Software Defined Radio-Systeme für die Telemetrie PDF

SDR findet unter anderem im Bereich des Amateurfunks, des Militärs und im Mobilfunk Anwendung, aber auch zunehmend in zivilen Anwendungsbereichen wie in digitalen Rundfunkempfängern. Hier ist software Defined Radio-Systeme für die Telemetrie PDF Flexibilität und Implementierung unterschiedlicher Protokollwechsel in Echtzeit von besonderem Nutzen.


Författare: Albert Heuberger.
Dieses Buch behandelt alle für ein Software Defined Radio (SDR) relevanten Systemteile: Antenne, Antennenanpassung, analoges Frontend, A/D-Umsetzung, Digital Downconversion (DDC), Interpolation, Synchronisation, Demodulation. Zunächst werden die notwendigen Grundlagen für die Darstellung von Signalen vermittelt sowie der gesamte Aufbau eines Software Defined Radios beschrieben, um anschließend die einzelnen Komponenten näher zu betrachten.Der Schwerpunkt des Buches liegt auf dem Zusammenspiel der Komponenten und Signale innerhalb des Empfängers. Zur Veranschaulichung der Signale wird das Open-Source-Programm GNU Octave verwendet. 

Ein gutes und anschauliches Beispiel ist die Realisierung der Basisstationen zellularer Netze als SDR. A-Umsetzer und der dazwischenliegenden, softwarebasierten digitalen Signalverarbeitung. Der einfachste und ideale SDR-Empfänger würde aus einem Analog-Digital-Umsetzer mit Antenne bestehen. Die ausgelesenen Daten würden dann direkt nach der Analog-Digital-Wandlung von einem digitalen Rechner verarbeitet. Der ideale Sender sähe ähnlich aus: Ein Rechner erzeugt einen digitalen Datenstrom über einen Digital-Analog-Umsetzer und eine nachfolgende Antenne versendet diesen.

Nach einer möglichst sparsamen analogen Verarbeitung durch Filter und Vorverstärker oder Dämpfungsglieder wird das Eingangssignal direkt digitalisiert. Nach dem Nyquist-Theorem muss das Eingangssignal zum Digitalisieren mit mindestens der doppelten maximalen Nutzfrequenz abgetastet werden, um das Signal rekonstruieren zu können. D-Umsetzer mit Abtastfrequenzen bis zu 3,6 GSPS bei 12 bit-Auflösung. Die ersten Stufen eines solchen Empfängers unterscheiden sich wenig von einem herkömmlichen Überlagerungsempfänger. Die analogen Filter werden dabei für die größte benutzte Nutzsignal-Bandbreite ausgelegt. Eigenschaften und mehr Möglichkeiten als herkömmliche Analogtechnik.

Direktmischempfänger ist ein Empfängerkonzept, bei dem das Eingangssignal mit einem Oszillatorsignal der gleichen Trägerfrequenz direkt gemischt und so demoduliert wird. So arbeitete schon ein Audion in den 1920er Jahren, wenn man Morsesignale empfangen wollte. Das Problem herkömmlicher Direktmischer ist die fehlende Spiegelfrequenzunterdrückung, d. Dieses Problem löst ein SDR durch komplexe Signalverarbeitung, d. Solche Oszillatorsignale sind mit Digitaltechnik sehr einfach zu erzeugen. Die Ausgangssignale der beiden Mischer werden parallel digitalisiert und dann digital verarbeitet, wobei die Hilbert-Transformation eine zentrale Rolle spielt.

Subtrahieren der beiden Signale kann man zwischen den beiden Seitenbändern umschalten. Vor allem das Direktmischer-Konzept ist sehr weit verbreitet, weil es mit dem geringsten Elektronikaufwand auskommt. Praktisch jedes Handy ist ein Transceiver nach dem SDR-Direktmischerkonzept. Auch viele andere Funkanwendungen arbeiten so, z. Baustein CC1100 von Texas Instruments, der sendeseitig konventionell arbeitet, aber empfangsseitig als SDR. Viele billige Kurzwellenradios aus aktueller chinesischer Produktion verweisen auf ihre digitale Signalverarbeitung.

Nur verzichtet man dort auf möglichst viel der analogen Signalverarbeitung, um die höhere Genauigkeit der digitalen Verarbeitung nutzen zu können. Der große Vorteil von Software Defined Radios besteht in der Flexibilität und den niedrigen Kosten bei der Erweiterung auf neue oder geänderte Übertragungsstandards durch Software-Upgrades. In der Produktion kann jedoch der Bau von speziell auf das Übertragungsverfahren zugeschnittenen Sendern und Empfängern signifikant kostengünstiger sein, so dass hier wirtschaftlich zwischen den Produktionskosten und den Kosten für künftige Erweiterungen und Neuentwicklungen abgewogen werden muss. Ein Nachteil in der Anwendung besteht in der benötigten Rechenleistung der eingesetzten Signalprozessoren und der damit verbundenen hohen Leistungsaufnahme. In den vergangenen Jahren hat sich eine Reihe verschiedener Implementierung von Software Defined Radios etabliert. Daneben existiert PC-basierende Software wie beispielsweise GNU Radio, welche zur Implementierung eines Software Defined Radio verwendet werden kann. Seit etwa 2005 gibt es auch SDR-Empfänger, wie den WebSDR, die im Internet frei zugänglich sind.

Kürzlich wurde eine SDR-Variante für iOS veröffentlicht. Plattform für Funkamateure zur Entwicklung modularer elektronischer Baugruppen in SDR-Technologie. Es wird Open-Source-Software und freie Hardware verwendet, die Baugruppen werden von der Tucson Amateur Packet Radio Corporation vertrieben. HPSDR hat sich zur führenden Plattform für nichtkommerzielle SDR-Entwicklungen entwickelt. Das RTLSDR-Projekt verwendet normale DAB- und DVB-T-Sticks, die auf dem verbreiteten RTL2832U-Chipsatz von Realtek basieren. Software Defined Radio für den Funkamateur: So funktioniert die neue Technik.