Здесь принимаются все самые невообразимые вопросы... Главное - не стесняйтесь. Поверьте, у нас поначалу вопросы были еще глупее :)
Ответить

Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Вт ноя 30, 2021 03:11:06

Здравствуйте.
Купил себе на днях RSP1A с диапазоном от 1КГц до 2ГГц, воткнул в антенное гнездо кусок провода и приготовился принимать неведомые таинственные сигналы от радиолюбителей, спутников, подводных лодок, номерных радиостанций и всего такого. Но все оказалось не так просто. То-есть всякое ФМ-радио то принимает зашибись, даже рации со стройки рядом можно подслушать, но как достичь большего - не ясно.

А суть проблемы вот в чем - я очень смутно себе представляю, что происходит с сигналом в тюнере. До тюнера все в принципе ясно - разные фильтры стоят, усилители. После тюнера тоже вроде ясно - демодулированные I и Q составляющие оцифровываются АЦП, а дальше чисто цифровая обработка. А вот как эти I и Q получаются - я че-то не догоняю.
Вот, к примеру, настраиваю я свой приемник на какую-то частоту, и вижу спектр шириной, к примеру, в 2 МГц с центром в настроенной частоте. А что это за спектр? Это, видимо, спектр демодулированного сигнала. А какой его составляющей? I или Q? Или они там внутре берут эти I и Q как действительную и мнимую часть комплексного сигнала и применяют БПФ к комплексному сигналу?
Вообще, хотелось бы выяснить, как работает эта особая демодуляционная магия, как из эфирного сигнала получается тот, что оцифровывается цифровой частью приемника. Нет, то-есть я могу открыть в статью в википедии про квадратурную модуляцию и прочитать, но по факту там не все так просто, ведь есть еще какие-то промежуточные частоты, к примеру, есть автоподстройка частоты, есть автоматически регулируемый усилитель.
А еще, если кто-то знает хорошую программу для спектрального и другого анализа записанных сигналов, просьба поделиться знанием.

Цель, которую я на данный момент хочу достичь примерно такая - типа, записываем с приемника сигнал в файл, открываем в какомй-нибудь проге типа аудасити, смотрим форму сигнала, спектрограмму и типа понимаем - ага, это вот амплитудно-модулированный голос, а тут какая-то передача в формате FSK, вот тут единица передавалась, вот тут ноль и т.п.
Спасибо за внимание.

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Ср дек 01, 2021 18:14:53

Вы прям на панораме приемника через полчаса будете отличать ам, ssb, cw и fsk. Чтобы достичь большего езжайте в деревню или в лес, в городе на кусок провода не поймаете ничего, более менее что то поймаете на антенну на крыше размером от 1/4 длины волны, на УКВ балконные более менее работают. КВ эфир засран импульсными источниками питания и прочей цифровой мутью, засран так, что потенциально принимаемые слабые сигналы ниже грязи в десятки тысяч раз буквально.

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Чт дек 02, 2021 01:01:35

Спасибо за ответ, но это совсем не то, что я хотел прочитать. Про это я и так уже знал. Дело в том, что я не хочу действовать как тупая макака - скачал программы, по мануалу из интернета понажимал кнопки и получил (или не получил) какой-то результат. Конечно, можно отправить меня читать умные книжки по радио, там все написано, но мне хотелось бы пообщаться с реально знающим человеком, задать вопросы...
Насколько я могу судить, все недорогие приемники типа моего построены примерно по одним и тем же принципам, вроде как это супергетеродины, использующие квадратурную демодуляцию. Далее, любой тип модуляции можно свести к квадратурной, и это обеспечивает универсальность таких приемников, а цифровая обработка позволяет из квадратурной восстанавливать другие типы модуляции.
Вот первый вопрос, который меня больше всего тревожит - что показывает спектр, выдаваемый приемником. Это спектр чего? Каким-то образом восстановленный из демодулированного сигнала модулированный сигнал? Или спектр уже демодулированного сигнала? Почему он не симметричен, если любые спектры вещественных сигналов должны быть симметричны?
Далее, вопрос номер два. Мне вот че-то непонятно что там с промежуточными частотами. По результатам работы приемникая я не вижу никаких промежуточных частот, но, судя по всем статьям про такие приемники это - очень важная часть их работы. хотелось бы понять, желательно даже с формулами, как и какой из некоего принятого антенной произвольного сигнала получается сигнал на промежуточной частоте, и что потом с ним происходит дальше, как он превращается в демодулированный сигнал.

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Чт дек 02, 2021 09:55:57

Насколько я могу судить, все недорогие приемники типа моего построены примерно по одним и тем же принципам, вроде как это супергетеродины, использующие квадратурную демодуляцию. Далее, любой тип модуляции можно свести к квадратурной, и это обеспечивает универсальность таких приемников, а цифровая обработка позволяет из квадратурной восстанавливать другие типы модуляции.

Я бы не стал так играть этими терминами. Пусть демодуляция останется "выделением информационного (модулирующего) сигнала из модулированного колебания высокой (несущей) частоты".

Вот первый вопрос, который меня больше всего тревожит - что показывает спектр, выдаваемый приемником. Это спектр чего? Каким-то образом восстановленный из демодулированного сигнала модулированный сигнал? Или спектр уже демодулированного сигнала?

Восстановленный спектр сигнала, использованного для модуляции несущей в передатчике. Только поясните что вы имеете в виду под "спектром, выдаваемым приемником" - это то, что вы ухом слушаете или то, что на панораме смотрите ? Они, конечно, разные если панорама широкая.

Почему он не симметричен, если любые спектры вещественных сигналов должны быть симметричны?

Относительно частоты приема ? AM, FM вполне симметричны, SSB нет. Вы когда в микрофон говорите у вас спектр симметричен относительно чего ?

Далее, вопрос номер два. Мне вот че-то непонятно что там с промежуточными частотами. По результатам работы приемникая я не вижу никаких промежуточных частот

Все верно. Почему вы должны их видеть в результате ? Если бы такая задача стояла - можно было бы эти частоты вывести из приемника, но обычно это просто не нужно.

, но, судя по всем статьям про такие приемники это - очень важная часть их работы. хотелось бы понять, желательно даже с формулами, как и какой из некоего принятого антенной произвольного сигнала получается сигнал на промежуточной частоте

Принцип работы любого супергетеродина.

, и что потом с ним происходит дальше, как он превращается в демодулированный сигнал.

Если вы про цифровую обработку, то каждый вид модуляции имеет свой алгоритм демодуляции/детектирования, они несложные (ну... обычные am, fm, ssb).

Если хотите все это с точки зрения именно цифровой обработки пощупать, а не просто теорию, то поставьте GNURadio - там можно из блоков собирать цифровой приемник, я правда не знаю что ваш конкретно приемник в комп шлет, но скорее всего недообработанный поток данных с широким спектром, как этот поток загнать в GNURadio (что там в блоках выбрать) точно не скажу - использовал только со звуковухой, usb rtl и hackrf.

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Чт дек 02, 2021 12:52:16

Видимо, ТС интересует, что такое панорама, или водопад.
что показывает спектр, выдаваемый приемником. Это спектр чего?
Это совокупность спектров сигналов, принятых в определённой частотной полосе. Чтобы их визуализировать, надо:
1. ограничить полосу, например, диапазонным полосовым фильтром - всё равно он так или иначе имеется, иначе это не приёмник;
2. перенести её на частоту первой ПЧ плюс-минус дохрена;
3. тем или иным образом (FFT, оно же БПФ, вспомогательное сканирующее приёмное устройство, ещё что-то и как-то - тут я ничего не скажу) визуализировать этот спектр.
Ну вот как-то так. Уж не знаю, на тот ли вопрос я отвечал. :dont_know:

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Сб дек 04, 2021 20:09:00

Morroc писал(а):Я бы не стал так играть этими терминами. Пусть демодуляция останется "выделением информационного (модулирующего) сигнала из модулированного колебания высокой (несущей) частоты".

Ну в общем-то я как бы это и имел в виду. Просто у нас тут какое дело - тюнер из принятого эфирного сигнала делает некие I и Q составляющие, которые уже потом путем цифровой обработки превращаются во что-то более осмысленное(или не превращаются). То-есть, на сколько я понимаю, совершенно не важно, принятый эфирный сигнал вообще был модулирован, на какой частоте и каким способом. В общем, демодуляцией я называю преобразование, обратное модуляции, даже если оно производится над сигналом, который не был модулирован, а просто представляет из себя шум, к примеру. Не знаю, можно ли так применять термин "демодуляция", но мне кажется, что можно, ибо какого-то более подходящего термина для такого преобразования я найти не смог.
Morroc писал(а):Восстановленный спектр сигнала, использованного для модуляции несущей в передатчике. Только поясните что вы имеете в виду под "спектром, выдаваемым приемником" - это то, что вы ухом слушаете или то, что на панораме смотрите ? Они, конечно, разные если панорама широкая.

На панораме, если я правильно понимаю, то, что можно услышать - это продукт дальнейшей цифровой обработки, а панорама - это вроде бы спектр того, что оцифровывается, если я опять же, правильно понимаю, без дополнительной обработки. Тут дело-то в чем? Мы же не всегда принимаем действительно сигнал, который был закодирован и передан, иногда мы принимаем шумы, помехи, либо у нас приемник настроен не на ту частоту, и все такое. Но панорама-то рисуется всегда, то-есть демодулирующее преобразование производится в любом случае. Вот в том, как это преобразование происходит, я и пытаюсь разобраться.
Morroc писал(а):Относительно частоты приема ? AM, FM вполне симметричны, SSB нет. Вы когда в микрофон говорите у вас спектр симметричен относительно чего ?

Не, я не про конкретные сигналы говорю, они-то да, симметричны, если АМ какой-нибудь, я про всю панораму говорю. Панорама не симметрична.
Если я запишу свой голос микрофоном, и пропущу его через дискретное преобразование Фурье с частотой дискретизаци, например, 40 кгц, я получу спектр либо от нуля до 40 кгц, либо спектр от -20 до 20 кгц(Так как спектр бесконечный и периодический, мы можем взять любой его кусок, равный длине периода, чтобы не было потери инфы). В любом из этих двух случаев, если мы возьмем модуль спектральной функции, получим симметричную(в первом случае относительно 20 кгц, во втором - относительно нуля) картину.
То же самое касается любого вещественного сигнала. Если мы предположим, что наш приемник получает какой-то сигнал и оцифровывает его, то применение БПФ к этому сигналу должно давать ту же симметричную картину, если только тут не используется какой-то другой подход. Вопрос - какой?
Morroc писал(а):Все верно. Почему вы должны их видеть в результате ? Если бы такая задача стояла - можно было бы эти частоты вывести из приемника, но обычно это просто не нужно.

Это ясно. Вопрос несколько в другом - а кукую роль играет конкретное значение промежуточной частоты, и, кроме того, какое преобразование происходит с исходным принятым антенной сигналом при переходе к промежуточной частоте, и какое потом с этим сигналом на промежуточной частоте происходит при окончательной демодуляции. Связана ли ПЧ как-то с частотой несущей, если мы, к примеру, хотим принять сигнал конкретной радиостанции.
Morroc писал(а):то поставьте GNURadio

Уже. Ниасилил правда сделать что-то вменяемое, но тестовый скрипт запустил.

mickbell писал(а):Ну вот как-то так. Уж не знаю, на тот ли вопрос я отвечал.

На тот, на тот, только нужно больше конкретики, что происходит на каждом этапе, хотя бы в идеале, не в даваясь в подробности относительно реальных приемников. Ну, с фильтрами на входе ясно, дальше вот непонятно.

Не, ну вот представим, что у нас есть какой-то идеальный мега-осциллограф с бесконечной полосой пропускания, без искажений, без ограничений по минимальному/максимальному входному напряжению и т.д. Вот мы его подключаем к антенне и видим эфирный сигнал. Можно считать, что это функция напряжения на антенне от времени f(t).
Так вот, че происходит с этой функцией в приемнике? Сначала, допустим, в приемнике полосовые фильтры стоят, то-есть на входе в фильтр у нас f(t), на выходе g(t). Как получается g(t)? Предположим, у нас идеальный фильтр, который подавляет все, что не входит в диапазон от a до b герц. Как это может работать? Если мы при помощи преобразования Фурье получим спектр сигнала F(n), то мы можем умножить его на функцию фильтра(типа, равна нулю всюду, кроме отрезка от a до b, где равна единице), то получим спектр сигнала G(n), дальше, при помощи обратного преобразования Фурье мы просто спектр преобразуем обратно в сигнал и получаем g(t). Так же можно вспомнить, свертка функций равна обратному преобразованию Фурье от произведения спектров функций. То-есть то же самое g(t) можно получить, используя свертку f(t) со спектром оконной функции фильтра.

Ну это вот с фильрами такое делается, если я все правильно понимаю, вот примерно в таком виде хотелось бы разобрать каждый этап преобразований, которые в тюнере происходят, пока не придем к тому, что выдается на АЦП.

Вот, кстати, есть принципиальная схема приемника:
Изображение

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Сб дек 04, 2021 21:09:10

Нихрена она не принципиальная.
Что мы видим: диодные ограничители, нотч-фильтры, аттенюатор, усилитель радиочастоты на входе - всё это мы не рассматриваем, они не влияют на понимание принципа. Далее мы видим набор диапазонных фильтров, большинство из них полосовые, есть ФНЧ и ФВЧ. По-видимому, они там же и коммутируются. Для части диапазонов вводится преобразователь (смеситель и гетеродин 120 МГц), для других он не работает. Далее сигналы со всей полосы диапазонных фильтров (дополнительно смещённые на 120 МГц или нет - зависит от) поступают на два смесителя, на которые подаётся частота гетеродина с фазами 0 и 90 градусов, какой частоты - ХЗ, надо знать значение ПЧ. Которая, вероятно, плавающая при настройке на станцию. То есть на выходе смесителя получается масса сигналов с, если позволено так сказать, промежуточными частотами (не частотой. а целым диапазоном), по-видимому, настолько низкочастотными, что их можно обработать в цифре. Если в этом месте взять один из сигналов и обработать его алгоритмом БПФ, то на выходе получится спектр, панорама.
Вероятно, интересно, как именно обрабатываются эти два сигнала - I и Q. Могу порекомендовать книгу, где описан, так сказать, аналоговый аналог :))) этого процесса. Книга В.Т.Полякова "Радиолюбителям о технике прямого преобразования", она есть в сундуке Кота, страницу ща скажу... ага, страница 89.

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Сб дек 04, 2021 21:21:59

За ссылку спасибо. А можете рассказать поподробнее, как происходит смещение частот при помощи смесителя и гетеродина. Ну вот представим, что у нас сигнал состоит из синусоид на нескольких разных частотах. Что будет с таким сигналом после такого преобразования? Они "переедут" на 120 МГц выше и все?

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Сб дек 04, 2021 21:35:05

:shock: Как вы собираетесь понять всё остальное, если этого не знаете? Ладно, попробую рассказать своими словами, хотя в той книжке, что я тут прорыкламировал, это тоже описано. Вообще рекомендую прочитать её с самого начала и крайне вдумчиво - многое узнаете и поймёте.
Начнём со школьной математики. Напишем такое:
sin(a)*sin(b) = 1/2(cos(a-b)-cos(a+b))
Нас интересует случай, когда a и b представляют собой сигналы разных частот: входной и частоты гетеродина:
a = 2*п*Fвх*t
b = 2*п*Fгет*t

А теперь смотрим на формулу. Если перемножить два синусоидальных сигнала с разными частотами, то в результате получится сумма... ну или разность, какая нам разница, просто фаза перевёрнута, двух косинусоидальных сигналов, один из которых с частотой, равной сумме частот исходных сигналов, другой - с частотой, равной их разности:
a-b = 2*п*(Fвх-Fгет)*t
a+b = 2*п*(Fвх+Fгет)*t

Этот факт запомните навсегда, он крайне важен и завсегда пригодится.
Что такое смеситель в приёмопередающих устройствах? А это как раз и есть то, что в идеале реализует функцию умножения одного сигнала на другой.
Обычно нас интересует какой-то один из двух полученных компонентов, другой отрезается фильтром.

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Сб дек 04, 2021 22:11:55

Отличненько, математика - это зашибись.
Я эту формулу видел и раньше, но меня очень смущало, что есть моменты, когда исходный сигнал фактически на ноль умножается. Не приводит ли это к каким-то непоправимым потерям инфы?
Ладно, надо это осмыслить.

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Сб дек 04, 2021 22:18:47

И что с того? В выходных синусоидах тоже встречаются моменты, когда сигнал нулевой - в любой синусоиде такое случается дважды за период. Что тут может смутить?
Да, и на закуску вопросик, маленький такой: сколько времени продолжается момент времени, когда значение синусоидального сигнала строго равно нулю? Для определённости возьмём сигнал частотой 1 МГц и амплитудой 1 В. Вопрос из математики, дополнительные сущности привлекать не надо.

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Сб дек 04, 2021 22:46:16

Ну смотрите, допустим у нас в сигнале есть узкие импульсы с частотой, которой кратна удвоенная частота гетеродина. Можно подобрать фазу так, что после такого этого преобразования эти импульсы будут помножены на близкое к нулю значение и в полученном произведении сигналов их как бы и не будет. Но вообще конечно тут еще же есть фильтры на входе, которые могут узкие импульсы превратить в не такие уж узкие...

Ответ на маленький вопросик: в идеале строго нулевой она будет ноль времени, но дело в том, что у нас есть всякие АЦП не высокой разрядностью и всякие шумы, в результате чего, если амплитуда сигнала меньше некоторого значения, то ее можно нулевой считать, потому что по факту не получится ее обнаружить. Тогда(мне лень арксинус считать), после такого преобразования период времени, когда сигнал не детектируется, будет не нулевой.
Последний раз редактировалось PodBoT Сб дек 04, 2021 22:55:26, всего редактировалось 1 раз.

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Сб дек 04, 2021 22:53:10

Я специально указал: дополнительные сущности не приплетать. Математически - это время строго нулевое.
Теперь о том, что касается каких-то узких импульсов. Это что ещё такое, откуда они взялись? И что это за сущность такая, "узкий импульс с частотой"? Расскажите-ка, вдруг я чего не знаю...

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Сб дек 04, 2021 22:58:32

сколько времени продолжается момент времени, когда значение синусоидального сигнала строго равно нулю? Для определённости возьмём сигнал частотой 1 МГц и амплитудой 1 В.


басконечно малый, даже при частоте 1kHz :)
тоесть потеря информации пренебрежима мала. другими словами умножение происходит не на ноль а всетаки на гладкую функцию которая иногда пересекает 0.
Последний раз редактировалось AlexS4 Сб дек 04, 2021 23:06:30, всего редактировалось 1 раз.

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Сб дек 04, 2021 22:58:53

Узкий импульс с частотой - это к примеру прямоугольный импульс, повторяющийся каждые n секунд, при этом длящийся k секунд, и при этом k << n. А частота будет тогда 1/n.

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Сб дек 04, 2021 23:05:05

Это частота его повторения, понятно. Тогда расскажите две вещи.
1. Зачем нам принимать слишком узкие импульсы? За каким, так сказать, хреном? Вещание, связь осуществляются отнюдь не импульсным, а амплитудно-, частотно-, однополосно-, ещё-как-то-модулированным синусоидальным сигналом, называемым несущей.
2. Если учесть, что спектр узкого по времени импульса широкий, а очень узкого - очень широкий, то каким образом вы собираетесь принять импульсные сигналы приёмником с ограниченной шириной полосы? Обычно эта полоса бывает единицы-десятки килогерц, в телевидении 8 МГц - при том, что несущая гораздо высокочастотнее.

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Сб дек 04, 2021 23:19:15

I и Q это просто представление сигнала в таком виде чтоб от фаз перейти к амплитудам
(чтоб обрабатывать однородные сущности, все с помощью adc )
по сути это чтото вроде преобразования из полярных координат в прямоугольные.

ну а как это сделано - изображено на картинке а почему это так - обясняет тригонометрия.

кстати картинка неочень, по ней например неясно зачем столько фильтров, забыли изобразить переключатель перемещающий фильтры из одной группы в другую.
Последний раз редактировалось AlexS4 Сб дек 04, 2021 23:22:45, всего редактировалось 1 раз.

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Сб дек 04, 2021 23:25:56

Логика моих размышлений примерно такая:
Вот я включаю свой приемник, вижу водопад и график спектра в некоторой полосе частот. То, что вроде как панорамой называется. Я предполагаю, что эта панорама все-таки показывает спектр исходного сигнала, принятого антенной, если из этого спектра вырезать полосу, на которую настроен приемник. Ну, не на самом деле, конечно, вот прям спектр исходного сигнала, но некоторое посильное к нему приближение. Но у нас ведь до компуктера доходит уже демодулированный сигнал, значит, для того, чтобы этот панорамный спектр нарисовать, нужно все преобразования, которые происходили в тюнере, обратить, и применить к демодулированному сигналу. И вот на этапе гетеродина и смешивания получается, что преобразование вроде как необратимо в общем случае. Тогда получается, что на панораме будут какие-то искажения, и нужно знать о них и иметь в виду.

1)Дело не в самих сигналах, как таковых, а в искажениях, вносимых всеми этими преобразованиями на пути от антенны к экрану компа со спектрограммой. Узкие импульсы я придумал как некий очевидный яркий пример.
2)Вот здесь я еще не подумал как следует, какие должны быть ограничения на параметры, чтобы можно было не думать о том, что что-то там на ноль умножается. Я собственно почти уверен, что все сигналы, которые преобразуются при помощи гетеродина, уже отфильтрованы, а частота гетеродина настроена так, что никаких проблем в той полосе, что покажет нам компуктер на спектрограмме, не будет

Добавлено after 3 minutes 41 second:
AlexS4, Это картинка про конкретный приемник, RSP1A. Переключатель видимо посчитали не слишком принципиально важной штукой.
Последний раз редактировалось PodBoT Сб дек 04, 2021 23:41:49, всего редактировалось 2 раз(а).

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Сб дек 04, 2021 23:27:46

узкие импульсы имеют широкий спектр :)
другими словами радиоканал это штуковина которая хорошо(эффективно) передает синусоиды

Re: Помогите разобраться в работе SDR-приемника.

Вс дек 05, 2021 00:54:24

Но у нас ведь до компуктера
Не до "компуктера", а до АЦП.
доходит уже демодулированный сигнал
Нет. Сигналы, обозначенные как I и Q - это НЕ демодулированные сигналы, это всего лишь перенесённый на ПЧ спектр всех сигналов на антенном входе, ограниченный диапазонным фильтром.
Ответить