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
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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.
Ralf schrieb: > Aber die Frage ist nun, wird bei den SDR Softwaren, eine echte DDC > gefolgt von einem zb. FIR Filter eingesetzt, Soweit ich weiss, wird die DDC immer in Hardware gemacht. https://de.wikipedia.org/wiki/Digital_Down_Converter
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/
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