Schönen Nachmittag,
eine Frage zu SDR Empfängern, wie zb. den DVB-T Sticks.
Ausgehend von einer direct sampling Methode heißt das, der A/D Wandler
tastet mit 2.4Megasamples / s das Signal ab und gibt die Daten 1:1 dem
PC / der Software.
Die macht von den 2.4MS zb. eine 8192 Punkt FFT und zeigt es an.
Nun die Fragen:
1) Zoome ich hinein ändert das nichts an der FFT, das heißt die
Auflösungsbandbreite bleibt gleich, da keine digitale down conversion
stattfindet richtig?
2) Nehme ich den AM Demodulator zum Einsatz und stelle die BW auf zb.
10kHz, wird in Software zuvor eine digitale down conversion gemacht, um
die gewünschte Bandbreite erst im Basisband zu haben, wenn ich zb. auf
1MHz "reinhören" möchte?
Wünsche noch einen schönen Samstag,
Ralf
Naja, es ist kein direct-sampling der Hochfrequenz, da ist ein Tuner
davor, der das ganze auf NF heruntermischt. In dem genannten Fall ist
die NF eben 2,4MHz breit (und das natürlich zweimal, als I/Q-Signal).
http://osmocom.org/projects/sdr/wiki/rtl-sdr
Es kommt vermutlich auch auf die verwendete Software an, hier die
bekannteste
Hallo,
die analoge Runtermischung des Signals mittels Tuner, habe ich mal
außenvorgelassen, deshalb "direct sampling Methode"
Insbesondere wie die Demodulation genau arbeitet wäre interessant, ob
ein DDC verwendet wird, oder ob es in Software anders gelöst ist.
Ralf
Christoph Kessler (db1uq) schrieb:
>Naja, es ist kein direct-sampling der Hochfrequenz, da ist ein Tuner>davor, der das ganze auf NF heruntermischt.
Mir ist das Ganze auch immer noch ein Rätsel, dieses SDR und
auch Digitalradio DAB wie das funktionieren soll.
Also ist ein SDR-Empfänger im Prinzip ein Direktmischempfänger?
Aber ein Direktmischempfänger kann ja die Spiegelfrequenz
nicht unterdrücken. Wenn auf der Spiegelfrequenz irgendetwas
sendet müßte das ja stören. Es gab ja auf Lang-Mittel-Kurzwelle
auch Versuche von Digitalradio. Ich weiß nicht, ob das
aufgegeben wurde oder ob da noch was läuft? Eigentlich ist ja
ein Digitalradio auch erst mal nur ein Analogempfänger.
Es gibt eine Trägerfrequenz, die wird mit Antenne empfangen
verstärkt und gefiltert, vielleicht auch nach dem Superhetprinzip.
Die Trägerfrequenz ist moduliert, aber wie, FM AM oder noch
ganz anders? Oder sehe ich das falsch? Digital wird es ja erst
dann, wenn die Nullen und Einsen fertig sind, also nach dem
demodulator. Und dann kommt der Computer ins Spiel.
> Die macht von den 2.4MS zb. eine 8192 Punkt FFT und zeigt es an
Die FFT wird nur für die Anzeige des Wasserfalls benötigt und zur
Bedienung/Orientierung, welcher Auschnitt gerade empfangen wird.
Dieser Auschnitt wird dann nochmal per Software mathematisch verschoben
auf Null und dort weiterverarbeitet. Das Signal wird per iir- oder
fir-Filter auf die eingestellte Bandbreite reduziert, für AM muss nur
noch in Echtzeit der Betrag gebildet werden: U_audio = sqrt(i^2 + q^2).
Es gibt eine weitere Möglichkeit, AM zu demodulieren (AMsync):
http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/
Dies entspricht dem Synchrondemodulator bei Weltempfängern. Dazu muss
die Trägerfrequenz phasengenau ermittelt werden. Anschließend wird das
Empfangssignal in Echtzeit mit dieser Frequenz multipliziert. Dabei
entsteht automatisch die NF mit einer deutlich besseren Qualität, als
bei der Methode weiter oben.
Beim Uni Twente Websdr handelt es sich um Direktsampling-Empfänger, bei
den stand alone Funkgeräten spielt der IC-7300 den Vorreiter:
http://radioaficion.com/cms/ic-7300-icom/
Mangels Auflösung und höherer Samplerate hat das Gerät noch kleine
Schwächen bei der Großsignalfestigkeit, die sicher bei der nächsten
Generation noch verbessert werden.
@ Günter
> auf Lang-Mittel-Kurzwelle auch Versuche von Digitalradio
DRM-Stationen sind noch gelegentlich auf Kurzwelle zu hören. Bei DRM
findet eine Datenübertragung per QAM-Modulation statt. Der Datenstrom
ist MPEG-kodiert.
https://de.wikipedia.org/wiki/Digital_Radio_Mondiale
Danke Bernd für deine tolle Erläuterung!
B e r n d W. schrieb:> Dieser Auschnitt wird dann nochmal per Software mathematisch verschoben> auf Null und dort weiterverarbeitet. Das Signal wird per iir- oder> fir-Filter auf die eingestellte Bandbreite reduziert, für AM muss nur> noch in Echtzeit der Betrag gebildet werden: U_audio = sqrt(i^2 + q^2).
"Per Software mathematisch verschoben"
Heißt das, es wird mit der gewünschten Frequenz gemischt, um es im
Basisband zu erhalten (wobei das glaube ich bei dem der Uni Twente ja
gemacht wird?)?
Oder wie kann man ansonsten die gewünschte Frequenz mathemisch nach
unten schieben?
> Es gibt eine weitere Möglichkeit, AM zu demodulieren (AMsync):> http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/>> Dies entspricht dem Synchrondemodulator bei Weltempfängern. Dazu muss> die Trägerfrequenz phasengenau ermittelt werden. Anschließend wird das> Empfangssignal in Echtzeit mit dieser Frequenz multipliziert. Dabei> entsteht automatisch die NF mit einer deutlich besseren Qualität, als> bei der Methode weiter oben.
Günter Lenz schrieb:> Mir ist das Ganze auch immer noch ein Rätsel, dieses SDR und> auch Digitalradio DAB wie das funktionieren soll.> Also ist ein SDR-Empfänger im Prinzip ein Direktmischempfänger?
Das hat nichts miteinander zu tun. Die ersten DAB-Radios (die den halben
Kofferraum gefüllt haben...) hatten ganz normale VHF-TV-Tuner. Bis so
2008 rum gabs bei DAB und DVB-T auch immer noch die üblichen
SAW/ZF-Filter, nur halt mit der passenden Bandbreite. Dann ist man
langsam auf voll-integrierte Tuner umgeschwenkt.
Bei den SDR-Sticks ist der Witz die Kombination soviel Filterung in HW
wie nötig und soviel in DSP wie möglich. Die Filterung im Tunerchip (die
haben ja sogut wie nix mehr extern) erfolgt über abgeglichene
Phasenschieber, deren Selektivität ist jetzt aber nicht so überragend.
Das was da rauskommt, wird digitalisiert und dann per DSP
weitergefiltert. Aber auch damit kommt man nicht in die Bereiche guter
analoger Tuner, es ist bei OFDM aber auch völlig egal, ob da eine
Spiegelfrequenz irgendwo bei -30dB rumkrebst.
Wie "übel" das ist, kann man an den SDR-Sticks ganz gut im UKW-Bereich
sehen. So +-500kHz (bei 1.5MHz Gesamtbandbreite) um die Mitte rum ist
die Filterung super. Wenn man aber einen starken Sender durch Änderung
der Mittenfrequenz nach links oder rechts rausschiebt, kommt er auf der
"anderen" Seite deutlich sichtbar wieder rein und wird dann schnell
kleiner.
> Es gab ja auf Lang-Mittel-Kurzwelle auch Versuche von Digitalradio.> Ich weiß nicht, ob das aufgegeben wurde oder ob da noch was läuft?
Das waren nicht nur Versuche, das ist ein echter Standard (DRM). Gibt
schon noch ein paar Sender, aber der Frequenzbereich und das dortige
Angebot interessierte schon analog so gut wie keinen mehr (Jehova...).
> Die Trägerfrequenz ist moduliert, aber wie, FM AM oder noch> ganz anders?
Bei OFDM gibt es nicht eine Trägerfrequenz, sondern ein paar tausend in
gleichem Abstand (DAB zB. 1536 Träger mit 1kHz Abstand). Jede einzelne
wird per AM (naja, eigentlich QAM=PM+AM) moduliert, aber nur mit sehr
geringer Frequenz (exakt der Trägerabstand). Das ist effektiv einfach
nur eine Parallelisierung, um lange Echos bzw. Löcher im Frequenzgang
neutralisieren zu können. Und wie gut OFDM das kann, merkt man daran,
dass jeder moderne Übertragungsstandard das OFDM-Prinzip nutzt, also
DVB-T*, DVB-C2, LTE, 5G, WLAN>11MBit, (V/A)DSL, Power-LAN. Nur um so die
Bekanntesten zu nennen... DAB war eines der ersten Verfahren, das das
eingesetzt hat.
Ralf schrieb:> Oder wie kann man ansonsten die gewünschte Frequenz mathemisch nach> unten schieben?
Mischen im analogen ist ja Multiplizieren (auch wenn K.B. das nicht
glaubt ;). Das geht digital mit den Empfangs-Samples und einem
synthetischen Sinus-Sample-Stream genauso. Aber mit denselben Nachteile
(Spiegelfrequenzen). Wenn man aber auf analoger Ebene mit dem IQ-Prinzip
arbeitet (d.h. zwei Signale, das zweite enthält für jede Frequenz den um
90 Grad verschobenen Anteil), kann man mit einem
Sinus/Cosinus-Sample-Stream und einem nur leicht komplizierteren Mischer
(analog zwei Mischer, digital eine Multiplikation auf komplexen Zahlen)
das Signal ohne Spiegelfrequenzen wirklich nur "verschieben". Dann auf
die gewünschte Bandbreite filtern und fertig.
https://de.wikipedia.org/wiki/I%26Q-Verfahren
Es gibt da noch weitere Tricks, die SDR vereinfachen. zB. analoges
Signal auf 8MHz+-0.5MHz hat und das bereits "frei gefiltert", d.h. alles
andere ist schon weg. Dann kann man mit einem AD-Wandler mit schneller
Sample-Hold-Stufe und einer Samplerate von 2MHz das Signal implizit
runtermischen, d.h. man verletzt absichtlich die Nyquist-Regel und nutzt
das Auftauchen von Aliasing.
Georg A. schrieb:> Ralf schrieb:>> Oder wie kann man ansonsten die gewünschte Frequenz mathemisch nach>> unten schieben?>> Mischen im analogen ist ja Multiplizieren (auch wenn K.B. das nicht> glaubt ;). Das geht digital mit den Empfangs-Samples und einem> synthetischen Sinus-Sample-Stream genauso. Aber mit denselben Nachteile> (Spiegelfrequenzen). Wenn man aber auf analoger Ebene mit dem IQ-Prinzip> arbeitet (d.h. zwei Signale, das zweite enthält für jede Frequenz den um> 90 Grad verschobenen Anteil), kann man mit einem> Sinus/Cosinus-Sample-Stream und einem nur leicht komplizierteren Mischer> (analog zwei Mischer, digital eine Multiplikation auf komplexen Zahlen)> das Signal ohne Spiegelfrequenzen wirklich nur "verschieben". Dann auf> die gewünschte Bandbreite filtern und fertig.
Das heißt im Grunde ein digitaler down converter
https://de.wikipedia.org/wiki/Digital_Down_Converter.
Soweit ich weiß funktioniert das Uni Twente SDR ja auch mit mehreren
DDCs. Nur wie Bernd schrieb dann vermutlich mit einem Phasengleichen
Trägersignal, um eine Synchrondemodulation zu erhalten. Aber man kann ja
nach dem DDC und dem Filtern genauso eine sqrt(i²+q²) machen, um eine
Hüllkurvendemodulation zu erhalten, wenn ich das richtig verstanden
habe?
Diese Downconvertierung, muss aber in Echtzeit die 2.4MS/s wie sie vom
Stick kommen verarbeiten, und nicht wie die FFT nur 8192 Samples
rausnehmen und diese dann darstellen, oder Irre ich mich?
> https://de.wikipedia.org/wiki/I%26Q-Verfahren>> Es gibt da noch weitere Tricks, die SDR vereinfachen. zB. analoges> Signal auf 8MHz+-0.5MHz hat und das bereits "frei gefiltert", d.h. alles> andere ist schon weg. Dann kann man mit einem AD-Wandler mit schneller> Sample-Hold-Stufe und einer Samplerate von 2MHz das Signal implizit> runtermischen, d.h. man verletzt absichtlich die Nyquist-Regel und nutzt> das Auftauchen von Aliasing.
Das hört sich viel zu kompliziert an :D.
Im verlinkten PDF (Richard Lyons, Übersetzung: Horst Gruchow) ist die
Mathematik, die notwendig ist, um ein tieferes Verständnis von SDR & Co.
zu erlangen.
http://www.needles.de/HPSDR/QuadSignals-DE.pdf
Ralf schrieb:> Nur wie Bernd schrieb dann vermutlich mit einem Phasengleichen> Trägersignal, um eine Synchrondemodulation zu erhalten.
Synchrondemodulation ist nicht notwendig (und auch gar nicht möglich),
wenn man "nur so" AM demodulieren will oder ein Wasserfalldiagramm ala
Spektrumanalyzer haben will. Da tuts ein beliebiger Takt, solange er
konstant bleibt.
Synchrone Demodulation braucht man dann, wenn man digitale
Modulationsarten hat. Da kann man (bei niedrigen Symbolraten) trotzdem
asynchron samplen und dann digital aufsynchronisieren. Bei hohen
Symbolraten ist das aber mühsam (man sollte für eine taugliche
Interpolation so 3-8mal schneller als die Symbolrate samplen), da läuft
das dann gern über einen echten VCO.
Tatsächlich gibt es aber eigentlich zwei Synchronisationtypen, die man
machen muss: Das eine ist das exakte Finden und Nachführen der
Mittenfrequenz. Wenn das nicht passt, rotieren die Konstellationspunkte.
Das andere ist das Finden der der Symbolgrenzen und damit (typ. in der
Mitte davon) des besten Zeitpunkts, um den IQ-Wert zu bestimmen. Wenn
das nicht passt, pulsieren die Amplituden (Schwebung). Stichworte
Carrier Recovery and Symbol Recovery. Gibt da ein paar eigentlich gar
nicht kompliziert aussehende Algorithmen dafür, aber Teufel steckt im
Detail...
Prinzipiell sind beide Methoden unabhängig. Wenn man Glück hat (zB. bei
WLAN vorgeschrieben) werden Symbolrate und Trägerfrequenz aus derselben
Quelle erzeugt, da ergänzen sich beide Synchronisierungen.
Und bei OFDM ist das ganze nochmal komplizierter, weil man die
Synchronisierung auf den nackten Samples gar nicht machen kann...
Hallo Georg,
also mir geht es tatsächlich um eine AM Demodulation, und muss mich
daher nicht mit den digitalen Modulationen, Symbolraten, etc.
herumschlagen (zum Glück) ;).
Aber die Frage ist nun, wird bei den SDR Softwaren, eine echte DDC
gefolgt von einem zb. FIR Filter eingesetzt, oder kann nicht direkt ein
FIR Filter auf die Mittenfrequenz meines gewünschten Signals gefolgt von
einem digitalen Hüllkurvendetektor verwendet werden?
Falls ja, gibt es Vorteile / Nachteile zwischen den beiden
Möglichkeiten?
Analog hat man ja das Problem, dass man die Filter nicht beliebig ändern
kann, und deshalb den "Umweg" über eine ZF geht, um dort das Filter zu
platzieren, aber ist das auch digital bei FIR Filtern notwendig?
Danke für deine Expertisen!
> Synchrondemodulation ist nicht notwendig (und auch gar nicht möglich),> wenn man "nur so" AM demodulieren will
Geht einfach auf den Twente SDR und probierts aus. Die
Synchrondemodulation bringt eine deutlich Qualitätsverbesserung: Weniger
Schwund und weniger Störungen.
B e r n d W. schrieb:> Geht einfach auf den Twente SDR und probierts aus. Die> Synchrondemodulation bringt eine deutlich Qualitätsverbesserung: Weniger> Schwund und weniger Störungen.
Naja, kann schon was bringen (ist ja quasi eine bessere AFC), ist aber
nicht per se bei Analog-AM notwendig. Das mit "unmöglich" bezog ich auf
das Wasserfalldiagramm und nicht auf die Dekodierung eines AM-Kanals.
Sven D. schrieb:> Soweit ich weiss, wird die DDC immer in Hardware gemacht.
Das ist nur eine Frage der Samplerate und der verfügbaren CPU ;) Keiner
der SDR-Sticks hat in der ersten Stufe eine DDC, das sind ganz normale
IQ-Mischer mit analogen, aber chip-internen Filtern. Der ADC sitzt erst
im Demod-Chip (zB. dem RTL2832), danach ist die DDC. Ab "ZF"-Ebene wirds
dann je nach Anwendung auch in SW auf CPU/DSP gemacht.
Ralf schrieb:> Aber die Frage ist nun, wird bei den SDR Softwaren, eine echte DDC> gefolgt von einem zb. FIR Filter eingesetzt, oder kann nicht direkt ein> FIR Filter auf die Mittenfrequenz meines gewünschten Signals gefolgt von> einem digitalen Hüllkurvendetektor verwendet werden?
Der Trick beim SDR ist, die Samplerate so früh wie möglich auf die
minimal nötige zu reduzieren. Kostet ja alles Strom und HW... Und dann
sollen Selektion, Dynamikbereich, etc. bei verfügbarer
Rechenbandbreite/Performance auch noch passen ;)
Wenn du kein IQ brauchst, kannst du natürlich auch einen FIR-Bandpass
nehmen. Zum "Durchstimmen" ist das aber nicht optimal. Für eine zur
Samplerate kleine Bandbreite brauchst du viele Taps, die mit der vollen
Samplerate durchlaufen werden müsssen, das kostet CPU... Ist nicht
unähnlich der Situation, warum man analog gern eine ZF nimmt.
Deshalb es schon sinnvoller, mit einer DDC (wenn der Empfangsbereich des
Tuners nicht so fein einstallbar ist) und kleineren Halbband-Filtern
etc. die Samplerate immer weiter runterzubekommen und einen
einstellbaren FIR mit vielen Taps erst am Ende anzuwerfen, wo die
Samplerate schon sehr klein ist.
Hallo SDR- Interessierte,
was in diesem Thread überhaupt noch nicht angesprochen wurde:
Bei den Systemen HPSDR und Red Pitaya wird "direkt nach der Antenne"
(bzw.nach einem Vorverstärker mit analogem Tiefpass,) mit ca. 125 MHz
abgetastet (AD- Wandler) und dieses Signal in einem FPGA Baustein
mehreren CIC- und Filterbaugruppen zugeführt. Zum Schluss kommen die
digitalen I- und Q- Signale mit 48 .. 384 kSps heraus, die ein PC
verarbeiten kann. Oder ein Raspberry Pi (PiHPSDR) bzw. in meinem
DiscoRedTRX ein STM32F7.
Schaut mal hier:
http://pavel-demin.github.io/red-pitaya-notes/sdr-receiver-hpsdr/
