 |
|
|
Software Defined Radio III
De remarcat ca, si in cazul transceiverelor japoneze pentru radioamatori, din ce in ce mai multe functii (filtrare, demodulare, AGC, Noise Blanker, etc.) au inceput sa fie preluate de catre DSP, chiar daca la acest moment inca nici unul din acestea nu poate fi incadrat inca in categoria SDR. Interfatarea cu calculatorul si folosirea comenzilor CAT reprezinta deja un standard in cele mai multe transceivere clasice moderne, asa incat este usor de anticipat care va fi pasul urmator din punct de vedere tehnologic.
Flex5000 este numele celui mai nou transceiver SDR creat de Gerald Youngblood. Acesta este succesorul transceiverului SDR1000 si a fost prezentat la intrunirea anuala a radioamatorilor americani de la Dayton din luna mai, ca si la Hamradio 2007 in Friedrichshafen. Interesul radioamatorilor pentru acest tip de transceiver este evidentiat de numarul mare de participanti la prezentarile facute de Gerald (peste 300 de participanti la prezentarea de la Friedrichshafen!). Se stia de mai multa vreme ca un nou transceiver se afla in lucru la Flex-Radio, insa detaliile au fost tinute secrete pana aproape in ultima clipa. Livrarea primelor transceivere se va face in iulie catre cei care au platit in avans (un obicei prost, folosit si de Elkraft cu noul transceiver K3 …). Performantele tehnice sunt impresionante, insa din pacate la fel de impresionant incepe sa devina si pretul acestui transceiver: 2499USD (pret promotional!). Daca din punct de vedere tehnic acest transceiver este indiscutabil un success, ramane de vazut in ce masura decizia de marketing luata de Gerald, de a sista productia lui SDR1000 si a miza totul pe Flex5000, este una inspirata…
Din datele tehnice prezentate pana in prezent, se stie ca transceiverul Flex5000 este capabil de operare full-duplex (si implicit full QSK). Optional, poate contine doua receptoare complet independente, iar lantul de emisie este complet separat. Pentru acordul celor doua receptoare si a emitatorului, sunt folosite trei circuite DDS dintr-o generatie mai noua decat cel folosit in SDR1000, nivelul semnalelor parazite interne fiind considerabil mai redus. O schema bloc a acestui transceiver poate fi gasita pe: http://kb.flex-radio.com/article.aspx?id=10380
O alta noutate o constituie faptul ca nu mai necesita o cartela de sunet externa pentru prelucrarea semnalelor, ca in cazul transceiverului SDR1000. Convertoarele A/D si D/A sunt incluse in transceiver, comunicarea cu calculatorul facandu-se cu o interfata FireWire (IEE1394). Includerea convertoarelor A/D si D/A in transceiver are indiscutabil unele avantaje, legate in special de simplificarea configurarii la utilizator, reducerea problemelor cauzate de bucle de masa intre transceiver si calculator (care in unele cazuri rebele pot necesita chiar si transformatoare de izolare pe liniile audio RX/TX), imbunatatirea la maxim a performantelor obtinute de la convertoarele A/D si, nu in ultimul rand, eliminarea problemelor cauzate de driverele placilor de sunet externe, ca si conectica care, uneori, poate crea probleme stranii. Sa nu uitam ca aceste placi de sunet au fost folosite pentru o aplicatie pentru care nu au fost nici specificate si nici construite (banda de frecventa la intrare de 48/96KHz, distorsiuni de faza minime, etc.), iar placile de sunet de calitate sunt scumpe!
PA-ul a fost reproiectat complet si este capabil acum sa ofere aceeasi putere (100W) si in banda de 6m. Se pare ca promisiunea initaiala de a avea un PA cu randament de peste 80% (deci in comutatie) nu se va materializa, in schimb este posibila comutarea intre clasa AB si clasa A pentru aplicatii ultraliniare, care necesita distorsiuni foarte reduse.
Performantele declarate ale acestui transceiver (DR=105dB si IP3>+35dBm@2KHz) il plaseaza (daca performantele vor fi confirmate de masuratorile unui laborator independent) in categoria IC7800 sau FTDX9000. In fapt, nici unul din aceste doua transceivere nu este capabil de un IP3 comparabil cu Flex5000 la 2KHz, ci doar la 15 sau 20KHz. Prin modul de constructie, atat SDR1000 cat si Flex5000, obtin performante IP3 identice atat pentru semnale aflate la 50KHz distanta cat si la 500Hz.
De remarcat ca modulul cu cel de al doilea receptor este asigurat ca modul optional si trebuie achizitionat separat. In configuratia cu doua receptoare, se va putea opera si in modul SO2R. Ar trebui amintit aici, ca la ora actuala sunt in fabricatie curenta doar cateva transceivere pentru radioamatori care au receptoare duble incluse: IC7800 si FTDX9000D/MP (cate doua receptoare complet independente ce poat functiona pe benzi diferite de frecventa in acelasi timp), Orion II (are un receptor principal performant si unul auxilar de calitate mai redusa insa perfect capabil de receptie simultana pe benzi diferite). FT2000 (cele doua receptoare folosesc circuite de intrare comune si ca atare functioneaza simultan numai pe aceasi banda), IC756 Pro III (aici cele doua receptoare au in comun nu numai circuitele de intrare dar si circuitul audio). TS2000 are un al doilea receptor insa care nu poate fi folosit decat pe VHF/UHF
In afara de capabilitatea de a lucra la receptie simultan pe doua benzi diferite, datorita faptului ca faza celor doua DDS-uri folosite la receptie poate fi controlata in mod independent, se poate realiza asa numita receptie cu "diversitate spatiala".
Acesta ar fi primul transceiver (din cate stiu eu) fabricat pentru uzul radioamatorilor, care va avea aceasta capabilitate. Metoda este larg folosita pentru transmisiile de date utilizand standardul IEE 802.11, insa in acest caz se realizeaza numai compensarea diferentelor de polarizare ale semnalului la receptie, ca si o oarecare atenuare a efectelor propagarii multipath. Prin controlul fazei, la receptie, a celor doua receptoare, se poate asigura in unde scurte, in afara de functiunile tipic intilnite la transmisiile 802.11 (care nu necesita controlul fazei), cateva artificii extrem de importante pentru receptia semnalelor slabe:
Tehnologia in sine nu e tocmai noua, insa datorita complicatiilor legate de controlul precis al fazei celor doua receptoare (prin intermediul fazei DDS-urilor), ca si necesitatea prelucrarii informatiei cu ajutorul unui calculator destul de puternic, a facut ca aceasta tehnologie sa aiba o raspandire deosebit de redusa, numai in aplicatii profesionale. Din punct de vedere al aplicatiilor necesare radioamatorilor insa, abia acum se deschid noi posibilitati de experimentare. Un numar de radioamatori, atat din Europa cat si din SUA, au publicat in ultimii ani rezultatele experimentarilor facute in acest domeniu. Tehnologia in sine poate produce rezultate absolut spectaculoase si poate din aceasta cauza ar merita o tratare intr-un articol separat… sper sa se incumete cineva….
Alte imbunatatiri fata de SDR1000 se refera la prezenta a trei conectori pentru antene, cu comutare interna, ca si utilizarea unui ventilator cu debit de aer mare si zgomot redus. Alte facilitati interesante permit inserierea pe lantul de receptie a unui preamplificator extern (in esenta orice alt dispozitiv ce poate imbunatati receptia, gen: preamplificator, preselector sau noise-killer) ca si conectica pentru cuplarea unor transvertere. Pentru amatorii de experimentari este asigurat accesul direct la modulatorul/demodulatorul I&Q.
Pentru cei care fac exeprimente cu programul PowerSDR, a aparut o noua versiune, V1.9.1 -beta. Fata de precedenta versiune V1.8, au fost aduse imbunatatiri legate in primul rand de suportul necesar operarii noului transceiver Flex5000. Alte imbunatatiri se refera la un nou algoritm de calibrare, update-area setului de comenzi CAT, precum si a modului de interconectare cu alte programe, un nou algoritm de compresie la emisie, care creste puterea medie in SSB cu 25% si nu in ultimul rand, cateva schimbari majore in arhitectura software a transceiverului. Legat de aceasta, trebuie mentionat ca, in sfarsit, s-a reusit separarea completa a lantului de emisie de cel de receptie, in soft, schimbare ce permite reducerea substantiala a timpului de trecere de la emisie la receptie si in acelasi timp permite controlul receptoarelor multiple (numai in cazul Flex5000).
O alta noutate in domeniul SDR, este inceperea produciei de serie a unui substitut pentru cartela de sunet, realizat de grupul HPSDR. In esenta, acesta emuleaza o cartela de sunet ultraperformanta, special conceputa pentru acest fel de aplicatii si care permite extinderea performantelor unor transceivere tip SDR1000 dincolo de performantele uzual obtinute. In esenta, e vorba de o cartela de sunet cu frecventa de esantionare de 192KHz, cu raspuns in frecventa plat pana la 96KHz si care permite o dinamica de peste 105dB. Aceasta cartela permite obtinerea de performante superioare celor obtinute cu Delta-44 sau Edirol-FA66. TAPR (Tucson Amateur Paket Radio) a preluat productia acestor placi, ca si distributia de kituri. Suportul software este partial asigurat, incepand cu versiunea V1.9.1 a programului PowerSDR.
Si cum putina teorie nu strica, iata in continuare doua subiecte importante in tehnica SDR: Panadapterul si Factorul de forma al filtrelor folosite, legate de programul PowerSDR.
Panadapterul, (Band Scope) in esenta permite vizualizarea spectrului de frecventa in jurul frecventei de acord.
Unul din punctele forte ale receptoarelor SDR il reprezinta posibilitatea afisarii spectrului de frecventa in timp real. Astfel de functiuni au aparut in ultimii ani si la transceiverele high-end japoneze pentru radioamatori. Calitatea panadapterului este data de rezolutia in frecventa, viteza de raspuns, ca si de gama dinamica a semnalului afisat. Comparativ cu un receptor SDR, calitatea panadapterului la transceiverele mentionate anterior poate fi considerata drept mediocra. Diferenta majora de calitate provine din modul in care sunt obtinute semnalele folosite pentru afisare, gama dinamica, rezolutia ca si dimensiunea afisajului.
Banda de frecventa a panadapterului este data, in esenta, de frecventa de esantionare a cartelei de sunet folosite. Asa cum a mai fost mentionat in articolele precedente, banda de frecvanta maxima prelucrata de cartela de sunet, este egala cu cca. ? din frecventa de esantionare. Altfel spus, o cartela cu esantionare pe 48KHz poate prelucra semnale cu o banda de frecventa de 24KHz, dupa cum o cartela performanta, de 192KHz, poate prelucra o banda de frecventa de pana la 96KHz. Prin natura lor, receptoarele cu conversie directa sunt receptoare DSB, deci receptioneaza semnale de ambele parti ale purtatoarei. Prin folosirea demodularii in cuadratura si folosind metoda defazarii, este posibila anularea benzii laterale nedorite. Prelucrand semnalele cu un DSP, este posibil sa se vizualizeze ambele laterale, DSP-ul fiind capabil sa inlature semnalele "oglinda". Prin acest artificiu, se poate "vedea" o banda de frecventa dubla fata de frecventa maxima aplicata cartelei de sunet. DSP-ul va sti care sunt frecventele pozitive si negative si le va afisa de o parte sau alta a purtatoarei. Altfel spus, cu o cartela cu esantionare de 192KHz putem vedea, in principiu, cate 96KHz de fiecare parte a purtatoarei.
Rezolutia panadapterului este data de parametrii ce tin de modul in care este procesat semnalul de catre DSP. In cursul procesarii, este necesara trecerea semnalelor din domeniul timp in domeniul frecventa, cu ajutorul transformatei Fourier. Un parametru esential al acestei transformate, il reprezinta numarul de "bin-uri" (numarul de ferestre in care este impartit spectrul de frecventa prelucrat).
Cu cat sunt folosite mai multe bin-uri, cu atat rezolutia procesarii este mai buna (numar mai mare de pixeli pe display). Din pacate insa, cresterea numarului de bin-uri necesita cresterea puterii de procesare, asa incat este necesara limitarea acestuia la valori rezonabile, care nu vor necesita puteri de calcul excesiv de mari si fara aparitia de intarzieri notabile intre semnalulul pre si postprocesat.
In cazul PowerSDR (softul pentru SDR1000), sunt folosite 4096 de bin-uri. De mentionat ca, acest numar este acelasi, indiferent de frecventa de esantionare folosita (si implicit banda de frecventa "vazuta").
Concret, la o frecventa de esantionare de 96KHz, banda de frecventa totala, vazuta de ambele parti ale purtatoarei, este de cca 96KHz. De aici rezulta rezolutia per bin (in acest caz, identica cu rezolutia display-ului) de 96000/4096=23.4Hz/pixel (46.8Hz pentru banda de 192KHz). In continuare sunt prezentate cateva exemple de folosire a panadapterului in conditii de trafic reale.
Cu putin antrenament, folosind corect panadapterul (exista si posibilitati de zoom in-out), se pot identifica nu doar statiile existente in trafic pe o portiune de banda, dar si tipul de modulatie, eventuale distorsiuni sau surse de zgomot aflate in imprejurimi.
Panadapterul se poate configura in multiple moduri, pentru a arata spectrul de frecventa, faza semnalului, afisare in domeniu timp (gen osciloscop) sau cascada.
Urmarirea fazei semnalului este extrem de utila la operatiile de calibrare in frecventa, fiind posibila o precizie de calibrare de 1Hz (pe o referinta de frecventa sau o statie radio etalon). Display-ul cascada este util pentru comunicatiile digitale sau pentru lucrul cu semnale foarte slabe.
Panadapterul este in acelasi timp si parte integranta din sistemul de acord, in situatia cand pentru acord se foloseste un mouse. Combinatia clic tasta dreapta (care initiaza pointerul) urmata de clic cu tasta stanga pe semnalul vazut pe panadapter duce la acordul instantaneu pe frecventa dorita, eventualele corectii putand fi facute prin "tragerea" semnalului cu mouse-ul in filtrul de receptie (banda verde).
Pragul de zgomot afisat de panadapter este in directa corelatie cu dimensiunea bin-ului. Cu cat bin-ul este mai mare, cu atat puterea de zgomot afisata este mai mare. Pragul de zgomot este dat practic dat de puterea de zgomot intr-o banda de frecventa egala cu dimensiunea bin-ului. Asa cum se stie, masurarea puterii de zgomot este dependenta de banda de frecventa in care se face masuratoarea.
Masurarea unor semnale coerente (de ex. o purtatoare) nu este afectata de largimea de banda in care se face masuratoarea (daca latimea de banda a semnalului masurat este comparabila cu largimea unui bin).
Puterea de zgomot masurata de S-metru, este puterea de zgomot din fiecare bin, sumata in interiorul filtrului selectiv. De aici si dependenta puterii de zgomot masurate de S-metru, de largimea filtrului folosit (cu cat se foloseste o selectivitate mai mare, cu atat puterea de zgomot masurata devine mai mica). Pentru un semnal coerent insa, puterea indicata de S-metru nu trebuie sa se schimbe cata vreme treapta de selectivitate (banda de culoare verde de pe panadapter) folosita este mai mare dacat latimea totala a semalului modulat.
Problemele legate de zgomot sunt extensiv tratate in cartea recent aparuta "Radioreceptoare", insotite de exemple de calcul. Subiectul este fundamental in tehnica moderna a comunicatiilor si exista in prezent chiar si un numar de carti dedicate exclusiv problematicii zgomotului. Cei care doresc sa aprofundeze tema dincolo de ceea ce a fost prezentat in cartea mentionata anterior, pot incerca procurarea cartilor "Noise in Receiving Systems" de Raoul Pettai (aparuta in 1984) sau "Noise in Linear and Nonliner Circuits" de Stephen Maas (85USD de la Amazon.com). Acestea sunt carti cu adevarat valoaroase in materie, pe care le am, insa mai exista si altele pe piata.
Unul dintre cele mai importante elementele ce definesc calitatea oricarui filtru trece banda este factorul de forma.
Factorul de forma al filtrelor selective folosite in PowerSDR (si in general intr-un receptor software) depinde de anumite setari si de modul cum este facuta implementarea filtrelor in soft. Programul in sine, nu da posibilitatea utilizatorului sa schimbe parametrii filtrelor si implicit, sa le altereze factorul de forma. Cu toatea acestea, este bine de stiut ca factorul de forma al filtrelor este dependent de frecventa de esantionare folosita, ca si de dimensiunea buffer-ului folosit pentru calculele DSP. Cu cat este mai mare frecventa de esantionare, cu atat factorul de forma al filtrului se degradeaza. Invers, cu cat dimensiunea buffer-ului este mai mare, cu atat factorul de forma se imbunatateste. De aici rezulta ca, daca frecventa de esantionare creste, sa spunem, de la 48KHz la 192KHz, presupunand ca buffer-ul DSP initial era 512, pentru a pastra acelasi factor de forma, ar fi necesar sa crestem dimensiunea buffer-ului de 4 ori.
Factorul de forma pentru filtrele utilizate intr-un receptor SDR este cu mult mai bun decat orice filtru cu cristal clasic, fabricat vreodata. Chiar si in cele mai defavorabile conditii (frecventa de esantionare 192KHz si dimensiune buffer DSP= 256) factorul de forma este inca superior oricarui filtru cu cristal. De remarcat ca, la trecerea unui semnal printr-un filtru cu selectivitate ridicata, apare asa numitul fenomen de "ringing". Fenomenul este foarte suparator la receptia emisiunilor CW, ducand la "legarea" semnalelor. Cu cat este mai mare viteza de transmitere, cu atat mai deranjant este fenomenul. Exista o corelatie destul de bine determinata intre viteza maxima de transmisie (telegrafie sau alte moduri digitale) si selectivitatea folosita.
Efectul se poate atribui in primul rand fenomenului Gibbs si se produce atunci cand apar discontinuitati de semnal (gen telegrafie, semnale dreptunghiulare). Efectele sunt amplificate in situatia folosirii unor filtre cu cristal cu distorsiuni de faza mari pe flancuri.
Empiric, largimea de banda necesara pentru o transmisie telegrafica, fara ca efectul Gibbs sa devina suparator, se poate calcula cu formula BW=1.5*CPM (caractere pe minut). In principiu, cu o largime de banda de 50Hz, ar trebui sa se poata receptiona pana la 30CPM. In practica insa, cu un filtru cu cristal care are distorsiuni puternice de faza, viteza maxima la aceasta selectivitate este cu mult mai mica. De multe ori chiar si filtre cu cristal de 250Hz fiind greu de folosit.
La filtrele implementate in soft, distorsiunile de faza pot fi minimizate foarte mult, asa incat selectivitatile foarte ridicate se pot folosi mai usor. Exista o metoda in software prin care se poate elimina complet fenomenul Gibbs, prin folosirea unei transformate Wavelet (Ondette dupa denumirea originala), insa pana acum metoda nu a fost implementata in PowerSDR sau alte programe pentru radioamatori. Metoda este larg folosita in compresia de semnal video, pentru a se elimina fenomenul de contururi multiple pe imagine, la tranzitiile bruste de la alb la negru.
4. Mituri despre tehnologia SDR
Exista in continuare o serie de prejudecati legate de tehnica SDR. Iata in continuare cateva dintre acestea si contra-argumentele lor:
1. SDR este o tehnologie aplicabila doar pentru semnale digitale, fie ele transmisii de date sau voce digitala.
2. SDR nu are viitor in lumea comunicatiilor de amator, cata vreme folosirea modulatiei digitale nu va deveni dominanta.
3. Producatorii japonezi traditionali de echipamente pentru radioamatori nu au abordat aceasta tehnologie, deci tehnologia nu e gata inca pentru radioamatori.
Pentru a incheia insa pe o nota pozitiva, vezi inceputul articolului in care a fost mentionata tranzitia usoara spre tehnologia SDR, chiar si in domeniul echipamentelor japoneze, fie ca e vorba de folosirea extensiva a DSP-urilor pentru demodulare, filtrare, AGC, compresie, etc. sau facilitatile CAT (uzuale la orice transceiver modern). Se poate specula la nesfarsit pe aceasta tema (care e semnificatia acordului semnat de ICOM cu o companie producatoare de software pentru comunicatii, la inceputul anului in curs, etc.), insa tendintele sunt clare. Nu e decat o chestiune de timp… vin vremuri grele pentru producatorii de filtre cu cristale!!!
4. SDR nu se poate aplica la echipamente portabile.
Este imbucuratoare cresterea interesului in YO fata de aceasta tehnologie, ca si cresterea numarului celor care utilizeaza sau care fac experimentari in domeniu. La urma urmei, adevaratul radioamator, a fost si va ramane un experimentator! Transceiverele SDR realizate la Iasi dovedesc ca "se poate" si ca aceasta tehnologie este cat se poate de accesibila.
In incheiere, multumiri lui Mihai Anghel-YO8CCP din Iasi, pentru corectura articolului si sugestiile pertinente facute.
Articol aparut la 18-7-2007 16885 Inapoi la inceputul articolului | |
In cele cateva luni care au trecut de la 
|
Comentariul trebuie sa se refere la continutul articolului. Mesajele anonime, cele scrise sub falsa identitate, precum si cele care contin (fara a se limita la) atac la persoana, injurii, jigniri, expresii obscene vor fi sterse iar dupa caz se va ridica dreptul de a posta comentarii.
| |||||
Opiniile exprimate în articole pe acest site aparţin autorilor şi nu reflectă neapărat punctul de vedere al redacţiei.
|
Copyright © Radioamator.ro. Toate drepturile rezervate. All rights reserved
Articole | Concursuri | Mica Publicitate | Forum YO | Pagini YO | Call Book | Diverse | Regulamentul portalului | Contact |
