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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?
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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
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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
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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
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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
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⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⋅⋅=
B2fsLog10Gp 10
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AD-Wandler
Einfluss der Auflösung des AD-Wandlers
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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Eigenschaften des ADT-200A
Der neue Preselektor PSL2
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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)
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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
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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)
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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