Хабрахабр

Software Defined Radio — как это работает? Часть 5

Привет Хабр.

Сейчас мы рассмотрим обратную задачу — передачу сигналов различного вида модуляции. В предыдущей части был рассмотрен прием сигналов с помощью GNU Radio.

Как и в случае приема, с помощью GNU Radio можно создать сложную программную систему для передачи сигналов, не написав ни одной строчки кода.

Железо

В отличие от дешевого приемника RTL SDR V3, купить который можно за 30$, для работы на передачу нужно железо посерьезнее и подороже. Впрочем, выбор сейчас достаточно велик. Я не рассматриваю здесь чисто «радиолюбительские» SDR-трансиверы, т.к. в них от SDR мало что осталось и нам они не подойдут, мы рассмотрим полноценные SDR, предназначенные для экспериментов с ЦОС, которые позволяют передавать что угодно в нужном нам формате.

LimeSDR и LimeSDR Mini

5ГГц. Интересная серия устройств, покрывают диапазон приема/передачи примерно от 10МГц до 3. продаются они исключительно через crowdsupply и не всегда бывают в наличии. LimeSDR формально работает от 100КГц, но чувствительность там по отзывам, никакая.
Цена вопроса около 200$, но плату бывает проблематично купить, т.к. Впрочем, к их чести, все заказы были отправлены. Авторы собрали денег на 2млн.$ но так и не обзавелись собственным веб-сервером и полноценным магазином.

Adalm Pluto SDR

Дешевый вариант «SDR для бедных» примерно за 120$, диапазон приема/передачи от 300МГц до 3. Плата от Analog Devices, рассчитанная в основном на студентов. 8ГГц.

HackRF

Плата довольно старая и для своих параметров, дорогая (300-400$), не умеет работать в full duplex и имеет 8-битный ЦАП/АЦП. Одна из первых плат такого рода, появившийся лет 5-6 назад, имеет частотный диапазон от 1МГц до 6ГГц. Сейчас появились китайские клоны, но про их качество ничего сказать не могу.

Для начинающего LimeSDR наверно был бы наиболее оптимальным выбором. Есть и другие модели (Ettus Research, BladeRF, Red Pitaya), они интересны, но недешевы и большинство вряд ли будет их брать. Хотя я передавал с HackRF wspr-сигнал на 7 и 14МГц, и его принимали в 1000км, что для 50мВт и комнатной антенны вполне неплохой результат. Но надо подчеркнуть, что все эти платы созданы для опытов с цифровой обработкой сигналов — это не трансиверы в радиолюбительском понимании, их выходная мощность порядка 50мВт, в устройстве нет аттенюаторов, усилителей, фильтров, и для «CQ DX» они не оптимизированы совсем (да и даже р/л софта под них обычно нет).

Есть полезная табличка, хотя и немного устаревшая, но по ней можно примерно понять параметры разных устройств:
Разумеется, этот список не претендует на полный обзор, но для общего понимания, надеюсь, достаточно.

Софт

Для начала, важное примечание: все эксперименты при работе на передачу следует проводить с минимальной мощностью и в разрешенных диапазонах, чтобы не мешать другим службам. В принципе, с 10мВт сложно кому-то помешать, но радиоэфир тоже нужно содержать в чистоте 😉

Итак, запускаем GNU Radio и приступим (если кто пропустил предыдущую часть, желательно ее прочитать чтобы понять лучше как пользоваться этой программой).

Мы должны лишь сформировать нужный цифровой поток, а ЦАП передаст все «как есть» в эфир. Важно понять общий принцип — так как радио у нас Software Defined, то передавать мы можем что угодно, в пределах полосы пропускания устройства. Как было написано в предыдущей части, выход в GNU Radio называется Sink, конкретное название будет зависеть от модели устройства.

Простой тон
Простейший тест: просто соединим источник синусоидального сигнала с передатчиком.

Запускаем в качестве контрольного приемника RTL SDR, и видим наш сигнал. Не особо интересно, но для какой-либо проверки, или как простейший генератор сигналов, может быть полезно.

Для этого в GNU Radio есть готовый блок NBFM Transmit. NFM
Пойдем дальше — рассмотрим, как передать что-то более полезное, например звук с WAV-файла или микрофона. Он делает всю необходимую работу — преобразует наш аудиопоток в комплексный IQ-сигнал с частотной модуляцией, который «понимает» SDR.

Принимать такой сигнал также можно на портативные радиостанции. Результат на скриншоте — звук передается, и его можно услышать, если выбрать FM.

Как можно видеть, частота приема и передачи была изменена на 433МГц — безлицензионный LPD-диапазон.

Раз уж мы заговорили о диапазоне 433МГц, можно продемонстрировать один «грязный хак» — воспроизведение заранее записанного сигнала. Управление беспроводным выключателем
Рассмотрим теперь что-нибудь поинтереснее. Хак «грязный» практически буквально, т.к. Это позволит не разбираться с кодированием сигнала, а просто записать и передать его, не разбирая что внутри. мы будем воспроизводить записанный с эфира сигнал, который далеко не идеален.

Я использовал примерно такой, купленный в Mediamarkt.
Для примера возьмем дешевый беспроводной выключатель на 434МГц.

Для этого соберем несложную схему в GNU Radio. Мы не будем разбираться с его форматом, а просто запишем сигнал «как есть».

Частота дискретизации была выбрана небольшой, чтобы не писать слишком широкую полосу — файл будет занимать много места, да и лишнее будет передаваться в эфир.
FFT Sink нужен для визуализации, чтобы убедиться что сигнал действительно есть:

Записанный файл, кстати, можно открыть в Cool Edit и убедиться, что сигнал записан нормально: Включаем запись, нажимаем кнопку на пульте, выключаем запись.

Теперь «собираем» передающую часть схемы: загружаем сигнал из файла и просто отправляем его на передачу.

Блок Multiply Const усиливает сигнал, на тот случай если его уровень в записи был недостаточен. Отдельно стоит отметить блок Throttle, который указывает, с какой частотой дискретизации читать данные из файла (в самом файле этой информации нет).

Однако, способ, как уже говорилось, достаточно «грязный» — сам сигнал неидеален, да и передается в эфир все что есть, включая записанные шумы и возможно, случайно попавшие в запись сигналы других устройств. Дальше все просто — запускаем передатчик, убеждаемся что лампа загорается 🙂 На полной мощности передачи удалось зажечь лампу из другого конца квартиры. Но для тестов или управления радиоуправляемой машинкой в пределах комнаты вполне сойдет.

Заключение

Как можно видеть, SDR предоставляет достаточно обширное поле для экспериментов с разными сигналами, и это вполне несложно.

В следующей части будут рассмотрены более сложные виды модуляции. В одну часть все задуманное опять не влезло.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть