Привет, Хабр.
Продолжая серию статей о радио, имеет смысл рассказать о последних достижениях в этой области — Software Defined Radio. Я не знаю адекватного перевода термина на русский язык, поэтому оставим его так, а термин SDR уже прижился в технических и радиолюбительских кругах.
За последние 100 лет радио изменилось настолько, что вряд ли инженер того времени вообще понял бы, как оно работает. 
Мы еще попробуем разобраться.
История
Идея программно-определяемой радиосвязи базируется на двух столпах:- Передача широкополосного сигнала от радиоприемника на компьютер.
Полоса пропускания обработки может составлять от 48 кГц (звуковая карта ПК) до 50 МГц (сверхбыстрый АЦП с передачей сигнала через Gigabit Ethernet или USB3.0).
- Демодуляция сигнала – все, что делает «обычный» радиоприемник (АМ, ЧМ, фильтры и т.п.
) аппаратно – в SDR делается на компьютере, с помощью математических алгоритмов.
Сам радиоприемник, конечно, еще нужен, но только его «половинка» — это та часть, которая собственно и принимает радиосигнал.
Однако это довольно экзотика, поэтому мы будем рассматривать «обычные» ресиверы.
Хотя в последнее время новые модели приёмников и трансиверов стали изготавливаться по принципу SDR, что конечно радует. Назвать точную дату, когда в продажу поступили первые SDR-приемники, довольно сложно.
Сама идея оцифровки радиосигналов звуковой картой существовала довольно давно — например, декодирование RTTY или пейджинговых сообщений, но подходящих алгоритмов, позволяющих объединить все это воедино, не было.
Первая версия Винрада датируется 2007 годом и выглядела она примерно так (можете обратить внимание на системные требования :) 
Как видите, интерфейс очень минималистичный, но программа уже умела воспроизводить AM, FM, USB и LSB, а также показывать спектр сигнала.
По сравнению с пропускной способностью обычного выхода для наушников любого ресивера это был.
ну почти прорыв.
Конечно, в проф.
системах панорамные консоли существовали и раньше, но «простым смертным» они были практически недоступны, а звуковая карта уже есть в ПК у каждого.
Типичным бюджетным решением для радиолюбителей были ресиверы Softrock — однодиапазонные ресиверы, содержащие переключаемый кристалл, микшер и выход на звуковую карту.
Конечно, это было только начало.
Появились приёмники с перестраиваемыми частотами, и всего за 2 года Винрад заметно развился, и в 2010 году он уже выглядел так: 
Стали появляться и профессиональные решения, и тогда в 2010 году появился Perseus SDR - приемник с 14-битным DDC АЦП, частотным диапазоном 10КГц-30МГц и полосой пропускания 1,6МГц (в принципе, параметров на сегодняшний день вполне достаточно).
Цена ресивера составила 825 Евро, что для тех лет было не так уж и мало.
Кстати, страница http://microtelecom.it/perseus/ до сих пор существует, и на нем тоже есть скриншоты ХР, хотя не ясно, продается ли ресивер или нет.
Начало было положено, дальше, как говорится, дело техники — стали появляться разные модели, чипы стали дешеветь и так далее.
Следующим прорывом в любительской технике стало появление приёмника на микросхеме rtl-sdr. Сообщение на форуме радиосканер на 2012 год Можно процитировать дословно, как говорится, не убавить, не прибавить: Оказалось, что DVB-донглы на базе чипа Realtek RTL2832U, иногда рекламируемые как поддерживающие FM, DAB (+), способны передавать на компьютер поток 8-битных квадратур с частотой дискретизации около 3 MSPS. Диапазон приема ограничен тюнером, используемым в конкретной модели ключа, например, Elonics E4000 от 64 до 1700 МГц.
Этот тюнер также используется в ключе FunCube, только с дополнительным LNA. Основываясь на этом проект .
Уже успешно принимаются сигналы TETRA (~430 МГц) и со спутника Thuraya (~1550 МГц), что для 8-битных квадратур очень и очень хорошо.
В целом, как оказалось, дешевые USB-TV-ресиверы стоимостью $10-20 после замены драйвера могут выдавать IQ-поток, что позволяет использовать их с существующим программным обеспечением SDR. Сами приёмники выглядели так:
Первые 1-2 года от rtl-sdr было мало толку — интересного софта для них просто не было.
Потом появился SDR#, различные плагины, сообщество энтузиастов начало расти, и теперь rtl-sdr, пожалуй, самый популярный (в первую очередь из-за цены) SDR-приемник.
Современные версии RTL SDR V3 уже могут получать ВЧ (пусть и с низкой чувствительностью и динамикой), но при цене в $30 это вполне неплохо.
Вы можете посмотреть, как работает RTL SDR на ВЧ.
на видео .
Виды СДР
Существующие СДР можно разделить на 3 типа: - Уже устаревшие модели на базе звуковой карты - сигнал в них оцифровывается в ПК, а на линейный вход сигнал передается по аудиокабелю.Сейчас они давно сняты с производства, но иногда могут появиться на барахолке.
По большому счету, покупать ее нет смысла, если только не отдадут просто так – цена хорошей звуковой карты превысит цену самой SDR. Те, кто интересуется «цифровой археологией», могут прочитать сообщения на сайте cqham на 2010 год о выборе звуковой карты для SDR. — СДР, имеющие встроенный АЦП и передающие сигналы на ПК в цифровом формате.
Это самые современные устройства среднего ценового диапазона.
Они построены по принципу гетеродинный прием , только после передачи частоты вместо блока НЧ стоит АЦП.
Такие приемники имеют полосу пропускания от 2 до 10 МГц; есть разные модели для разных частот и диапазонов (rtl sdr, SDRPlay, Airspy).
Недостатком любого супергетеродинного приемника является наличие зеркальные приемные каналы — поскольку фильтры несовершенны, станции принимаются там, где их на самом деле нет. Даже если фильтры более-менее хорошие, сигналы мощных станций все равно могут «пройти» и воспроизвестися в виде помех.
— DDC (прямое понижающее преобразование) SDR. Это самая современная технология на сегодняшний день.
Дело в том, что гетеродин здесь не нужен — сверхбыстрый АЦП с частотой дискретизации около 100 млн отсчетов/с непосредственно оцифровывает входной сигнал из эфира, что позволяет (согласно теореме Котельникова/Шеннона) получить прием до частоты, равной половине частоты дискретизации, т.е.
в нашем примере до 50 МГц.
Любой желающий может оценить битовый поток самостоятельно — он, конечно, не передается на компьютер, а обрабатывается в высокоскоростной ПЛИС прямо на плате, а необходимая полоса пропускания (обычно до 6 МГц) передается на компьютер.
У этого ресивера нет зеркальных каналов, и все в нем хорошо (кроме цены:).
Верхний предел частоты приемников DDC обычно ограничивается 30-50 МГц, потому что более быстрые АЦП либо нет в продаже, либо стоят бешеные деньги (кстати, сверхбыстрые АЦП, похоже, подпадают под американские ограничения на поставку высоких частот).
-технические электронные компоненты в страны третьего мира, но это не точно).
Их топовый уровень, который я когда-либо видел в прайсах - Флекс 6600 с 16-битным АЦП 245,76Msps стоит около $4000, т.е.
они могут принимать в режиме DDC до частоты 122 МГц.
Вряд ли мы скоро увидим приёмники DDC до гигагерц, хотя нам бы этого хотелось.
Есть ли что-то быстрее, например для военнослужащих? Наверное есть, кто знает, напишите в комментариях.
Еще одним важным параметром является тип соединения .
Большинство SDR подключаются через USB, но есть модели с портом LAN (Afedri, Colibri): 
Это может быть удобно для организации удаленного приема или передачи – приемник или трансивер можно разместить в загородном доме/деревне и использовать из города.
KiwiSDR даже делает готовые устройства, к которым можно получить доступ напрямую через веб-интерфейс.
Владельцы KiwiSDR могут даже «поделиться» своим приемником с другими; список доступных устройств вы можете увидеть на https://sdr.hu .
Последний, но не менее важный параметр: емкость АЦП .
Дешевые RTL SDR имеют только 8-битный АЦП, и этого недостаточно; приемник легко перегружается сильными сигналами; для него крайне желательны аттенюатор и преселектор.
У SDRPlay 12-битный АЦП, у более дорогих моделей — 14-битный, чего достаточно для большинства случаев.
Верхние — это 16-битные АЦП, и в принципе не каждая антенна способна выдавать такой диапазон сигналов, который может перегрузить такой приемник.
И наконец, о ценах.
Их диапазон варьируется в широких пределах: от 30 долларов за RTL SDR v3, 150 долларов за SDRPlay RSP2 и до 600 долларов за ELAD FDM-S2. Трансиверы SDR (способные не только принимать, но и передавать) стоят дороже, SunSDR2 стоит около $1500, FLEX-6400 стоит $2000. Отдельно стоит упомянуть платы цифровой обработки сигналов.
Это, например, HackRF, LimeSDR, USRP, Red Pitaya. Эти устройства изначально предназначались для экспериментов с радиосигналами в рамках «настольного компьютера», и просто не предназначены для приема на большие расстояния — в схеме часто просто нет ни регулируемого усилителя, ни аттенюатора, ни фильтров.
Что-то они поймают, но очень плохо, или потребуется «доработка напильником».
Они тоже могут работать на передачу, но мощностью около 100 мВт (где «м» — милли, а не мега;), и зачастую для них просто нет программного обеспечения, кроме пары-тройки DLL и SDK. Зачем все это нужно, о преимуществах и недостатках SDR, а также о том, как получить данные из SDR с помощью Python, пойдет речь во второй части.
Теги: #Научно-популярная #Электроника для начинающих #программирование #Гаджеты #sdr #Разработка систем связи #радио #любительское радио #hackrf #sdrplay #qs1r
-
Ноутбук Acer Trave-As5740G-372G32Mn
19 Oct, 24 -
Платите Бесплатно
19 Oct, 24 -
Opera Mini — 7% На Мобильном Рынке
19 Oct, 24 -
Стражи Интернета
19 Oct, 24 -
Руби, Рор: Хабрахабр И Др.
19 Oct, 24 -
Введение В Действия Github
19 Oct, 24
