Přihlásit se na XBMC-Kodi.cz

Tayloe Quadrature Product Detector v Softwarově definovaném rádiu

Jeden z nabízených přijímačů moderní koncepce SDR
> https://www.xbmc-kodi.cz/prispevek-zajim...#pid143621
mne zaujal tolik, že jsem začal pátrat po informacích objasňujících jeho fungování. Odkazů je mnoho, mnoho jsem nečetl.

Software Defined Radio, přijímač DeepSDR 101 (BaJei)
DSP SDR 100KHZ-149MHZ FM MW SSB CW HAM.

Quadrature Sampling Detector
QSD (US Patent č. 6230000, vypršel) vynalezl Dan Tayloe (N7VE) (Motorola) - jde o velmi efektivní řešení, česky jako kvadraturní vzorkovací detektor.
Místo komplikovaných mezifrekvenčních (IF) stupňů a filtrů převádí přijímač vysokofrekvenční signál (RF) přímo na základní pásmo (audio frekvenci, tj analogové vzorkování na nulovou mezifrekvenci, Zero IF).
Signál je vzorkován spínacím multiplexerem na čtyřech kondenzátorech, a to s přesným fázovým posunem,
Na výstupu generuje dvě kvadraturní složky – fázovou (I) a kvadraturní (Q). Díky tomu dokáže rádio přesně naladit frekvenci i modulaci signálu, aniž by trpělo na nežádoucí zrcadlové frekvence.
Přiblížení projektu SDR. Part 1 až 4 QEX 2002: https://www.arrl.org/software-defined-radio
..

I/Q signály jsou základním stavebním kamenem moderních softwarově definovaných rádií (SDR).

Složka I (In-phase / Fázová): Vznikne smícháním signálu s oscilátorem v původní fázi 0 stupňů.
Složka Q (Quadrature / Kvadraturní): Vznikne smícháním s oscilátorem, který je posunutý přesně o čtvrtinu cyklu, tedy o 90 stupňů.
Proč dvě složky místo jedné:
Pokud by rádio používalo pouze jeden signál (například jen složku I), nedokázalo by rozlišit, zda signál přichází z frekvence nad nosným kmitočtem oscilátoru, nebo pod ním. Vznikl by problém se zrcadlovými frekvencemi – obě strany by splývaly do sebe.Díky fázovému posunu o 90 stupňů mezi I a Q získá přijímač informaci o směru rotace signálu. Dokáže tak přesně určit, co je „vpravo“ a co „vlevo“ na spektrální ose.
Jak se z I/Q složek stane slyšitelné audio?
Jakmile Tayloe detektor vytvoří analogové signály I a Q, putují do analogově-digitálního převodníku (ADC). Od tohoto okamžiku se o zpracování stará matematika v DSP procesoru.

Přeměna na audio závisí na tom, jaký modulační režim (AM, SSB, FM) chce posluchač poslouchat:
1. Pro režim AM (Amplitudová modulace)AM rádio přenáší informaci v měnící se síle (amplitudě) signálu.Matematický výpočet: DSP procesor počítá délku vektoru pomocí Pythagorovy věty:
Amplituda = odmocnina součtu čverců (I na druhou + Q na druhou).
Výsledek: Tato vypočtená hodnota amplitudy v čase přímo odpovídá audio signálu, který se pošle do reproduktoru.
2. Pro režim SSB / CW (Jedno postranní pásmo / Telegrafie) U SSB (USB/LSB) potřebujeme potlačit jedno nežádoucí zrcadlové pásmo.
Matematický výpočet: DSP procesor posune fázi složky Q o dalších 90 stupňů (pomocí tzv. Hilbertovy transformace).
Výsledek: Následným sečtením (nebo odečtením) upravených složek I a Q se zrcadlová frekvence matematicky odečte a úplně vymaže. Zůstane pouze čistý signál horního (USB) nebo dolního (LSB) postranního pásma přeložený přímo do slyšitelného audia.
3. Pro režim FM (Frekvenční modulace). FM rádio přenáší informaci v měnící se rychlosti/frekvenci signálu.
Matematický výpočet: DSP procesor počítá aktuální úhel vektoru pomocí goniometrické funkce: Úhel = arctan (Q / I).
Výsledek: Sledováním toho, jak rychle se tento úhel mění v čase (změna frekvence), získá procesor původní zvukový signál.
Finální krok: Cesta do ucha. Všechny výše uvedené matematické operace probíhají v reálném čase tisíckrát za sekundu. Výsledný digitální proud vypočteného audia posílá DSP procesor do digitálně-analogového převodníku (DAC). Ten převede čísla zpět na elektrické kmity, které zesilovač pošle do sluchátek nebo reproduktoru rádioamatéra.

..
Jak probíhá přelaďování v celém pásmu 100 kHz až 139 MHz u DeepSDR 101 .
Řízení kmitočtu (Syntéza): Srdcem ladění je čip Si5351, který je řízen vestavěným mikrokontrolérem (MCU) na základě otočení mechanického enkodéru nebo volby na dotykovém displeji. Tento čip dokáže vygenerovat obdélníkový signál s přesností na 1Hz v celém požadovaném rozsahu.
Generování kvadratury (0° a 90°): Si5351 dodává do Tayloe detektoru dva kvadraturní signály posunuté o 90 stupňů.
Změna strategie podle frekvence:
Dlouhé, střední a krátké vlny (100 kHz až ~30 MHz): Si5351 běží přímo na čtyřnásobku požadované frekvence. Vnitřní digitální dělička (Johnsonův čítač) z tohoto signálu vytvoří čtyři spínací fáze (0, 90, 180, 270 stupňů).
VVK a FM pásmo (nad 30 MHz až 149 MHz): Protože by čtyřnásobek kmitočtu u 149 MHz znamenal téměř 600 MHz (což je mimo limity spínačů a generátoru), rádio se automaticky přepne na harmonické míchání (sub-sampling). Si5351 generuje nižší kmitočet a Tayloe detektor využívá jeho 3. nebo 5. lichou harmonickou složku k přímému míchání na cílovou frekvenci.
..
   
..
Protože Tayloe detektor dodává široké I/Q spektrum, procesor dokáže v reálném čase vykreslovat až 192 kHz široké spektrum a vodopád. Vidíte tak i stanice okolo té, kterou zrovna posloucháte. Pro poslech slouží samozřejmě střed a šířka ve slyšitelném spektru.

DeepSDR 101 je postaveno na procesoru, který nedisponuje bezdrátovým Wi-Fi/BT modulem. Rádio se nedokáže připojit k internetu, a nemá tak schopnost z EiBi serverů autonomně stáhnout data o naladěné KV frekvenci. Přes vestavěný USB-C port lze lze ale připojit k počítači a provozovat jej jako externí SDR přijímač s programy jako HDSDR. V počítačovém softwaru pak můž uživatel mít EiBi databázi plně integrovanou.
..