Aggiornamento sul progetto SDB Camillo Bellomo IT9LTA Congressino Microonde: Modena 28/10/2018

L’idea: il Software Defined Beacon Ovvero un Beacon in grado di generare una molteplicità di segnali nella stessa banda per confrontare contemporaneamente l’effetto della propagazione con differenti tipi di modulazioni, sia analogiche che digitali: NBFM AM SSB PSK31 CW WSPR JT65 …… S/N decrescente

Schema del SDB Questo è lo schema completo del prototipo che implementa un SDB per la banda dei 23 cm utilizzando il software GNURadio e la HackRF One. Tutti i blocchi condividono un’unica frequenza di campionamento (circa 2 Msps) I vari segnali sono sommati in uscita dopo essere stati equalizzati in ampiezza per essere comparabili. Sono presenti dei controlli di ampiezza e di fase sul segnale complesso per la compensazione delle tolleranze dell’HW.

Analisi dello spettro generato AM SSB PSK31 FM JT65C CW WSPR

Analisi a larga banda La Hack RF One con i suoi DAC a 8 bit non ha una dinamica elevata Qui è evidente il rumore di quantizzazione

Aliasing del DAC della HackRF One Il filtro a valle del DAC della HackRF One ha una banda passante fissa. Riducendo la frequenza di campionamento nel tentativo di ridurre il rumore a larga banda emergono prodotti spuri.

Prime prove in aria Con appena 80 µW (0,00008W) in antenna e in assenza di LOS e nonostante un leggero drift, la ricezione è possibile a 25 km

Confronto tra moduli SDR Sulla base dei primi risultati ho deciso di investigare e di confrontare i principali moduli SDR disponibili in commercio: Hack RF One ADALM Pluto Lime SDR Mini

Confronto tra moduli SDR HackRF One Ettus B200 Ettus B210 BladeRF x40 ADALM PLUTO LimeSDR LimeSDR Mini Frequency Range 1 MHz - 6 GHz 70 MHz - 6 GHz 300 MHz - 3.8 GHz 325 to 3800 MHz 100 kHz - 3.8 GHz 10 MHz - 3.5 GHz RF Bandwidth 20 MHz 61.44 MHz 40 MHz 30.72 MHz Sample Depth 8 bit 12 bit Sample Rate 20 MSPS 61.44 MSPS 40 MSPS 30.72MSPS TX Channels 1 2 RX Channels Duplex Half Full Interface USB 2.0 USB 3.0 Programmable Logic Gates 64 macrocell CPLD 75k 100k 40k (115k avail) 28k 40k 16K Chipset MAX5864, MAX2837, RFFC5072 AD9364 AD9361 LMS6002M AD9363 LMS7002M Open Source Schematic, Firmware Oscillator Precision +/- 20 ppm +/- 2 ppm +/- 1 ppm +/- 25 ppm +/-1 ppm initial, +/-4 ppm stable +/- 1 ppm initial, +/- 4 ppm stable Transmit Power -10 dBm+ (15 dBm @ 2.4 GHz) 10 dBm+ 6 dBm 7 dBm max 10 dBm (depending on freq.) Price $299 $686 $1,119 $420 ($650) ~$90 $159

Le mie impressioni La Hack RF One è la più semplice da utilizzare (utilizza gli stessi driver RTL-SDR) ed è quella che (almeno sulla carta) arriva fino a 6 GHz (ma a 5760 MHz esce veramente poca potenza, intorno a -15 -17dBm) inoltre è l’unica che scende fino alle HF. Rispetto alle altre però ha solo DAC/ADC a 8 bit (e quindi una dinamica limitata) inoltre lavora in Half Duplex. l'ADALM Pluto è molto versatile e ben documentata. Dispone delle ottime librerie e API che sono ormai integrate da quasi tutti i SW che la rendono facile da usare. L'unico neo è che la USB2.0 va in crisi con bitrate intorno ai 4 MSPS, per cui è realmente utilizzabile fino a larghezze di banda di 3,5 MHz. la Lime SDR mini, ha una grande sensibilità, una miriade di parametri per ottimizzare il guadagno, l'amplificazione post conversione, i filtri, etc. direttamente a bordo della scheda e soprattutto la banda passante più ampia (in teoria 20MHz se la USB3 del PC ce la fa), per contro è anche quella più difficile da utilizzare a causa del software ancora «acerbo». la Hack RF e la Lime si possono sincronizzare con un GPSDO a 10 MHz, la ADALM Pluto no

Utilizzo per un SDB In prospettiva la scheda più interessante è sicuramente la Lime SDR mini, perché consente di realizzare un Software Defined Beacon a banda stretta e/o a banda larga e può essere sincronizzata con un GPSDO esterno (requisito assolutamente indispensabile per i segnali a banda stretta come il WSPR ed il JT65 ma anche il PSK31). La ADALM PLUTO è sicuramente un ottima scelta per imparare a sviluppare sistemi SDR embedded. Entrambe dispongono di un front end che può lavorare in Full Duplex, quindi consentono di realizzare dei ripetitori cross band completamente in digitale. La Hack RF One è stata la prima disponibile sul mercato e consente tutt’oggi di divertirsi con la maggior parte dei programmi SDR, ma probabilmente oggi è un po’ superata (anche nel prezzo, il più alto delle tre). Per una soluzione più economica di SDB che sia anche multibanda occorre ricorrere ad un progetto dedicato, che però deve fare i conti con alcuni compromessi tecnici (ad es. la max larghezza di banda del segnale emesso)

Stereo Amplifier/Driver Schema a blocchi di un SDB multi banda AD8346 o RF2480 Host Computer Stereo Audio Board Stereo Amplifier/Driver GPS Reference Oscillator PLL Oscillator Band 1 RF PA Band 1 Antenna Band 1 PLL Oscillator Band 2 RF PA Band 2 Antenna Band 2 PLL Oscillator Band 3 RF PA Band 3 Antenna Band 3 I & Q Modulator I Q PCM5122 VNA-25 + RF2126 ADF5355 I & Q Modulator

Risultati della sperimentazione e prossimi passi La sperimentazione in aria ha dimostrato la validità del progetto ma rimangono ancora da risolvere alcuni problemi: Individuare un Host Computer adatto all’uso Sincronizzare tutto (ad esempio con un GPS) Implementare la codifica dinamica dei messaggi a bordo dell’host computer Definire protocolli per la gestione da remoto del SDB Nel caso in cui si decida di non realizzare la versione multibanda ma di utilizzare una delle piattaforme SDR commerciali analizzate è anche possibile: Implementare una «interazione» con il Beacon (es. CW Robot o Reverse Beacon, etc.) Aggiungere al beacon un trasponder lineare crossband Utilizzare il beacon anche come stazione remotizzata

Team di progetto Chiunque si voglia cimentare in questo stimolante progetto è il benvenuto. Gli skill richiesti sono: Tempo Voglia di apprendere un nuovo modo di re-inventare la radio e di sperimentare Qualche capacità di programmazione (non serve essere un mago del coding, basta un po’ di dimestichezza con l’ambiente di sviluppo GNURadio e/o con il mondo LINUX).

Grazie !