This website works best with JavaScript enabled

 

oea ppe

Εισαγωγή

Πριν από κάποιες δεκαετίες οι ραδιοερασιτέχνες είχαν στο shack τους τον υπέρτατο υπερετερόδυνο δέκτη βραχέων με τις πολλαπλές ενδιάμεσες συχνότητες και τα κρυσταλλικά - μηχανικά του φίλτρα. Λειτουργώντας στον αναλογικό κόσμο των σημάτων (ημιτονοειδείς μορφές) αυτοί οι δέκτες προσέφεραν, αλλά και συνεχίζουν να προσφέρουν, το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα. Η εξέλιξη της τεχνολογίας στον ψηφιακό κόσμο εισέβαλε στους δέκτες βραχέων αρχικά με Digital Signal Processor – DSP που λειτουργούσαν σε επίπεδο τελικής εξόδου του ήχου από τον δέκτη, ακριβώς πριν τον τερματισμό στο μεγάφωνο. Η λήψη βραχέων σημάτων βελτιώθηκε αρκετά. Όσο περνούσαν τα χρόνια οι ψηφιακοί επεξεργαστές συνέχισαν να αποκτούν όλο και μεγαλύτερη επεξεργαστική ισχύ, αλλά να γίνονται συνάμα και πιο προσιτοί οικονομικά. Το αποτέλεσμα ήταν οι κατασκευαστές να τοποθετήσουν DSP στα ενδιάμεσα στάδια ενός δέκτη προσφέροντας έτσι ακόμη καλύτερη λήψη από ποτέ.

Ένα άλλο εργαλείο που εξελίχθηκε με τα χρόνια είναι και ο προσωπικός ηλεκτρονικός υπολογιστής – PC. Έχοντας πριν από κάποιες δεκαετίες συγκεκριμένες αλλά και περιορισμένες δυνατότητες σε επίπεδα υλικού και λογισμικού, έφτασε σε σημείο που αυτά τα “μαύρα κουτιά” έχουν ισχύ επεξεργασίας που θα ζήλευαν οι πρωτοπόροι αρχιτέκτονες υπολογιστών. Παράλληλα η εξέλιξη των λειτουργικών συστημάτων (την δεύτερη καρδιά ενός υπολογιστή), αλλά και των γλωσσών – πλατφορμών προγραμματισμού έδωσαν την δυνατότητα σε πολλούς ραδιοερασιτέχνες και μη, να αναπτύξουν έναν άλλο (γνωστό πια) τύπο δεκτών βραχέων σημάτων, τους λεγόμενους Software Defined Radio – SDR.

Ένας δέκτης SDR λειτουργεί επί το πλείστον στον ψηφιακό κόσμο των σημάτων (παλμοί ή διακριτές στάθμες) και αποτελείται στην απλή περίπτωση από λογισμικό που εκτελείται σε έναν προσωπικό υπολογιστή και αναλαμβάνει την ψηφιακή επεξεργασία των σημάτων, μαζί με έναν κατάλληλο μετατροπέα σήματος από αναλογικό σε ψηφιακό και το απαιτούμενο κύκλωμα διασύνδεσης. Η καρδιά του δέκτη είναι το λογισμικό, το οποίο και διαμορφώνει αρκετά χαρακτηριστικά αυτού. Ο μετατροπέας απαιτείται γιατί, έτσι κι αλλιώς, τα σήματα RF μεταδίδονται σε αναλογική μορφή. Προκειμένου να γίνει μια σύντομη περιγραφή της αρχιτεκτονικής ενός SDR, αλλά και για να γίνουν εμφανείς οι διαφορές μεταξύ των πολλαπλών “παρόμοιων” SDR, αξίζει να γίνει προσπάθεια κατηγοριοποίησης των δεκτών βασισμένη σε συγκεκριμένες καθοριστικές παραμέτρους.

Ανάλυση και κατηγοριοποίηση

  1. Σύνδεση με τον υπολογιστή

Το εξωτερικό κύκλωμα μετατροπής συνδέεται με κάποιο τρόπο με τον υπολογιστή. Η σύνδεση αυτή μπορεί να γίνει σειριακά μέσω RS-232, μέσω USB (αρκετά δημοφιλής) αλλά τελευταία και μέσω δικτύου EtherNet. Φυσικά υπάρχουν και SDR που αντί για τον υπολογιστή κάνουν χρήση κάποιου μικροεπεξεργαστή στο ίδιο κουτί, αλλά με περιορισμένες δυνατότητες. Εφόσον ζούμε την επανάσταση του διαδικτύου και όλο και περισσότερες εφαρμογές λειτουργούν δικτυακά, είναι προτιμότερο οι SDR δέκτες να μεταφέρουν τα δειγματοληπτικά τους δεδομένα μέσω EtherNet ώστε να εκμεταλλεύονται τα πολλαπλά προνόμια μιας τέτοιας σύνδεσης. Το λογισμικό του δέκτη θα πρέπει να έχει ανάλογη δυνατότητα επικοινωνίας με το εξωτερικό κύκλωμα, είτε αυτή είναι USB ή EtherNet ή κάτι άλλο.

  1. Συσκευή δειγματοληψίας

Ο δέκτης θα πρέπει να έχει ειδικό κύκλωμα μετατροπής αναλογικών σημάτων σε ψηφιακά, Analog to Digital Converter – ADC. Η μετατροπή αυτή μπορεί να γίνει ακόμη και από μια κάρτα ήχου ενός προσωπικού υπολογιστή. Όμως τα σήματα που τροφοδοτούν τις εισόδους μιας κάρτας ήχου θα πρέπει να έχουν σωστά ρυθμισμένα επίπεδα, προκειμένου να εκμεταλλευτούν πλήρως την δυναμική περιοχή της και να υπάρξει ένα αξιόλογο αποτέλεσμα. Το αποτέλεσμα επηρεάζουν φυσικά τα επίπεδα θορύβου και αρμονικής παραμόρφωσης της κάρτας. Σε άλλους δέκτες δεν χρησιμοποιείται αυτή η “απλή” κάρτα αλλά διαθέτουν ειδικό chip επεξεργασίας ήχου με δυνατότητες δειγματοληψίας 44KHz, 96KHz και 192KHz. Σε μια κάρτα χρησιμοποιούνται και οι δυο είσοδοι στέρεο ήχου για δειγματοληψία και τα 44KHz, για παράδειγμα, δίνουν ένα εύρος λήψης περίπου 20KHz εκατέρωθενμιας συχνότητας συντονισμού του δέκτη. Η μια είσοδος τροφοδοτείται με αναλογικό σήμα που ονομάζεται I και η άλλη με σήμα Q που διαφέρουν κατά 90 μοίρες. Τα δυο σήματα, όμως, θα πρέπει να έχουν την σωστή φάση και πλάτος, προκειμένου πάλι να υπάρξει αξιόλογη ποιότητα λήψης. Τα αποδεκτά όρια είναι το πολύ 1 μοίρα διαφορά στην φάση και 0,1dB στο πλάτος. Σαν εξέλιξη, δημιουργήθηκαν ειδικοί μετατροπείς ADC για RF με δυνατότητα δειγματοληψίας αρκετών Msamples/sec και προχωρώντας ακόμη πιο πέρα κατασκευάστηκαν εξειδικευμένα ολοκληρωμένα κυκλώματα Application Specific Integrated Circuit – ASIC, που εκτός από μετατροπή ADC, εκτελούν στο ίδιο chip και άλλες λειτουργίες όπως Digital DownConversion – DDC, προσφέροντας αξιοσημείωτες επιδόσεις στην λήψη βραχέων σημάτων.

  1. Μέθοδος δειγματοληψίας

Στην γενική περίπτωση ένας δέκτης SDR εκτελεί δειγματοληψία ενός “πραγματικού” και αναλογικού σήματος ως είσοδο. Με έναν απλό μίκτη & lowpass φίλτρο (σαν ένας τροποποιημένος δέκτης DirectConversion προκειμένου τα βραχέα σήματα να “κατέβουν” σε baseband συχνότητες από 0Hz – DC μέχρι και 50KHz) ή και χωρίς (για πολύ χαμηλές συχνότητες λήψης μέχρι 50KHz), μια κάρτα ήχου μαζί με το απαιτούμενο λογισμικό μπορεί να κάνει λήψη βραχέων σημάτων. Άλλοι δέκτες δειγματοληπτούν τα “σύνθετα” αναλογικά σήματα I και Q ξεχωριστά, εφόσον αυτά δημιουργηθούν από το κατάλληλο κύκλωμα όπως ενός QuadratureSamplingDetector – QSD προκειμένου να έχουν την διαφορά φάσης των 90 μοιρών. Αυτό όμως απαιτεί το σήμα εισόδου από την κεραία να περάσει ένα αναλογικό bandpass φίλτρο και κάθε σήμα I & Q από τον QSD να περάσουν μέσα από διαφορετικά lowpass φίλτρα προς αποφυγή δημιουργίας σημάτων alias κατά την δειγματοληψία. Το κριτήριο του Nyquist για μια ADC μετατροπή, αναφέρει πως η συχνότητα δειγματοληψίας πρέπει να είναι ίση ή μεγαλύτερη από το διπλάσιο του εύρους σε Hz ενός σήματος που ζητούμε να μετατραπεί σε ψηφιακό. Αν κάτι τέτοιο δεν ισχύει, τότε κατά την μετατροπή δημιουργούνται σήματα alias που φυσικά επηρεάζουν αρνητικά την ποιότητα λήψης. Με την εξέλιξη της τεχνολογίας κατέστη δυνατή η κατασκευή ADC πολύ μεγάλης ταχύτητας και εύρους δειγματοληψίας, με αποτέλεσμα την απευθείας μετατροπή σημάτων από όλη την μπάντα HF ακόμη και μέχρι VHF! Επειδή η επεξεργασία σημάτων στον ψηφιακό κόσμο είναι πολύ πιο εύκολη και αποδοτικότερη από ότι στον αναλογικό, πολύ καινούριοι δέκτες SDR κάνουν σε πρώτο επίπεδο δειγματοληψία ADC με τουλάχιστον 80Msamples/sec ταχύτητα - ανάλυση πάνω από 12bit ανά δείγμα και κατόπιν με έναν ψηφιακό Quadrature μίκτη δημιουργούν τα ψηφιακά πια σήματα I και Q. Η ανάλυση των 12bit χρειάζεται ώστε ο δέκτης να έχει όσο το δυνατό καλύτερη ευαισθησία, μεγαλύτερο SNR και δυναμική περιοχή. Τέτοιοι δέκτες συνήθως κάνουν χρήση και ενός προενισχυτή - εξασθενητή στην σειρά εισόδου του σήματος προς την ADC, όπως και ενός bandpass φίλτρου (ή πολλαπλά κεντραρισμένα το καθένα στην μπάντα λήψης που ενδιαφέρει) προκειμένου να μειωθεί ο θόρυβος που λαμβάνεται ως δείγμα στο μεγάλο εύρος που λειτουργεί η ADC.

  1. Επιλογή ψηφιακού καναλιού

Έχοντας δημιουργήσει με δειγματοληψία ψηφιακά σήματα I και Q που περιέχουν ένα πολύ μεγάλο εύρος συχνοτήτων, ακολουθεί η επιλογή του ψηφιακού καναλιού στο οποίο θα λειτουργήσει ο δέκτης. Το εύρος του καναλιού μπορεί πια να είναι αρκετά μεγάλο ακόμη και πάνω από 1MHz! Αυτή η διαδικασία Digital DownConverter – DDC γίνεται εφικτή με decimationfilters – ψηφιακά φίλτρα CIC & FIR που σταδιακά κατεβάζουν την ταχύτητα δειγματοληψίας και το εύρος στο επιθυμητό προς επεξεργασία από το λογισμικό του SDR. Υπάρχουν δέκτες που κάνουν την επιλογή με χρήση FPGA, ή με διακριτά ολοκληρωμένα κυκλώματα αλλά και με εξειδικευμένα ολοκληρωμένα κυκλώματα Application Specific Integrated Circuit – ASIC που περιλαμβάνουν όλα αυτά τα διακριτά μπλοκ επεξεργασίας σε ένα και μόνο chip για ακόμη καλύτερα αποτελέσματα στην λήψη.

  1. Έλεγχος SDR και μίξη

Είτε όταν ο δέκτης SDR κάνει δειγματοληψία σε αναλογικά σύνθετα σήματα I και Q, είτε όταν προηγείται η ADC και κατόπιν δημιουργούνται τα ψηφιακά I και Q, υπάρχει πάντοτε μια διαδικασία μίξης. Ο τοπικός ταλαντωτής LO του μίκτη μπορεί να έχει μια σταθερή συχνότητα (με περιορισμένα αποτελέσματα λήψης), ή μεταβλητή και προγραμματιζόμενη από VCO & PLL chipset, ή FPGA ή καλύτερα από το ίδιο το ASIC με χρήση Numerical Control Oscillator – NCO. Η μίξη προηγείται της διαδικασίας DDC αφού ο δέκτης πρέπει να συντονιστεί σε κάποια συχνότητα ενδιαφέροντος, η οποία θα είναι στο κέντρο του ψηφιακού καναλιού επιλογής που θα χρησιμοποιηθεί για υποβιβασμό του εύρους της δειγματοληψίας. Ο τελικός χρήστης θα πρέπει να επιλέξει μια δεύτερη συχνότητα συντονισμού (μέσα στο εύρος του καναλιού) στην οποία το λογισμικό του δέκτη θα εφαρμόσει επιπλέον φίλτρα και BFO ώστε να υπάρξει ακουστική έξοδος. Ο έλεγχος και προγραμματισμός αυτών των συχνοτήτων γίνεται συνήθως από το πρόγραμμα που εκτελείται στον υπολογιστή μέσω της οδού σύνδεσης με αυτόν, όπως USB ή καλύτερα EtherNet για απομακρυσμένο έλεγχο του SDR ακόμη και από το διαδίκτυο ή WiFi.

  1. Λογισμικό

Έχοντας διαθέσιμο το εξωτερικό κύκλωμα που χρειάζεται ένας SDR δέκτης, θα πρέπει να γίνει επιλογή του λογισμικού που θα λάβει την ροή δεδομένων με σήματα I και Q και θα κάνει την τελική αποδιαμόρφωση. Υπάρχει όμως περίπτωση το εξωτερικό κύκλωμα να λειτουργεί με ένα και μόνο λογισμικό. Αντιθέτως, το κάθε πρόγραμμα διαφέρει από τα άλλα όχι μόνο στον τρόπο εμφάνισης της διεπαφής του χρήστη – user interface ή στα διαφορετικά πρόσθετα στοιχεία όπως DX cluster, SolarData κλπ, αλλά κυρίως στην απόδοση των φίλτρων που έχει διαθέσιμα, την ελάχιστη δημιουργία (ή καλύτερα μηδαμινή) ανεπιθύμητων συχνοτήτων spurs και την λειτουργία AGC. Κάποια διαθέτουν επιπλέον λειτουργίες βελτίωσης του ήχου λήψης με Notch, αλγόριθμους NoiseReduction, CW Peakfilter κλπ. Τρία προτεινόμενα προγράμματα χωρίς κάποιο κόστος είναι τα παρακάτω.

  

  • HDSDR

Είναι εξέλιξη του Winrad (πρωτοπόρο πρόγραμμα), αρκετά εύχρηστο και απλό στην χρήση και εγκατάσταση. Δέχεται USB συνδέσεις με εξωτερικά κυκλώματα, αλλά και EtherNet μέσω τρίτων οδηγών. Διαθέτει πλήθος λειτουργιών και βελτιώσεων στην λήψη με πολύ καλά αποτελέσματα. Αναβαθμίζεται συνεχώς και είναι διαθέσιμο από τον ιστότοπο: www.hdsdr.de

cdn01

Εικόνα 1: HDSDR interface

 

SDR RADIO

Το πρόγραμμα της RF SPACE διαθέτει ένα φανταστικό userinterface (το κυρίως πλεονέκτημά του), με πολλαπλά “καλούδια για το μάτι” του χρήστη, αλλά και διάφορα πρόσθετα στοιχεία όπως datamodes. Είναι αρκετά παραμετροποιήσιμο και παρόμοιο στην απόδοση με το HDSDR, διαθέτοντας και αρκετές βελτιώσεις στην λήψη. Υπάρχει δυνατότητα χρήσης της εφαρμογής ως server – client με μικρές απαιτήσεις σε bandwidth, γεγονός που το κάνει κατάλληλο για λειτουργία μέσω διαδικτύου. Οι αναβαθμίσεις βγαίνουν σε τακτά χρονικά διαστήματα και είναι διαθέσιμο από τον ιστότοπο: www.sdr-radio.com

cdn02

Εικόνα 2: SDR RADIO interface

 

LINRAD

Δημιουργήθηκε από τον Leif Asbrink, SM5BSZ εδώ και μια δεκαετία. Το λειτουργικό σύστημα πάνω στο οποίο αναπτύχθηκε ήταν το Linux, οπότε και το όνομα Linrad προέκυψε από το LinuxRadio. Σήμερα μπορεί να εκτελεστεί άνετα και σε λειτουργικά συστήματα Windows μέχρι Windows 7, αλλά και σε Mac OS X. Αρχικά δημιουργήθηκε για λήψη EME CW στους 144MHz αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν SDR δέκτης γενικής κάλυψης. Το Linrad μπορεί να κάνει χρήση ενός δικτύου EtherNet TCP/IP για κατακερματισμό της επεξεργασίας των σημάτων σε πολλαπλούς υπολογιστές ή για την δημιουργία πολλαπλών σταθμών ακρόασης κάνοντας χρήση του ίδιου εξωτερικού κυκλώματος και κεραίας! Όπως ένας σύγχρονος υπερετερόδυνος δέκτης, έτσι και το Linrad αποτελείται από πολλαπλά μπλοκ επεξεργασίας, του ψηφιακού όμως σήματος (βλέπε εικόνα 4). Τα κυριότερα μπλοκ είναι τα fft1, timf2 και fft2 που εκτελούν ευθύ, αντίστροφο και πάλι ευθύ μετασχηματισμό Fourier FFT (δουλεύοντας έτσι τα σήματα είτε στο πεδίο των συχνοτήτων ή στο πεδίο του χρόνου). Κάποια μπλοκ δίνουν και οπτικά αποτελέσματα για την διεπαφή του χρήστη, ενώ όλα μαζί συμβάλουν σε ένα εντυπωσιακό αποτέλεσμα λήψης. Είναι διαθέσιμο από τον ιστότοπο: http://www.sm5bsz.com/index.htm

cdn03 

Εικόνα 3: Linrad interface (τροποποιημένο)

cdn04

Εικόνα 4: Μπλοκ διάγραμμα λογισμικού Linrad

Αποδιαμόρφωση σημάτων I και Q

Έχοντας σαν αναφορά έναν directconversion μίκτη, όπως φαίνεται στο σχήμα 1, εύκολα γίνεται κατανοητό πως όταν σήμα RF συχνότητας 14,001MHz μπει στην είσοδο, τότε η έξοδος αποτελείται από σήματα συχνοτήτων 28,001MHz (άθροισμα), 0.001MHz (διαφορά) και images από την διαφορά 14,000-0,001MHz. Ένα φίλτρο lowpass – LPF εύκολα αφαιρεί το άθροισμα που δημιουργεί τα 28,001MHz. Όμως για την απόρριψη των ανεπιθύμητων συχνοτήτων image απαιτείται η χρήση ενός Quadrature μίκτη.

cdn04a 

Σχήμα 1

Στην γενική περίπτωση, η έξοδος θα έχει πλάτος σήματος που μεταβάλετε σε σχέση με τον χρόνο μεταξύ αρνητικών και θετικών τιμών. Αυτό το σήμα εξόδου ονομάζεται in-phase I και μπορεί εύκολα να αναπαρασταθεί σαν ένα διάνυσμα πάνω σε οριζόντιο άξονα (σχέδιο 2). Το μήκος αυτού του διανύσματος είναι ανάλογο με το πλάτος του σήματος και έχει θετική ή αρνητική φορά. Με μια δίοδο θα μπορούσε να γίνει ανόρθωση σήματος η οποία θα έδινε σαν αποτέλεσμα μια απλή αποδιαμόρφωση AM. Για άλλου τύπου διαμορφώσεις όπως FM, θα πρέπει να είναι γνωστή η φάση του σήματος. Χρησιμοποιώντας έναν Quadrature μίκτη γίνεται καθυστέρηση - περιστροφή του σήματος εισόδου κατά 90 μοίρες. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργείται ένα δεύτερο σήμα στην έξοδο που ονομάζεται quadrature Q. Τα δυο αυτά σήματα μπορούν να αναπαρασταθούν πάνω σε διάγραμμα με δυο κάθετους άξονες. Ο οριζόντιος είναι για το I και ο κάθετος άξονας για το Q. Τα σήματα είναι διανύσματα και φαίνεται πως είναι κάθετα μεταξύ τους, κάτι που ισχύει από την διαφορά φάσης των 90 μοιρών. Το διάγραμμα αυτό εμφανίζεται συνήθως στην βιβλιογραφία ως phasor diagram (σχήμα 3). Εφαρμόζοντας το Πυθαγόρειο θεώρημα, προκύπτει ότι το πλάτος του συνολικού σήματος εξόδου (πρόσθεσης των διανυσμάτων I και Q) είναι

cdn04β

και η φάση του είναι

cdn04c

Οπότε ισχύει σαν βασικός κανόνας πως με χρήση αυτών των εξισώσεων μπορεί να γίνει απλή αποδιαμόρφωση AM και FM από σήματα I και Q που μεταβάλλονται με τον χρόνο.

cdn04d 

Σχήμα 2

Στα μαθηματικά οι μιγαδικοί αριθμοί αποτελούν μια επέκταση του συνόλου των πραγματικών αριθμών. Ένας μιγαδικός αριθμός z αποτελείται από το πραγματικό μέρος α και από το μιγαδικό b, z=a+b*i και i είναι η φανταστική μονάδα, όπου ισχύει i2=1. Η αναπαράσταση των μιγαδικών αριθμών σε ένα δισδιάστατο καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων γίνεται με την χρήση του μιγαδικού επιπέδου. Στον οριζόντιο άξονα αντιστοιχεί το μέρος α και στον κάθετο το μέρος b, ενώ ο μιγαδικός αριθμός είναι ένα διάνυσμα όπως φαίνεται στο σχήμα 3. Συγκρίνοντας το phasor diagram με το μιγαδικό επίπεδο φαίνονται αρκετές ομοιότητες.

cdn04e 

Σχήμα 3

Ένα αναλογικό σήμα στους πραγματικούς αριθμούς, όπως ένα συνημιτονοειδές κύμα, εκφράζεται από την μαθηματική συνάρτηση cos (ω * t), όπου t είναι ο χρόνος και ω η κυκλική συχνότητα (ισχύει ω=2*π*f) με f την συχνότητα. Μεταφέροντας αυτό το σήμα στο σύνολο των μιγαδικών, αποδεικνύεται ότι είναι το άθροισμα δυο μιγαδικών σημάτων, δηλαδή είναι ίσο με:

 cdn04f

(τα μιγαδικά μέρη είναι αντίθετα). Όπως φαίνεται οι συνιστώσες που αποτελούν αυτό το σήμα έχουν και αρνητικές συχνότητες. Στην διαδικασία ψηφιακής επεξεργασίας σήματος – DSP που γίνεται στο λογισμικό ενός SDR δέκτη, τέτοιες συνιστώσες δεν είναι αναγκαίες και μπορούν να μην ληφθούν υπόψη αρκεί όμως η επεξεργασία να γίνει με μιγαδικές συναρτήσεις. Κάνοντας χρήση των σημάτων I και Q που έχουν προκύψει από έναν Quadrature μίκτη δημιουργείται ένα αναλυτικό ζευγάρι – σήμα I+i*Q μιγαδικού αριθμού που περιέχει μόνο θετικές συνιστώσες συχνοτήτων. Το σήμα αυτό έχει πλάτος και φάση που προκύπτει από τα I και Q, όπως προηγουμένως. Πολλαπλασιάζοντας αυτό το σύνθετο σήμα με εκείνο από έναν σύνθετο ταλαντωτή (η έξοδος του οποίου είναι ένα ζευγάρι ορθογώνιων μεταξύ τους κυματομορφών ημιτόνου και συνημιτόνου), δημιουργείται ένα σήμα SSB.

cdn04g

Η αποδιαμόρφωση αυτού του σήματος SSB γίνεται με χρήση του πραγματικού μέρους από τον μιγαδικό αριθμό, το οποίο υπολογίζεται ίσο με At*cos(ω0t+φt), όπου A και φ είναι το πλάτος και η φάση του σύνθετου σήματος I και Q όπως αυτά μεταβάλλονται με τον χρόνο, και ω0 είναι η κυκλική συχνότητα του ταλαντωτή.

Ένας SDR δέκτης ολοκληρώνεται με το λογισμικό που εκτελείται συνήθως σε έναν προσωπικό υπολογιστή. Το λογισμικό αυτό εκτελεί μετασχηματισμό Fast Fourier Transform – FFT μεταφέροντας έτσι τα ψηφιακά ληφθέντα σήματα I και Q από το πεδίο του χρόνου στο πεδίο των συχνοτήτων. Τα σήματα τώρα δεν μεταβάλλονται σε σχέση με τον χρόνο, αλλά με την συχνότητα. Ο μετασχηματισμός FFT μπορεί να θεωρηθεί σαν ένα μεγάλο σύνολο από πάρα πολύ στενά φίλτρα bandpass που ονομάζονται bins, κεντραρισμένα σε κοντινές συχνότητες. Ομοιότητα υπάρχει με ένα combfilter όπως φαίνεται στο σχήμα 4. Κάθε bin μετρά την ενέργεια φάσματος μέσα στην περιοχή του, δίνοντας σαν αποτελέσματα τόσο το μέτρο αλλά και την φάση του σήματος αυτής της συχνότητας. Τα απαιτούμενα φίλτρα που υπάρχουν σαν μηχανικά ή κρυσταλλικά σε έναν υπερετερόδυνο δέκτη, εύκολα υλοποιούνται κατά την ψηφιακή επεξεργασία των σημάτων μέσα στο λογισμικό. Η απόδοση τους είναι μάλιστα αρκετές φορές ανώτερη παρέχοντας ακόμη και γραμμική μεταφορά στην φάση των σημάτων.

cdn04h

Σχήμα 4

Εγκατάσταση λογισμικού Linrad

Το Linrad αναπτύχθηκε αρχικά για Linux λειτουργικό σύστημα, κάτι που υποδηλώνεται και από το όνομά του LINux RADio. Τώρα πια όμως, μπορεί να εγκατασταθεί και να λειτουργήσει σε Windows XP, 2000, Vista και Windows 7, τόσο 32 όσο και 64 bit, λειτουργικά συστήματα. Διατίθεται δωρεάν και για οποιοδήποτε σκοπό, από την ιστοσελίδα του δημιουργού του Leif Asbrink, SM5BSZ http://www.sm5bsz.com/linuxdsp/linrad.htm

Ο Leif ενημερώνει, συνήθως, στην αρχή της ιστοσελίδας του, για την τρέχουσα έκδοση του Linrad και την ημερομηνία που αυτή έγινε διαθέσιμη. Με την χρήση ενός συνδέσμου δίνει την δυνατότητα για λήψη του εκτελέσιμου αρχείου των Windows, το οποίο έχει όνομα wlrx-yy.zip με x.yy το νούμερο της έκδοσης. Για την εγκατάσταση θα πρέπει να δημιουργηθούν στον σκληρό δίσκο δυο φάκελοι. Ένας με όνομα linrad και ο δεύτερος με όνομα linrad_data. Το συμπιεσμένο αρχείο wlrx-yy.zip αποσυμπιέζεται στον κατάλογο linad. Το αρχείο προς εκτέλεση είναι το linrad.exe και κατά προτίμηση θα πρέπει να γίνει μια συντόμευση στην επιφάνεια εργασίας του χρήστη για ευκολία εκτέλεσης.

Κατά την χρήση και παραμετροποίηση του Linrad δημιουργούνται σε αυτούς τους καταλόγους επιπλέον αρχεία όπως εκείνα με όνομα που αρχίζει από par_cw και περιέχουν στοιχεία παραμετροποίησης για CW mode λειτουργίας ή par_ssb αντίστοιχα για SSB mode. Τα αρχεία αυτά μπορούν να ανοίξουν από έναν απλό επεξεργαστή κειμένου για έλεγχο αλλά και αλλαγές. Το προτιμότερο όμως είναι οι αλλαγές να γίνουν μέσα από το πρόγραμμα Linrad.

Αρχική εκτέλεση και βασική παραμετροποίηση

Εκτελώντας για πρώτη φορά το αρχείο linrad.exe εμφανίζονται στην οθόνη μια σειρά από ερωτήσεις που αφορούν την αρχική παραμετροποίησή του. Συγκεκριμένα:

  1. Επιλογή του τρόπου λειτουργίας. Προτείνεται το S για normal mode.

  2. Επιλογή του μεγέθους της γραμματοσειράς. Προτείνεται το 2, δοκιμή μπορεί να γίνει και για πιο μεγάλο μέγεθος αν αυτό χρειαστεί.

  3. Επιλογή της προτεραιότητας στην εκτέλεση του προγράμματος από το λειτουργικό σύστημα. Προτείνεται το 2 για HIGH.

  4. Επιλογή ποσοστού χρήσης του διαθέσιμου πλάτους στο παράθυρο της εφαρμογής. Προτείνεται 100, αν και μπορεί να αλλάξει.

  5. Επιλογή ποσοστού χρήσης του διαθέσιμου ύψους στο παράθυρο της εφαρμογής. Προτείνεται 90, αν και πάλι μπορεί να αλλάξει.

Μετά την εισαγωγή αυτών των δεδομένων εμφανίζεται η αρχική οθόνη του Linrad (εικόνα 5).

cdn05 

Εικόνα 5: Αρχική οθόνη Linrad

Κάθε φορά που γίνονται αλλαγές σε βασικά στοιχεία παραμετροποίησης θα πρέπει να αποθηκεύονται πατώντας στην αρχική οθόνη το πλήκτρο W. Αυτό θα πρέπει να γίνει και σε αυτή την φάση, αφού και το ίδιο το πρόγραμμα προτρέπει για κάτι τέτοιο. Το πλήκτρο W δεν χρειάζεται για την αποθήκευση παραμετροποίησης των διαφορετικών τρόπων λειτουργίας, όπως Normal CW και SSB.

Το αμέσως επόμενη βήμα είναι η επιλογή πηγής εισόδου και εξόδου για το Linrad. Από την αρχική οθόνη πατώντας το πλήκτρο U εμφανίζονται τα μενού της εικόνας 6. Θα πρέπει πρώτα να οριστεί η είσοδος και κατόπιν η έξοδος. Σαν είσοδος για το Linrad μπορεί να είναι μια κάρτα ήχου η οποία θα λαμβάνει τα σήματα I και Q από το κατάλληλο εξωτερικό κύκλωμα. Σε έναν πιο σύγχρονο SDR δέκτη η είσοδος των σημάτων μέσω της θύρας USB ή ακόμη καλύτερα μέσω Ethernet δικτύου.

cdn06 

Εικόνα 6: Είσοδος και έξοδος Linrad

Το πρώτο λογισμικό για SDR ήταν το Winrad του Alberto I2PHD. Ο προγραμματισμός του Alberto έδινε στο Winrad αρχικά είσοδο μόνο από κάρτα ήχου. Σύντομα όμως σχεδίασε και έγραψε κώδικα για ένα τυποποιημένο λογισμικό ενδιάμεσου επιπέδου, μεταξύ του Winrad και του εξωτερικού κυκλώματος. Το λογισμικό αυτό αναλάμβανε την επικοινωνία μεταξύ των δυο ξεχωριστών οντοτήτων, είχε δε την μορφή μιας βιβλιοθήκης DLL των Windows και συνήθως το όνομα ExtIO.dll. Το παράδειγμα του Alberto ακολούθησαν και άλλοι προγραμματιστές – σχεδιαστές εξωτερικών κυκλωμάτων. Το αποτέλεσμα είναι πολλά εξωτερικά κυκλώματα να συνοδεύονται σήμερα από αρχεία ExtIO.dll, αλλά και πολλά προγράμματα SDR να κάνουν χρήση αυτών των αρχείων. Έτσι και το Linrad, στις τελευταίες εκδόσεις του υποστηρίζει ExtIO.dll σαν είσοδο, επιλογή με όνομα libExtIO hardwares που εμφανίζεται μετά την επιλογή Α για αλλαγή της εισόδου. Φυσικά το αρχείο DLL θα πρέπει να είναι αποθηκευμένο στον φάκελο linrad, μαζί με το linrad.exe.

Το Linrad υποστηρίζει δικτυακή είσοδο από SDR-IP, το εξωτερικό κύκλωμα της RF SPACE, είσοδο από Perseus (αρκετά δημοφιλές με αξιοσημείωτες επιδόσεις) αλλά και από Excalibur (κορυφαίο SDR). Επίσης δέχεται είσοδο σημάτων μέσω δικτύου Ethernet έχοντας ως πηγή άλλο Linrad που εκτελείται κάπου στο ίδιο δίκτυο LAN. Ένα θέμα που θα αναπτυχθεί παρακάτω.

Έχοντας ρυθμίσει κατάλληλα την είσοδο, θα πρέπει να γίνει παραμετροποίηση και της εξόδου. Δεν είναι αναγκαία η χρήση του Portaudio για την έξοδο. Εύκολα ο χρήστης μπορεί να επιλέξει τα Speakers ή κάποια άλλη διαθέσιμη έξοδο που έχει αναγνωρίσει αυτόματα το Linrad. Μετά τα Speakers αρκετά χρήσιμη είναι η έξοδος ενός Virtual Audio Cable – VAC. Το τελευταίο είναι ένα επιπλέον λογισμικό που εγκαθίσταται στον ίδιο υπολογιστή που εκτελείται το Linrad και δημιουργεί δυο εικονικές συσκευές ήχου με θύρες εισόδου και εξόδου. Επισημαίνεται πως αυτές οι θύρες δεν αντιστοιχούν σε πραγματικές συσκευές, απλά έχουν δημιουργηθεί στον kernel του λειτουργικού συστήματος από το Virtual Audio Cable λογισμικό. Ο σκοπός χρήσης του είναι η μεταφορά ήχου από την έξοδο του Linrad σε κάποιο άλλο πρόγραμμα όπως το Ham Radio Deluxe προς περαιτέρω επεξεργασία. Η δρομολόγηση του ήχου γίνεται σε πραγματικό χρόνο και είναι εντελώς ψηφιακή με σχεδόν μηδενικές απώλειες! Το VAC μπορεί να μεταφέρει ήχο σε πολλές εφαρμογές ταυτόχρονα, ή ακόμη και να δεχθεί ήχο από πολλές! Αν και υπάρχουν διαφορετικές εκδόσεις του στο διαδίκτυο, η πιο ευρέως χρησιμοποιημένη είναι εκείνη του Eugene Muzychenko στον ιστότοπο http://software.muzychenko.net/eng/index.htm μαζί με τις κατάλληλες οδηγίες. Μετά την επιλογή και της εξόδου ο χρήστης θα πρέπει με το πλήκτρο X να επιστρέψει στην αρχική οθόνη του Linrad όπου θα πρέπει πάλι με το πλήκτρο W να αποθηκεύσει όλες τις ρυθμίσεις.

Παραμετροποίηση CW mode

Το πιο εύκολο mode για την εκμάθηση χρήσης του Linrad είναι το Normal CW. Η επιλογή του γίνεται από την αρχική οθόνη με το πλήκτρο B. Εφόσον είναι η πρώτη φορά που εκτελείται αυτή η λειτουργία, το Linrad απαιτεί την ρύθμιση διαφόρων παραμέτρων για σωστή λήψη. Δίπλα σε κάθε παράμετρο εμφανίζεται μέσα σε αγκύλες η τρέχουσα τιμή. Κάνοντας αριστερό κλικ πάνω στην τιμή βγαίνει η φόρμα αλλαγής μαζί με πολύτιμες πληροφορίες. Οι παράμετροι όπως εμφανίζονται είναι οι παρακάτω.

cdn06 

Εικόνα 7: Μπλοκ διάγραμμα λογισμικού Linrad

First FFT bandwidth

Το πρώτο μπλοκ επεξεργασίας του Linrad είναι το fft1 και το κάθε bin του χαρακτηρίζεται από ένα εύρος δειγματοληψίας. Όσο μικρότερο είναι το εύρος τόσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος επεξεργασίας, αλλά όμως η ανάλυση είναι μεγαλύτερη. Ο αριθμός των bins (μέγεθος fft1) καθώς και το πραγματικό εύρος εμφανίζονται στην αλλαγή με κίτρινους χαρακτήρες στο πάνω μέρος της οθόνης. Επειδή το μέγεθος του fft1 (αριθμός bins) είναι ακριβής δύναμη του 2, το πραγματικό εύρος διαφέρει λίγο από το επιθυμητό. Η προτεινόμενη τιμή είναι από 60 έως και 100Hz προκειμένου να γίνει σωστά ο διαχωρισμός των σημάτων σε χαμηλής και υψηλής στάθμης και να λειτουργήσει αποτελεσματικά ο Noise Blanker (επόμενο μπλοκ).

  • First FFT window

Ο μετασχηματισμός Φουριέ εφαρμόζεται πάνω σε μια περιοδική συνάρτηση – σήμα που επαναλαμβάνεται επ' άπειρον. Μπορεί να εφαρμοστεί και σε σήματα που ξεκινάνε από μηδενική τιμή, φτάνουν κάποια μέγιστη και κατόπιν πέφτουν πάλι στο μηδέν. Αν το σήμα δεν είναι περιοδικό τότε το αποτέλεσμα του μετασχηματισμού δεν είναι το σωστό λόγο ενός φαινομένου που λέγεται φασματική διαρροή – spectral leakage. Προς αποφυγή αυτού, ο μετασχηματισμός δεν εφαρμόζεται απευθείας πάνω στο σήμα εισόδου, αλλά πάνω στην συνέλιξη αυτού με μια συνάρτηση παραθύρου – window function. Αυτή η συνάρτηση φροντίζει ώστε το σήμα προς επεξεργασία να ξεκινά και να καταλήγει σε μηδενικές τιμές. Υπάρχουν διαθέσιμες πολλές και διαφορετικές συναρτήσεις, όμως το Linrad χρησιμοποιεί εκείνες του ημιτόνου υψωμένο σε κάποια δύναμη. Όσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη, τόσο πιο επίπεδες και κοντά στο μηδέν είναι οι τιμές του σήματος στην αρχή και τέλος. Αλλά αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την μείωση της πληροφορίας του σήματος προς μετασχηματισμό και έτσι την ανάγκη αύξησης του εύρους δειγματοληψίας. Η προτεινόμενη τιμή εδώ είναι η δύναμη του 2, κάτι που αυξάνει το εύρος (ή το πλήθος των bins) κατά το διπλάσιο.

    • First forward FFT version

Υπάρχουν διαφορετικές υλοποιήσεις του αλγόριθμου για τον μετασχηματισμό Φουριέ. Η προεπιλεγμένη τιμή 0 είναι ικανοποιητική για ένα κανάλι σήματος. Όμως για δυο προτείνεται η τιμή 5 ως πιο κατάλληλη. Για ακριβέστερη παραμετροποίηση ο χρήστης θα πρέπει να δοκιμάσει μια – μια όλες τις τιμές παρατηρώντας το χρόνο επεξεργασίας του fft1 (εμφανίζεται στην οθόνη λήψης με χρήση του πλήκτρου T). Η καταλληλότερη θα έχει τον μικρότερο χρόνο.

    • First FFT storage time

Η εμφάνιση των σημάτων στα πολλαπλά παράθυρα της οθόνης λήψης του Linrad γίνεται πάντοτε με χρήση μιας μέσης τιμής των αποτελεσμάτων από τους μετασχηματισμούς. Ο χρόνος αποθήκευσης σε δευτερόλεπτα για το fft1 συσχετίζεται άμεσα με την επιλογή της μέγιστης μέσης τιμής. Η προτεινόμενη τιμή είναι το 1 δευτερόλεπτο αλλά αν χρειαστεί θα μπορούσε να φτάσει μέχρι και τα δέκα, αρκεί να το επιτρέπει η μνήμη του υπολογιστή.

    • First FFT amplitude

Αυτή η παράμετρος είναι ένας τρόπος ελέγχου της ενίσχυσης του σήματος εισόδου στο block fft1. Η προεπιλεγμένη τιμή είναι το 1000. Κρατώντας αυτή αρχικά θα πρέπει μετέπειτα να γίνει ακριβής ρύθμιση από τον χρήστη. Η ρύθμιση γίνεται έχοντας ενεργοποιημένο το εξωτερικό κύκλωμα μετατροπής του SDR, αλλά χωρίς κάποια κεραία συνδεδεμένη σε αυτό καθώς και μηδενική ενίσχυση από οποιοδήποτε προενισχυτή του κυκλώματος. Ξεκινώντας την λήψη και με την χρήση του πλήκτρου A εμφανίζεται κάτω αριστερά στην οθόνη λήψης του Linrad το επίπεδο θορύβου – Floor σε dB. Ο θόρυβος δεν πρέπει να ξεπερνά τα 2dB. Ο χρήστης μπορεί να χρειαστεί να επανέλθει στην αλλαγή αυτής της παραμέτρου κάποιες φορές μέχρι να εμφανιστούν τα επιθυμητά 2dB. Όμως η τιμή δεν πρέπει να ξεπεράσει το 2000. Κάτι τέτοιο θα σήμαινε πως ο προενισχυτής του εξωτερικού κυκλώματος δεν είναι αρκετά δυνατός. Σε αντίθετη περίπτωση, μεγάλη μείωση της παραμέτρου, δείχνει πως το εξωτερικό κύκλωμα έχει αρκετά φτωχή εικόνα θορύβου – Noise Figure.

    • Main waterfall saturate limit

Σε περίπτωση χρήσης SDR με δυνατότητα εκπομπής το Linrad μπορεί να μαυρίσει όλο το παράθυρο του κεντρικού waterfall στην οθόνη λήψης. Η συγκεκριμένη παράμετρος ορίζει το όριο ενεργοποίησης αυτής της λειτουργίας. Προτείνεται η τιμή 0 που απενεργοποιεί κάτι τέτοιο.

    • Enable correlation spectrum

Όταν γίνεται λήψη σημάτων από δυο κανάλια (δυο SDR ή ένα διπλό), με χρήση κεραιών οριζόντιας και κάθετης πόλωσης, η παράμετρος αυτή επιτρέπει την συσχέτιση του φάσματος και από τα δυο. Στην κλασική και απλή περίπτωση, η τιμή 0 χρησιμοποιείται και αφορά ένα μόνο κανάλι λήψης.

    • Enable second FFT

Το δεύτερο και πιο σημαντικό μπλοκ επεξεργασίας του Linrad είναι το fft2 και πρέπει να ενεργοποιηθεί. Οπότε αυτή η παράμετρος παίρνει την τιμή 1.

    • First backward FFT version

Όταν δημιουργήθηκε η πρώτη έκδοση του Linrad ο ταχύτερος προσωπικός υπολογιστής είχε επεξεργαστή Pentium MMX στα 200MHz. Αυτή η μικρή υπολογιστική ισχύς του επεξεργαστή περιόριζε την λειτουργία λογισμικού για ανάλυση σημάτων Φουριέ. Οπότε οι αρχικές εκδόσεις έκαναν χρήση εντολών MMX για πολυμέσα και με μεταβλητές ακέραιους των 16bit για να γίνει εφικτή η επεξεργασία. Κάτι τέτοιο όμως δημιουργούσε πρόβλημα υπερχείλισης – overflow αν τα ψηφιακά σήματα δεν είχαν σωστά ρυθμισμένες στάθμες. Επόμενες εκδόσεις έκαναν χρήση μεταβλητών κινητής υποδιαστολής – floatingpoint στους νέους Pentium 4 με ταχύτητες πάνω από 2GHz και έτσι δεν είχαν τον κίνδυνο υπερχείλισης. Η προτεινόμενη τιμή εδώ είναι 0 πάντα για γρήγορους επεξεργαστές, αλλά και ευκολία χειρισμού.

    • Sellim maxlevel

Ορίζει το μέγιστο επιτρεπόμενο πλάτος σήματος σε ένα bin του fft1. Ιδανικά πρέπει να έχει τιμή μικρότερη του 4000 (που είναι η προτεινόμενη) ώστε να μην υπάρχει κίνδυνος κορεσμού του fft2. Πολύ μικρές τιμές πρέπει να αποφεύγονται διότι τότε το Linrad δεν θα μπορεί να κάνει σωστό διαχωρισμό σημάτων σε χαμηλής και υψηλής στάθμης. Θα θεωρούνται όλα υψηλής και έτσι δεν θα επεξεργάζονται από τον NoiseBlanker (Εικόνα 7). Σε αυτή την περίπτωση το παράθυρο MainSpectrum στην οθόνη λήψης θα δείχνει σχεδόν εξ ολοκλήρου κόκκινες μετρήσεις σημάτων.

    • First backward FFT att. N

Όπως και η παράμετρος First FFT amplitude ορίζει έναν τρόπο ελέγχου της ενίσχυσης του σήματος στην έξοδο του block timf2. Έχει ουσιαστική σημασία κατά την χρήση MMX εντολών (16 bit μεταβλητές ακεραίων). Μεγάλες τιμές πρέπει να αποφεύγονται διότι τότε εισέρχεται κβαντικός θόρυβος – quantanizationnoise. Από την άλλη πλευρά οι μεγάλες τιμές είναι αναγκαίες για την εμφάνιση δυνατών παλμικών σημάτων στην έξοδο της timf2. Η προτεινόμενη τιμή είναι 5 για χρήση floatingpoint μεταβλητών. Σε αντίθετη περίπτωση θα πρέπει η τιμή να αλλάζει από τον χρήστη βασισμένος στις μετρήσεις περιθωρίου – margin για το timf2 (πατώντας το πλήκτρο A στην οθόνη λήψης, το περιθώριο δεν θα πρέπει να μηδενίζεται).

  • Second FFT bandwidth factor in powers of 2

Ορίζει τον παράγοντα με τον οποίο το εύρος δειγματοληψίας κάθε bin του fft2 είναι μικρότερο από του fft1. Ουσιαστικά ελέγχει το εύρος συχνοτήτων του παραθύρου Hires Graph στην οθόνη λήψης. Αν για παράδειγμα το εύρος του fft1 είναι 100Hz τότε με τιμή 3 (άρα 23) το εύρος του fft2 bin είναι 100/23=12,5Hz. Το ακριβές εύρος καθορίζεται και από την συνάρτηση παραθύρου, ενώ στην οθόνη λήψης το κάθε pixel που εμφανίζεται στο Hires Graph αντιστοιχεί σε ένα fft2 bin. Το εύρος εμφανίζεται μαζί με το μέγεθος του fft2 με κίτρινους χαρακτήρες στο πάνω μέρος της οθόνης. Προτεινόμενη τιμή είναι το 2.

    • Second FFT window (power of sin)

Για την συνάρτηση παραθύρου στο fft2 προτεινόμενη τιμή είναι η 1. Μεγάλες τιμές μπορεί να ανεβάσουν αρκετά τον χρόνο επεξεργασίας.

    • Second forward FFT version

Η παράμετρος λειτουργεί σαν την First forward FFT version. Αν και σε έναν σύγχρονο προσωπικό υπολογιστή, η προεπιλεγμένη τιμή 0 θα έχει αμελητέες διαφορές από τις υπόλοιπες.

    • Second forward FFT att. N

Όπως και η παράμετρος First FFT amplitude ορίζει έναν τρόπο ελέγχου της ενίσχυσης του σήματος στην έξοδο του block fft2. Μεγάλες τιμές πρέπει να αποφεύγονται και πάλι λόγο της εισαγωγής θορύβου. Η προτεινόμενη τιμή είναι 9 για floating point. Στην άλλη περίπτωση θα πρέπει πάλι ο χρήστης να κάνει επαναλαμβανόμενες ρυθμίσεις βασισμένος στις μετρήσεις margin για το fft2.

    • Second FFT storage time

Επηρεάζει την επιλογή της μέγιστης μέσης τιμής για τα πολλαπλά παράθυρα στην οθόνη λήψης του Linrad. Προτεινόμενη τιμή τα 40sec.

    • Enable AFC/SPUR/DECODE

Η λειτουργία AFC αφορά τον αυτόματο εντοπισμό της συχνότητας εκπομπής ενός σήματος CW και τον αυτόματο συντονισμό του δέκτη προς παρακολούθηση του εν λόγο σήματος. Δεν πρέπει να χρησιμοποιείται σε SSB mode και αφορά κυρίως VHF meteorscatter QSO. Όμως παράλληλα με αυτή την λειτουργία ενεργοποιείται και εκείνη του αυτόματου εντοπισμού και εξασθένησης σταθερών carrier σημάτων που δημιουργούν παρεμβολές. Οπότε η προτεινόμενη τιμή είναι το 2.

    • AFC lock range Hz

Το εύρος μέσα στο οποίο θα μπορεί να λειτουργήσει το AFC. Η προεπιλεγμένη τιμή 150Hz είναι ικανοποιητική για την ώρα.

    • AFC max drift Hz/minute

Η μέγιστη τιμή μετατόπισης ενός σήματος CW για AFC. Πάλι η προεπιλεγμένη τιμή 100Hz/minute είναι αρκετή.

    • Enable Morse decoding

Μελλοντική λειτουργία χωρίς εφαρμογή αυτή την στιγμή.

    • Max no of spurs to cancel

Μέγιστο πλήθος σταθερών carrier σημάτων που θα υποστούν εξασθένηση από το Linrad. Μιας και δεν υπάρχει μεγάλη ποινή σε επεξεργαστική ισχύ, μια υψηλή τιμή όπως 100 είναι αποδεκτή.

    • Spur timeconstant

Η επεξεργασία των spur γίνεται στο fft2 και απαιτεί να υπάρχει συνοχή τους για τουλάχιστον τέσσερις μετασχηματισμούς Φουριέ. Αν για παράδειγμα το κάθε fft bin έχει εύρος 5Hz τότε η εξασθένηση και αφαίρεση των spur απαιτεί συνοχή αυτών για τουλάχιστον 0,8sec. Αυτό γιατί 1/5 = 0,2sec και 0,2*4 = 0,8sec. Η παράμετρος παίρνει τιμές με βήμα τα 0,1sec. Οπότε σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει να έχει τιμή 8 ώστε 8 * 0,1sec = 0,8sec. Μεγαλύτερες τιμές θα αναγκάσουν το Linrad να αφαιρέσει spurs με συνοχή σε αυτόν τον μεγαλύτερο χρόνο και λογικά δεν θα είναι τόσο αποτελεσματικό.

    • First mixer bandwidth reduction in powers of 2

Στα τελευταία στάδια επεξεργασίας του Linrad εκτελείται μια διαδικασία digitaldownconversion με decimation του σήματος από το fft2 σε baseband συχνότητες. Μειώνοντας έτσι την ταχύτητα δειγματοληψίας, μειώνεται και το εύρος. Η διαδικασία αυτή περιλαμβάνει έναν τρίτο μετασχηματισμό Φουριέ τον fft3. Η παράμετρος αυτή καθορίζει το εύρος του fft3. Για παράδειγμα αν η αρχική δειγματοληψία στο σήμα εισόδου είναι 100KHz και η μείωση έχει δύναμη 3 τότε το εύρος είναι 100KHz / 23 = 12,5KHz = 12500Hz. Το εύρος του κάθε fft3 bin εξαρτάται από το πλάτος σε pixels του παραθύρου BasebandGraph στην οθόνη λήψης, αλλά και από ρυθμίσεις του χρήστη (μέγεθος fft3) στο εν λόγο παράθυρο. Το εύρος και των δυο φυσικά μειώνεται εφόσον υπάρχει συνάρτηση παραθύρου. Η τιμή 4 είναι ικανοποιητική για είσοδο με ταχύτητα δειγματοληψίας τα 100KHz.

    • First mixer no of channels

Όταν υλοποιηθεί ο αλγόριθμος αποκωδικοποίησης morse θα λειτουργεί πάνω σε ένα δεύτερο κανάλι σήματος. Για την ώρα το πλήθος των καναλιών είναι 1.

    • Third FFT window (power of sin)

Εφόσον υπάρχει μετασχηματισμός fft3 συνοδεύεται από την αντίστοιχη συνάρτηση παραθύρου. Η προτεινόμενη τιμή είναι 8 για όσο το δυνατό πιο απότομο ρυθμό μεταβολής στην απόκριση εκτός passband – skirts των φίλτρων και μικρή χρονική καθυστέρηση στην επεξεργασία.

    • Baseband storage time

Η λειτουργία coherentaveraging και άλλες του Linrad βασίζονται στην αποθήκευση σε λανθάνουσα μνήμη του φιλτραρισμένου baseband σήματος. Προτείνεται η τιμή 60sec για αυτή την παράμετρο.

    • Output delay margin

Σε μερικές περιπτώσεις κρίνεται σκόπιμο η καθυστέρηση εξόδου του αποδιαμορφωμένου σήματος. Στην οθόνη λήψης και με την χρήση του πλήκτρου T, με το οποίο εμφανίζονται κάτω αριστερά πληροφορίες χρονισμού του Linrad, ο χρήστης θα πρέπει να δοκιμάσει διαφορετικές τιμές τις παραμέτρου (ξεκινώντας από την τιμή 500ms) ώστε το D/A min να μην μηδενίζεται κατά την διάρκεια λήψης διαφορετικών σημάτων.

    • Output sampling speed

Η ταχύτητα δειγματοληψίας DAC για το αναλογικό σήμα στην επιλεγμένη έξοδο του Linrad. Προτεινόμενη τιμή για CW mode είναι τα 6000Hz ώστε να είναι εφικτή η λήψη σημάτων μέχρι και 3000Hz. Το pitch στο CW δημιουργείται με την χρήση ενός ψηφιακού BFO πριν την έξοδο και ρυθμίζεται στην οθόνη λήψης. Επισημαίνεται πως η συγκεκριμένη ταχύτητα δειγματοληψίας δεν θα πρέπει να ξεπερνά την αντίστοιχη ταχύτητα του fft3 μετασχηματισμού.

    • Default output mode

Στο παράθυρο baseband της οθόνης λήψης ο χρήστης μπορεί να κάνει επιλογές σχετικές με τον τρόπο λήψης, όπως είδος συντονισμού και έξοδος stereo. Κάθε συνδυασμός αντιστοιχεί σε ένα διαφορετικό νούμερο outputmode που εμφανίζεται στο κάτω δεξί μέρος του παραθύρου. Εισάγοντας αυτό το νούμερο εδώ το Linrad ρυθμίζει αυτόματα κατά την έναρξη τον τρόπο λήψης.

    • Audio expander exponent

Η επιλογή τρόπου λήψης Exp προτείνεται για λήψη σημάτων CW με εύρος baseband φίλτρου μικρότερο από 50Hz. Ιδιαίτερα κάτω από 25Hz το ανθρώπινο αυτί δεν μπορεί να ξεχωρίσει διαφορές στην ακουστική συχνότητα. Η ενεργοποίηση γίνεται στο baseband παράθυρο λήψης και αυτή η παράμετρος ελέγχει τον βαθμό επιλογής του expander. Προτεινόμενη τιμή είναι το 3.

    • Baseband waterfall saturate limit

Σε περίπτωση χρήσης SDR με δυνατότητα εκπομπής το Linrad μπορεί να μαυρίσει όλο το παράθυρο του basebandwaterfall στην οθόνη λήψης. Η συγκεκριμένη παράμετρος ορίζει το όριο ενεργοποίησης αυτής της λειτουργίας. Προτείνεται η τιμή 0 που απενεργοποιεί κάτι τέτοιο.

    • A/D speed

Εμφανίζεται στην οθόνη συνοπτικών πληροφοριών παραμετροποίησης Linrad. Απλά δηλώνει την ταχύτητα δειγματοληψίας στην είσοδο, κάτι που έχει ήδη εισαχθεί κατά την βασική παραμετροποίηση.

  

Παραμετροποίηση SSB mode

  

Μετά τη σωστή παραμετροποίηση του CW mode και με ικανοποιητική αποδιαμόρφωση διαφορετικών σημάτων, ακολουθεί η παραμετροποίηση του SSB mode. Οι αλλαγές είναι λίγες, συγκεκριμένα:

  • Το εύρος του fft1 bin δεν χρειάζεται να είναι τόσο μικρό. Μπορεί να αλλάξει από τα 100Hz στα 200Hz για την παράμετρο First FFT bandwidth.
  • H παράμετρος Timf2 storagetime εμφανίζεται στο SSB mode και πρέπει να έχει τιμή 10sec για σωστό υπολογισμό του S/N.
  • Για την Second FFT bandwidthfactorinpowersof 2 παράμετρο η τιμή αλλάζει από 2 σε 3.
  • Επίσης το Second FFT window γίνεται 2 για πιο ακριβέστερη αναπαράσταση των σημάτων.
  • Στο τελευταίο μπλοκ baseband επεξεργασίας του Linrad η παράμετρος Firstmixerbandwidthreductioninpowersof 2 θα πρέπει να γίνει 3 ώστε για 100KHz είσοδο sampling η ταχύτητα baseband δειγματοληψίας να είναι 12500Hz.
  • Το παραπάνω έχει σαν αποτέλεσμα αλλαγή και στην Outputsamplingspeed στα 10000Hz προς σωστή αποδιαμόρφωση σημάτων μέχρι 5000Hz.

  

Οθόνη λήψης

Με την εκκίνηση λειτουργίας του Linrad και κατόπιν την εμφάνιση της αρχικής οθόνης του, ο χρήστης μπορεί πια να επιλέξει με το πλήκτρο B την αποδιαμόρφωση σημάτων CW ή με το πλήκτρο D την αποδιαμόρφωση SSB. Κάθε ένα mode λειτουργίας διαθέτει τις δικές του παραμέτρους. Μετά την επιλογή αυτή εμφανίζεται η οθόνη λήψης του Linrad. Η ίδια οθόνη εμφανίζεται και μετά το τέλος εισαγωγής των παραμέτρων (κατά την αρχική ρύθμιση των παραμέτρων). Από αυτή την οθόνη ο χρήστης με το πλήκτρο X μεταβαίνει στην οθόνη συνοπτικών πληροφοριών απ' όπου μπορεί να δει τις τιμές για κάθε παράμετρο, να τις αλλάξει με χρήση του πλήκτρου P, ή να επιστρέψει πίσω με το πλήκτρο B.

Η παραπάνω οθόνη λήψης (εικόνα 8) είναι το προτεινόμενο αποτέλεσμα που προέκυψε μετά από μετακίνηση των διαφορετικών παραθύρων που την απαρτίζουν. Ουσιαστικά η αρχική οθόνη λήψης είναι σαν την παρακάτω εικόνα 9.

cdn07

Εικόνα 8: Οθόνη λήψης Linrad

Για την μετακίνηση ο χρήστης πρέπει να έχει υπόψη του πως μονάχα τα τέσσερα πλαίσια (αριστερό, δεξί, πάνω και κάτω) των παραθύρων μπορούν να αυξομειωθούν. Μόνο με αυτό τον τρόπο γίνεται η μετακίνηση. Για παράδειγμα προκειμένου να μεταφερθεί ένα παράθυρο κάτω θα πρέπει να αυξηθεί το κάτω πλαίσιο και ύστερα να μειωθεί το πάνω, πάντα με φορά προς τα κάτω.

cdn08

Εικόνα 9: Αρχική εμφάνιση οθόνης λήψης Linrad

Στην εικόνα 8 διακρίνονται επτά διαφορετικά παράθυρα λήψης σημάτων και παραμετροποίησης. Στην πάνω περιοχή καταλαμβάνοντας περίπου το ένα τρίτο της οθόνης είναι το παράθυρο με το Main Spectrum και Waterfall. Οι πληροφορίες που εμφανίζονται είναι αποτελέσματα από την ανάλυση fft1 και timf2 (εικόνα 7). Το Main Sectrum με τις μπλε οριζόντιες γραμμές δείχνει με κυματομορφή την στιγμιαία ένταση των σημάτων, όπως αυτά έχουν ψηφιοποιηθεί από το ADC στο επιλεγμένο εύρος δειγματοληψίας. Ακριβώς από πάνω είναι το Waterfall που απεικονίζει την ένταση των ληφθέντων σημάτων στο ίδιο εύρος αλλά σε μεγαλύτερο βάθος χρόνου. Το παράθυρο με τις κόκκινες οριζόντιες γραμμές στο μέσο της οθόνης είναι το Hires Graph και η κυματομορφή που απεικονίζει είναι το αποτέλεσμα ανάλυσης από το fft2. Κάθε κουκκίδα – pixel στο Hires Graph είναι η ένταση σήματος με εύρος όσο το fft2 bin σε Hz. Το εύρος δειγματοληψίας στο fft2 είναι αρκετά μικρότερο από το fft1, όπως φαίνεται και από την βαθμονόμηση του οριζόντιου άξονα στο πάνω μέρος των παραθύρων. Ακριβώς δεξιά από το Hires Graph είναι το παράθυρο που εμφανίζει την ένταση του ληφθέντος baseband σήματος σε S-Units (S-Meter), όπως αυτή μεταβάλλεται σε σχέση με τον χρόνο (οριζόντιος άξονας). Το παράθυρο αυτό αρχικά είναι πολύ μικρό και δείχνει μόνο στιγμιαία S-Units. Αλλάζοντας το οριζόντιο μέγεθός του, εμφανίζεται το ιστορικό έντασης των σημάτων. Κάτω και δεξιά από αυτό το παράθυρο είναι εκείνο που εμφανίζει μετρήσεις και παραμετροποίηση της λειτουργίας AFC. Η λειτουργία αυτή είναι ενεργοποιημένη αλλά δεν υπάρχει λόγος χρήσης της, για λήψη βραχέων σημάτων. Από τα σημαντικότερα παράθυρα είναι εκείνο με τις πράσινες οριζόντιες γραμμές στο κάτω μέρος της οθόνης λήψης. Είναι το παράθυρο της baseband λήψης και απεικονίζει αποτελέσματα από την ανάλυση fft3 σε waterfall και κυματομορφή. Τέλος αριστερά από αυτό βρίσκονται τα δυο μικρότερα παράθυρα. Στο ένα γίνεται παραμετροποίηση της συχνότητας τοπικού ταλαντωτή στο εξωτερικό κύκλωμα του SDR, καθώς και της ενίσχυσης στο προενισχυτή αυτού. Στο άλλο εμφανίζονται πληροφορίες σχετικά με την ένταση του baseband σήματος σε dBm και της συσχέτισης των σημάτων I και Q. Αυτά τα δυο μικρά παράθυρα είναι τα μόνα που δεν αλλάζουν σε μέγεθος και μπορούν να μετακινηθούν ως έχουν. Το κάθε παράθυρο λήψης έχει την δική του παραμετροποίηση που κάποιες φορές επηρεάζει τα αποτελέσματα που εμφανίζονται στα άλλα παράθυρα αλλά και την απόδοση του δέκτη. Επίσης κάποιες ρυθμίσεις θα πρέπει να αλλάζουν για διαφορετικές συνθήκες λήψης σημάτων.

Παράθυρο τοπικού ταλαντωτή

Η χρήση του SDR δέκτη ξεκινά με ρύθμιση της συχνότητας του τοπικού ταλαντωτή. Αυτή είναι η κεντρική συχνότητα γύρω από την οποία θα γίνει η δειγματοληψία σήματος. Έχοντας 100KHz εύρος δειγματοληψίας και συχνότητα LO την 7,050MHz ο δέκτης “σαρώνει” σήματα από 7 έως και 7,100MHz περίπου. Μαζί με την συχνότητα ρυθμίζεται και η ενίσχυση του προενισχυτή για το εξωτερικό κύκλωμα προκειμένου η στάθμη θορύβου που εμφανίζεται στο παράθυρο Main Spectrum να είναι κοντά στα 20dB. Σε πολλές περιπτώσεις ο προενισχυτής του εξωτερικού κυκλώματος ρυθμίζεται με μεγαλύτερη ακρίβεια από διαφορετικό πρόγραμμα, συνήθως του κατασκευαστή. Όπως εμφανίζεται στην εικόνα 8 ο δέκτης SDR έχει συντονιστεί στην συχνότητα τοπικού ταλαντωτή 14,040MHz με 100KHz sampling (ήδη ρυθμισμένο).

Παράθυρο Main Spectrum και Waterfall

Παρατηρώντας τον οριζόντιο άξονα στο πάνω μέρος του παραθύρου ο χρήστης θα προσέξει πως τα νούμερα που αναγράφονται αντιστοιχούν σε συχνότητες Hz. Η μηδενική συχνότητα αντιστοιχεί στους 14,0MHz ενώ η 10000Hz στα 14,010MHz κοκ. Ουσιαστικά σε αυτό τον άξονα (όπως και σε παρόμοιους σε παρακάτω παράθυρα), δεν αναγράφονται τα Mhz της συχνότητας λήψης. Εκατέρωθεν του άξονα εμφανίζονται μέσα σε πλαίσια δυο βέλη με αντίθετες κατευθύνσεις που χρησιμοποιούνται για την αύξηση ή μείωση του εύρους απεικόνισης για το φάσμα συχνοτήτων. Το αριστερό σετ με βέλη αυξομειώνει το φάσμα από την αριστερή μεριά και το άλλο από την δεξιά. Η λειτουργία μοιάζει σαν να “τραβιέται” το φάσμα προς τα έξω ή να “σπρώχνεται” προς τα μέσα από το παράθυρο. Σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να αλλάξει και το μέγεθος του παραθύρου, αναμενόμενο αν το μέγεθος σε pixel είναι μεγαλύτερο από το μέγεθος του fft. Ο χρήστης προκειμένου να συντονιστεί σε κάποιο σήμα και να ξεκινήσει η λήψη του, πρέπει να κάνει αριστερό κλικ πάνω στο σήμα όπως αυτό φαίνεται στο Waterfall ή Main Spectrum. Στο πάνω δεξί μέρος του παραθύρου εμφανίζεται ένα c με κίτρινο πλαίσιο. Αυτό απενεργοποιεί και με επόμενο κλικ ενεργοποιεί την λειτουργία του αυτόματου εντοπισμού και εξασθένησης σταθερών carrier σημάτων. Ακριβώς πάνω από το c είναι το πλήθος των spur σημάτων που έχει εντοπίσει και εξασθενεί το Linrad. Λίγο πιο κάτω και μέσα σε άσπρα πλαίσια είναι οι τιμές ρύθμισης της ενίσχυσης (πάνω) και του μηδενικού σημείου σε dB (κάτω) για το Waterfall. Όπως φαίνεται οι τιμές αυτές είναι 0.50 και 14.00 αντίστοιχα. Η πρώτη επηρεάζει τον κορεσμό των χρωμάτων στο Waterfall και η δεύτερη το πόσο θα εμφανίζεται ο θόρυβος (μπλε χρώμα). Προτείνεται για την δεύτερη παράμετρο η αλλαγή της κοντά στην στάθμη θορύβου που μετράει το Linrad και κατόπιν εμφανίζει κάτω αριστερά αφού χρήστης πατήσει το πλήκτρο A. Για την αλλαγή ο χρήστης απλά κάνει αριστερό κλικ μέσα στο πλαίσιο και πληκτρολογεί την καινούρια τιμή. Στο ίδιο ύψος αλλά τέρμα αριστερά του παραθύρου εμφανίζονται πάλι σε άσπρα πλαίσια οι τιμές ρύθμισης πλήθους μετρήσεων για τον υπολογισμό του μέσου όρου στην δειγματοληψία σήματος για το μεν Waterfall (πάνω) και Main Spectrum (κάτω). Μεγαλύτερες τιμές προσφέρουν αυξημένη ευαισθησία για την απεικόνιση αλλά μειωμένο χρόνο απόκρισης. Προτείνεται η μεταβολή των παραμέτρων έτσι ώστε κατά την λήψη σημάτων η κίνηση της κυματομορφής να είναι όσο το δυνατό πιο ομαλή στις αλλαγές των σημάτων, αλλά και η απόκριση των δυο να είναι ικανοποιητική ως προς την χρονική καθυστέρηση εμφάνισης των σημάτων. Ειδικά για το Main Spectrum το Linrad υπολογίζει τον μέσο όρο μετρήσεων που έχουν προκύψει ήδη από μια πρώτη και διαφορετική διαδικασία μέσου όρου! Για αυτό το λόγο υπάρχει ανάλογη ρύθμιση στο πλαίσιο κάτω δεξιά. Για λήψη CW προτείνεται η τιμή 1 και για SSB τιμές 2 ή και 3. Λίγο πιο πάνω από αυτό το πλαίσιο υπάρχει ένα ζεύγος με βέλη με κατεύθυνση πάνω και κάτω. Αυτά χρησιμοποιούνται για την μετακίνηση της κυματομορφής του Main Spectrum πάνω και κάτω αντίστοιχα. Τέλος κάτω και τέρμα αριστερά είναι άλλο ένα ζευγάρι με βέλη. Το μεν πάνω μειώνει την βαθμονόμηση του κάθετου άξονα, ενώ το κάτω την αυξάνει (λειτουργεί σαν zoom in & out). Προτείνεται η ελάχιστη τιμή που εμφανίζεται να είναι τα 20dB. Κάνοντας αριστερό κλικ κάπου μέσα στην κυματομορφή ή στον καταρράκτη το Linrad ξεκινά λήψη.

Παράθυρο Hires Graph

Πάλι στο πάνω μέρος του παραθύρου εμφανίζεται οριζόντιος άξονας με συχνότητες σε Hz. Όμως το φάσμα που απεικονίζεται έχει συγκεκριμένο εύρος που δεν αλλάζει από την οθόνη λήψης. Υπόψη πως το κάθε pixel που εμφανίζεται στο Hires Graph αντιστοιχεί σε ένα fft2 bin. Οπότε το εύρος καθορίζεται σίγουρα από το μέγεθος του παραθύρου και έπειτα από την ανάλυση που έχει παραμετροποιηθεί για το fft2. Πάλι και για αυτή την κυματομορφή το Linrad κάνει υπολογισμό μέσου όρου, κάτι που ρυθμίζεται από το πλαίσιο πάνω αριστερά. Τα αποτελέσματα της ρύθμισης θα πρέπει να συμβαδίζουν με αυτά της προηγούμενης κυματομορφής. Οι τριψήφιοι αριθμοί που εμφανίζονται αριστερά και δεξιά στο κάτω μέρος του παραθύρου έχουν σαν προεπιλεγμένη τιμή το 500. Αυξάνοντας ή μειώνοντας τον τριψήφιο αριστερά μεταφέρεται η κυματομορφή του Hires Graph πιο πάνω ή κάτω. Υπόψη πως η ρύθμιση του μηδενικού σημείου σε dB για το Waterfall επηρεάζει την θέση της κυματομορφής του Hires Graph. Προτείνεται και εδώ η ελάχιστη τιμή να είναι τα 20dB. Με την ίδια ενέργεια ο τριψήφιος αριθμός στα δεξιά αλλάζει την βαθμονόμηση του κάθετου άξονα. Όπως και πριν η ρύθμιση της ενίσχυσης για το Waterfall επηρεάζει την βαθμονόμηση. Το καλύτερο αποτέλεσμα προκύπτει με μικρή ρύθμιση του δεξιού τριψήφιου ώστε η κάθετη μπάρα με τα χρώματα βαθμονόμησης ακριβώς πάνω από αυτόν να ξεκινά από μπλε και να φτάνει μέχρι το άσπρο. Αριστερά του παραθύρου και πάνω στην βαθμονόμηση του κάθετου άξονα είναι δυο μπάρες με χρώματα μπλε και κόκκινο. Κατά την επεξεργασία σημάτων του Linrad γίνεται χρήση δυο noise blanker. Ο ένας είναι ο dumb blanker και λειτουργεί στα ασθενή σήματα μετά την έξοδο της timf2. Τα ισχυρά σήματα δεν περνούν καν από επεξεργασία noise blanker! Ο άλλος είναι ο smart blanker, έξοδος timf3. Ο smart blanker είναι ένα τρομερό εργαλείο αλλά δυστυχώς απαιτεί calibration του εξωτερικού κυκλώματος SDR με το Linrad με χρήση γεννήτριας impulse response. Όμως, ο απλός dumb blanker λειτουργεί αμέσως και προσφέρει αρκετή αύξηση στο SNR. Οι ρυθμίσεις του έχουν χρώμα κίτρινο και λειτουργεί συνήθως σε auto mode, κίτρινο A κάτω αριστερά. Χρειάζεται ρύθμιση με τη χρήση των δυο μπαρών. Η μπλέ αναφέρεται στο Main Spectrum με τις μπλε οριζόντιες γραμμές. Η κόκκινη στο Hires Graph με τις κόκκινες οριζόντιες γραμμές. Αρχικά ο χρήστης ρυθμίζει την μπλε μπάρα λίγο πιο πάνω από το επίπεδο θορύβου που εμφανίζεται στο Hires Graph. Κατόπιν την κόκκινη μπάρα ίση με την μπλε και παρατηρεί το Main Spectrum. Τα δυνατά σήματα θα πρέπει να έχουν κόκκινες κουκκίδες ενώ τα ασθενή άσπρες. Προσοχή, δεν πρέπει να έχουν όλα τα σήματα κόκκινες κουκκίδες γιατί έτσι θεωρούνται από το Linrad ως ισχυρά και δεν επεξεργάζονται από τους noise blankers! Ουσιαστικά η μπλε μπάρα ορίζει το όριο σε dB στην επεξεργασία μετά το fft2 πέρα από το οποίο ένα σήμα θεωρείται ισχυρό. Στο τέλος της ρύθμισης προτείνεται μια μικρή αύξηση της κόκκινης μπάρας αφού με αυτή ορίζεται ένα άλλο όριο στην επεξεργασία που αν ξεπεραστεί το σήμα θεωρείται ισχυρό (κάτι που δεν μπόρεσε να ανιχνευθεί στο fft1). Στο κάτω μέρος του παραθύρου εμφανίζεται με πράσινη μπάρα το επίπεδο θορύβου που μετράει το Linrad μετά την εφαρμογή των noise blanker. Η κόκκινη κάθετη γραμμή αντιστοιχεί στο επίπεδο του quantisation noise κατά την ψηφιακή επεξεργασία των σημάτων. Πάντοτε το επίπεδο θορύβου που δείχνει η πράσινη μπάρα πρέπει να είναι πιο πάνω από την κόκκινη γραμμή! Η κίτρινη κάθετη γραμμή αναφέρεται στον dumb blanker (είναι το κατώφλι του) και πάντοτε είναι λίγο πιο πάνω από το τέλος της πράσινης μπάρας. Ο κίτρινος αριθμός πάνω αριστερά του παραθύρου είναι το ποσοστό του σήματος που “κόβεται” από τον dumb blanker. Επί το πλείστον θα πρέπει να είναι μικρότερο του 20, εκτός αν έτσι αυξάνεται το SNR του σήματος. Σε λειτουργία auto mode το Linrad μετακινεί αυτόματα την κίτρινη κάθετη γραμμή όπως μεταβάλεται ο θόρυβος της λήψης. Αυτός είναι και ο προτεινόμενος τρόπος χρήσης. Σε χειροκίνητη λειτουργία, κάνοντας αριστερό κλικ στο A αυτό γίνεται M, ο χρήστης πρέπει να ρυθμίζει το κατώφλι του dumb blanker ίσως και συνέχεια. Η ρύθμιση γίνεται κάνοντας παρατεταμένο αριστερό κλικ στην κίτρινη γραμμή και μετακινώντας την γραμμή αριστερά ή δεξιά. Σε κάποιες φορές μπορεί όμως το αποτέλεσμα να είναι καλύτερο από την αυτόματη λειτουργία. Το παράθυρο Hires Graph βολεύει τις περισσότερες φορές ώστε ο χρήστης να έχει μια αναλυτική εποπτεία κοντινών σημάτων. Αν χρειαστεί με αριστερό κλικ πάνω σε κάποιο σήμα γίνεται συντονισμός και έναρξη λήψης όπως και στο προηγούμενο παράθυρο.

Παράθυρο S-Meter

Δεξιά από το παράθυρο Hires Graph είναι εκείνο που δείχνει την ένταση του ληφθέντος baseband σήματος σε S-Units. Ο οριζόντιος άξονας είναι ο χρόνος και ο κάθετος είναι η ένταση. Πάλι και εδώ το Linrad υπολογίζει μέσο όρο με χρήση πεπερασμένου πλήθους μετρήσεων. Το πλήθος εμφανίζεται κάτω αριστερά και είναι πολλαπλάσιο του 2. Ο χρήστης με τα βέλη που υπάρχουν κάτω δεξιά και δείχνουν σε αντίθετες διευθύνσεις, αυξομειώνει το πλήθος και επομένως την βαθμονόμηση του οριζόντιου άξονα. Ο κάθετος άξονας ρυθμίζεται με τα βέλη που υπάρχουν αριστερά στις πάνω και κάτω γωνίες του παραθύρου. Το πάνω βέλος μειώνει την βαθμονόμηση ενώ το κάτω την αυξάνει, (λειτουργεί σαν zoom in & out). Όλη η κυματομορφή μπορεί να μεταφερθεί προς τα πάνω ή κάτω με αριστερό κλικ στα βέλη που υπάρχουν στην δεξιά μεριά του παραθύρου, πάλι στις πάνω και κάτω γωνίες. Το σύμβολο μέσα στο πλαίσιο κάτω αριστερά μπορεί να είναι dB, dBm ή S για S-Units. Αυτό γιατί το παράθυρο S-Meter μπορεί να δείξει ένταση σήματος σε αυτές τις μονάδες μέτρησης. Η αλλαγή γίνεται κλασικά με αριστερό κλικ πάνω στο πλαίσιο. Προτείνεται η χρήση των S-Units. Στην πάνω δεξιά γωνία το σύμβολο στο πλαίσιο μπορεί να είναι P για εμφάνιση του Peak Power, M για RMS Power και 2 για εμφάνιση και των δυο μετρήσεων. Τέλος προτείνεται ο μηδενισμός του παραθύρου σε κάθε αλλαγή μπάντας του δέκτη SDR. Για τον λόγο αυτό υπάρχει στην πάνω αριστερή γωνία του παραθύρου ένας αριθμός μέσα σε πλαίσιο. Ο χρήστης θα πρέπει να συντονίσει τον δέκτη σε συχνότητα που δεν εκπέμπει κάποιος σταθμός και κατόπιν να αλλάξει τον αριθμό αυτό έτσι ώστε το σήμα να είναι S0.

Το δεύτερο μικρό παράθυρο στην οθόνη λήψης του Linrad δείχνει από πάνω προς τα κάτω τρεις διαφορετικές μετρήσεις. Η πρώτη είναι η μέγιστη τιμή σε dBm baseband σήματος που ανιχνεύθηκε στη λήψη. Η δεύτερη είναι η τρέχουσα τιμή σήματος σε dBm και η τρίτη είναι η τιμή RMS.

Παράθυρο Baseband

Το τελευταίο παράθυρο στην οθόνη λήψης του Linrad είναι το Baseband. Χωρίζεται σε δυο μέρη. Το πάνω που είναι ένας καταρράκτης και το κάτω μια κυματομορφή. Μοιάζει αρκετά με τα παράθυρα Waterfall και Main Spectrum. Ο οριζόντιος άξονας και εδώ απεικονίζει συχνότητα λήψης σε μονάδες Hz. Η ακριβής πλήρης συχνότητα συντονισμού του δέκτη εμφανίζεται ακριβώς στο κέντρο του παραθύρου σε KHz με ανάλυση τεσσάρων δεκαδικών ψηφίων (δηλαδή μέχρι και δέκατα του Hz)! Εκατέρωθεν του οριζόντιου άξονα στο πάνω μέρος εμφανίζονται δυο ζεύγη με αντίθετα βέλη, καθένα μέσα στο δικό του άσπρο πλαίσιο. Το ζεύγος στα αριστερά αυξάνει ή μειώνει την βαθμονόμηση του άξονα (λειτουργεί σαν zoom in & out), χωρίς όμως να αλλάζει την ανάλυση του μετασχηματισμού Φουριέ fft3. Η ανάλυση και επομένως το μέγεθος του fft3 μεταβάλετε με χρήση του ζεύγους βελών στο δεξί μέρος. Αυξομειώνεται διπλασιάζοντας ή υποδιπλασιάζοντας το μέγεθος, ενώ η τρέχουσα τιμή του (εκθέτης με βάση το 2) απεικονίζεται σαν αριθμός στην μέση και τέρμα δεξιά του παραθύρου (κάτω από τους δυο μπλε αριθμούς στα άσπρα πλαίσια). Η μεταβολή γίνεται με χρήση των πλήκτρων + και –. Αυξάνοντας την ανάλυση βελτιώνεται η απεικόνιση των διαφόρων σημάτων στο παράθυρο, καθώς και η επιλογή τους, αλλά αυτό έχει συνήθως σαν αποτέλεσμα την χρονική καθυστέρηση στην επεξεργασία τους. Η επιλογή είναι στον χρήστη, αλλά προτείνεται πάντα μια μέση λύση. Η μέθοδος δοκιμής και ελέγχου του αποτελέσματος είναι πάντοτε η καλύτερη! Υπόψη πως μείωση του μεγέθους συνήθως έχει σαν αποτέλεσμα αύξηση της βαθμονόμησης. Στο κάτω δεξί μέρος του καταρράκτη εμφανίζονται οι ρυθμίσεις της ενίσχυσης (πάνω) και του μηδενικού σημείου σε dB (κάτω). Λειτουργούν ακριβώς όπως και στο Waterfall. Στο κάτω αριστερό μέρος είναι η αντίστοιχη ρύθμιση για το πλήθος μετρήσεων υπολογισμού μέσου όρου στην δειγματοληψία. Η ρύθμιση είναι και πάλι όπως προηγουμένως. Στο δεύτερο μισό μέρος του παραθύρου εμφανίζεται η κυματομορφή για το ίδιο φάσμα συχνοτήτων λήψης. Στο πάνω αριστερό μέρος είναι η ρύθμιση του μέσου όρους, προτείνεται ρύθμιση έτσι ώστε η μεταβολή της κυματομορφής να είναι ομαλή χωρίς σπασίματα κατά την λήψη πολλαπλών σημάτων. Ο κάθετος άξονας της κυματομορφής (με τις πράσινες οριζόντιες γραμμές) απεικονίζει την ένταση σε dBm του baseband σήματος. Η αλλαγή της βαθμονόμησης του άξονα γίνεται με την χρήση των δυο βελών στο κάτω αριστερό μέρος του παραθύρου (zoom in & out). Το ζεύγος με τα αντίθετα βέλη που βρίσκεται δεξιά της κυματομορφής την μεταφέρει ολόκληρη προς τα πάνω ή κάτω. Προτείνεται το κατώτερο όριο της να είναι τα 20dB. Το Linrad διαθέτει AGC για την λήψη η οποία μπορεί να ρυθμιστεί για τους χρόνους Attack, Release, Hang time. Η τρέχουσα ρύθμιση εμφανίζεται στο πάνω αριστερά μέρος της κυματομορφής του baseband παραθύρου. Για λήψη CW προτείνονται τιμές A2, R2, H6 ενώ για SSB A2, R1, H3. Μεγαλύτερες τιμές αντιστοιχούν σε μεγαλύτερους χρόνους. Σε περίπτωση ανάγκης απενεργοποίησης της AGC, αυτό μπορεί να γίνει με αριστερό κλικ πάνω στο κείμενο AGC. Στο αριστερό μέρος της κυματομορφής είναι ο ρυθμιστής έντασης του ήχου. Επισημαίνεται πως η ρύθμιση αυτή είναι διαφορετική από εκείνη της κάρτας ήχου του υπολογιστή! Με αριστερό κλικ σε κάποιο σημείο της κόκκινης μπάρας αυξάνεται ή μειώνεται η ένταση. Ακριβώς αριστερά από την μπάρα υπάρχει μια μικρή άσπρη γραμμή που ανεβοκατεβαίνει κατά την λήψη διαφόρων σημάτων. Προτείνεται η ρύθμιση της έντασης έτσι ώστε η γραμμή αυτή να μην ανεβαίνει παραπάνω από την μέση της κόκκινης μπάρας. Οι πράσινες οριζόντιες γραμμές του παραθύρου Baseband είναι πάντοτε πέντε σε πλήθος. Οι τρεις κατώτερες γραμμές αφορούν την ρύθμιση του Beat Frequency Oscillator. Κάθε μια από τις γραμμές αυτές έχει σε κάποιο σημείο μια μικρή κόκκινη γραμμή κάθετη. Με παρατεταμένο αριστερό κλικ πάνω στην γραμμή και μετακίνηση αριστερά – δεξιά μεταβάλετε ο τόνος του BFO. Ο χρήστης θα πρέπει να αρχίσει την αλλαγή του τόνου με χρήση της τρίτης από το τέλος γραμμής. Σε περίπτωση που κατά την ρύθμιση η κάθετη γραμμή φτάσει στο αριστερό ή δεξί όριο της (οπότε δεν θα μπορεί να μετακινηθεί παραπάνω), θα πρέπει για επιπλέον αλλαγή να γίνει χρήση της αμέσως επόμενης γραμμής προς τα κάτω κοκ. Το BFO χρησιμοποιείται για λήψη CW αλλά και SSB σημάτων. Για τα μεν πρώτα ο χρήστης θα πρέπει να συντονίσει το Linrad ακριβώς πάνω στο CW carrier και κατόπιν να επιλέξει τον τόνο του BFO. Για τα δεύτερα ο συντονισμός μπορεί να γίνει σε οποιοδήποτε μέρος φάσματος του σήματος και με το BFO να “έρθει” ο ήχος στην επιθυμητή και εύκολα ακροάσιμη χροιά. Οι δυο ανώτερες οριζόντιες γραμμές έχουν κίτρινες αντί για κόκκινες κάθετες γραμμές. Η ανώτερη γραμμή καθορίζει το εύρος του bandpass φίλτρου της baseband λήψης. Αυτό φαίνεται στο πίσω μέρος της κυματομορφής και έχει κίτρινο χρώμα. Η τελευταία γραμμή είναι για την ρύθμιση του ρυθμού μεταβολής στην απόκριση του φίλτρου για τις περιοχές εκτός passband (πλάγιες). Η απόκριση γίνεται πιο απότομη μετακινώντας την κάθετη γραμμή προς τα αριστερά. Κάτι που προτείνεται για λήψη CW. Οι τελευταίες ρυθμίσεις του παραθύρου φαίνονται στο κάτω αριστερό μέρος της κυματομορφής. Από αυτές εκείνη με το νούμερο 16 αφορά την ανάλυση σε bit της εξόδου. Μπορεί να είναι 16 ή 8 bit. Πάντα θα πρέπει να γίνετε χρήση των 16 bit, εκτός σε περίπτωση εγγραφής της εξόδου σε αρχείο με απαίτηση αυτό να έχει όσο το δυνατό μικρότερο μέγεθος. Ακριβώς δεξιά από το 16 είναι η ρύθμιση για ψαλιδισμό του πλάτους της εξόδου ήχου. Σε κατάσταση off απλά δεν υφίσταται τέτοια λειτουργία, ενώ σε Lim (αλλάζει με αριστερό κλικ) είναι ενεργοποιημένη. Είναι αρκετά χρήσιμη για λήψη CW σημάτων χωρίς AGC. Οι υπόλοιπες ρυθμίσεις του παραθύρου που δεν αναφέρθηκαν θα πρέπει να είναι όπως φαίνονται στην εικόνα 8. Αρκετά σημαντική είναι ο αριθμός που φαίνεται εντός πλαισίου στο πάνω δεξιά μέρος της κυματομορφής και έχει την τιμή 1. Ο αλγόριθμος φιλτραρίσματος του baseband σήματος (κίτρινο bandpass φίλτρο) έχει δυο διαφορετικούς τρόπους υλοποίησης. Για λήψη CW, SSB αλλά και AM σημάτων προτείνεται η χρήση του τρόπου με νούμερο 1. Μειονέκτημα υπάρχει στην περίπτωση χρήσης πολύ στενών φίλτρων, οπότε θα υπάρχει παραμόρφωση των σημάτων. Ο κανόνας που πρέπει να ακολουθεί ο χρήστης είναι το εύρος του bandpass φίλτρου να είναι περισσότερες από είκοσι φορές μεγαλύτερο από το μέγεθος ενός fft3 bin. Για παράδειγμα σε 100KHz sampling με fft3 bandwidth reduction 4 το φίλτρο θα πρέπει να είναι μεγαλύτερο από 15Hz (χωρίς να λαμβάνεται υπόψη το fft window). Ο δεύτερος τρόπος υλοποίησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περιπτώσεις επιλογής φίλτρου τόσο στενού όσο ένα fft3 bin!

Δικτυακό streaming

Κλείνοντας θα πρέπει να γίνει σύντομη αναφορά στην λειτουργία streaming των δεδομένων λήψης του Linrad σε ένα δίκτυο LAN. Σύμφωνα με αυτή, ένας κεντρικός υπολογιστής Α είναι συνδεδεμένος με το εξωτερικό κύκλωμα SDR και λαμβάνει δεδομένα I & Q από αυτό. Ταυτόχρονα ο υπολογιστής αυτός είναι συνδεδεμένος σε ένα τοπικό δίκτυο LAN. Στο ίδιο LAN είναι συνδεδεμένοι και άλλοι υπολογιστές. Κάθε υπολογιστής τρέχει την ίδια έκδοση λογισμικού Linrad. Ο κεντρικός υπολογιστής Α έχει την δυνατότητα μετάδοσης μέσω Linrad streaming των δεδομένων που λαμβάνει και στους άλλους υπολογιστές. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα ο κάθε διαφορετικός υπολογιστής να λειτουργεί σαν ένας ξεχωριστός πανομοιότυπος δέκτης SDR! Σε ένα απλό δίκτυο θα μπορούσαν εύκολα να υπάρξουν ακόμη και παραπάνω από δέκα τέτοιοι δέκτες! Ο κυριότερος περιορισμός της λειτουργίας είναι πως όλοι οι υπολογιστές θα πρέπει να είναι συντονισμένοι μέσα στο φάσμα λήψης του κεντρικού υπολογιστή. Με τα σύγχρονα και οικονομικά προσιτά SDR αυτό το φάσμα μπορεί να είναι ακόμη και 1MHz, καλύπτοντας εύκολα μια ολόκληρη ραδιοερασιτεχνική μπάντα στα βραχέα κύματα.

Η παραμετροποίηση του Linrad για την υποστήριξη αυτής της λειτουργίας είναι σχετικά εύκολη. Από την αρχική οθόνη, εικόνα 5 και με την χρήση του πλήκτρου N, εμφανίζεται η φόρμα με τις σχετικές ρυθμίσεις. Η Base port θα πρέπει να είναι η ίδια σε όλους τους υπολογιστές. Σε αυτή την πόρτα δεν θα πρέπει να λειτουργούν άλλες εφαρμογές και επίσης τυχόν firewall θα πρέπει να μην την φιλτράρουν. Η SEND και RECEIVE address θα πρέπει πάλι να είναι η ίδια σε όλους. Για τον κεντρικό υπολογιστή Α θα πρέπει να είναι ON η επιλογή Send raw data in 16 bit format, ενώ στους υπόλοιπους η επιλογή RX input from network θα πρέπει να είναι ON και Raw data, 16 bit. Για εκκίνηση της αποστολής δεδομένων μέσω streaming από τον κεντρικό υπολογιστή θα πρέπει να πατηθεί το πλήκτρο T στην αρχική οθόνη. Υπόψη πως και ο υπολογιστής που κάνει την αποστολή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για λήψη σημάτων. Αποθήκευση όλων των ρυθμίσεων γίνεται από την αρχική οθόνη με το πλήκτρο W.

Το άρθρο αυτό γράφηκε από τον Διονύση Δρακόπουλο, SV1CDN για το SV-νέα και δημοσιεύεται κατόπιν αδείας του...

Καλές δοκιμές και λήψεις!

73!

Δι@ύγεια
Δι@ύγεια
ΕΜΥ
Ε.Μ.Υ.
ΕΚΑΒ
Ε.Κ.Α.Β.
ΕΛΑΣ
ΕΛ.ΑΣ.
Πυροσβεστικό Σώμα
Π.Σ.
Λιμενικό Σώμα
ΛΣ-ΕΛΑΚΤ
Γεωδυναμικό Ινστιτούτο
Γ.Ι.
Δήμος Λάρισαίων

 

#fc3424 #5835a1 #1975f2 #2fc86b #f_syc9 #eef77 #020614063440