS-25, což je víceúčelový digitální syntezátor kmitočtu od 0,05 do 25 Mhz. Pro první prověření fukce celého SDR systému jsem si opravdu nemohl přát nic lepšího. V neděli 16. ledna 2011 ráno jsem k DR2B poprvé připojil anténu, DDS a také napájení. Následovalo propojení se zvukovou kartou mého starého notebooku a spuštění softwaru určeného pro příjem signálu SDR – Rocky.
Po chvilce nastavování zvukové karty se objevily na spektrogramu první signály na radioamatérském pásmu 80 metrů. Klikl jsem na jeden z nich a slyšel jsem stanici OM0A jak volá výzvu v Hungarian contestu. Pro jistotu jsem pořídil dokumentační záznam a po chvilce se přeladil dál. Překvapilo mne, jak hezký signál tohle SDR bez jakýchkoliv selektivních pásmových propustí produkuje. Skoro jako můj ICOM, který stojí hned vedle. S anténou určenou pro pásmo 3700 kHz by výsledek byl jistě lepší, pro testovací účely však nakonec posloužila i vertikální anténa Cushcraft R5. Je sice určena pro vyšší pásma, ale jiná k dispozici není.
Postupně jsem proladil také AM rozhlasové pásmo. Slyšel jsem signál digitálního rozhlasového vysílání, spustil jsem tedy program Dream DRM, ale signál byl dost slabý a tak bylo vysílání přerušováno výpadky. Ještě jsem vyzkoušel program SDR-Radio a začal jsem přemýšlet nad tím jaké to bude, až DR2B vylepším nějakým vhodným vysokofrekvenčním oscilátorem ovládaným pomocí počítače.
Dokumentace:
Testovací sestava:
- PC: stařičký notebook Acer TravelMate 250
- SOFTWARE: SDR-Radio a Rocky
- HARDWARE: SDR DR2B podle YU1LM
- LO: DDS-25 – víceúčelový digitální syntezátor kmitočtu od 0,05 do 25 MHz použitý jako externí lokální oscilátor (VFO)
- NAPÁJENÍ: Olověný akumulátor Panasonic 12V / 7,2 Ah
- ANTÉNA: vertikální anténa Cushcraft R5 pro pásma 10/12/15/17/20 m
Pár ukázek jak to „poslouchá“ na pásmu kolem 80 metrů.
Kliknutím na červený trojuhelník začne přehrávání 😉
Rocky 3.6
- OM0A v Hungarian contestu
- OK stanice na pásmu
- I/Q formát celého spektra rocky-80-IQ.zip
(nutné stáhnout celý 20 Mb soubor a použít v programu Rocky)
SDR-Radio
- OM0A, Hungarian DX Contest
- OK stanice na pásmu
- Rozhlasová stanice AM
- Perlička na konec, skoro celá relace CRI vysílaná pro ČR
Jaké jsou další plány?
Stanoveného cíle bylo prozatím dosaženo. Rád bych do budoucna ještě vyřešil vhodnou krabičku, vysokofrekvenční oscilátor a pásmové propusti.
Použitá literatura
SINIŠA, Tasić. SDR HF I/Q S/H (Sample and Hold) Receiver – DR2B from 30 kHz- 35 MHz with external LO (local oscillator) [online]. Dostupný z WWW: http://yu1lm.qrpradio.com.
SEHNAL, Jiří Ing. Softwarové rádio – perspektivní koncepce rádiových vysílačů a přijímačů 2010 [online]. Dostupný z WWW: http://coptel.coptkm.cz.
