Florin Cretu YO8CRZ

Procesarea semnalelor la frecvente foarte mari e dificila, scumpa si greu abordabila in prezent de câtre radioamatori. Cu toate astea, exista soluţii utilizabile si pentru amatori. Ideea de baza este aducerea semnalului la frecvente ce pot fi prelucrate cu un calculator PC dotat cu o cartela de sunet. Odată informaţia transferata in banda de pana la 100KHz, un calculator PC modern poate prelucra in timp real semnalul si efectua toate funcţiile specifice unui receptor SDR. Radioamatorii, au fost totdeauna interesaţi de tehnici noi si performante, de explorarea unor domenii aflate la început de drum. Din aceasta cauza ARRL crea la începutul anilor 2000 un grup de lucru care sa studieze tehnologiile SDR. Si rezultatele au apărut! Evident nu imediat, dar iată ca in anul 2006 fiind, deja exista echipamente realizate in regim comercial pe baza acestei tehnologi, disponibile acum si pentru radioamatori. In mod cert, cel mai cunoscut si performant echipament SDR pentru amatori in acest moment este SDR1000. Performantele acestuia la momentul actual îl pun in competiţie directa cu tranceiverele din clasa IC756 PROIII, la doar o fracţiune din preţ. Sigur FTDX9000 sau IC7800 raman in continuare in top, insa nici performantele acestora nu sunt de neatins de câtre SDR (vezi proiectul Janus).

In revista Radiocomunicaţii si Radioamatorism 5/2005 pag.18, HA5OMM făcea o descriere sumara a transceiverului SDR1000. Radioamatorii din Budapesta avuseseră ocazia sa urmărească o prezentare si demonstraţie practica, despre modul cum operează unul din primele transceivere pentru radioamatori din categoria SDR. Acest transceiver face istorie, de la apariţia in 2003 fiind vândut in peste o mie de exemplare, si este produs de o mica firma din Texas (FlexRadio Systems), iniţiata de Gerald Youngblood- AC5OG (actualmente K5SDR). Numeroase analize si teste au apărut in ultimii 2 ani in principalele reviste de radioamatori din lume pe aceasta tema (QST, Homebrewer, CQ VHF, CQ DL, Ondes Magazine, etc....) O scurta căutare pe Google pentru "SDR1000" gaseste peste 23000 de referiri in limba engleza. Exista chiar si un număr de studii universitare in care a fost utilizat acest transceiver. Cele spuse pana acum sunt suficiente ca sa va convingă ca avem de-a face cu un fenomen?

Totul a început cu o serie de 4 articole publicate in revista QEX intre iulie 2002 si aprilie 2003, in care herald Youngblood descria principiile care stau la baza unui receptor software, structura hardware precum si o modalitate simpla de programare in Visual Basic. Este Gerald un pionier in materie? Probabil ca nu, sa amintim aici seria de 5 articole publicate in aceeaşi revista de Leif Asbrink SM5BSZ in care este descrisa tehnica si hardwerul necesar pentru comunicaţii cu semnale extrem de slabe (gen reflexie pe luna EME). Softul Linard , la data apariţiei era din punct de vedere calitativ superior.

Din punct de vedere comercial si al publicitatii SDR1000 este insa învingător detaşat. De ce? Răspunsul este simplu: Linard este un efort in buna masura individual pe când SDR1000 este in acest moment un proiect in care sunt implicaţi sute de oameni. Meritul lui Gerald a fost ca a ştiut sa proiecteze un hardware suficient de bun, uşor reproductibil, iar softwerul este Open Source. Asta înseamnă ca oricine poate avea acces la codul sursa (care este si foarte bine comentat), poate aduce modificări proprii si poate încerca noi idei. Firma FlexRadio menţine in permanenta pe site-ul oficial o versiune stabila in funcţiune, si periodic aduce imbunatatiri, incorporând idei si bucati de software venite din toata lumea. De la apariţia in 2003 si pana astăzi, hardwarul a suferit relativ puţine modificări, multe din problemele harwerului fiind de fapt rezolvate in software.

Ce este insa acest SDR1000?

Fig. 1

La emisie semnalul audio procesat este furnizat tot de placa de sunet. Ideea permite folosirea convertoarelor performante A/D si D/A de pe placa de sunet la procesarea de către calculator a semnalelor. In varianta initiala a SDR1000 (1W putere), transceiverul era alcătuit din trei placi (format 10.16x7.62mm): interfaţa paralela PIO (conţine conectorul DB25, DB-S 15 precum si conectorul pentru +13.6V), placa TxRx (pe aceasta placa sunt plasaţi conectorii stereo de 3.5mm pentru conectarea cu placa de sunet) si placa cu filtrele de banda si amplificatorul de 1W. Actualmente, a fost adaugata o placa suplimentare intre filtrele de banda si TxRx, ce conţine filtre de banda suplimentare, precum si un preamplificator pentru recepţie.

Fig. 2

Fig. 3

Exista variante echipate cu PA de 100W si ATU. Tranceiverul lucrează in toate benzile de la 160m la 6m.

SDR1000 se prezintă ca o cutie neagra, (si la propriu si la figurat, vezi fig2-3) si nu are nici un buton! Este dotat cu un număr de conectori audio pentru interfatarea cu placa de sunet si un conector DB25 pentru conectarea la portul paralel al calculatorului precum si un conector auxiliar DB-S 15 (gen SVGA) Mai exista o mufa frontala pentru microfon, o mufa pentru sursa de alimentare si o mufa de antena. Controlul frecventei, controlul treptelor de amplificare, comutarea benzilor, comutarea RX/TX si altele sunt asigurate prin portul paralel (LPT) al calculatorului.

Fig. 3

Singura metoda de control al acestui transceiver este prin calculator, folosind consola PowerSDR. Interfaţa grafica a consolei este prezentata in fig.4. De aici se poate controla transceiverul, cu funcţiuni ce de obicei sunt disponibile doar in cele mai scumpe transceivere pentru amatori. Afişarea frecventei se face pe ecranul din centru, ce poate fi configurat in diverse moduri: analizor de spectru, analizor de faza, cascada, etc. Posibilitatea analizării unei porţiuni de banda întinse (depinde de cartela de sunet folosita) de pana la 96KHz permite supravegherea deosebit de uşoara a traficului in special in concursuri.

Comenzile receptorului se afla in partea dreapta a ecranului, si permit alegerea benzii, a tipului de emisiune si selectivitatea.

Selectivitate finala la recepţie este asigurata in software, un număr de 10 selectivitati fiind disponibile, de la 25Hz la 6KHz. In plus exista posibilitatea folosirii unui filtru cu selectivitate variabila (gen PBT) precum si IF Shift.

S-metrul permite afişarea puterii semnalului atât in dBm cat si in unitati S.

Acordul pe frecventa se poate face utilizând mai multe metode: roata de pe mouse, prin programarea unor taste "Up"- "Down" sau prin folosirea unui buton USB gen Griffin PowerMate.

Partea de DSP (partea de jos a ecranului) permite folosirea filtrului de zgomot NR, a doua tipuri de Noise Blanker (NB si NB2, zgomot natural sau zgomot de aprindere), la care se adaugă Adaptive Multi Notch Filter (ANF) ce permite rejecţia de purtători multiple care cad in banda de trecere audio. Din aceeaşi zona se controlează si tipul de compresie utilizat la emisie (COMP sau CPDR)

Tot in partea de jos a ecranului, se afla comenzile pentru lucrul cu doua VFO-uri, RIT, XIT, Memorii, etc.

Cat de performant este SDR1000?

Gama dinamica limitata de intermodulaţii (măsurata cu doua semnale la 2KHz) este de 99dB, Semnal Minim Discernabil= -130dBm (BW=500Hz), IP3= +26dBm. Prin natura lui, SDR1000 se pretează perfect la operarea de la distanta, prin intermediul internetului. A opera o staţie aflata la 10000Km distanta nu mai e o problema tehnica (cel mult de regulament...Hi, Hi!).

Tranceiverele din ultima generaţie pentru radioamatori, FTDX9000 sau IC7800 (fara a fi insa din clasa SDR) folosesc pentru prelucrarea semnalelor 4-5 circuite specializate DSP. Poate concura un Pentium 4 din punct de vedere al puterii de procesoare cu cele 4-5 DSP-uri? Indiscutabil, da! Pentru acest gen de aplicaţie un P4 la 2GHz nu foloseşte mai mult de 25% din capacitate

Avantajul transceiverului software este faptul ca e continuu perfectibil prin utilizarea unui nou software. Imperfecţiuni hardware se pot corecta in soft. SDR1000 a evoluat enorm de la apariţie. Daca schimbările hardware au fost destul de modeste (câteva erori ce au fost corectate sau utilizarea unei noi placi cu circuitele de intrare ce conţine si un preamplificator), schimbările in soft au fost insa radicale.

Au fost adăugate numeroase funcţii noi, au fost corectate probleme in hardware de la lucruri banale (dar supărătoare) cum ar fi pocnetul auzit in casti la trecerea de la emisie la recepţie, la lucruri mai serioase ca rejectia lateralei nedorite, a frecventei imagine si terminând cu eliminarea unor semnale parazite. Una din problemele mari a fost latenta mare la trecerea de la emisie la recepţie si invers in CW ca si întârzierea mare a semnalului intre momentul manipulării si generarea efectiva a semnalului. Problema a fost in sfarsit rezolvata începând cu versiunea 1.6.2 a Power SDR (softul care realizează efectiv funcţia de SDR), întârzierea fiind de ordinul a 10ms daca se foloseşte un card de sunet cu eşantionare de 96KHz. La momentul actual se poate lucra semi QSK, limitarea provenind acum si de la viteza de comutare a releului cu antena (alte 10ms).

Trebuie sa admitem ca pana acum deviza firmei FlexRadio Systems "The radio that just keeps getting better" are suport in realitate.

Software Defined Radio este inca la inceput in lumea radioamatorilor. Progresul obţinut in cei cativa ani de la apariţia articolelor lui Gerald Youngblood a fost remarcabil nu numai prin apariţia lui SDR1000 ci si prin apariţia unui nou mod de lucru, in care amatorii de pretutindeni au adus contribuţii la dezvoltarea si imbunatatirea SDR. Modelul de busines impus de Gerald este destul de unic insa succesul este uriaş. Performanta a fost atinsa atât prin lucrul cu o platforma software Open Source cat si crearea unui forum de discuţii SDR1000 unde radioamatorii interesaţi pot discuta de la probleme legate de proiectarea hardului sau probleme soft, idei de imbunatatire sau pur si simplu pot cere ajutor in rezolvarea unor probleme tehnice legate de SDR. Si pentru ca discuţiile prin email nu sunt uneori suficient de rapide, cei care participa la dezvoltarea proiectului (si care locuiesc in W, OH, HB, DL, VK sau alte tari...), utilizează si un sistem de teleconferinte pe internet (team speak, utilizând VoIp). Pentru sprijinirea începătorilor a fost creat un net in care doritorii pot pune întrebări si primi sfaturi.

Sa mai adăugam si grupul SDR de pe Yahoo: http://www.mail-archive.com/soft_radio%40yahoogroups.com/

Pe baza acestui succes, au apărut si alte grupuri care încearcă sa creeze un echipament si mai performant. Sa amintim aici doar proiectul Janus, care va folosi nu o cartela de sunet pentru prelucrarea semnalului ci va conţine convertoarele A/D si D/A pe placa de baza. Acest proiect isi propune sa atingă o gama dinamica de 120dB si un IP3>+40dBm! (Pentru comparaţie, FTDX9000 este creditat cu 110dB gama dinamica si IP3 +40dBm).

Dar grupurile de radioamatori sunt interesate si de echipamente mai simple, ce pot fi realizate de oricine care are un bagaj de cunostinte tehnice minimale. Poate cel mai bun exemplu este proiectul SoftRock. Din nou, este vorba de o creaţie colectiva, la care participa un număr mare de amatori. Interesant este ca acesta din urma poate folosi fara nici o problema la recepţie acelaşi soft ca si SDR1000, Power SDR.

Si tot din domeniul construcţiilor simple, mai putem aminti si de receptorul lui YU1LM, realizat cu componente uşor de găsit. Schemele receptoarelor menţionate mai sus sunt disponibile pe internet.

Poate cea mai buna metoda de vedea cam ce poate acest SDR, este sa folosim in mod demo programul PowerSDR. In mod demo se foloseşte un fişier wav, aşa încât calitatea plăcii de sunet nu e importanta. La data scrierii acestor rânduri, programul PowerSDR V1.6.2 se poate descărca de pe siteul:

http://www.flex-radio.com/downloads.htm , ca si întreaga documentaţie necesara (un ghid scurt de 9 pagini si un manual complet de 173 de pagini...). Tot de pe acelaşi site se pot descărca si fişiere audio demo . http://flex-radio.com/download_files/PowerSDR/wav/ Aceste fişiere sunt înregistrări din banda efectuate cu consola PowerSDR si se pot reda cu ajutorul playerului din meniul Wave (pe bara de sus). Înregistrările permit accesul la cca. 48KHz de banda. Pentru play continuu trebuia apăsat pe Loop in meniul Wave. Astfel de fişiere mai sunt disponibile si pe alte siteuri. Pe http://www.cqdx.it/woodbox/download-ita.html se găsesc înregistrările lui IK3VIG. Incercati fişierul pentru banda de 40m (format wav) de 47MB unde veţi avea surpriza sa auziţi printre alte qso-uri si un QSO intre o staţie din HA si câteva YO. De asemenea exista un fişier de 18MB cu zgomot pe care se poate exersa eficienta noise blanker-ului.

Performantele unui receptor SDR sunt afectate in mod direct de calitatea plăcii de sunet folosite. Rezoluţia convertoarelor A/D folosite este esenţiala in atingerea unei game dinamice suficiente. Plăcile de sunet testate pana acum de FlexRadio si care functioneaza bine

1. Turtle Beach Santa Cruz (PCI, 16-bit)
2. Creative Labs SoundBlaster MP3+ (USB, 16-bit)
3. Creative Labs SoundBlaster Audigy2 (PCI, 24-bit)
4. Creative Labs SoundBlaster Audigy2 ZS (PCI, 24-bit)
5. Creative Labs SoundBlaster Extigy (USB, 24-bit)
6. M-Audio Delta 44 (PCI, 24 biti)

Dintre acestea, ultima este de departe cea mai buna si care permite obţinerea celor mai bune rezultate. Au fost făcute teste inclusiv pe calculatoare cu sunetul inclus pe placa de baza, din categoria AC97 si rezultatele obţinute au fost acceptabile (cel puţin in faza iniţiala pana la procurarea unei cartele de sunet mai performante...) Din punct de vedere al calculatorului folosit, cerinţele minimale sunt: Pentium III la 800MHz, 128MB RAM si sistem de operare Win. XP sau Win. 2000 (teste au fost făcute si pe Win. 98 insa configurarea se pare ca e dificila). Evident, un procesor mai puternic va asigura mai uşor resursele necesare in situaţia când inafara de recepţie mai dorim ca simultan sa facem si altceva la calculator ( ex. navigare pe internet, etc.)

Sigur, acum după ce am încercat programul PowerSDR, ne punem întrebarea: se poate construi in regim de amator un asemenea transceiver? Răspunsul este: e cu mult mai simplu decât pare la început!

Mai jos iată câteva link-uri către siteuri unde se pot găsi articole pe aceasta tema sau alte versiuni de SDR:

Pe siteul ARRL: http://www.arrl.org/tis/info/sdr.html
Sau siteul lui Alberto-I2PHD : http://www.weaksignals.com/
Siteul G8JCF , http://www.g8jcf.dyndns.org/
Siteul lui SM5BSZ http://www.nitehawk.com/sm5bsz/index.htm

Florin Cretu YO8CRZ

Articol aparut la 10-7-2006

42300