Présentation « SDR » Gaëtan, ON4KHG 12 avril 2008 Section ATH

Présentation « SDR »Présentation « SDR »

Gaëtan, ON4KHGGaëtan, ON4KHG

12 avril 200812 avril 2008

Section ATHSection ATH

AgendaAgenda

Introduction

Démonstration

Principe de fonctionnement

L’évolution

Références

Introduction

L’incursion du monde digital jusque dans les TRX amateurs…enfin !

Temps

Technologie

Amateurs

Pros

AnalogiqueAnalogique +

Digital

Digital = plus de communications « voice » ? FAUX

Un GSM est un SDR !

Digital = moins de QRM dans un RX ? VRAI

La techniques digitales facilitent les opérations autrefois analogiques et le traitement du signal par le cerveau (DSP)

Digital = versatile ? VRAI

Un software est plus facile à modifier que du hardware

Meilleure qualité de communication des modulations digitales ? VRAI et FAUX

Qualité plus constante qu’en analogique mais décroissance abrupte

Le « Digital », idées reçues...Le « Digital », idées reçues...

SDR = Software Defined Radio

SDR ≠ CAT (Computer Aided Transceiver)

Le CAT :

• Une interface de commande d’un transceiver à l’aide d’un PC• Le transceiver reste une entité indépendante, toujours

fonctionnelle sans le PC• Ham Radio Deluxe, TRX Manager,…

Le SDR :

• Un PC (ou software embarqué) est partie prenante dans le fonctionnement du transceiver

• Sans un PC (ou software), le transceiver SDR n’est pas fonctionnel

Un « SDR », c’est quoi ?Un « SDR », c’est quoi ?

Constituants du SDR de la démoConstituants du SDR de la démo

I

Q

USB

Antenne

Récepteur IQ

Carte son performante

PC

Démonstration

Principe de fonctionnement

Le récepteur à conversion directe (DC Receiver) Le récepteur à conversion directe (DC Receiver) remis au goût du jour…remis au goût du jour…

FLO = 14 MHzSignal voulu : 14,001 MHz (FV)Signal image : 13,999 MHz (FG)

FV ± FLO

28,001 MHz

0,001 MHzFG ± FLO

27,999 MHz

- 0,001 MHz

FBF = 0,001 MHz = 1 kHz

Freq.

Amplitude

FLO FVFG

Freq.

Amplitude

1 kHz27,999 & 28,001

MHz

Récepteur à conversion directe :

Réception DSB 2 bandes latérales = 3 dB

de dégradation du NF 2è bande latérale (image) =

interféreur

Il faut supprimer la fréquence image !

Suppression de la fréquence image Suppression de la fréquence image Quadrature Quadrature

Antenne

Solution : double Mixer + FOL & FOL+90°

PCRX IQ

I & QI & Q

α

I

Q

c

Axe « réel »

Axe « imaginaire »

M

M = amplitudeα = phase

a

b

c = a + jb

c = M.(cos α + j sin α)

c = M.ejα

« I » « In phase »« Q » « Quadrature »

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

I

Q

14,001 MHz : I & Q

14,001 MHz : I & Q+90°

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

I

Q+90°

Q+90° est obtenu par opération mathématique : la transformée de Hilbert

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

I+(Q+90°)

14,001 MHz : I + Q+90° Amplitude du signal voulu doublée

13,999 MHz : I & Q

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

I

Q

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

I

Q+90°

13,999 MHz : I & Q+90°

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

I+(Q+90°)

13,999 MHz : I + Q+90° Signal image supprimé

Signal non désiré (bande latérale ou image) supprimé

SSB/CW démodulés

Amplitudes & déphasage de 90° doivent être rigoureusementprécis pour suppression maximale de l’image (non désirée)

En résumé :En résumé :

Démodulation de l’AMDémodulation de l’AM

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

I

Q

AM démodulée

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

1 16 31 46 61 76 91 106 121 136 151 166 181 196 211 226 241

I

AM démodulée

RX IQ

Quand I & Q sont disponibles, tout peut être démodulé !!!

AM = √(I²+Q²)

Rôle de la carte son Rôle de la carte son convertisseur A/D – D/A convertisseur A/D – D/A

Dynamique 6 dB/bit

Echantillonnage (sampling) Quantification

Théorème de Shannon-Nyquist : fs ≥ 2*BW

Ex :

HiFi 20Hz à 20kHz (=BW) fs (fréq. éch.) ≥ 40kHz (44,1)

Ex :

Carte son 16 bits 96 dB dedynamique

Carte son utilisée durant la démo : 192kHz (fs) / 24 bits

fs est exprimé en ...Hz ou ...Sps (Sample / s)

Domaine temporel Domaine temporel Domaine fréquentiel Domaine fréquentiel

FFT = « Fast Fourier Transform » (transformée de Fourier)

-1, 5

-1

-0, 5

0

0, 5

1

1, 5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Temps Fréquence

FFT

Série de filtres passe-bande (BPF) très étroits Sortie de chaque filtre est appelé « bin » Chaque bin contient une info d’amplitude et de phase Une FFT de 4096 bins et fs de 96kSps

chaque bin a une BP de 23Hz (96000/4096)

Schéma SR V6.2. + DDS

Antenne

I

Q

Compteur JohnsonMixer

Amplis Op.

DDS (contrôlé par PC)

Conclusion...ce qu’il faut retenir :Conclusion...ce qu’il faut retenir :

Anciens concepts remis au goût du jour (Weaver, DC RX,...) Puissance de calcul d’un PC pour faciliter le « Digital Signal Processing » (DSP) Quadrature (I & Q) Moduler/démoduler tout mode Filtrage en bande de base quasi idéal AGC digital (plus efficace que AGC analogique dans une BP de 2,5 kHz) Très versatile au niveau du software Peu de hardware Faible coût (PC exclu) Dimension visuelle ajoutée à l’audio

L’évolution

Le futur, c’est déjà aujourd’hui !Le futur, c’est déjà aujourd’hui !

Digitalisation directe du spectre RF (plus de changement de fréquence vers la bande de base)

PC & carte son « embarqués » dans le TRX

Références

Softrock :• Site de DJ9CS : http://dj9cs.raisdorf.net• Groupe Yahoo Softrock : http://groups.yahoo.com/group/softrock40

DDS-60 (site AmQRP) : http://www.amqrp.org/kits/dds60

Etat de l’art du SDR (incontournable) : http://f4dan.free.fr/sdr.html

Software :• Winrad : http://www.winrad.org/winrad• Linrad (Linux) : http://www.nitehawk.com/sm5bsz/linuxdsp/linrad.htm• Power SDR : http://www.flex-radio.com• KGKSDR : http://www.m0kgk.co.uk/sdr/index.php• Rocky : http://www.dxatlas.com/Rocky• ...

Commercial : • SDR-IQ : http://www.rfspace.com/SDR-IQ.html• Perseus : http://www.microtelecom.it/perseus• Flex-5000 : http://www.flex-radio.com

Merci pour votre attention !