SDR in der PraxisFeb 2012 ADL 303

Bernd Gasser OE1ACM

SDR in der Praxis• Agenda• Geschichte / Entwicklung

• Kurzer Überblick, Grundlagen– Konzept

• Digitalisierung des Analogsignals zur Weiterverarbeitung am Rechner (DSP/Filter/Darstellung...)

– HW Teil:• Mischer (QSD)• Direct sampler

– SW Teil:• Div SW (PowerSDR, HDSDR, ghpsdr, etc ....)

- Vorstellung HPSDR Projekt- als offenes, fast beliebig erweiterbares Konzept ohne komerziellem Hintergrund

• Demo im Betrieb– Flex1500– HPSDR (PowerSDR/ghpsdr)

SDR in der Praxis• Geschichte

erste Versuche vor 1990 – leider damals zu geringe Rechenleistungab ca 2000 erste RealisierungSeit ca 2007 verwendbar im HAM Bereichwirklich brauchbar aber erst mit schnellen ADC Chips

mein Einstieg: 2009 Laa – Präsentation von OM Heinz OE1HMC (Mr.SDR in OE !)

SDR in der Praxis (Konzept)

• KonzeptAufbereitung des Analogsignals in digitalisierbares oder digitalisiertes Signal zur Weiterverarbeitung am Rechner (entweder als digitaler Datenstrom oder über I/Q Signal zur Digitalisierung über Soundkarte)

HW Teil Signalaufbereitung Analog -> Digital

SW Teil Verarbeitung des aufbereiteten Digitalsignals am

Rechner (Darstellung, Demodulation, DSP, Filter, etc ...)

SDR in der Praxis (HW-Konzept)

Verfahren A->D Signalaufbereitung Hardware

Mischer & QSD (langsamer AD-Wandler, meist 24 Bit)RF-Analgsignal wird heruntergemischt und in I (0°) / Q(90° phasenverschoben) zerlegt und dann meist über Soundkarte digitalisiert. (Flex-1500)

siehe auch Tayloe Detector (I/Q) oder QSD Quadratur Sampling Detector(http://norcalqrp.org/files/Tayloe_mixer_x3a.pdf)

Direct Sampler (neuere Technologie, schneller AD Wandler & FPGA)ADC Analog/Digital Converter schneller AD-Konverter, der meist das gesamte KW&6m Band oder mehr direkt digitalisiert . Das digitalisierte Signal wird dann meist über FPGA zur Weiterverarbeitung aufbereitet. (HPSDR Ptrojekt,etc...)

SDR in der Praxis (HW Konzept QSD-Mischer)

• QSD Mischer / Dan Tayloe

SDR in der Praxis (HW-Konzept Direct Sampler)

Direct Sampling über ADC

HF-Signal wird direkt (nahe Antenneneingang, nach Filter und LNA) über schnellen A/D Wandler digitalisiert und über FPGA zur Weiterverarbeitung pre-processed.

– LTC2208 (16 Bit AD Wandler / 130MHz --> 65 MHz/16 Bit sampling (Nyquist) )– Sehr grosses Datenvolumen(!!) das über eine FPGA (Field Programmable Gate Array)

zur Weiterverarbeitung reduziert werden muss/(kann).

– Cyclone III FPGA ist frei programmierbar und kann auf verschiedenste Apps oder Bedürfnisse angepasst werden

SDR in der Praxis (HW-Konzept Direct Sampler)

Direct Sampler - Beispiel Mercury DDC (RX) / HPSDR

SDR in der Praxis (Software am PC)

Software am Rechnerübernimmt Demodulation, Darstellung, DSP, FilterVielzahl von SW i.e. PowerSDR, Rocky, Winrad,Linrad, HDSDR, SDR-Radio.com ...)

SDR in der PraxisSoftwarePowerSDR bietet grosse Anzahl an Features – variable Filter, DSP, Multiple Notch Filers, CW Keyer, Equalizer, Recording, Bandscope, u.v.a.m.....

Anbindung an weitere Applikationen über VAC (Virtual Audio Cable / Virtual CAT – ohne Kabelsalat )

z.B Hamradio Deluxe / DM 780 CW-Skimmer (Ausgabe IQ über VAC oder Direktzugriff auf HW)Whisper (voll regelbare TX Sendeleistung)

SDR in der Praxis (Verfügbarkeit)

• SDR im Netz – (OE4RLC http://www.websdr.at/ oder websdr.ampr.at, – QtRadio worldwide Servers, etc ...)

• Geräte am Markt– Vielzahl von Geräten (Perseus, WinRadio, FlexRadio, HPSDR, etc ....)

http://f4dan.free.fr/sdr_eng.html

– Bei mir im Shack:• Funcube Dongle (60MHz-1.7GHz AMSAT Projekt)• FiFi SDR (0,5-30MHz)• FA-SDR (TRX 0.5-30MHz/1W)• Flex-1500 (TRX 5 W 0,5-30MHz)• HPSDR (0,5W Penelope, 0,5-60MHz Mecury, Alex Filter, PA, ....)• HPSDR (Mercury/Metis with ghpsdr – multiple Clients)

SDR in der Praxis

SDR in der Praxis• HPSDR Projekt some Highlights (openhpsdr.org)

• ‚High-Performance‘-SDR angeblich leistungsmässig vergleichbar mit FT-2000/950• Offenes System, fast beliebig erweiterbar• Direct Sampler 16Bit ADC (LTC2208 & Cyclone III FPGA) 0,1-65 MHz• Durch Bus-System nach Bedarf erweiterbar• Interfaces: USB 2.0 (Ozy/Magister) oder 1Gbit ethernet (Metis)

• Verschiedene Projekte, u.A. HERMES ( 15W TRX / Mercury/Pennylane/Metis on single Board + Apollo

15W PA+Filter - similar size as Flex-1500)Diversity Reception durch multiple RX (max 3 Mercury boards), multiple virtual RX (4) on single RX board, Client/Server routable im Netz Cyclops 0.5-4GHz Spectrum Analyzer,

SDR in der PraxisHPSDR (Ozy/Mercury/Penelope/Alex auf Atlas-Bus)

SDR in der Praxis

Schematic Bus-Architektur

SDR in der Praxis

– Software (GPL – offene Lizenz, laufende Weiterentwicklung )• Single Instance: PowerSDR Parallell-Entwicklung (momentan

ohne FlexR Erweiterungen Mult.NotchFilter)

• 1 Client im Lokalem Lan/Full TRX

Server/Client: ghpsdr – Serverprocess, 4 Clients Full RX, Allband-Coverage (# clients abhängig von Rechenleistung)

• SW-Download über GIT/SVN• http://openhpsdr.org/download.php

SDR in der Praxis

SW verfügbar auf verschiedenen OS

SDR in der Praxis

Software – PowerSDR / Windows

SDR in der PraxisSoftware Ghpsdr / Linux

SDR in der PraxisSoftware – Stack Linux ghpsdr3 Multiple RX über dspserver

SDR in der Praxis• Some useful Links:

Tabelle SDR http://f4dan.free.fr/sdr_eng.html (allerdings alter Stand 2010)

LTC 2208 http://cds.linear.com/docs/Design%20Note/DSOL44.pdf

FlexRadio: http://www.flexradio.com

HPSDR Projekt http://openhpsdr.orgUserGroup: hpsdr@lists.openhpsdr.org

ghpsdr3-Project: http://napan.ca/ghpsdr3/index.php/Main_Page

Open Hardware Journal HPSDR Artikel by Scotty WA2DFI http://openhardware.org/journal/2012/02/OpenHardwareJournal_2012_02.pdf

• ADT-200A von HB9CBU http://www.adat.ch/p7d_info.html

SDR in der Praxis• HPSDR-Hardware Bezugsquellen• www.tapr.org (http://www.tapr.org/hpsdr_index.html) • Alex Bandpass filters • Atlas Backplane • Excalibur Reference Oscillator• Janus Audio Converter• LPU Power Supply • Magister USB Interface • Mercury RX Module • Metis Ethernet Interface • Pandora Enclosure • PennyLane TX Module • PennyWhistle PA • Pinocchio Extender Board

• iQuadLabs.com (http://iQuadLabs.com) Complete systems • Gerd Loch (g.loch@nt-electronics.de) (http://www.hpsdr.eu/) Atlas Janus Ozymandias EU-Mercury

Penelope Antenna filter Preselector PA 100W

SDR in der Praxis

• Demo

– Flex 1500• PowerSDR (FlexRadio Version – Multiple Notch Filters)

– HPSDR PowerSDR (HPSDR Version)

• GHPSDR Linux• GHPSDR / Server & multiple QtRadio Clients

SDR in der Praxis

Flex 1500 5W TRX / USB PowerSDR (Flexradio)

USB

SDR in der Praxis

HPSDRGB ethernet

Wlan Router

WLAN SSID HPSDR_24 Key oe1acm_hpsdr

HPSDR über Metis (Gbit ethernet) im LAN

PowerSDR SWüber WLAN oderLANDatenStream ca 10Mbit/s

SDR in der Praxis

HPSDR int USB I3 PC XP/Linux 3,3GHz

Single Instance lokal über Monitorfull TRX / 100W PA / ATU

PowerSDR (Win)oder ghpsdr (Linux)

oder

Multiple RX-clients (4) am Netz, Allband

Ghpsdr3 (Linux &Win) hpsdrserver/ 4 dspserverQtRadio / jmonitor/ ... clients

Voll routebar über IP z.B. über HAMNET(Datenstream ca 256-512Kbit/s pro Client)TCP Ports 8000-8003

Single Station or Multiple Clients

SDR in der PraxisDanke, das wars...

Ich hoffe es war für jeden etwas dabei! Anregungen oder Kritik nehme ich gerne entgegen!

Die Grundlagen sind in dieser Session aus Zeitgründen nur sehr oberflächlich behandelt, aber vielleicht gibts eine Fortführung??? - Franz (OE3RRA) könnte uns die Fourier-Transformation und das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem erklären ...?

Ich glaub, das Thema SDR, mit all seinen Features, wird die Zukunft im Amateurfunk sein ...!

73!Bernd/OE1ACM