AFEDRi SDR-Net (russian) - описание на русском

 

AFEDRi SDR-Net v.2.3a HamRadioScience review

AFEDRI SDR-Net rev.2.3a Youtube video, HamRadioScience review

AFEDRI SDR-Net это приемник построенный по архитектуре прямой выборки сигнала или если использовать английскую терминологию direct sampling Software Defined Receiver - SDR ( см. рисунок внизу). Данный приемник, после первоначальной цифровой обработки сигнала (АЦП, преобразование частоты, фильтрация) посылает принятый широкодиапазонный сигнал на персональный компьютер в виде комплексного I/Q потока данных. Для передачи данных на персональный компьютер можно использовать два альтернативных метода передачи данных:

- Network (LAN)

- USB

AFEDRI SDR-Net не нуждается в дополнительной  Звуковой Карте для ввода принимаемого сигнала!

AFEDRI SDR-Net имеет следующие технические данные:

Частоты приема (RX frequencies):

0.1MHz-35MHz (с установленным Фильтром Низких Частот (ФНЧ) - в комплектации "по умолчанию")

По запросу пользователя возможма сборка приемника без установленного ФНЧ, что позволяет осуществлять прием в так называемом режиме  aliased mode (40Мгц-80Mгц or 80Mгц-120Mгц) , в данной версии внешний полосовой фильтр должен быть установлен самим пользователем.

Noise Figure (коэффициент шума): ~11dB (для диапазона 1MГц-30MГц максимального усиления 35dB)*

*Входной VGA (Variable Gain Amplifier) настроен на следующий диапазон усиления (ослабления) сигнала от -10dB до +35dB

Формат выходных данных: Два комплексных канала разрядностью 16-бит I/Q (эмуляция звукового стерео сигнала)

Максимальная полоса приема:

BW = до 2300кГц (для частоты выборки 2500 ksamples/s) -  при использовании сетевого соединения (для версии AFEDRI SDR-Net Rev. 5.0 )

BW = до 1850кГц (для частоты выборки 2000 ksamples/s) -  при использовании сетевого соединения (для версии AFEDRI SDR-Net Rev. 3.0 )

BW = до 1225кГц (для частоты выборки 1333 ksamples/s) -  при использовании сетевого соединения (для версии AFEDRI SDR-Net Rev. 2.0 - 2.3)

 

BW = до 460kГц (для частоты выборки 500 ksamples/s) - при использовании сетевого соединения(для версий AFEDRI SDR-Net Rev. 0.0 and 1.0)

BW = до 230kГц (для частоты выборки 250 ksamples/s ) - при использовании USB соединения

Частота Выборки входного (RF) АЦП: 80.000MHz

 

Напряжение источника питания: 5В (при питании от шины USB) или 7-10В при питании от внешнего источника постоянного напряжения - для AFEDRi SDR-Net rev.2.2.

Потребляемый ток:

- 370мA от шины USB

- 440мА   от внешнего источника 7.5В (rev. 5.0) - КВ прием

- 600мА   от внешнего источника 7.5В (rev. 5.0) - УКВ прием

 

AFEDRI SDR-Net  установленный в корпусе

AFEDRI SDR-Net (Rev. 5.0) - КВ только прием, сборка "по умолчанию"

 

Приемник AFEDRI SDR-Net спроектирован на подключение к персональному компьютеру (ПК) пользуясь одним из двух альтернативных интерфейсов:

1. Сетвое подключение (LAN). При сетевом подключении приемник может посылать на ПК данный с частотой выборки до 2500kГц для версии - Rev.3.0

Сетвое подключение (LAN). При сетевом подключении приемник может посылать на ПК данный с частотой выборки до 1333.333kГц для версии - Rev.2.0 (два комлексных I/Q канала 16-bit каждый канал)

 или 500KГц для версий - Rev. 0.0 and 1.0

2. Full Speed USB (также как и в предыдущей версии AFEDRI SDR). При USB приемник посылает на компьютер данные с частотой выборки до 250ksamples/s

Для оценки качества приема, вы можете скачать с моего сайта аудио записи сделанные с помощью программ Winrad и/или HDSDR:

- I/Q сигнал частота выборки 1333.333 ksamples/s  - Сеть

 

- I/Q сигналчастота выборки 500 ksamples/s - Сеть

- I/Q сигналчастота выборки 444 ksamples/s  - Сеть

- I/Q сигналчастота выборки 250 ksamples/s,  14Mhz band - USB

- I/Q сигналчастота выборки 250 ksamples/s,  7Mhz band - USB

 

С точки зрения програмного обеспечения ПК, приемник может представлять собой:

1. Сетевое устройство, которое использует два сетевых IP протокола: TCP и UDP.

- TCP используется для управления параметрами SDR.

- UDP используется для передачи принятого потока данных  (I/Q поток) от SDR к ПК

2. Или также как в предыдущей версии  AFEDRI SDR - при использовании USB подключения, для ПК приемник представляет собой, так называемое устройство -  USB Composite Device, которое содержит две USB функции:

  • Generic USB Audio device - для передачи принятых данных (I/Q ), как обыкновенного потока аудио данных
  • USB HID device - используется для контроля параметрами AFEDRI SDR-Net

Вся функциональность AFEDRI SDR-Net при использовании USB подключения, такая же как и в предыдущих версиях  AFEDRI SDR, с небольшой разницей USB Audio Device использует нестандартные значения (для аудио устройств) частоты выборки, которые обусловлены результатом целочисленного деления частоты опорного генератора - 80.0Mhz.

В дальнейшем тексте акцент будет сделан в основном на новую функциональность, которая добавлена сместе с сетевым интерфейсом. Больше подробностей о USB функциональности можно найти здесь - AFEDRI SDR description

Когда AFEDRI SDR-Net подключен к ПК с использованием сетевого интерфейса он может быть использован со следующим программным обеспечением (SDR software):  Linrad, Winrad, HDSDR, Studio1, SDR Console (SDR Radio) , SdrDX, CuteSDR,  Quisk, ghpsdr3/QtRadio, PowerSDR_mrx и т.д...

Для использования AFEDRI SDR-Net совместно с Winrad, HDSDR or Studio1 - существует соответствующий плагин - SDR Network Control Box, который позволяет осуществлять контроль над следующими параметрами приемника (частота, усиление RF/ослабление и т.д...) а также переадресовывать, поток данных поступающих по сетевому протоколу UDP, основному SDR приложению.

Утилита SDR Network Control Box может быть использована самостоятельно, без необходимости в запуске основного приложения SDR.

Когда AFEDRI SDR-Net используется совместно с программами Linrad и SDR-Radio, то нет необходимости в использовании дополнительных плагинов или утилит - достаточно настроить данные приложения на совместную работу с приемником  SDR-IP ...

AFEDRI SDR-Net может быть использован совместно програмным декодером  MAP65-IQ , когда в качестве приложения SDR используются приложения Linrad or SDR-Radio software.


Копия экрана утилиты SDR Network Control Box.

Утилита SDR Network Control Box  написана с использованием кросс-платформенной среды программировния Qt Cross-platform application framework от компании Nokia, в связи с чем можно компилировать данную утилиту для операционных систем Windows и Linux пользуясь общим исходным кодом при том что  графический интерфейс программы (GUI) будет выглядеть идентично.

 


 

 

Основа приемника AFEDRI SDR-Net это интегральная микросхемаAFEDRI8201 (таже самая как и использована в предыдущей версии приемника - AFEDRI SDR).Данная микросхема представляет собой так называемый Analog Front End (AFE), производится компанией Texas Instrument Company (эта деталь объявлена как NRND - не рекомендованная для новых разработок, но пока еще вполне доступна на рынке комплектующих). Мне известны две конструкции SDR использующие данную микросхему и были опубликованы на старницах интернет, они послужили стартовой точкой для начала моего проекта:

Первый проект OH2NLT, стал указателем, который направил мена на этот интересный Фронт-Энд – AFEDRI8201. С моей точки зрения это интересное решение, но это так называемая "Все в одном" конструкция, которая использует для цифровой обработки довольно слабый процессор ("DSP like") dsPIC30F6014A от Microchip Company. Этот проект малопрактичен, в основном по слеующим причинам:

1. Декодированный аудио сигнал выводится на динамики с использованием встроенного в AFEDRI8201 ЦАП который имеет разрядность всего 12 бит.

2. Слабый DSP с тактовой частотой всего 40-MHz.

3. Отсутствует возможность широкополосного приема.

Второй проект, имеет намного больше возможностей так как позволяет использовать персональный компьютер (ПК) для цифровой обработки сигнала, но для передачи потока данных от приемника к ПК использует плату для отладки FPGA (evaluation board), в данной архитектуре, как мне кажется использование FPGA чрезмерно - это как стрельба из пушки по воробьям.

В начале проекта были поставлены следующие цели:

1 Использование микросхемы AFEDRI8201 как основы приемника с прямой выборкой ВЧ сигнала

2. Приемник должен подключаться к персональному компьютреу через USB интерфейс.

3. С точки зрения операционной системы, приемник должен определятся, как обыкновенное аудио устройство (USB Audio Device), которое не нуждается ни в каких дополнительных драйверах, а только тех, что имеются сегодня в любой Операционной Системе

4. Вместе с тем приемник должет передавать на ПК поток комплексных данных разрядностью 16-бит (I и Qканалы) с частотой выборки до 250кГц.

5. Новый SDR сможет использовать существующее програмное обеспечение для цифровой обработки сигнала, такое как Linrad, Winrad, HDSDR, под управлением как Windows так и Linux ОС.

6. Минимальная цена.

Результат дальнейшей разработки проекта под названием AFEDRI SDR - это описываемый здесь приемник  AFEDRI SDR-Net который имеет следующие дополнительные функции (по отношению к первоначальному варианту):

1. Добавлен 100мбит/с сетевой интерфейс (LAN)

2. Использован новый ARM микроконтроллер - STM32F107VC

3. Использован новый предусилитель с программируемум усилением VGA - AD8369

4. Использована новая микросхема CPLD (в 2 раза большей енкости).

5. Добавлен дополнительный, опциональный импульсный стабилизатор  питания (DC/DC converter), для опционального подключения приемника к внешнему источнику постоянного напряжения 12.6V.

Структурная схема приемника AFEDRI SDR-Net приводится ниже:

Краткое описание структурной схемы приемника:

LPF - (ФНЧ) Фильтр Низких Частот, используется как антиалиасинг (anti-aliasing) фильтр с полосой пропускания от 0 до ~30MHz (или любое другое значение меньше частоты Найквиста).

Может быть заменен на полосовой фильтр (BPF) для желаемой частоты приема , для приема alias частот , для случая когда частота приема расположена вышечастоты Найквиста (например example 50MHz, 70MHz, 108MHz). Например AFEDRI SDR-Net может быть использован для приема вещательных WFM  станций диапазона (88-108MHz), естественно, с некоторым ухудшением чувствительности приемника.

VGA - Variable Gain Amplifier (усилитель с регилируемым усилением), он построен с использованием микросхемы AD8369 от Analog Devices, в данном проекте он настроен на следующий диапазон усиления/ослабления  -10dB up to 35dB.

RF Switch - переключатель используемый в версии с поддержкой VHF/SHF SDR используется для переключения аналогового ВЧ сигнала для приема КВ диапазонов (VGA) или VHF  диапазона (R820T2).

VHF/SHF Front End - Аналоговый Font End чип для приема в диапазоне VHF/SHF , основан на микросхеме R820T2  (как в RTL "свистке")

HPF - Фильтр Высокой частоты необходимый для приема в VHF/SHF диапазоне.

TCXO - Температурно компенсированный Кварцевый  +/- 0.5ppm генератор, исшпользуется как опорный генератор для микросхемы  R820T2.

VHF/SHF Power Switch - ключ питания 3.3V для запитки микросхемы R820T2  (когда ведется прием в VHF/SHF диапазонах)

DDC Front End - т.е. Analog Front End выполнен на микросхеме AFEDRI8201PBF, это "сердце" SDR, обеспечивает выборку входного (RF) сигнала с частотой 80МГц, цифровое преобразование сигнала и фильтрацию, выходной поток данных передается с помощью специализированного последовательного интерфейса, который схож со стандартным I2S но не 100% совместим, для примера используемый в проекте процессор (CPU), нуждается в помощи внешней микросхемы CPLD для успешного приема потока данных. Более подробная информация может быть найдена в описании микросхемы.

FPGA - программируемая логическая матрица, основная функция этой микросхемы преобразование специфического, последовательного потока данных передаваемых микросхемой Фронт-Энд в поток данны имеющий формат, который может быть принят микропроцессором (CPU).

CPU - микропроцессор архитектуры ARM Cortex-M3 - STM32F207VC (or STM32F207VC), from ST Microelectronics, осуществляет контроль над микросхемой Фронт-энд (AFEDRI8201) используя дополнительную последовательную (SPI) контрольную шину, а также принимает поток данных от микросхемы Фронт-Энд и перенаправляет его в персональный компьютер используя сетевое или USB соединение.

Ethernet (RMII PHY) - Ethernet трансивер физического уровня, служит в качестве интерфейса между локальной сетью (LAN)  и микропороцессором (CPU)

Power Supply - В целом приемник получает питание напряжением 5В от USB интерфейса, также имеется три дополнительных линейных стабилизатора напряжения +1.8В, 3.3В - цифровое and 3.3В аналоговое, которые вырабатывают необходимые напряжения от общей шины напряжения 4.5В-5В.

External Power Supply - используется как альтернативный импульсный стабилизатор питания при подключении к внешним источникам постоянного напряжения (DC source). Дополнительными источниками являются, например, аккумуляторная батарея или блок питания трансивера. Диапазон напряжений внешнего источника питания - 7.5V..15V.

Power Switch - автоматически переключает питание между USB и внешним источником.

Полная принципиальная схема приеника AFEDRI SDR-Net может быть найдена на страничке Download.

 


 

Механические размеры печатной платы приемника AFEDRI SDR-Net такие же как и размеры AFEDRI SDR: 120x73mm (для версий 0.0, 1.0, 2.0) или 120х74.4мм (для версии 2.1 и выше). Данныйе размеры позволяют установить печатную плату приемника в одном из двух стандартных алюминиевых корпусов , производимых компанией Hammond. Номера модели корпусов от производителя:

Второй корпус примерно в два раза выше.

AFEDRI SDR-Net rev. 2.1. установленный в корпусе 1455J1201

На моей страничке для скачивания download page, вы можете найти множество дополнительной информации.

Можете посетить также пользовательскую группу Yahoo AFEDRI SDR user group

Если есть вопросы? Пожалуйста отпрвьте мне emaill, на следующий адрес: alex(*)4z5lv.net

- Чтобы письмо на самом деле отправилось ко мне - нужно заменить (*) by @ :-) , и пожалуйста заполните поле subject (тема) текстом включающим в себе AFEDRI SDR-Net

Продолжение следует...