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SDR-Technologien

Prinzip der digitalen EmpfängerDirect_Conversion RxAD-WandlerDigital Down Converters

Die Funktionsblöcke des ADT-200ADSP-Modul

PA-ModulPreselector-Modul

Eigenschaften des ADT-200A

Das Bedienungskonzept des ADT-200A

Wie weiter?

25.06.11 / HB9CBU

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Das Prinzip der digitalen Empfänger

Das Konzept des SDR-1000

BPRF in0...30MHz

TP

TP

Tayloe-Mischer

DDS

I Q

I

Q

DigitaleSignalver-arbeitung

DA-Wandler

digital analoganalog

AD-Wandler

SDR1000 PC

Verbindung zu Sound Card

25.06.11 / HB9CBU

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Das Prinzip der digitalen Empfänger

Das Konzept von Flex Radio

Fire Wire

BPRF in0...30MHz

TP

TP

Tayloe-Mischer

DDS

I Q

I

Q

DigitaleSignalver-arbeitung

DA-Wandler

digital analoganalog

AD-Wandler

Flex-Radio 5000 PC

25.06.11 / HB9CBU

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Das Prinzip der digitalen Empfänger

Prinzip des Direct Conversion Empfängers

ωLOS(t) P(t)

-ω +ωω = 0 ω1 ω2 ωLO+ ω1 ωLO+ ω2

( ) ( )[ ]tsinjtcos)t(Ae)t(A)t(S tj ω⋅+ω⋅=⋅= ω⋅

I-Kanal Q-Kanal

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Das Prinzip der digitalen Empfänger

Prinzip des Direct Conversion Empfängers

-90°

90°LP

LP

Rx in

cos(ωot) sin(ωot)

IF out

I-channel

Q-channel

+/-

LO

analog digital

cos(x)

cos(-y) = cos(y)

sin(x+90°) = cos(x)

-sin(y+90°) = -cos(y)

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Das Prinzip der digitalen Empfänger

Prinzip des Direct Conversion Empfängers

Image Rejection Ratio (IRR)

30

40

50

60

70

80

900.001 0.01 0.1 1Θ [°]

IRR [dB]

e = 0.1dB

e = 0.03dB

e = 0.01dB

e = 0.003dB

e = 0.001dB

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ε : Gain Error [-]

Θ : Phase Error [°]

e = 20 * log(ε)

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Das Prinzip der digitalen Empfänger

Prinzip des Direct Conversion Empfängers

-90°

90°LP

LP

Rx in

cos(ωot) sin(ωot)

IF out+/-

LO

analog digital

25.06.11 / HB9CBU

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Das Prinzip der digitalen Empfänger

Der Signalfluss im digitalen Empfänger

BPRF in0...30MHz

AD-Wandler DA-Wandler

DSPDigital Down Converter (DDC)

73Msps * 14Bit = 1.02Gbit/s 2 * 32ksps * 24Bit = 1.536Mbit/s

t = 31.25us -> 9600 Instruktionen (300MIPS)

D = 2304

IQ

Aufgaben des DDC‘s:

• Quadratur-Mischung des interessierenden Frequenzbandes auf die ZF ≈ 0Hz

• Reduktion der Samplerate (Dezimation)

• Erhöhung des Rauschabstandes (Integration)

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AD-Wandler

Der AD-Wandler beeinflusst folgende Eigenschaften des Rx

• Dynamikbereich Auflösung in Bits

• Empfindlichkeit Eingangsimpedanz

• Intermodulation IP2 und IP3 Integrale Nichtlinearität

• Phasenrauschen Eigenjitter

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Der Prozessgewinn des AD-Wandlers

fs/2f

Pn

B

Prozessgewinn:

Bei B = 2.4kHz und fs = 73Msps folgt: Gp = 41.2dB

Bei einem SNR von 75dB wird ein Dynamikbereich von116.2dB erreicht

AD-Wandler

25.06.11 / HB9CBU

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅⋅=

B2fsLog10Gp 10

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AD-Wandler

Einfluss der Auflösung des AD-Wandlers

25.06.11 / HB9CBU

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AD-Wandler

Einfluss der Eingangsimpedanz des AD-Wandlers

Beispiel für den AD9446 (16bit):

Für F = 10dB werden folgende Werte erreicht:

IP3 des Vorverstärkers mit 43dBm angenommen

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Digital Down Converter

Der Digital Down Converter

Die Realisierung erfolgt als FPGA oder als CSIC-Baustein

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Digital Down Converter

Der numerisch gesteuerte Oszillator

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Funktionsblöcke vom ADT-200A

Im ADT-200A verwendetes Chipset

BP

DSP

Quad Digital Down Converter (DDC)

PA Digital Up Converter (DUC)

ANT

AD6645 AD6624A

AD9754 AD6623

ADSP-21362

Audio-Codec

TLV320AIC23B

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Funktionsblöcke vom ADT-200A

Filter-Bank 1

Noise-Blanker 1

Noise-Blanker 2

Filter-Bank 2

*

AGC

SSBCW

PBT/BFO

AM

ISM

FM

Equalizer

To DA-Converter

Demodulatoren

B = 50Hz...25kHz

5kHz

Notch/Peak

Deemphasis

Signalverarbeitung im DSP (pro Rx-Kanal)

25.06.11 / HB9CBU

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Funktionsblöcke vom ADT-200A

Noise Blanker 1

n1

n1

NB1

Main Filters Noise Blanker 2 Post Filters Complex Mixer Interpolation Filter

n3n2

n2 n3

+/- +/-

USB / LSB Selection

I-In

Q-In

0°

+/-90°

0°

+/-90°

NB2

Noise Blanker 1

n1

n1

NB1

Main Filters Noise Blanker 2 Post Filters Complex Mixer Interpolation Filter

n3n2

n2 n3

+/- +/-

I-In

Q-In

0°

+/-90°

0°

+/-90°

NB2AF out

I out

Q out

BFO

Signalfilterung im DSP bei CW/SSB (pro Rx-Kanal)

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Funktionsblöcke vom ADT-200A

FIR-Filter der Ordnung N = 256, Blackman-Harris Window

Resultate der Simulation mit Matlab:

Übertragungsfunktion

|H|(f)Q

Shape Factor = 1:1.29

Phase (Q-Kanal)

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000

-100

-50

0

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000-4

-2

0

2

4

25.06.11 / HB9CBU

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Funktionsblöcke vom ADT-200A

Wirkung des „Passband Tuning“

SSB-Filter B = 2400Hz, USB

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

-1000 0 1000 2000 3000 4000[Hz]

[dB]

PBT = -200Hz PBT = 0Hz PBT = +200Hz

25.06.11 / HB9CBU

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Eigenschaften des ADT-200A

Hörbeispiele, empfangen auf 80m

ICOM-TRX mit professionellem Mikrofon

Flex Radio SDR

Hörbeispiele, gesendet und empfangen mit dem ADT-200A

Webstream Deutschlandfunk, SSB, B = 2700Hz

Webstream Deutschlandfunk, AM, B = 6000Hz

Beethoven ab CD, SSB, B = 2800Hz

25.06.11 / HB9CBU

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Funktionsblöcke des ADT-200A

Programmstruktur der DSP-Firmware

Task Switcher

10ms Routinen

(80 Stück)

32ksps

Signal Processing16ksps

Audio Processing

8ksps FFT

t = 0 Interrupt

t = 31.25us

9216 Instruktionen

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Funktionsblöcke des ADT-200A

Das DSP-Modul TRX3C

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Funktionsblöcke vom ADT-200A

Die Sender-Endstufe

Linearität bei f = 7MHz

05

1015202530

3540

4550

5 10 15 20 25 30Pin [dBm]

Pout [dBm]

0.010.0

20.030.040.050.060.0

70.080.0

90.0100.0

Eta [ - ]

Pout [dBm]Eta [ - ]

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Funktionsblöcke vom ADT-200A

Delay

Phase

a

ba

a

bb

S

Ref

HEX

Phase

Ref

Address

Phase

LUT

a-b

Gainnormalisation

a-b

Offseta-ba

b

a

b

Delay

HEX

Phasenormalisation

Tx Signal In

I - Channel

Q - Channel

PredistortedSignal Out

Monitor SignalI

Q

Ip

Q

ep

eg

p

Parametric update

Gaincorrection

Phase correction

Abs. Value

Abs. Value

Abs. Value

Abs. Value

Ip = I*cos(p) - Q*sin(p)

Qp = Q*cos(p) + I*sin(p)

p

Phase Shift

Phase Shift

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Eigenschaften des ADT-200A

25.06.11 / HB9CBU

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Funktionsblöcke vom ADT-200A

25.06.11 / HB9CBU

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Funktionsblöcke des ADT-200A

Der neue Preselektor PSL2

Dämpfungsverlauf

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

1.0000 10.0000 100.0000MHz

A/dB

Auswahl von 5 Filterkurven als Beispiel für die insgesamt 48 Bandfilter

25.06.11 / HB9CBU

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Eigenschaften des ADT-200A

Der neue Preselektor PSL2

25.06.11 / HB9CBU

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Eigenschaften des ADT-200A

Konzept des Attenuators

-130dBm-120dBm

-110dBm

-100dBm

-13dBm

-3dBm

+7dBm

+17dBm +20dBm

Dyn

amik

bere

ich

= 11

7dB

Vorverstärker Attenuator

VV = 10dB VV = 0dBATT = 0dB ATT = 10dB ATT = 20dB ATT = 25dB

-95dBm

Attenuator 0dB 10dB 20dB 30dB 35dB

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Eigenschaften des ADT-200A

Die Wirkungsweise der AGC

Reaktion auf einen sprunghaften Signalanstieg vom Grundrauschen auf ein Signal von S9+40dB (+87dB)

25.06.11 / HB9CBU

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Das Bedienungskonzept des ADT-200A

Konzept der Transceiver-Steuerung

IF

IF

IF

Front-Panel

PC

Web-Server

SPISPISPI

SPI

Datenbank

USBTRX

UDP/IP

Internet

je ein Segment pro Rx-Kanal

Audio Signals

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Das Bedienungskonzept des ADT-200A

Der ADAT-Commander

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Das Bedienungskonzept des ADT-200A

25.06.11 / HB9CBU

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Das Bedienungskonzept des ADT-200A

Internet

ServerRemote Control for Groups

DynDNS

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ADSL-Modem/Router

Clients

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Das Bedienungskonzept des ADT-200A

25.06.11 / HB9CBU

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Wie geht es weiter?

Vorgaben für den VHF Transverter

Rauschfaktor <4dB

IP3 >15dBm (mit Abschwächer)

Phase Noise < -140dBc/Hz in 2kHz Abstand, < -155dBc/Hz in 50kHz Abstand

Dynamikbereich 115dB in 5kHz Abstand130dB in 50kHz Abstandmuss 10km Kontest-Bedingung erfüllen

Sendeleistung >25W

Bänder 2m, 6m (erste Priorität), 4m, 70cm (zweite Priorität)

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Wie geht es weiter?

VHF Transverter

25.06.11 / HB9CBU

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Wie geht es weiter?

25.06.11 / HB9CBU

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Wie geht es weiter?

Im Release 1.35 bereits realisierte Firmware-Erweiterungen:

• VOX mit adaptivem Echocancelling (verhindert Tastung durch Lautsprecher)

• Split-Betrieb mit zwei VFO‘s

• Steuerung von Automatik-Tunern (Icom Schnittstelle)

• Neues Memory-Konzept

• Möglichkeit zum Editieren von Memory-Kanälen

• automatische Scharfabstimmung für CW

• Erweiterte Frequenzkalibration (z.B. Kalibration durch Rundfunksender)

25.06.11 / HB9CBU

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Wie geht es weiter?

Geplante Firmware-Erweiterungen

Release 1.36 (Sept. 2011)

• Remote Operation via Internet

• Spektrum Analysator / Bandmonitor

• automatischer Morse-Dekoder

Weitere geplante Erweiterungen:

• Audio Rekorder

• Antenna-Skope (Imdedanz- / SWR-Analysator)

• Einbindung vom VHF-Modul

25.06.11 / HB9CBU

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Besten Dank für

Ihre Aufmerksamkeit

22.06.07 / HB9CBU