Ohjelmistoradio. Mikä se on:

Transkriptio

1 1

2 Mikä se on: SDR = Software Defined Radio radio, jossa ohjelmisto määrittelee toiminnot ja ominaisuudet: otaajuusalue olähetelajit (modulaatio) olähetysteho etuna joustavuus, jota tarvitaan sovelluksissa, missä siirtoprotokollat muuttuvat usein, esim. matkapuhelinjärjestelmissä ja sotilasradioissa 2

3 DSP: analogisessa signaalinkäsittelyssä hyödynnetään aineiden ja kappaleiden luontaisia ominaisuuksia, näistä erityisesti resistanssi, kapasitanssi ja induktanssi, lisäksi puolijohteiden pn-rajapintoja digitaalinen signaalinkäsittely tapahtuu laskutoimituksilla eli numeerisilla algoritmeilla, joissa kerto- ja yhteenlasku ovat perusoperaatioita mikä tahansa analoginen signaalinkäsittely voidaan toteuttaa myös digitaalisesti ensin kuitenkin analogiset signaalit tulee muuttaa digitaalisiksi analogiadigitaalimuuntimella digitaalinen signaalinkäsittely parempaa koska lopputulos ei riipu komponenttien toleransseista eikä ympäristön vaikutuksesta, esimerkiksi lämpötilasta 3

4 DSP: digitaalisessa signaalinkäsittelyssä tarvitaan laite (alusta), joka varsinaisesti suorittaa tarvittavat laskutoimitukset alusta on digitaalipiiri, joka voidaan toteuttaa kolmella pääperiaatteella: Prosessori: yleiskäyttöinen digitaalipiiri, ei tehokkain mahdollinen, mutta erityisen joustava ja monipuolinen. Tarjolla laaja valikoima erityisiä signaaliprosessoreja. ASIC (Application Specific Integrated Circuit): digitaalipiiri, jonka rakenne on suunniteltu tietyn toiminnon toteuttamiseen. Mahdollisimman tehokas, mutta rakenne kiinteä ja soveltuu siten vain tiettyyn tehtävään FPGA (Field Programmable Gate Array): kuten ASIC, mutta piirin rakennetta voi tarvittaessa muuttaa tietyissä rajoissa joustavuuden ja tehokkuuden yhdistelmä 4

5 Ideaalinen ohjelmistoradio: Ohjelmistoradio 5

6 Käytännön ohjelmistoradio: usein hybridiratkaisu etupää perinteisenä supervastaanotintoteuteuksena ohjelmistoradio välitaajuudella 6

7 A/D-muunnin: kaksi tärkeintä ominaisuutta: tarkkuus eli bittimäärä sekä nopeus eli näytteenottotaajuus käytännössä A/D-muuntimien bittimäärät vaihtelevat 8 24 bittiä tarvittava näytteenottotaajuus ƒ S riippuu signaalin kaistanleveydestä B: ƒ S 2 B suurimmat näytteenottotaajuudet noin 20 GHz nopeammat muuntimet ovat epätarkempia ja tarkemmat muuntimet ovat hitaampia esim. Texas Instruments ADC32RF45 ja Analog Devices AD9208 (14 bittiä, 3 GHz) 7

8 Mikä prosessori? normaali prosessori: x86 (PC, Linux) tai ARM Cortex-A, muun muassa Raspberry Pi, BeagleBone Black, Odroid, jne. signaaliprosessori, esim. Analog Devices ADSP-TS201S (TigerSHARC) grafiikkaprosessori (GPU) FPGA-piiri 8

9 Grafiikkaprosessorit: Esim. Nvidia GTX750: 512 prosessoria CUDA ohjelmointirajapinta C/C++, Fortran 9

10 FPGA-piirit: logiikkalohkot, esim. 18x18 kertolaskupiiri yhdysjohdot, joilla lohkot voidaan eri tavoin yhdistää toisiinsa piirin rakenne ja toiminta konfiguroidaan toteuttamaan haluttu algoritmi Yhdysjohtojen kytkimet Logiikkalohko I/O-lohko 10

11 FPGA-piirit: esim. DDC (Digital DownConverter) 11

12 Ohjelmistoradioprojekteja: netissä paljon yhteisöprojekteja projektien ylläpitäjinä on yliopistoja ja harrastelijaryhmiä sekä yksittäisiä kehittäjiä tässä runsaasti linkkejä jos jonkinlaisiin projekteihin kaupallisia tuotteita myös tarjolla eri hintaluokissa ja moneen käyttötarkoituksiin, usein tutkimustyöhön 12

13 SDR-kortteja: tarjolla yksinkertaisia vastaanotinkortteja, jotka liitetään PC:hen USBliitännällä (ohjaus) ja audiokaapelilla äänikorttiin kortti muodostaa supervastaanottimen etupään, jossa matala välitaajuus digitaalinen signaalinkäsittely PC:ssä käyttöliittymä PC:ssä esimerkkejä: Elektor SDR SoftRock-40 Peaberry Antenni Esivalitsin Preselector ƒ RF Sekoittaja Mixer ƒ LO ƒ IF 10 khz äänikortille Paikallisoskillaattori Local oscillator (LO) (viritettävä) Taajuuden ohjaus USB-liitännän kautta 13

14 Periaatekaavio: 14

15 SoftRock-40: 15

16 SoftRock-40: lohkokaavio 16

17 Kvadratuuri-näytteenottosekoittaja: 17

18 SoftRock-40: piirikaavio 18

19 HiQSDR: A/D-muunnin 14 bittiä, 125 MHz lähettimen pääteaste 1 W 19

20 Red Pitaya: SDR oskilloskooppi logiikka-analysaattori signaaligeneraattori LCR-mittari A/D-muunnin 14 bittiä, 125 MHz 20

21 RTL-SDR: Digi-TV-tikusta ohjelmistoradio 21

22 SDR-ohjelmistoja: Ohjelmistoradio netissä paljon SDR-ohjelmistoja erilaisia alustoja varten esim. SDR#: 22

23 Radiovastaanottimet WiNRADiO 23

24 Radiovastaanottimet PowerSDR: 24