SDR přijímač RD54

SDR technika v kompletu RDR54


Koncept softwarově definovaných přijímačů se stále více prosazuje v komunikační technice. Dostupnost stále rychlejších a výkonnějších analogově-digitálních převodníků urychluje nástup SDR technologie tak, že nový přijímač RDR 54 inovativně nepotřebuje k svému provozu již žádný PC. Pro řízení, zpracování signálu a následný převod digitálního toku na analogový signál se v počátcích SDR používaly zvukové karty v PC. Typickým představitelem takového přijímače je Perseus, který pro využití všech fines a možností nabízejících technika SDR, potřebuje spolupráci výkonného počítače. Krátkovlnný přijímač RDR 54 slibuje naopak zajímavou alternativu: nový způsob digitálního zpracování signálu, snadno konfigurovatelné HW, modulární uspořádání a to vše „pod jednou střechou“. Na německém trhu se tak objevil nový přijímač, určený těm, kteří sice obdivují vlastnosti nové softwarově definované koncepce zpracování vysokofrekvenčních signálů (SDR) ale odmítají použití počítačů k tomuto účelu a požadují klasický tvar a uspořádání ovládacích prvků u radiových zařízení.
 

 


Přijímači dominuje barevný TFT displej 3,7“ (na přání 5“) , množství tlačítek a multifunkční otočný knoflík.

 

RDR 54 je navržen jako měřící/komunikační přijímač s digitálním zpracováním signálu a frekvenčním rozsahem 1 kHz až 30 MHz a 50 až 54 MHz. Oproti „obvyklým“ SDR přijímačům je koncipován jako zcela samostatné zařízení, které vůbec nepotřebuje součinnost  počítače.

 


 

 

Převod přijímaného signálu na digitální data začíná již „na anténě“ a jeho další zpracování se děje nejmodernějšími způsoby transformace časově-frekvenčních úrovní,  libovolně zvoleného frekvenčního pásma s pevně daným spanem 163,84 kHz a dalšími algoritmy filtrovaní a demodulace.



Princip zpracování signálu

RDR54 zcela novým způsobem interpretuje „Softwarově Definované Radio“ protože funkce z dříve potřebného PC „přesunuje“ do přijímače. Jeho hardware pak může být lépe orientováno na maximální výkon   a speciální funkce navíc bez vedlejších nežádoucích efektů vyplývajících z původního dělení SDR na Blackbox a PC.V důsledku kompaktního uspořádání a specializace jednotlivých digitálních komponent, nabízí RDR54 neobyčejně vynikající příjímací vlastnosti – v analogovém principu zpracování signálu nedosažitelné.

 

Proto také blokové schéma RDR54 v ničem nepřipomíná obvyklý analogový přijímač. Hned za anténními vstupy jde, zatím ještě, analogový signál buď přes vysokofrekveční fitry nebo přes širokopásmový vstup (až 300 MHz) na dva analogo-digitální konvertory (ADC) LT2206, pracující v protitaktním zapojení, se vzorkovací frekvencí 83,88608 MHz (2,5 Hz *2 na 25 pro zjednodušení následné konverze) na digitalizaci signálu v 17 Bitovém rozlišení.

 

Technicky je takový koncept s dvojitým vzorkováním velmi náročné zapojení, umožňuje ale digitální předfiltrování na dvojí kmitočtové úrovni a přídavně zlepšuje jak odstup aliasingových kmitočtů  o 40 dB  tak i odstup signál/ šum o 3 dB. 

 

Na seriové diferenciální LVDS-sběrnici modulů je přitom datový tok 1,5 Gbit/s, který digitální směšovač (DDC) řízený precizním oscilátorem 28 Bit s krokem (0,3 Hz), přemění na ca. 640 kHz široké pásmo. Vzorkovací kmitočet s  faktorem 128 mění na 640 kSp/s a při 4 násobném oversamplingu následujícího stupně obdržíme kmitočtové pásmo 163.840 kHz s potlačením aliasingu minimálně o 120 dB a další zpracování se uskuteční (po přeměně časově diskrétních dat) kompletně na frekvenčně diskrétní úrovni.

 

Tuto přeměnu zajišťuje Multi Channel Down Converter (MCDC), který pracuje principiálně jako rychlá Fourirerova transformace (FFT). Diskrétní Fourierova transformace (DFT) umožňuje určení frekvenčních podílů časově diskrétních periodických signálů a při dodržení určitých podmínek (ovšem za technicky nákladné realizaci) se chová jako dokonale pravoúhlý okénkový filtr . Interpretace MCDC navíc dovoluje odchylku od pevně daných výchozích podmínek a není proto pevné spojení mezi šířkou Binu (viz dále) a vzorkovací frekvencí, což umožňuje právě použitý oversampling.

 

Výhody MCDC dovolují také zpracování audiosignálu na kmitočtové úrovni a FFT neslouží jen – jako obvykle v SDR aplikacích – k výpočtu znázornění spektra. Vytvoři se také 64 k (přesně 65536) takzvaných Binů. Každý Bin obsahuje amplitudovou a fázovou informaci 2,5 Hz širokého frekvenčního „sousta“ (v 36 Bitovém komplexním I/Q datovém formátu). Při použitém 4 násobném oversamplnigu vznikne při plném „frekvenčním rozlišení“ 2,5 Hz široká linie na displeji, přitom je ale obnovovací frekvence jen 10 Hz, což odpovídá vstupní datové partii 640 k a stačí pro nejjemnější rozlišení pomocí časové lupy. Pro dostatečnou demodulaci audia to nestačí ale naštěstí lze sloučit více Binů dohromady a odvodit z nich kvalitní audio.

 

Zjednodušeně řečeno, přijímač pomocí virtuálních generátorů vygeneruje řadu sinusových frekvencí nezávislých na amplitudě a fázi jednotlivých linií vyvzorkovaného signálu, které jsou na displeji zobrazeny (maximálně 512). Sumarizací jednotlivých frekvencí vtak vytvoří audiosignál s dynamickým rozsahem úrovně signálu 140 dB, s rozlišením po 0,5 dB.

 

Relativní hlasitost vyrobeného audiosignálu je v přijímači RDR54 definována dvěma horizontálními hranicemi. Signály pod dolním ohraničením se z principu „nevyrobí“, protože signály pod hraniční úrovní nespustí virtuální generátory. Dolní prahová hranice se nastavuje manuálně. Horní ohraničení (nastavitelné ručně nebo regulační automatikou) odpovídá maximální úrovni zpracovaného signálu, jehož aktuální hodnota se zobrazuje ve stupních S (přes S9 jako S9 +xx,x dB. Zvláštní funkci mají také stále viditelná svislá (kmitočtová) ohraničení audiokanálu. Spekrum mimo tyto hranice virtuální generátory zcela ignorují a proto se ve výsledném audiosignálu vůbec neobjeví a neruší.

 

Na podobném principu zpracování signálu pomocí virtuálních generátorů funguje v RDR54, který ne, že jen (jako obvykle u analogových přijímačů) potlačí nežádoucí kmitočet nýbrž doslova zcela „vymaže“ červeně označenou část spektra signálu.

Využitím různých algoritmů digitálního zpracování signálu pracuje DNR (Dynamic Noise Reduction) , kdy na rozdíl od dosud známých způsobů v tomto případě se nežádoucí složky signálu vůbec nedostanou k dalšímu zpracování a „výrobě“ nf audiospektra.                                                    

 

Stejným způsobem funguje také při demodulaci AM signálu oddělené zpracování dolního i horního postranního pásma, kdy RDR54 porovnává zda obě složky mají stejný průběh a zcela ignoruje všechny odchylky. Výsledkem je potlačení interferenčních hvizdů a podobných nežádoucích jevů.

 

 

Konstrukce

Robustní mechanická konstrukce o rozměrech 290 x 125 x 245 mm a váze 4,5 kg je založena na principu modulární sestavy přístroje z jednotlivých ucelených jednotek, které je možné snadno kombinovat (například uspořádat pro leváky) nebo nahradit novějšími (nahradit spínaný zdroj klasickým, kvůli snížení úrovně vlastního rušení).

 



 

Uvedená koncepce umožňuje také značnou variabilitu jednotlivých verzí přijímače, který je možné mít jako měřící (bez demodulátoru) s větším displejem, s různým počtem ovládacích prvků  (15 až 50) nebo naopak jako komunikační s demodulací, odlišnými prvky nebo menším displejem (namísto 5“- WVXA, jen 3,7“-VXA, 256 barev) Samozřejmě lze snadno jednotlivé komponenty vzájemně kombinovat.

 

Základním stavebním kamenem přijímače je 2 kanálový, analogově-digitální, 16 bitový převodník, který umí zpracovat signály 100Hz až 300 MHz (-3dB). Měřící verzi přijímače doplňuje dvoutónový generátor v provedení DDS, komunikační verze naopak zahrnuje anténní předzesilovač, útlumový článek, pásmové filtry atd. Přijímač má dva anténní SMB vstupy o impedanci 50 Ohmů, jeden pro rozsah 1 kHz až 30 MHz, druhý 50 až 54 MHz. Technická data jsou zaručena v celém pásmu, jen pod 30 kHz se citlivost snižuje o asi 10 dB. Šířku zpracovávaného pásma (obdoba propustné šířky MF) je možné libovolně plynule nastavit od 2,5 Hz (!) do 20 kHz.

 

Za anténními vstupy u jsou komunikační verze zařazeny filtry skládajících se z horních propustí s hraničními kmitočty 75 kHz, 1,8 MHz, 3,6 MHz, 7,0 MHz, 10,0 MHz, 14,0 MHz a dolních propustí 170 kHz, 2,0 MHz, 3,8 MHz, 7,2 MHz, 11,0 MHz, 31,0 MHz

 

Celková obsluha je založena na použití tlačítek s více funkcemi a ovládacího otočného knoflíku s „cvrčkem“, přičemž každý krok menu je graficky znázorněn na TFT displeji způsobem WYSIWYG, známým z obshy PC. Navíc si přijímač pamatuje 64 kroků a je možné se vždy vrátit nazpět.

 

 

 

 

 

Otočný knoflík nahrazujemyš, jinak nutnou u obvyklých SDR přijímačů. Zde spolu s tlačítky zajišťuje snadný pohyb v menu přístroje, podporovaný grafickým zobrazením každého kroku na displeji. Přijímač disponuje šikovnou funkcí, stálého „pamatování“ si všech obslužných kroků nebo nastavení 64 x zpátky. Snadno se tak lze kdykoliv vrátit, pokud obsluha „zabloudí“ kam nechce nebo udělá nežádoucí krok.  

Přijímač má tři zobrazovací kanály, 2 pro nezávislé zobrazení signálů a 1 pro videografiku nastavených parametrů pro přijímané signály ze zpracovatelného pásma 164 kHz. To se chová jako výsek z celého přijímatelného rozpětí frekvencí od 1 kHz až 30 MHz a 50 až 54 MHz. Uspořádání kanálů umožňuje simultánní příjem například slabé(zarušené) stanice při různých nastavení přijímače, navíc i s oddělenou reprodukcí kanálů.

  

Diagram

Zpracovávané pásmo o rozpětí až 164 kHz lze zobrazit buď jako spektrální diagram:  

 
 

Na spektrálním diagramu umístíme značky a zvolíme si tak „filtr“ s volitelnou šířkou od 2,5 Hz do 20 kHz. Spektrum uvnitř je označeno žlutou barvou, spektrum mimo červenou. Přijímač zpracuje pouze signál, který je zobrazen v nastavitelných hranicích na displeji. Vůči ostatním složkám je přijímač prakticky imunní. Šířku „propustného“ pásma 2,5 Hz lze s výhodou využít například pro příjem CW

Nebo jako vodopád:

 

 V příkladu signály z pásma 40 m, vpravo nahoře grafické znázornění vstupního filtru (3,5 až 7,2 MHz)  

 

Technická data

 

Koncepce:  softwarově definovaný samostatný přijímač s přímou digitální přeměnou (DDC) a frekvenčně diskrétním zpracováním signálu

 

Hardware-Design:  modulární stavebnice LVDS-Bus a ALTERA Cyclone III FPGAs

 

Analogově-digitalní-převodník:  2 x LTC2206 83,88608 MHz, Samplerate 17 Bit,

 

IM3  dynamika:    >= 1 05 dB

 

Potlačení aliasingu:  120 dB

 

Frekvenční rozsah (anténní vstupy): 1 kHz ... 30,16384 MHz; 50,0000 ... 54,16384 MHz

 

Vstupní impedance:  50 Ohmů, interní odblokovací kondenzátor 10 µF / 25  Vmax.

 

Zpracovatelná vstupní úroveň:  0 dBm, útlumový článek (kromě 6 m) +20 dBm

 

Předzesilovač (odpojitelný): invertující s 1 kOhm záporná zpštná vazba a 0 Ohm vstupní odpor (idealizováný)

 

Přesnost úrovně:                 < ±1 dB bez filtru, < +1 –2 dB s autom. fitrem

 

Fitry-dolní propust(-1 dB hranice): 170 kHz; 2,0 MHz; 3,8 MHz; 7,2 MHz; 11,0 MHz; 54,0 MHz;

libovolně volitelné,  automatický provoz, vypnuto

 

Fitry-horní propust(-1 dB hranice):  1,8 MHz; 3,5 MHz; 7,0 MHz; 10,0 MHz; 14,0 MHz; 50,0 MHz;

                                                         libovolně volitelné,  automatický provoz, vypnuto

 

Nastavení kmitočtu:  volitelný krok od 0,5 Hz, přímé zadání tlačítky

 

Odchylka frekvence (interní oscilátor): < ±1 ppm po 10 min., interní manuální kalibrace

 

Externí synchronizace:  ca. ±100 ppm při 0 dBm externí úrovně oscilátoru

 

Regulační rozsah (manuál a automatika):  140 dB v 0,5 dB krocích

 

Přídržný čas regulace:  0 ... 99,5 s v 0,5 s krocích

 

Rychlost regulace:  1,0 ... 99,5 dB/s v 0,5 dB/s krocích

 

Dynamický rozsah ADC:   17 Bit, >= 105 dB IM- a omezením aliasingu

 

Dynamický rozsah zpracování:  >= 36 Bit, audio a lineár-db konverze 32 Bit

 

Rozlišení časově-frekvenční přeměny:  2,5 Hz ... 320 Hz v 8 stupních (každý se zdvojením)

 

Šířka pásma časově-frekvenční přeměny:   163,84 kHz, 4-násobný oversampling

 

Kanály příjmu:  2 audio, 1 videokanal (spektrum pro měřící účely a vodopádový diagram), nezávisle nastavitelné

                        ve frekvenčním pásmu časově-frekvenční přeměny

 

Demodulační způsoby audiokanálů:  Auto (A3E, H3E nosná-synchron), DSB (A3E, H3E bez použití nosné), LSB

                                                           a USB (J3E), CW (A1A) v DSB, LSB nebo USB možná

 

Demodulační šířka pásma (=šířka audia):  2,5 Hz ... 20,44 kHz s minimálním krokem 2,5 Hz (případně zvoleného spektrálního zobrazení)

 

Potlačení šumu DNR:  2 algorithmy: IQ-způsob: stupeň 1 – 9(19), Magnitudový-způsob: stupně 10(20) – 19(39).

                                    Hodnoty v závorce pro demodulaci obou postranních pásem

 

Reprodukční zvukový kanál:  PWM 81,92 kHz, 12 V úroveň, Ri = 0,2 Ohm,13 Bitové rozlišení, interní filtr,  

                                               reproduktor 8 Ohmů/ 75 mm (VGA-Display) / 51 mm (WVGA-Display),                                   maximální výkon ca. 2 W

 

Sluchátkové kanály:  2 x nezávislé, stereo-DAC 16 Bit, max. 13 mW na 16 Ohmech

 

Spektralní zobrazení osy x (frekvenční):  512 linií / 16 dílků (VGA-Display), 640 linií / 20 dílků (WVGA-Display), rozlišení 2,5 Hz ... 320 Hz / linii v 8 stupních (každý se zdvojením), lineární,logaritmické, inversně-logaritmické, centrálně-logaritmické (každý s quasi-log: zdvojením rozlišení pro 1 nebo 2 dílky škály), 2 markery s kmitočtově a úrovňovým zobrazením úrovně

 

Diferenční spektrální zobrazení v ose y (úroveň):  320 řádků / 8 dílků škály; 0,05 ... 0,5 dB / řádek

(2 ... 20 dB / dílek) ve 4 stupních, dBm nebo dBµV,    2 markery, zobrazení S-stupňů s přesností 0,1 stupně pro horní marker,y-poloha posunutelná o max. 240 dB

 

Videofilter spektrálního zobrazení:    žádný, aritmetická střední hodnota, maxilální hodnota s 0 ... 9,9 s nebo nekonečný měřící čas (automatický reset na 0 při konci meřícího času nebo kdykoliv manuálně)

 

Rychlost zobrazení (Spektrum/s):  4-násobek kmitočtového rozlišení, max. 57,14 obrazů za sekundu

 

Rychlost vodopádu:  8,75 / 17,5 / 35 ms / řádek (0,35 / 0,7 / 1,4 s / dílek)

 

Stupnice barev vodopádu:  16 (2 stupně na dílek osy y spektra)

 

Počet pamětí:  63 pro funkci zpětných kroků, 63 volně obsaditelných,  paměť 0 = tovární nastavení/ Bootloader

 

Display (VGA):  TFT 3,8“ (diagonála 9,6 cm) , 640 x 480 Pixel, 256 barev, jas max. 250 cd/m², pozorovací úhel

                          (horizontálně i vertikálně) 70°, Kontrast (č/b) 200, reakční čas 20 ms

 

Displej (WVGA):  TFT 5,0“ (diagonála 12,7 cm), 800 x 480 Pixel, 256 Farben,  jas max. 350 cd/m², pozorovací

                           úhel (horizontálně/vertikálně) 90°/70°, Kontrast (č/b) 250, reakční čas 35 ms

 

Přípojky SMB (male):  Ant1 (1 kHz ... 30 MHz), Ant2 (50 ... 54 MHz), IN1 (širokopásm. 0,4 kHz ... 300 MHz -3 dB bez aliasingfiltru), CLK (externerní oscilátor  83,86608 MHz s 0 dBm)

 

Ostatní přípojky: 3,5 mm stereosluchátka, 3,5 mm externerní repro, Mini-USB 2.0 Typ B, High-Speed 480 MBit

 

Napájení:  230 V~,  < 25 VA provoz, < 1 VA Standby

 

Šířka / výška / hloubka:  290 mm / 125 mm / 245 mm

 

Hmotnost:  max.  ca. 4,5 kg,  podle varianty a vybavení

 

Cena (2009):  od 2.750,00 € (podle vybavení)

 

Výrobce: www.Reuter-Elektronik.de

 

  

Prameny

 

[1 ] Moore, G. E. : Cramming more components onto integrated ci rcuits. ELECTRONICS 38 (1965) H.8

 

[2] Meyer, M., HB9BGV: SDR-1 000: Eine neue Ära im Amateurfunk ist eingeläutet! (1). FUNKAMATEUR 53 (2004) H.5, S. 454-457

 

[3] Raban, C., DM2CQL: I/Q-Minimalsystem für 80/40m.  FUNKAMATEUR 55 (2006) H.9, S.1 040-1 041

 

[4] Scholz, B., DJ9CS: SDR-IQ – Spektrumanalyser und softwaredefinierter Empfänger. FUNKAMATEUR 56 (2007) H.7, S. 721 -723

 

[5] Seidenberg, C. : Der PERSEUS von Nico Palermo. FUNKAMATEUR 56 (2007) H.12, S. 1286-1289

 

[6] Reuter, B. : Kommunikations- und Messempfänger RDR54  www. reuterelektronik.de/Produkte/Digital-RX/hauptteil_digital-rx.html

 

[7] Bredendiek, J . : FFT ohne Mathematikerklärt. www.sprut.de/electronic/pic/1 6bit/dsp/fft/fft.htm

 

[8] Scholz, B., DJ9CS: SDR – Potenzial für die Zukunft. CQ DL-Spezial SDR und D-Star (2008), S. 25

 

[9] Valten T., DL4NW: Einführung in die Digitaltechnik www.darc.de/c/PDF/EDFT_DL4NW.pdf

 

[10] Altera Corporation: Cyclone III FPGA Handbuch www.altera.com/literature/hb/cyc3/cyclone3_handbook.pdf

 

[11 ] Linear Technologies: LTC2206 Datenblatt www. l inear.com/pc/downloadDocument.do?navId=

H0,C1 ,C1 1 55,C1 001 ,C1 1 50, P13912,D9837

 

[12] Wikipedia: LVDS (LowVoltage Differential Signal ing) (2009) http://de.wikipedia.org/wiki/Low_Voltage_Differential_Signaling

 

[13] Ireland, S., VK6VZ; Harman, P., VK6APH: Der Aufstieg des Direct Down Conversion Receivers (DDC). SDR – Potenzial für die Zukunft. CQ DL-Spezial SDR und D-Star (2008), S. 37-39

 

[14] Harlow, SA: Sigmi ra 1 r4. http://saharlow.com/technology/sigmi ra/index.

 

©  Petr Janásek, říjen 2009

 

 

 

 

 


QTH
 
Advertisement
 
QTH
 
Long : 15.2178 E (15° 13' 4'' E)
Lat : 50.3751 N (50° 22' 30'' N)

QTH locator : JO70OJ
 

=> Do you also want a homepage for free? Then click here! <=