Forum: HF, Funk und Felder Generelle Frage zu SDR - Trennschärfe


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von O. D. (odbs)


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Kurze Frage zum SDR vs. Superhet.

Wie kriegt man eigentlich in Software mit der doch recht beschränkten 
Auflösung ausreichend schneller A/D-Wandler (12 bit, 14 bit...) eine 
gute Trennschärfe hin?

Also angenommen, ich bin zum Beispiel im Flugfunkbereich unterwegs mit 
einer Bandbreite von 6-7 kHz und einem Kanalabstand von 8.33 kHz. Jetzt 
will ich einen Sender empfangen, der weit weg ist, während auf dem 
Nachbarkanal ein starker Sender in der Nähe sendet.

So wie ich SDR kenne, wird doch quasi das gesamte Band auf eine 
Zwischenfrequenz oder Zero IF runtergemischt, digitalisiert und dann der 
Rest in Software gemacht? Da müsste mein ADC ja quasi den kompletten 
Dynamikbereich des Empfängers abdecken können.

Oder wird das von der Architektur her anders umgesetzt?

von Silvio K. (exh)


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In Software ist dann ein oder mehrere ideale Superhets. Wie es das 
klassische Radio oder andere Empfänger in Hardware machen. Die riesige 
Bandbreite wird Schritt für Schritt verkleinert.
Mischen, filtern, mischen, filter, .. demodulieren.

von Gerhard H. (ghf)


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Äh, nein. Eher billiges digitales CIC-Filter, Dezimieren,
CIC-Filter, Dezimieren....

Du tauscht Deine hohe Abtastrate (im Vergleich zur Nutzband-
breite) gegen Dynamikbereich ein. Dezimieren ist einfach das
Wegwerfen aller bis auf 2., 3., n-ten Samples je nach der
Ausgestaltung des vorherigen Filters. Das ist SEHR billig.
Auch brauchen die CIC-Filter keine Multiplizier. (Hogenauer-Filter)
Der Nachteil ist, dass das Passband zu hohen Frequenzen hin
etwas abschlafft. Das kann man ganz am Ende mit einem
Halfband-FIR korrigieren. Das kann mittlerweile vermutlich
schon die CPU, die man sowieso hat.

Flugfunkempfänger sind auch im Analogen nix besonders tolles.
Ich kann mich erinnern, dass ich in der Nähe des DeutscheWelle-
Senders (Werlachtal?) in der Luft vor lauter Gebrabbel den
nächsten Flugplatz nicht mehr hören konnte, schon 10 Km weit
weg vom Sender. Peinlich.
Wer sonst macht hierzulande noch AM? Nicht mal auf 11m.

Gerhard

von B. G. (golf2010)


Angehängte Dateien:

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Die Lösung für gute Trennschärfe können am Ende (der Decimation mit CIC, 
Halbbandfiltern) FFT-Convolution Filter sein.
Im Bild 2 Sender, 3 kHZ Abstand. Die 2 Einzel-Kanalfilter mit 
unterschiedlicher Einstellung der Bandbreite. So sind beliebig breite, 
auch z.b. 100 Hz breite Filter möglich mit sehr hoher Flankensteilheit.

: Bearbeitet durch User
von Jens B. (sio2)


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Man kann auch bei SDR Hardwarefilter verbauen oder Hardwaremässig hoch 
und runtermischen.
Man muss nicht alles in Software machen.

von Al (almond)


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Jens B. schrieb:
> Man kann auch bei SDR Hardwarefilter verbauen

Man kann.
Aber warum sollte man?
Wenn doch gerechnete ZF-Filter bessere Eigenschaften haben und nahezu 
nichts zusätzlich kosten.

von Klar P. (Firma: Reinigungsmittel) (klar_putz)


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Al schrieb:
> Jens B. schrieb:
>> Man kann auch bei SDR Hardwarefilter verbauen
>
> Man kann.
> Aber warum sollte man?

Anti-aliasing.

https://de.wikipedia.org/wiki/Antialiasing_(Signalverarbeitung)

> Wenn doch gerechnete ZF-Filter bessere Eigenschaften haben und nahezu
> nichts zusätzlich kosten.

Filter ist nicht gleich Filter, SDR erfolgt nach 
Abtastung/Digitalisierung also muss man zur Vermeidung von Fehlern wg, 
Verletzung Abtasttheorem das analoge Eingangssignal vor der 
Digitalisierung 'bandbegrenzen'.

Beim Mischen entstehen nun mal Signalanteile mit hohen Frequenzen, 
Intermodulationsprodukte. Die verfälschen die Abtastung/Digitalisierung 
wenn sie oberhalb der halben Abtastfrequenz liegen. 
https://de.wikipedia.org/wiki/Intermodulation

: Bearbeitet durch User
von Silvio K. (exh)


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Die CIC-Filter muss ich mir wirklich einmal anschauen. Danke Gerhard.

Der Vorteil beim SDR ist ja eben, dass gerade die Signalverarbeitung in 
Software stattfindet, deshalb heißt es ja so. D.h. Man kann alle Wege 
nach Rom testen und Vor- und Nachteile ermitteln.

von F. M. (foxmulder)


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Al schrieb:
> Aber warum sollte man?
> Wenn doch gerechnete ZF-Filter bessere Eigenschaften haben und nahezu
> nichts zusätzlich kosten.

Weil das der "beste" Ansatz ist.
Die meisten professionellen SDR Konzepte sind Hybride.

Zitat:

"ein SDR Empfänger ist immer schlechter als die
traditionelle Lösung mit dem analogen Eingangsteil. Die Lösung ist
ein Hybrid wie z.B. der XK 4100 von Rohde und Schwarz "

https://n1ul.com/pdf/SDR_und_mehr.pdf

Abseits von Kurzwelle macht es einfach sehr viel Sinn zuerst einmal 
klassich vorzugehen und erst danach zu digitalisieren.

von Gerhard H. (ghf)


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F. M. schrieb:
> Al schrieb:
>> Aber warum sollte man?
>> Wenn doch gerechnete ZF-Filter bessere Eigenschaften haben und nahezu
>> nichts zusätzlich kosten.
>
> Weil das der "beste" Ansatz ist.
> Die meisten professionellen SDR Konzepte sind Hybride.
>
> Zitat:
>
> "ein SDR Empfänger ist immer schlechter als die
> traditionelle Lösung mit dem analogen Eingangsteil. Die Lösung ist
> ein Hybrid wie z.B. der XK 4100 von Rohde und Schwarz "
>
> https://n1ul.com/pdf/SDR_und_mehr.pdf
>
> Abseits von Kurzwelle macht es einfach sehr viel Sinn zuerst einmal
> klassich vorzugehen und erst danach zu digitalisieren.

Das sehen die Macher der Handy-Systeme wohl anders.

< 
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD9208.pdf 
>

Da sind 2 ADCs drinnen mit 9 GHz Analogbandbreite, 2 48 bit NCOs,
2 digitale Mischer, erste FIR-Filter, alles doppelt für Diversity.
Man braucht gerade noch ein Preselector-Filter und einen Vor-
verstärker. UR war mal mein Held, aber das DARC-Interview macht
schon einen ziemlichen Retro-Eindruck. Die Sender-Linearisierung
geht heute closed loop über die Luftschnittstelle.
Oh, ah, 48 KHz Bandbreite? Was braucht man so auf einem 5G-Tower?
MAXINT user, je mit Megabit-Transferraten?

Gerhard  ( H, dk4xp, wir sind viele Gerhards hier :-)

von Al (almond)


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Klar P. schrieb:
> Filter ist nicht gleich Filter, SDR erfolgt nach
> Abtastung/Digitalisierung also muss man zur Vermeidung von Fehlern wg,
> Verletzung Abtasttheorem das analoge Eingangssignal vor der
> Digitalisierung 'bandbegrenzen'.

Darum schrieb ich ausdrücklich von "ZF-Filtern", also den Filtern die 
die Bandbreite vor der Demodulation bestimmen. Von Eingangsbandpässen 
oder Tiefpässen im Frontend war nie die Rede.

: Bearbeitet durch User
von Klar P. (Firma: Reinigungsmittel) (klar_putz)


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> Das sehen die Macher der Handy-Systeme wohl anders.
>
> <
> https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD9208.pdf


Naja, den Handy-Machern sind 2k€ allein fürs Evalboard auch nicht 
zuviel,
während dir ein Hobbyist schon ne Unmenge Filter für so ein Geld wickeln 
kann.

> Man braucht gerade noch ein Preselector-Filter
Tja, wieder nix mit SDR ersetzt Filter.

von Al (almond)


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Leute, der TO fragt nach der SDR Trennschärfe. Wer ansatzweise Ahnung 
von Empfängern hat, weiß dass es sich dabei nicht um 
Preselektor-Bandpässe oder Anti-Aliasingfilter dreht.

von Dieter S. (ds1)


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In Mobilfunk Basestations (von 2G bis 5G) ist im Empfänger üblicherweise 
ein hochwertiger Cavity Filter verbaut der genau das Zielband duchlässt. 
Da in den Mobilfunkbändern normalerweise relativ wenig Störungen sind 
ist SDR in dem gefilterten Bereich gut machbar.

Und auch bei Mobilfunktelefonen sind Filter verbaut, auch da kommt nicht 
alles beim SDR Empfänger an.

Für einen Universalempfänger ist die Situation eine andere, ohne Filter 
kann es je nach Empfangssituation zu schlechten Ergebnissen kommen.

von Klar P. (Firma: Reinigungsmittel) (klar_putz)


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Al schrieb:
> Leute, der TO fragt nach der SDR Trennschärfe. Wer ansatzweise Ahnung
> von Empfängern hat, weiß dass es sich dabei nicht um
> Preselektor-Bandpässe oder Anti-Aliasingfilter dreht.

Wer diesen Ahnungsansatz hätte, fabuliert nicht wie der TO von einem 
Zusammenhang zwischen Trennschärfe und Selektivität. Oder tut 12 bit als 
"beschränkte Auflösung" ab.

Zitat: "Wie kriegt man eigentlich in Software mit der doch recht 
beschränkten
Auflösung ausreichend schneller A/D-Wandler (12 bit, 14 bit...) eine
gute Trennschärfe hin?"

Aber vielleicht ist ja dem TO nicht bewusst das man mit 12bit eine 
verdammt hohe Auflösung von 4096 werten hat sowie ihm offensichtlich 
weiteres Grundlagenwissen der Mixed-Signal-Technik fehlt oder abhanden 
gekommen ist.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Angesichts dieses Beispiels:

O. D. schrieb:
> Also angenommen, ich bin zum Beispiel im Flugfunkbereich unterwegs mit
> einer Bandbreite von 6-7 kHz und einem Kanalabstand von 8.33 kHz. Jetzt
> will ich einen Sender empfangen, der weit weg ist, während auf dem
> Nachbarkanal ein starker Sender in der Nähe sendet.

sehe ich da schon die Problematik. Unabhaengig davon ob's ein 
Nachbarkanal oder weiter weg ist.
Wenn ich einen starken (Stoer)Traeger hab, der den (z.b. 12bit) ADC im 
Frontend ziemlich voll aussteuert und irgendwo in meinem Empfangsbereich 
ist ein z.b. 60dB schwaecherer Sender, der mich eigentlich interessiert, 
bleiben fuer dessen Quantisierung halt nur noch 12 dB "uebrig" - was so 
ungefaehr einem 2-bit ADC entspricht. Und sollte der dann z.b. 
Sprache/Musik via AM uebertragen, dann klingt das halt nich mehr so 
pralle - egal ob CIC-Filter oder 1x4 Kaffeefilter.

Gruss
WK

von Alex (alex_k2)


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Heute keine Hobbyanwälte hier, die die Berechtigung des TOs Flugfunk 
abhören zu dürfen anzweifeln?

von Klar P. (Firma: Reinigungsmittel) (klar_putz)


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> Heute keine Hobbyanwälte hier, die die Berechtigung des TOs Flugfunk
> abhören zu dürfen anzweifeln?

Dazu muss man kein Anwalt sein, das gehört zur Allgemeinbildung.

Allerdings darf man bezweifel das es sich hierbei um "Abhören" handelt, 
als das es eher um Funk im Sinne von technischen Experiement geht.
Auch wenn es einem verboten ist, einen lästigen Kiebitz auf einen 
elektrischen Stuhl zu schnallen, so darf man sich doch mit dem Thema 
Elektrizität aus Neugier am Technischen und aus Wissensdrang befassen 
...

: Bearbeitet durch User
von Jens B. (dasjens)


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Al schrieb:
> Jens B. schrieb:
>> Man kann auch bei SDR Hardwarefilter verbauen
>
> Man kann.
> Aber warum sollte man?
> Wenn doch gerechnete ZF-Filter bessere Eigenschaften haben und nahezu
> nichts zusätzlich kosten.

Eingangsfilter?
Man kann nicht alles wegrechnen.
Du brauchst auch Hardwarefilter beim Senden.

von Al (almond)


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Jens B. schrieb:
> Eingangsfilter?
> Man kann nicht alles wegrechnen.
> Du brauchst auch Hardwarefilter beim Senden.

Zum dritten Mal:
Der Thread fragt nach der Trennschärfe im SDR Empfang. Die wird nicht 
durch Senderfilter bestimmt.

Das ganze Salbadern um Anti Aliasing Filter und Eingangsbandpässe und 
Sendefilter und ADC Wandler und Samplingbits geht vollkomen an der 
Eingangsfrage des TO vorbei. Es gibt anscheinend ein Drang, 
Scheinantworten auf Fragen zu geben, die niemand gestellt hat.

: Bearbeitet durch User
von Dieter S. (ds1)


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Interessantes Paper zum Thema (The perfect HF Receiver. How would it 
look like today?):

https://www.rohde-stiftung.de/documents/HF-RX-concepts_V5a.pdf

Es geht um viele Aspekte von SDR, auch um die Trennschärfe. Die Autoren 
sollen sich damit auskennen.

von Klar P. (Firma: Reinigungsmittel) (klar_putz)


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> Das ganze Salbadern um Anti Aliasing Filter und Eingangsbandpässe und
> Sendefilter und ADC Wandler und Samplingbits geht vollkomen an der
> Eingangsfrage des TO vorbei.

Nein, geht es nicht, OK vielleicht das mit den sendefiltern, wobei man 
doch aber auch bei einen Empfänger darauf achtet das unerwünschte 
frequenzen herausgefiltert werde, das sie nicht unerwünscht abgestrahlt 
werden und intern Kanäle auf diesem breiten Band stören.

von Klar P. (Firma: Reinigungsmittel) (klar_putz)


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Ein Ansatz ist es, eine FT über das gesamten Band laufen zu lassen, die 
Trennschärfe ergibt sich dann um die Frequenzauflösung der FT. Die 
Spektralanteile im interessierenden band schickt man dann zum 
Demodulator.

Hat man wenig Rechenpower für den Panorama-Empfänger Ansatz, kann man 
sich per Goertzel einzelne Bander für die Transformation in den 
Frequenzbereich herausgreifen.

Das Ganze nennt sich dann wohl Frequency domain channelization.
Da ein paar Hinweise wie man bei SDR die center-frequency  etc für die 
airband Kanäle setzt:

https://www.atco2.org/news/how-to-setup-your-sdr-for-clean-atc-audio
https://github.com/charlie-foxtrot/RTLSDR-Airband/wiki/Limiting-channel-bandwidth

von Res (resmon)


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Alex schrieb:
> Heute keine Hobbyanwälte hier, die die Berechtigung des TOs Flugfunk
> abhören zu dürfen anzweifeln?

Vielleicht kommt er ja aus der Schweiz, hier ist es erlaubt.

von Sven B. (scummos)


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Ich denke du unterschätzt vor allem wie viel Dynamikumfang 14 bit sind 
und wie wenig Dynamikumfang man braucht um z.B. Sprache zu übertragen. 
Die Informationen sind sozusagen vor allem in den Frequenzen enthalten. 
Mit 2-3 bits kann man sehr viele Signale noch akzeptabel digitalisieren. 
Dann bleiben immer noch 11-12 bits Abstand zum Störsignal.

: Bearbeitet durch User
von Florian H. (hocketiger2003)


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Ich würde mal sagen, dass es beim SDR ähnlich dem rein analogen 
Empfänger gemacht wird/werden kann. Soll heißen: mitels Vorelektion. Es 
sei denn es ist eines mit Wasserfalldiagramm, da wär Vorselektion eher 
hinderlich. Theoretisch, denn in der Praxis kann das SDR einfach ein 
kleinen Schritten über den gesamten Empfangsbereich "wandern", kurz 
lauschen was da ist, Wasserfall aktialisieren, ggf. demodulieren und 
dann weiter ziehen.

Zum Demodulieren: Es wird dann bei solch einem Verfahren nur das 
(hörbar) demoduliert was der Nutzer auch gerade hören will. Z.B. vom 
ganzen Flugfunkbereich (um beim Beispiel zu bleiben) nur 133,450MHz (bei 
mir hier das ATIS aus Erfurt) mit jeweiliger Bandbreite.

Ich hoffe es ist zu verstehen was ich meine.

von Klar P. (Firma: Reinigungsmittel) (klar_putz)


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Florian H. schrieb:
> Ich würde mal sagen, dass es beim SDR ähnlich dem rein analogen
> Empfänger gemacht wird/werden kann. Soll heißen: mitels Vorelektion. Es

Hm, das ist ein Erklärungsansatz, aber nicht jeder SDR ist gleich. Da 
gibt es welche mit wenig und welche mit mehr Rechenpower (FPGA,ASIC) und 
SDR stammt eher aus dem Bereich breitbandige Digitalmodulation (man 
erinnere sich, viele SDR waren zu beginn zweckentfremdete DVB-T 
Empfänger).

Und SDR (bspw. aus der breitbandigen Digitalmodulation für 
Mehrkanaltechnik) wird nun auch benutzt um schmalbandige 
Sprechfunkverbindungen zu empfangen. Das kann man machen indem man die 
analogen Schaltungen digital nachbildet, oder eben digitale Algoritmen 
anwendet, die so nicht/schwer in analoger Schaltungstechnik nachbildbar 
sind, wie beispielsweise Fouriertransformation, Verarbeitung im 
Frequenzbereich, Inverse Fouriertransformation. Die Demodulation des 
AM-Signals wäre dann lediglich eine 
Transformation/Ausschneiden(Fensterung) der Frequenzachse des Spektrums 
und somit Selektion und Demodulation innerhalb einer "Baugruppe".
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b9/Am_spek1.png

: Bearbeitet durch User
von Karl B. (gustav)


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Florian H. schrieb:
> Ich würde mal sagen, dass es beim SDR ähnlich dem rein analogen
> Empfänger gemacht wird/werden kann. Soll heißen: mitels Vorselektion.

Sieht so aus, als ob Tief-/Hochpassfilter vorgeschaltet.
https://de.aliexpress.com/item/1005002925249933.html?gatewayAdapt=glo2deu

ciao
gustav

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Man kann auch z.b. einen Bandpass-Sigma-Delta-ADC verwenden, den man 
dann auf's guenstige "Band" einstellt.

Gruss
WK

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