SDR = Software-Defined Radio

 

Criado em 16-08-2006, atualizado em 30-11-2014. Por PY4ZBZ.

 

Veja aqui como funciona um SDR.

 

Classificação  e  tipos  de SDR

 

Veja aqui um ótimo exemplo de SDR : o SDRZero.

 

O FUNcube Dongle

 

O RTL-SDR (RTL2832U+E4000)

 

O SDR-IQ, da RF SPACE

 

Veja aqui um programa DSP para SDR

 

E agora um WebSDR no Brasil !

 

Veja aqui como receber DRM (Digital Radio Mondiale) com o SDRZero

 

Veja aqui a recepção de sinais HamDRM com o SDRZero e soft do HB9TLK

 

Veja e ouça aqui o efeito Doppler de um satélite, com o SDRZero !

 

Veja aqui o "Spectrometer" feito com SDR.

 

Opere Online um WebSDR em 20, 40 e 80 m, na University of Twente

 

VLF com um SDR

 

Testes com um osciloscópio

 

Recepção DRM de emissoras da Europa em ondas medias !

 

Sinais estranhos captados com SDR

 

 

Primeiros testes: (16-08-2006)

Comprei e montei um kit do SDRZero, sem nenhuma dificuldade maior, a não ser que tive que colocar em paralelo (ou será em serie?) com os meus óculos normais (astigmatismo) um outro par de óculos daqueles para "vista cansada" !!! Assim, as pulgas SMD ficaram bem visíveis !

Uma das principais características de um SDR é permitir a rejeição da freqüência imagem, que é um inconveniente de qualquer conversor heterodino, sem a necessidade de um filtro físico, como acontece em qualquer receptor "normal". No SDR, essa rejeição é feita matematicamente pelo software SDR, em cima dos sinais I e Q, oriundos dos dois conversores heterodinos no hardware do SDR, onde cada um recebe o mesmo sinal de oscilador local, porém com 90 graus de defasamento de um para o outro, gerando assim os dois sinais de freqüência intermediara FI chamados I (de In fase) e Q (de Quadratura). Lembramos que a freqüência imagem é sempre é situada simetricamente , com referencia ao oscilador local (o zero na figura abaixo), em relação a freqüência RF desejada (o texto na figura abaixo).

Teste de rejeição da freqüência imagem (soft=Winrad):

A freqüência imagem é simplesmente invisível, pois está abaixo do ruído de fundo. A placa de som é uma simples "on-board" ! A fraca linha em 1,15 kHz é a fuga de portadora do modulador balanceado do meu transceptor SSB ! 

Um desequilíbrio de amplitude e/ou um erro de fase dos sinais I e Q são umas das causas de uma má rejeição, como pode ser visto na figura seguinte, onde inclusive pode ser visto porque da denominação de "imagem", pois o espectro da freqüência imagem é invertido, em relação ao espectro desejado, assim como uma imagem refletida num espelho, que no caso, é a freqüência do oscilador local !:

 

Transmissão de imagem para waterfall com o DIGTRX:

 

 

Testes de recepção de DRM :

 

Em 02-09-2006, 17:50 local, fiz o primeiro teste de recepção de sinais DRM (Digitale Radio Mondiale) usando o SDRZero. Acredito que seja mais uma primeira no Brasil !

A emissora sintonizada foi a Deutsche Welle em 7515 kHz, com transmissor situado em Taldom na Rússia, com potencia de 40 kW, feixe a 261 graus, portanto não realmente dirigido para o Brasil, mas mesmo assim recebido com SN de 19,2 dB no soft Dream, e decodificação 100 % do sinal digital estéreo assim como o Journaline, como mostra a figura seguinte (escolhi esta emissora pelo fato de estar na faixa do filtro de entrada do SDRZero) :

 

Foi usada a seguinte configuração:

Um SDRZero e um computador onde rodam os softwares CIAO e Dream e o driver VAC (Virtual Audio Cable).

1 - SDRZero com oscilador local externo em 30 MHz, obtendo assim a freqüência central de recepção em 7500 kHz. (usei o meu FT100D para gerar esse sinal de 30 MHz... Depois arrumei um cristal de 30 MHz e voltei a usar o LO interno do SDRZero)

2 - Software CIAO Radio V1.23 de I1RFQ, recebendo os sinais I-Q do SDRZero, e com saída redirecionada para um cabo de áudio virtual VAC. O CIAO permite escolher e filtrar a banda de 10 kHz do sinal DRM (centro em 7515 kHz)  e fazer a transposição espectral do sinal de RF para a banda base de áudio, onde continua sendo uma imagem do sinal DRM em RF, apenas está em outra banda, com as suas mais de 200 portadoras moduladas em QAM-COFDM !... Está na banda de áudio, mas ainda NÃO está demodulado !. No caso do meu teste, ocupa  uma banda de 1 a 11 kHz. Ajustei propositalmente o filtro do SDR para pegar mais 1 kHz de cada lado, portanto com largura total de 12 kHz. O CIAO no modo demonstração só funciona em USB, o que não é problema, pois o que interessa é fazer a transposição espectral do sinal DRM, e para tal serve tanto USB ou LSB. Se a banda estiver invertida, o Dream permite re-inverter o espectro (opção "flip input spectrum") e tudo fica normal. Notei que as entradas I e Q do CIAO estão invertidas em relação as saídas do SDRZero, para que o espectro esteja no sentido correto. A figura 1 abaixo mostra a sintonia do sinal DRM pelo CIAO.

3 - A saída do VAC é ligada na entrada do software Dream, que recebe a banda base do sinal DRM (na faixa de áudio, transposto em freqüência pelo CIAO. É bom notar que a interligação pelo VAC na banda de áudio é feita de forma DIGITAL). O Dream é que faz todo o trabalho muito complexo de demodulação do sinal digital DRM, em um sinal de áudio de altíssima qualidade : AAC+, semelhante ao MP3. O Dream usa taxa de amostragem fixa em 48 kHz, pois o sinal DRM somente ocupa uma banda de 10 kHz. A figura 2 abaixo mostra o espectro recebido do CIAO pelo Dream.

 

Figura 1.  Tela do CIAO, onde se vê o espectro do sinal RF vindo da antena (dipolo em V invertido para 40 metros), e destacado em fundo preto, o sinal DRM, ocupando 10 kHz, com freqüência central em 7515 kHz. O espectro menor abaixo mostra o detalhe da parte filtrada e convertida (transposta espectralmente) pelo CIAO, onde com o mouse, se pode alterar a vontade as freqüência de corte baixa e alta, e corresponde a espectro de saída do CIAO, e que é igual ao espectro de entrada do Dream, através do VAC:

 

Figura 2.  Espectro recebido do CIAO pelo Dream. O espectro total vai de aproximadamente 0 a 12 kHz, filtrado pelo CIAO, mas o espectro útil do sinal DRM está entre 1 e 11 kHz :

Nota-se o efeito do QSB seletivo, que causa "notchs" que passeiam por cima do espectro DRM, o que é normal na banda de 40 metros nessa hora e distancia ! :

As figuras seguintes mostram a configuração das entradas/saídas dos softs CIAO e Dream, redirecionadas para o cabo virtual (VAC), que permite interconectar "virtualmente" a saída do CIAO para a entrada do Dream, como mostrado no diagrama em blocos acima. Se ligarmos a saída do CIAO diretamente para os alto-falantes (no caso "sound out device OUT2", ouviremos apenas uma espécie de ruído branco, formado pelas mais de 200 portadoras do sinal DRM :

A saída "sound out" do Dream  vai para os alto falantes.

 

 

Obs.: O software CIAO permite fazer a figura de Lissajous dos sinais I e Q (opção I&Q xy na config. acima), que no caso de uma portadora mais forte (em 7056 kHz), deve ser um círculo, pois I e Q são dois sinais de mesma amplitude e defasados de 90 graus. O ruído de fundo se sobrepõe ao circulo, tornando-o "nebuloso":

 

 

Em 05-09-2006 fiz outro teste, desta vez usando o SDRadio V0.99 de I2PHD, no lugar do CIAO . O zero da escala de tempo (em minutos) do gráfico da SNR e % de áudio decodificado na tela do Dream corresponde a 21:00 UTC (18:00 local), quando a emissora DRM saiu do ar. O registro mostra os últimos 15 minutos, onde os picos foram devidos a mudanças de antena de recepção :

Esta versão 0.99 do SDRadio só tem um inconveniente: apesar de permitir escolher com o mouse o limite superior do filtro em muito mais que 10 kHz (Hi na faixa azul claro, onde aparece Lo e Hi), na verdade o sinal transposto tem limite superior fixado num máximo próximo de 10 kHz. Como o limite inferior também é fixado num mínimo de 50 Hz, consegue-se no máximo uma banda da ordem de 9950 Hz, o que é um pouco justo para receber corretamente a banda de 10 kHz do sinal DRM. Ficam faltando uma ou duas das mais de 200 portadoras ! Mas como em DRM existe um poderoso sistema FEC de correção de erros, a demodulação ainda é possível, como mostra a figura acima, apesar da sintonia do SDRadio ser um pouco critica.

Agora (08-09-2006), não existe mais esse problema, que foi prontamente corrigido na versão 1.00, após um pedido meu, pelo autor do SDRadio ! Muito obrigado Alberto !

 Hoje também, as 20:00 UTC, consegui sintonizar pela primeira vez um sinal com AMSS Amplitude modulation signalling system, (a BBC em 9410 kHz), como pode ser visto na figura seguinte:

 

Usando o IC-725 :

 

E agora também, o meu SDRZero sintoniza de  0 a 30 MHz ! Montei nele um cristal de 36 MHz, para poder ter a freqüência central de recepção em 9 MHz, o que permite sintonizar no SDRZero a segunda FI do meu IC725, com centro em 9011,5 kHz, na entrada do filtro de AM, mais precisamente no catodo do diodo de comutação D21(diagrama em blocos aqui), onde a largura é da ordem de 20 kHz, o que permite sintonizar facilmente DRM. O sinal AMSS acima foi recebido assim. É claro que o filtro original de entrada do SDRZero foi eliminado.

A figura seguinte mostra a curva de resposta da FI do IC725, feita apenas com ruído na entrada:

 Os mais ou menos 10 kHz de cada lado do centro em 9011,5 são suficientemente planos para poder receber confortavelmente uma transmissão DRM, como pode ser visto na figura seguinte, da radio CVC, em 17660 kHz. É possível ver inclusive os 3 pilotos do sinal DRM, assim como a ausência de 3 portadoras no meio do espectro (ou freqüência zero) do sinal DRM, que é uma característica do modo A (no modo B só falta uma, a central). De qualquer forma, o software Dream compensa automaticamente esta ligeira curvatura da função de transferência estática, pois ele é capaz de corrigir dinamicamente os efeitos do desvanecimento seletivo, que frequentemente, causa distorções muito maiores de amplitude :

A figura seguinte mostra como foi bem recebida em 12-09-2006, as 23:30 UTC, a radio Vaticano, em 9750 kHz, com feixe dirigido para a América do norte, e apesar de duas emissoras de AM, uma no limite superior (9755 kHz) e outra no limite inferior (9745 kHz) da banda DRM, e cujas portadoras são bem visíveis nos espectros do SDRadio e Dream. Interessante notar que a data informada está um dia adiantada ! ? ! :

 

Finalizando (por enquanto...)

Como agora eu uso o "front-end" do IC725 como conversor de 0 a 30 MHz, e o SDRZero operando fixo na segunda FI do IC725, não preciso mais de nenhum software SDR para receber DRM (Digital Radio Mondiale) com o SDRZero, pois o Dream, que realmente é um programa fantástico, permite escolher como sinais de entrada (entre varias outras opções, vide Help do Dream) os sinais I e Q vindo de qualquer hardware de SDR, como por exemplo do SDRZero, fazendo a devida matemática de I+jQ,  rejeitando assim a freqüência imagem !.

Para isso, basta rodar o Dream com a linha de comando : dream.exe -c 3

As figuras seguintes mostram onde foi retirado o sinal de Fi no IC725, com cabo blindado, na entrada do filtro AM. O IC726 deve estar no modo AM para que o sinal da Fi de 9Mhz seja enviado ao SDRZero:

A figura seguinte mostra a curva de resposta da FI do IC725, vista no Dream, apenas com ruído na entrada, confirmando a curva já mostrada mais acima, com o SDRadio. O Dream processa apenas as freqüências positivas resultantes do calculo de I+jQ, pois um sinal DRM nunca tem mais que 20 kHz de banda (hoje se usa normalmente 10 kHz). Com a opção c -4 por exemplo, permite escolher as freqüências negativas dos sinais I e Q, o que equivale a inverter os canais I e Q nas entradas Direita e Esquerda da placa de som.  Assim. o espectro de entrada do Dream vai de 0 a 24 kHz (usa taxa de amostragem fixa em 48 ks/s). Portanto, a figura abaixo mostra de 0 a 24 kHz o que na entrada do SDRZero corresponde a 9000 até 9024 kHz (9000 é a freqüência do oscilador local do meu SDRZero) :

A figura seguinte mostra uma emissora DRM, sintonizada em 15440 kHz, com IC725+SDRZero+Dream. Há uma emissora de AM interferente exatamente na mesma freqüência, sendo que a sua portadora e algumas raias laterais são bem visíveis. Um sinal DRM não tem portadora na freqüência central, também chamada freqüência zero, como pode ser muito bem visto no espectro ampliado feito com o SDRadio, mais acima. Obs.: o espectro abaixo está invertido pela opção "flip input spectrum" do Dream, pois a FI de 9 MHz do IC725 tem banda invertida. O sinal DRM, apesar de aparentemente ser perfeitamente simétrico, não o é, porque, entre outros detalhes, os três pilotos estão situados em portadoras de freqüências positivas (podem ser vistos na metade direita do espectro DRM). Um sinal AM por exemplo, é simétrico, e pode ser demodulado independentemente do seu espectro ser invertido ou não. Mas DRM (assim como SSB), não podem ser demodulados com espectro invertido, e devem portanto ter a orientação correta :

Outro ponto a favor do Dream, é que suporta comandos CAT para varias dezenas de rádios, entre eles o IC725. Como eu tenho a interface caseira CAT ligada entre o PC e o IC725, basta clicar numa linha da lista de emissoras do Dream (Stations Dialog..., e apos ter acertado o setup em "Remote" com o modelo do radio e porta serial usada) para que o radio mude imediatamente para a freqüência desejada ! :

Até a sintonia fina pode ser feita no Dream com as setinhas de cada lado da janela de freqüências, e que dependendo do modelo do radio, ainda permite visualizar o seu S meter (o 725 não tem esta opção nos seus comandos CAT).

Quase consegui pegar, em17-09-2006, a emissora "bit eXpress", de Erlangen na Alemanha, com feixe dirigido somente para a referida cidade e com apenas 100 watts em 15896 kHz ! Estou aguardando ansiosamente a volta da propagação com a chegada do ciclo solar 24 ! O sinal DRM estava apenas pouco acima do ruído !:

E finalmente, em 23-09-2006, consegui copiar pela primeira vez uma transmissão da minha terra:

Em 10-10-2006 21:00 UTC, captei a emissora RNZI (Radio New Zealand International), com 100% de áudio em 15720 kHz (observe que na Nova Zelândia, já é dia 11 !) :

Outra emissora DRM, muito bem copiada em Sete Lagoas, a Radio Netherland World-wide, com transmissor na Guiana Francesa. O espectro mostra uma emissora AM 10 kHz acima, em 17820 kHz:

 

O melhor sinal já recebido, com mais de 31 dB de SNR ! Teste DRM feito em Montsinéry na Guiana francesa, com 150 kW em 17875 kHz, dirigidos para o Brasil (veja as 7 figuras seguintes):

 

Duas transmissões DRM de uma só vez ! no waterfall é claro ! A figura seguinte mostra duas emissoras DRM, a CVC do Chile em 17860 kHz (esquerda) e a TDF da Guiana francesa em 17875 kHz (direita), captadas em 21-11-2006. Observe o desvanecimento seletivo totalmente diferente nas duas, devido a localização diferente das emissoras (o waterfall tem altura de 40 segundos):

 

Sinais bastante diferentes, recebidos com o SDRZero:

IMPRESSIONANTE: Acredito ser um radar trans-horizonte, em 14832 kHz. Ocupa 20 kHz de largura, e a transmissão faz uma varredura em dente de serra com freqüência de 25 vezes por segundo (período=40 ms). As vezes, é possível ver ecos entre as linhas de varredura (não é o caso nesta figura):

Outros radares trans-horizonte, com escala de tempo diferente (altura do waterfall = 10 segundos). No espectro, ainda se vê o rastro da varredura, com 8 kHz de largura. Esse sinal é muito difícil de captar, pois dura pouco e muda constantemente de freqüência, na banda de 10 a 30 MHz ! A transmissão começa com alguns pulsos muito fortes e característicos (parte inferior do waterfall):

Sinal desconhecido, aleatório, com intervalos de 1 a 3 mn, em 19300 kHz, tempo total 8 segundos:

 

Sinais PicFall transmitidos por PY4ZBZ em Sete Lagoas MG e recebidos em São Paulo pelo Spectrometer feito com um SDR:

Acima: PY4ZBZ em QR code !

 

Em 27-11-2006, fiz um levantamento de uma hora do sinal DRM da CVC, usando o IC-725 com o SDRZero, como descrito aqui, e um dipolo para 20 metros. A intensidade do sinal era S9:

Obs.:  CDA: Correctly Decoded Audio.       CDT: Correctly Decoded Transmissionframes.

No dia 28, fiz outro levantamento, agora com a CVC no modo B (anteriormente, ela estava sempre no modo A). Pode ser observado uma grande melhora na recepção, em CDA e CDT, com o mesmo sinal de S9:

 

 

73 de Roland