Делаем первые шаги с RTL-SDR. SDR приёмник из китайского USB свистка

Если вы когда либо хотели заняться радиолюбительством, не обязательно покупать собственное радиоприемное устройство. Слушать радиолюбительские частоты через веб-интерфейс позволят онлайн трансляции WebSDR. Опытным радиолюбителям проект будет не менее интересен, ведь более ста радиоприемников по всему миру предоставлены своими владельцами для публичного использования.

WebSDR - SDR приемник, подключенный к сети интернет, позволяющий любому себя настраивать и слушать радиоэфир. При этом программно-определяемая технология позволяет перестраивать приемник одновременно нескольким пользователям независимо и при этом прослушивать разные радиосигналы в отличие от множества классических радиоприемников, подключенных к сети интернет.

Серверная часть состоит из:

• ПК с ОС Linux, подключенного к сети интернет (необходима скорость около 100 kbit/s uplink на слушателя);
• программного обеспечения;
• радиоприемника с антенной. Часто роль приемного устройства выполняет квадратурный смеситель, подключенный к аудиокарте ПК.

Отдин из радиолюбителей запустил такой сервер на Raspberry Pi по схеме, показанной ниже.

Интерфейс программного обеспечения прост. Он состоит из водопада и инструментов для настройки web sdr приемника.

Слушать онлайн sdr приемники, расположенные в России можно по ссылкам:

Катану отдай,
Меч деревянный возьми.
Так модно теперь.

Пусть это покажется не патриотичным, но благодарить за то, что простым русским людям жить стало лучше и веселее, следует китайцев. Конечно, в области балета они далеко не впереди планеты всей, да и про Мурку пьяным баритоном петь душевно не умеют. Но всё равно найдётся, за что их можно искренне любить.

К примеру, Россия, зачем-то убившая свою электронику, сейчас самостоятельно не сделает промышленным способом даже банального бытового КВ радиоприёмника, какой в познавательных целях в советское время паяли 15-летние пацаны. Поэтому судьба нам пользовать китайские приёмники, если только найдётся, что слушать в эфире (с этим ).

Заслуга китайцев не столько в том, что они снабжают нас вполне и другими нужными штуками за впятеро меньший прайс, чем того бы можно было ожидать от отечественных спекулянтов. Без китайцев мы бы вообще не приобщились к некоторым современным технологиям.

Поскольку местный автор всё ещё сохранил детство, необузданно играющее в попе, он Вам сегодня расскажет, как стать полноценным Сноуденом всего за дюжину долларов инвестиций в китайскую экономику. Приобретя у братьев-китайцев очень хитрый девайс двойного назначения, а уж через него - не хилый экспириенс и безусловный профит.

TV донгл на чипсетах RTL2832U и Rafael Micro R820T

Это вот такая штука, выпускаемая в многочисленных модификациях, и доступная в любом магазине китайской электроники типа АлиЭкспресс:

С обратной стороны в блистер вложен CD-диск с софтом, и, скажем так, антенно-фидерная система - магнитное основание с кабелем и разъёмом, в которое вкручивается антенна из середки лицевой стороны блистера.

В сборе получается вот такая картинка:

Стоит сразу сказать, что пульт управления и CD-диск нам вообще не пригодятся. Так же совершенно всё равно, что будет написано на самом донгле в плане поддерживаемого им функционала (от этого зависит его цена). Важно лишь, чтобы в донгле были микросхемки тюнера R820T и АЦП RTL2832U.

По всей видимости, никто и никогда не покупает эти донглы для использования по прямому назначению (прослушивание радио и просмотр цифрового эфирного телевидения на экране компьютера), всех интересуют в первую очередь альтернативные способности девайса.

Ну и мы туда же:)

Китайцы очень хорошо нас понимают, а потому обязательно оговаривают в описании лотов использованный чипсет, и даже подтверждают это фотографией внутреннего содержимого (кликните на картинку, чтобы увеличить):

Чипы с числом ножек более дюжины - это те самые тюнер (слева) и АЦП (правее). Причём жизненно важно, чтобы чуть выше антенного разъёма транзистор о трёх ножках (промаркирован как D6) был таки впаян. Он символизирует собой два встречно-параллельных диода в одном корпусе, защищающих вход девайса от статики - китайцы очень любят экономить на таких вещах, и запросто могут диодную сборку не впаять, что Вам непременно потом аукнется.

Выяснив, как это выглядит, пора задаться вопросом, что же там внутри, и как оно работает.

Что внутри у TV-донгла?

Не так уж и много деталек - схема кликабельна:

SDR начального уровня на TV донгле.

У чипа RTL2832U нечаянно был обнаружен очень ценный режим, в котором все встроенные в чип штатные функции декодирования TV полностью отключаются, а сам чип начинает работать как банальный, но быстродействующий АЦП, позволяющий делать оцифровку с частотой до 3 миллионов восьмибитных выборок в секунду. Это нам понятно, мы с детства наслышаны про мирно пашущий трактор с вертикальным взлётом.

С помощью специального нестандартного драйвера чипом даже можно полноценно управлять по USB, и получать от него оцифрованный эфирный сигнал.

Эфирный сигнал поступает от тюнера, выполненного на чипе R820T. Чип может быть и другим, но этот интересен тем, что способен работать на частотах от 24 МГц до 1.75 ГГц. Принимаемая частота также выставляется через USB драйвер, а кусок радиодиапазона вблизи заданной частоты и шириной от 250 кГц до 3 МГц вырезается из эфира, и скармливается АЦП.

Внимательно прочитайте буковки ниже таблички с версиями драйвера.

Теперь стоит выбрать гнездо USB, к которому донгл и будет впоследствии подключаться. Иногда наблюдается нежелание оконечных девайсов работать с «чужими» портами без переустановки драйверов, так что тут на всякий случай будем педантичны.

Втыкаем в выбранное гнездо USB 2.0 наш донгл, купленный у китайцев.
Антенну подключать к нему пока не надо.

Винда ринется опознавать обнаруженное устройство, искать для него драйвера, а потом их ставить. На этом этапе мы ей пока не мешаем, так как Винда должна предварительно детектировать наличие так называемого Bulk-In Interface.

А вот когда Винда захочет поставить драйвера, но нигде их не найдёт, запрос на поиск и установку драйвера надо отклонить. Драйвер мы поставим свой, альтернативный.

Не исключён вариант, что Винда всё-таки найдёт какой-нибудь драйвер для нашего устройства в Интернете, и поставит его. Чтобы потом этот неправильный драйвер не выковыривать, целесообразно заблокировать компьютеру доступ в Интернет перед втыканием донгла.

Для установки правильного драйвера запускаем тулзу из пункта раз, вынутую из архива. Что в каком выпадающем меню должно быть установлено, видно на рисунке:

Правда, при очередном обновлении Винда запросто может предположить, что это всё-таки некое Реалтек аудио устройство, для которого следует поставить драйвер поновее.

Если автообновление Вашего компьютера не юзает запрос на одобрение таких действий, и всё обновляет автоматом, то после такого насилия донгл в качестве SDR работать откажется.

В таком случае Диспетчером Устройств это фиктивное аудиоустройство нужно снести, вытащить донгл из USB, и вставить его обратно. Винда заново активирует Bulk-In Interface, обнаружит и одобрит интерфейс инфракрасного управления (оно в донгле, как понимаете, есть), и вспомнит про ранее установленный драйвер - переставлять его не потребуется.

Программы для управления SDR приёмником.

Скажем сразу, таких программ воз и маленькая тележка. Каждая из них заточена под какое-то конкретное применение, и определённые вещи делает максимально удобным образом. Вот такой способен развлекать Вас не менее недели, ежели Вы любите коллекционировать ощущения. Кстати, это культовый сайт для нашего девайса, его стоит поизучать.

Самый цимес состоит в том, что нужный софт можно написать даже самостоятельно. Например, вот простейшего софта, который работает в консоли Винды, принимая либо какую-нибудь одну станцию, либо мониторя несколько каналов. Ресурсов кушает практически ноль, и для мониторингового приёмника подходит идеально.

Как следует из рисунка на примере подслушивания местных таксистов, в консоли Винды возможно организовать некий визуал - видеть спектр и силу сигнала станции в диапазоне частот, рисунок её модуляции на «водопаде». А поскольку в программе есть даже шумодав, то не проблема превратить этот мониторинговый приёмник в сервис трансляции радиопереговоров в Интернет. Легковесная прога, USB свисток в порту компьютера, и короткая антенна, обычно торчащая прямо из свистка - внешне всё совсем просто.

До такой степени просто, что всё хардваре по трансляции куска эфира в Сеть может выглядеть так:

Более сложные программы предполагают наличие желания в них разобраться, а также серьёзный подход к радиоприёму. Ну и требования к процессору компьютера будут выше на порядок.

Местный автор перепробовал множество вариантов, и считает, что наиболее универсальным, но в то же время максимально простым и удобным в эксплуатации, является софт под названием SDR# (или SDRSHarp, что одно и то же).

Ни один энтузиаст SDR приёма мимо него никак не пройдёт, а скорее всего, именно на нём и остановит свой выбор. Потому что архитектура программы модульная, а программа портабельная. Что Вам надо, то в неё и впендюрите. Что не нужно, то отрежете.

Вероятно, имеет смысл изучение темы начинать с ресурса , плюс , где для данной управляющей программы, ко всему прочему, выложен плагин DSD+ (приём цифровых каналов связи, которые в эфире звучат как малопонятное, но интригующее тыр-тыр-тыц). С инструкцией по активации и настройке, естественно.

Об антенне.

Не забывайте: то, что идёт в комплекте поставки донгла, хорошо работает лишь в районе 600 МГц, где живёт телевидение. Слушать там особо нечего.

В других диапазонах эта антенна работает так себе, хотя на неё и ловится FM радиовещание и всякие местные полицаи и таксисты. Но всё-таки гораздо лучше будет применить настоящую антенну на соответствующий диапазон, либо хотя бы навинтить на магнитное основание штыревую телескопическую антенну регулируемой высоты. Её уже можно настроить на нужную длину волны, хотя без противовеса она и не станет работать в полную силу.

Только правильная внешняя антенна, высунутая за пределы железобетонного здания, позволит раскрыть весь потенциал SDR приёмника.

Впрочем, это справедливо и для приёмника любого иного типа.

Недостатки SDR на базе TV-донгла с RTL2832U:

Недостаток фактически только один - низкий динамический диапазон приёмника, обусловленный минимальной разрядностью чипа (8 бит).

Это означает, что если в участке диапазона работает много станций, часть из которых проходит слабо, и Вы как раз слушаете одну из станций со слабым сигналом, то появление гораздо более мощной станции снижает чувствительность приёмного тракта до состояния, когда приём этой слабой станции становится проблематичен, или даже вовсе невозможным.

Эффект сказывается главным образом на УКВ, где связные станции имеют символическую мощность (от 5 до 7 Ватт), но где-то рядом с Вами периодически включается мощная базовая станция какого-нибудь полицейского РОВД.

Это принципиальный недостаток - динамику более 40-50 db Вы не получите.

Лечится это дело только наращиванием разрядности АЦП, но исключительно в ущерб цене.

Правда, с другой стороны, более высокая разрядность АЦП не позволит развернуть панораму на мегагерцы - у того же FUNcube Dongle Pro она составляет 192 кГц максимально. Это взаимно зависимые параметры, обусловленные конечной полосой пропускания порта USB – пропихнуть через порт можно сколько-то бит в секунду, и не больше.

Наиболее качественным изделием в этом классе, по мнению местного автора, является . Ценник не так сильно отличается от китайской бытовухи, но исполнение качественно иное.

Недостатки «голого» донгла.

Недостаток архитектуры приёмного тракта донгла тоже фактически только один - принципиальное отсутствие входных контуров (преселектора), либо хотя бы полосовых диапазонных фильтров, не позволяет реализоваться высокой чувствительности SDR приёмника по причине невеликого динамического диапазона.

Для серьёзного применения жизненно важно оснастить донгл сменными фильтрами на частоты тех диапазонов, что Вам интересны. Может быть, даже учредить преселектор, когда диапазон частот достаточно широк (например, 144-146 МГц).

Итого.

Несмотря на некоторые ограничения, обусловленные лишь бюджетностью конструкции, в умелых руках USB свисток класса «TV-донгл R820T+RTL2832U» за $10 способен стать основой для приличного приёмника, который ловит всё.

И в любой модуляции.

Но даже в состоянии «голый донгл без ничего» чудесный китайский девайс являлся бы мечтой любого радиолюбителя ещё каких-нибудь десять лет назад. А вот сегодня сиё чудо природы никого не удивляет, и 99% населения, прочитав восторги местного автора, даже и не поймёт, с чего это местный автор так счастлив, и по какому такому странному поводу.

О применении.

Как это ни странно звучит, но из комментариев позднее стало понятно: очень многие просто не понимают ценность девайса. Наивно полагая, что это всего лишь жалкое подобие приёмника, какие начинающие радиолюбители из трёх транзисторов паяют. Шипит, картавит, а толку мало.

На самом деле круг применений донгла много шире. Например, с помощью программы можно наглядно посмотреть силу сигнала различных сотовых сетей в любом месте, где этот вопрос хоть кого-то волнует. Например, на фазенде у местного автора наблюдается вот такая картина:

Сигналы сот покрашены в родные цвета операторов.

Из картины следует, что МТС тут весьма хорош, две его соты из четырёх идут мощно. Мегафон проходит слабее, и только одна его сота из трёх вблизи. Билайн явный аутсайдер, ибо все его четыре соты равноудалены, а сигнал от них слабый.

И никакие натурные испытания разных симок не понадобятся - полный расклад по качеству связи обретается буквально за три минуты. Без симок на руках.

Приём КВ на донгл.

В комментариях к этой статье есть упоминания про конвертеры. Местный автор соорудил один такой, и даже умудрился принять радиолюбителя за тысячу километров на шнур от чайника в качестве антенны.

На всякий случай, краткое описание конструкции.

Небольшая металлическая коробочка внутри поделена фольгированным стеклотекстолитом на два отсека, в меньшем из которых поселен донгл. Без всякой переделки, и лишения его ненужных, в общем-то, разъёмов:

Антенный вход выведен через перегородку во второй отсек, где собран фильтр 9 порядка, эффективно обрезающий всё ниже 60 МГц. Он распаян на плате, стоящей вертикально:

Расстояния между катушками намеренно оставлены большими.
Для чего использованы длинные трубчатые конденсаторы.
Таким образом, нужда в экранах между катушками отпала.

На горизонтальной плате собран конвертер на чипе SA612AN, с индуктивной связью на антенный фильтр донгла (на балансном выходе смесителя стоит индуктивность, расположенная вдоль оси первой индуктивности фильтра). Так что проблему суммирования сигнала с конвертера и УКВ антенны решать не пришлось.

Гетеродин исполнен на отдельном чипе кварцевого генератора 100 МГц.

На входе смесителя имеется парочка последовательных фильтров.
Первый отсекает всё, что ниже 3 МГц.
Второй обрезает то, что выше 30 МГц.
Оба фильтра 7 порядка.

Из всей коммутации - кнопка подачи питания на конвертер.
(УКВ антенну из гнезда при этом придётся вынуть):

Однако то, что в итоге получилось, местному автору не понравилось.

Видимо, был просчёт в конструкции, ибо схему местный автор рисовал сам. Где-то с согласованием сопротивлений промах, не иначе - приёмник получился откровенно туповат. Оценочно чутьё у него микровольт пять.

Скорее всего, идти по пути самостоятельного построения конвертера для донгла не очень разумно, так как есть уже готовые конструкции типа , в которых содержимое донгла укомплектовано всеми необходимыми каскадами для куда более качественного приёма КВ, да ещё и с коммутируемыми диапазонными фильтрами.

Причём с оформлением в корпус соизмеримого с предыдущим фото размера:

Где купить такой донгл на RTL2832U + R820T2 ?

Другие статьи категории «Радиоприём»

Перед тем, как обозреть симпатичную зверушку с китайским прищуром, марка которой указана в заголовке данного опуса, хочется для людей, не особо искушённых в радиоприёмных девайсах, чуток эти самые девайсы классифицировать. Иначе выбор китайской зверушки и восторги от неё не будут понятны. Если пойти прямиком на АлиЭкспресс…

Возобновляем писать обзоры про нужные в хозяйстве технические штуки. И, раз уж мы начали с мелкого приёмника TECSUN R-919, то продолжим тему разговором про что-нибудь чуть более солидное и самурайское. Но для начала, как повелось у местного автора испокон веков, зададим себе ряд далеко не очевидных вопросов.

Очень похоже, что блогу местного автора не помешает обзавестись кучкой категорий тематики «за жизнь». Ибо читать нескончаемые баллады с продолжением про «манимейкерствующего юзера» всем, наверное, уже до смерти надоело. Но только давайте даже в бессодержательном трёпе будем по-самурайски патриотичны. Раз уж Великий Путин…

№ 1

Ну вообще! Я тут всё никак не решусь на супер Tecsun S-2000 за 15 тысяч, а тут, получается, и не надо решаться? Флэшка и простенький ноут и всё???

Разница есть, ибо в Tecsun-е всё организовано аппаратно, а в донгле - программно, и нужен внешний компьютер, причём довольно производительный.

Ну и вообще-то Tecsun S-2000 работает в КВ, а донгл - выше по частоте. Не одно и то же.

И ещё. TV принимается DVB-T, оно у нас ловится?
Вроде как в раше надо DVB-T2..

ТВ у нас действительно не той религии, и ловиться на подобные донглы не будет. Теоретически. Ибо родной софт от свистка местный автор на комп даже не ставил, и экспириенса по данному вопросу не имеет.

№ 2

Благодарю за интересный пост. Заказал аналогичное, и потому жду продолжения ("... представит такую конструкцию, перекрывающую все КВ диапазоны плюс УКВ...")

Будет, но там потребуются прямые руки и мастерство ветеранов терморектального криптонализа. Что не всем покоряется.

№ 3

Вроде бы буквы знакомые, и местная терминология не напрягает, но так и не понял... Зачем таки Вам понадобилась эта наибанальнейшая погремушка?

В голову не приходит ничего кроме озвученого "местный автор всё ещё сохранил детство, необузданно играющее в попе" :))

Эта банальнейшая погремушка без проблем работает ВЧ/СВЧ частотомером, анализатором спектра, прикидывается аналогом японского сканирующего приёмника стоимостью в тысячу уёв (не по характеристикам, естественно, а при использовании в бытовых целях), а ещё про новости разговаривает внутри диапазона FM.

Ну и с правильной антенной служит рацией на приёме, причём на любой ныне существующий диапазон.

Понятно, что есть люди, которым всё это даром не надо.
Но есть и другие люди. Которым надо.

К примеру, только с данным донглом по его шикарной панораме местный автор наконец сумел точно вогнать в стандартную сетку несколько имеющихся у него PMR станций, ни одна из которых прямо с завода в той сетке не стояла и близко. И, как оказалось, рабочие частоты станций совпадали лишь примерно, слегка перекрываясь:)

Ну и как жить без такого полезного девайса?
Не, это как раз та мелочь, без которой - никак.

Петенька

№ 4

В статье ничего не отражено про порт стандарта USB 3.0. Производители описываемых девайсов уже подсуетились? Выпустили приёмник учитывающий данную спецификацию? Пропускная способность всё же повыше будет чем у USB 2.0

А оно им зачем?

TV донгл призван работать с одним каналом видео, которому за глаза хватает пропускной возможности USB 2.0 - вот когда на компьютере будут физически отсутствовать такие разъёмы, тогда и озадачатся.

Никто же мышку не вешает на USB 3.0, верно?

К тому же, довольно производительный ноутбук не осиливает полосу более 1 МГц шириной - начинаются артефакты звука. Процессора не хватает раньше, чем исчерпывается пропускная способность порта.

Программно-зависимые приёмники SDR на самом деле достаточно несложны и малогабаритны. Размером от спичечного коробка до пачки сигарет. Но как говорится, мал золотник, да дорог. При всей своей простоте, с компьютером и соответствующей программой, подобный приёмник превращается в достаточно серьёзное приёмное устройство. Вполне может использоваться как по прямому назначению, так и служить в качестве анализатора спектра. На сегодняшний день наиболее популярны приёмники разработанные YU1LM и различные варианты приёмникаSoftRock 40. Как правило, для упрощения конструкции, в качестве задающего генератора используется кварцевый генератор. С таким расчётом, чтобы центральная частота находилась в середине интересующего участка диапазона. Хотя ничего не мешает использовать и синтезатор частоты.

Рис.1 - Внешний вид простого SDR приемника

Для работы с такими приемниками создано несколько программ (например, Rocky, SDRadio, KGKSDR), которые обеспечивают перестройку по частоте путем изменения низкой промежуточной частоты (т.н. перестраиваемая ПЧ).

Рис.2 - Экранная форма программы для работы с SDR приемником

Блок-схема очень простого аналогового приемника для SDR на диапазон 40 м SoftRock40, который разработалиTony Parks, KB9YIG, и Bill Tracey, KD5TFD, приведена ниже. Он состоит из диапазонного полосового фильтра, квадратурного детектора Tayloe , малошумящего предварительного НЧ усилителя, кварцевого генератора на частоту 28,224 МГц, формирователя прямоугольных импульсов и делителя частоты на D-триггерах. Квадратурный детектор на быстродействующих ключах, предложенный D.Tayloe, N7VE, обладает большой перегрузочной способностью, низкими потерями, а также очень хорошими фильтрующими свойствами, т.к. этот детектор фактически включает в себя фильтр на коммутируемых конденсаторах. Частота кварцевого генератора в 4 раза превышает частоту принимаемого сигнала. С помощью D-триггеров частота кварцевого генератора делится на 4, а сигналы, подаваемые на квадратурный детектор, сдвинуты по фазе на 90о. Используя кварцевый генератор на частоту 28,224 МГц, можно принимать сигналы в диапазоне 40 м, находящиеся как выше, так и ниже частоты 7056 кГц.

Рис.3 - Структурная схема SDR приемника

Если частота дискретизации звуковой карты составляет 48 кГц, то на вход звуковой карты можно подавать сигналы частотой до 24 кГц. Следовательно, с упомянутым приемником перекрывается полоса частот от (7056 – 24) до (7056 + 24) кГц, т.е. 7032 - 7080 кГц. Прием в этой полосе ведется с использованием фазового метода подавления нерабочей полосы. Сигналы I и Q, сдвинутые по фазе на 90о, позволяют программному обеспечению отличать, как следует обрабатывать сигналы боковых полос в зависимости от того, выше или ниже частоты опорного кварцевого генератора (7056 кГц) ведется прием. При переходе частоты через ноль автоматически программно переключается боковая полоса, и, соответственно, получается удвоенная полоса приема. При частоте дискретизации звуковой карты 96 кГц диапазон перестройки SDR-приемника увеличивается до +/- 48 кГц. В зависимости от выбранной частоты дискретизации (48 или 96 кГц) желательно, чтобы частотная характеристика малошумящего предварительного НЧ усилителя имела завал на частотах выше 25 или 50 кГц соответственно. Любые сигналы, частоты которых расположены выше частоты дискретизации, будут интерферировать с полезными сигналами, вызывая появление побочных сигналов в потоке данных. Применив в опорном генераторе синтезатор частоты, формирующий сетку частот через 48 кГц или 96 кГц, на основе программы Rocky и аппаратной части SoftRock40 можно изготовить всеволновый всережимный SDR-приемник. Такой приемник имеет панорамный спектральный дисплей, DSP-фильтры с различной полосой пропускания и коэффициентом прямоугольности вплоть до 1,05 (!), традиционные для современных трансиверов и приемников функции подавления помех и снижения шума, автоматический notch-фильтр и т.д. Как правило, SDR-приемник обеспечивает демодуляцию практически всех распространенных видов излучения - CW, LSB, USB, AM, FM, а с помощью дополнительного программного обеспечения и цифровых видов - как радиолюбительских, так и коммерческих (например, DRM - цифрового радиовещания). Итак, какие же практические преимущества предлагает в настоящее время SDR по сравнению со стандартным радиолюбительским приёмником или трансивером? Первое и основное ключевое преимущество заключается в том, что программная часть SDR позволяет “увидеть” радиосигналы - не только тот, который принимается на определенной частоте, но и сигналы, которые присутствуют в определенном участке любительского диапазона. Это стало возможным благодаря очень высокой чувствительности и разрешающей способности панорамного спектрального дисплея. Steve Ireland, VK6VZ - “фанат” диапазона 160 м - построил SDR приемник на свой любимый диапазон. Тестируя Rocky и SoftRock на слабых телеграфных DX сигналах в диапазоне 160 м, VK6VZ отмечает, что, по сравнению с трансивером Yaesu FT-1000MP, из каждого четвертого сигнала, который он видит на экране компьютера, на слух, при перестройке FT-1000MP по диапазону, можно было заметить только один из них. А вот панорамный спектральный дисплей Rocky позволяет увидеть сигналы всех любительских передатчиков в полосе частот около 48 кГц, и кликом мышки настроиться на прием любого из них. Кстати, имея более 200 подтвержденных стран на диапазоне 160 м, VK6VZ считает, что стран было бы гораздо больше, если бы он в предыдущие годы использовал SDR-приемник. Спектральный дисплей в программе можно растянуть на всю ширину экрана монитора. Располагая самый интересный для радиолюбителя участок спектра перед глазами, можно действительно сказать: “Вижу, что диапазон представляет сегодня”. Кроме того, для работы спектрального дисплея используется полифазное быстрое преобразование Фурье, что позволяет отчетливо различать даже очень слабые сигналы на экране компьютера, которые при стандартном преобразовании просто сливаются. VK6VZ нашел, что слабые CW сигналы (S2 - S3) в диапазоне 160 м отчетливо отображаются даже летом, когда уровень шума на этом диапазоне очень велик. Кроме панорамного спектрального дисплея, который имеет очень высокое разрешение по частоте, в SDR-программах часто встроен дисплей с высоким разрешением по времени (“водопад”). Этот дисплей позволяет видеть даже телеграфные посылки, передаваемые со скоростью до 40 слов в минуту. Кроме того, с помощью “водопада” можно оценить спектральную чистоту принимаемых сигналов, в частности, увидеть выбросы на фронтах телеграфных посылок. Еще одно ключевое преимущество SDR заключается в том, что благодаря компьютерной обработке сигнала, когда селективность обеспечивается цифровыми методами, а не кварцевыми и электромеханическими фильтрами, у оператора появляется возможность непрерывной коррекции требуемой селективности. Например, в программе Rocky простым кликом мышки на “бегунке” управления шириной полосы пропускания фильтра и перетаскиванием бегунка можно плавно изменять ширину полосы пропускания выбранного фильтра (для телеграфного фильтра - от 600 до 20 Гц). Это означает, что можно действительно оптимизировать полосу пропускания для принимаемого сигнала с точки зрения получения наилучшего отношения сигнал/шум. Кроме того, фильтрация и подавление шума в SDR значительно лучше, чем в любом аналоговом трансивере, даже оборудованном дополнительными устройствами DSP. Говоря о SDR, также нельзя не отметить программную реализацию автоматической регулировки усиления, которая, в отличие от классической (аппаратной), обеспечивает оптимальный динамический диапазон выходного сигнала. Кроме того, в SDR автоматическая регулировка усиления имеет не только привычные состояния “быстрая”, “медленная” и “выключена”, но и позволяет регулировать такие параметры как время атаки, задержки включения и восстановления, порога срабатывания и т.д. Как правило, радиолюбители достаточно скептически относятся к S-метрам промышленных трансиверов, не говоря уже о самодельных конструкциях. И это вполне заслуженно, ведь традиционно S-метр зависим от напряжения системы АРУ. Да и калибровка в различных моделях трансиверов оставляет желать лучшего.

Рис.4 - S-meter

В SDR приёмнике, а точнее в программе, измерения никак не связаны с АРУ. Панорама замеряет уровни доDSP фильтра основной селекции, S-метр после. До этой части нет никаких регулируемых каскадов, способных изменить уровни сигналов. Достаточно откалибровать программу одним известным напряжением на антенном входе, например 50 мКв, хотя это значение не принципиально. Математика в дальнейшем безошибочно будет определять уровни сигналов на входе приёмника, начиная от уровня собственных шумов приёмной части, до максимально возможных. Это значит, что и S-метру и панорамному анализатору SDR радио вполне можно доверять не только при работе в эфире, но и использовать как измерительный прибор или анализатор спектра. Один американский радиолюбитель метко высказался по этому поводу, SDR - это измерительный комплекс с возможностями радио. Попробуйте собрать SDR приёмник, думаю он вас не разочарует и будет настоящим помощником в шэке.

Уверен, для многих из вас, как и для меня совсем недавно, происходящее в радиоэфире было настоящей магией. Мы включаем телевизор или радио, поднимаем трубку сотового телефона, определяем свое положение на карте по спутникам GPS или ГЛОНАСС - и все это работает автоматически. Благодаря RTL-SDR у нас появился доступный способ заглянуть внутрь всего этого волшебства.

Как уже говорилось, RTL-SDR - это целое семейство дешевых ТВ-тюнеров, способных выполнять функцию SDR-приемника. У этих игрушек разные названия и бренды, но объединяет их одно - все они построены на чипсете RTL2832. Это микросхема, содержащая два 8-битных АЦП с частотой дискретизации до 3,2 МГц (однако выше 2,8 МГц могут быть потери данных), и интерфейс USB для связи с компьютером. Эта микросхема на входе принимает I- и Q-потоки, которые должны быть получены другой микросхемой.

R820T и E4000 - это две наиболее удобные для SDR микросхемы, реализующие радиочастотную часть SDR: усилитель антенны, перестраиваемый фильтр и квадратурный демодулятор с синтезатором частоты. На рисунке - блок-схема E4000.

Разница между ними следующая: E4000 работает в диапазоне ~52–2200 МГц и имеет немного большую чувствительность на частотах менее 160 МГц. Из-за того что производитель E4000 обанкротился и микросхема снята с производства, остающиеся тюнеры покупать все труднее, и цены на них растут.

R820T работает в диапазоне 24–1766 МГц, однако диапазон перестройки внутренних фильтров сильно затрудняет работу R820T выше 1200 МГц (что делает невозможным, например, прием GPS). На данный момент тюнеры на этой микросхеме легко купить, и стоят они около 10–11 долларов.

Также продаются тюнеры на микросхемах FC0012/FC0013/FC2580 - у них очень серьезные ограничения по частотам работы, и лучше их не покупать. Узнать, на какой микросхеме сделан тюнер, можно в описании товара или спросив у продавца. Если информации по используемым чипам нет - лучше купить в другом месте.

Покупка

В розничных магазинах их не найти, поэтому нам поможет aliexpress.com . Пишем в поиске R820T или E4000, сортируем по количеству заказов, внимательно читаем описание (там должно быть явно написано, что тюнер использует микросхемы RTL2832 + E4000 или RTL2832 + R820T), и можно заказывать. Присылают обычно почтой России, в течение 3–6 недель.

В комплекте с тюнером будет и крошечная антенна - ее, конечно, лучше заменить. Хорошие результаты можно получить, используя обычную комнатную телевизионную антенну МВ-ДМВ «рога». В описании товара также нужно обратить внимание на разъем антенны - и либо искать тюнер с обычным телевизионным разъемом, либо расчехлять паяльник и делать переходник / перепаивать разъем. При пайке очень легко убить устройство статическим электричеством, так что заземляйтесь.

На многих тюнерах рядом с коннектором антенны отсутствуют защитные диоды (в данном случае U7) - их можно либо впаять самому (один к земле, один от земли - я, например, впаял 1N4148), либо оставить как есть, и антенну голыми руками не трогать и всячески беречь от статического электричества.

Софт и API для работы с RTL2832

rtl_sdr

Rtl_sdr – драйвер, обеспечивающий «нецелевое» использование данных с TV-тюнеров на базе rtl2832. В Windows вам придется заменить драйвер тюнера по умолчанию на WinUSB с помощью программы Zadig.

Rtlsdr.dll требуют все SDR-программы, и зачастую эта DLL уже идет в поставке софта, использующего RTL2832.

Rtl_sdr также можно использовать и через консольную утилиту, чтобы протестировать тюнер или слить кусок эфира в файл:

Rtl_sdr -f 1575520000 -g 34 -s 2048000 out.dat

При дальнейшей обработке нужно помнить, что в файле байты I- и Q-потоков идут поочередно.

SDRSharp

Что послушать в радиоэфире?

Радиопереговоры в безлицензионных диапазонах

Гражданские рации, не требующие регистрации в России, работают на частотах 433 и 446 МГц. Впрочем, в Москве русскую речь там услышать сложно. Их сразу и без проблем слышно в SDRSharp, модуляция NFM.

Поскольку каналов много, очень полезен плагин для SDRSharp AutoTuner Plugin - он автоматически включает частоту, на которой ведется передача, и таким образом можно слушать сразу все каналы раций.

Чтобы слушать рации на частоте 27 МГц, нужен тюнер с микросхемой R820T или внешний конвертер в случае E4000 (например, описанный ранее Ham It Up v1.2). Оптимальная антенна для 27 МГц уже требуется более серьезная, длиной ~2,59 или ~1,23 м.

Радиопереговоры полиции

Полиция в Москве и во многих других регионах России перешла на использование цифровых радиостанций, работающих в стандарте APCO-25 (P25). В P25 данные передаются в цифровом виде со сжатием и кодами коррекции ошибок - это позволяет увеличить дальность устойчивой связи и больше каналов впихнуть в ту же полосу радиочастот. Также существует опциональная возможность шифрования переговоров, однако обычная полиция работает без шифрования.

Для приема P25-раций можно использовать декодер DSD . DSD ожидает аудиоданные на входе. Перенаправить аудио с SDRSharp в DSD можно с помощью Virtual Audio Cable. DSD весьма критичен к настройкам SDRSharp - я рекомендую устанавливать AF Gain около 20–40%, возможно отключать галочку Filter Audio. Если все идет по плану - в окне DSD побегут декодированные пакеты, а в наушниках будут слышны переговоры. Эта схема также работает с упомянутым плагином AutoTuner в SDRSharp.

Найти частоты предлагаю читателям самостоятельно, так как эта информация не является открытой.

Радиопереговоры самолетов и диспетчеров

По историческим причинам для радиосвязи в авиации используется амплитудная модуляция. Обычно передачи с самолетов лучше слышно, чем от диспетчеров или погодных информаторов на земле. Диапазон частот - 117–130 МГц.

Прием сигналов с автоматических передатчиков самолетов ADS-B

ADS-B используется для того, чтобы и диспетчер, и пилот видели воздушную обстановку. Каждый самолет регулярно передает параметры полета на частоте 1090 МГц: название рейса, высота, скорость, азимут, текущие координаты (передаются не всегда).

Эти данные можем принять и мы, чтобы лично наблюдать за полетами. Два популярных декодера ADS-B для RTL2832 - ADSB# и RTL1090. Я использовал ADSB#. Перед запуском желательно настроиться на 1090 МГц в SDRSharp, посмотреть, есть ли сигнал и какая ошибка частоты из-за неточности кварцевого генератора. Эту ошибку необходимо скомпенсировать в настройках Front-end’а: Frequency correction (ppm). Нужно помнить, что величина этой ошибки может изменяться вместе с температурой приемника. Найденную коррекцию нужно указать и в окне ADSB### (предварительно закрыв SDRSharp).

Оптимальная антенна-монополь для 1090 МГц получается длиной всего 6,9 см. Так как сигнал очень слабый, тут очень желательно иметь дипольную антенну, установленную вертикально с такой же длиной элементов.

ADSB# декодирует пакеты и ждет подключений по сети от клиента, отображающего воздушную обстановку. В качестве такого клиента мы будет использовать adsbSCOPE .

После запуска adsbSCOPE необходимо открыть пункт меню Other -> Network -> Network setup, нажать внизу на кнопку adsb#, убедиться, что указан адрес сервера 127.0.0.1. Затем на карте необходимо найти твое местоположение и выполнить команду Navigation -> Set Receiver Location. Затем запустить подключение к ADSB#: Other -> Network -> RAW-data client active.

Если все сделано правильно, то в течение нескольких минут ты сможешь увидеть информацию о самолетах (если, конечно, они пролетают рядом с тобой). В моем случае с антенной-монополем можно было принимать сигналы от самолетов на расстоянии примерно 25 км. Результат можно улучшить, взяв более качественную антенну (диполь и сложнее), добавив дополнительный усилитель на входе (желательно на GaAs), используя тюнер на основе R820T (на этой частоте он имеет более высокую чувствительность по сравнению с E4000).

Прием длинно- и коротковолновых аналоговых и цифровых радиостанций

До прихода интернета КВ-радиостанции были одним из способов узнавать новости с другого конца земного шара - короткие волны, отражаясь от ионосферы, могут приниматься далеко за горизонтом. Большое количество КВ-радиостанций существует и поныне, их можно искать в диапазоне ~8–15 МГц. Ночью в Москве мне удавалось услышать радиостанции из Франции, Италии, Германии, Болгарии, Великобритании и Китая.

Дальнейшее развитие - цифровые DRM-радиостанции: на коротких волнах передается сжатый звук с коррекцией ошибок + дополнительная информация. Слушать их можно с помощью декодера . Диапазон частот для поиска - от 0 до 15 МГц. Нужно помнить, что для таких низких частот может понадобиться большая антенна.

Помимо этого, можно услышать передачи радиолюбителей - на частотах 1810–2000 кГц, 3500–3800 кГц, 7000–7200 кГц, 144–146 МГц, 430–440 МГц и других.

Радиостанция «судного дня» - UVB-76

UVB-76 расположена в западной части России, передает на частоте 4,625 МГц с начала 80-х годов и имеет не до конца ясное военное назначение. В эфире время от времени передаются кодовые сообщения голосом. Мне удалось принять ее на RTL2832 с конвертором и 25-метровую антенну, спущенную с балкона.

GPS

Одна из самых необычных возможностей - прием навигационных сигналов со спутников GPS на TV-тюнер. Для этого понадобится активная GPS-антенна (с усилителем). Подключать антенну к тюнеру нужно через конденсатор, а до конденсатора (со стороны активной антенны) - батарейка на 3 В для питания усилителя в антенне.

Далее можно либо обрабатывать слитый дамп эфира matlab-скриптом - это может быть интересно в целях изучения принципов работы GPS, - либо использовать GNSS-SDR , который реализует декодирование сигналов GPS в реальном времени.

Принять аналогичным способом сигнал с ГЛОНАСС-спутников было бы затруднительно - там разные спутники передают на разных частотах, и все частоты в полосу RTL2832 не помещаются.

Другие применения и границы возможного

RTL2832 можно использовать для отладки радиопередатчиков, подслушивания за радионянями и аналоговыми радиотелефонами, для разбора протоколов связи в игрушках на радиоуправлении, радиозвонках, пультов от машин, погодных станций, систем удаленного сбора информации с датчиков, электросчетчиков. С конвертором можно считывать код с простейших 125 кГц RFID меток. Сигналы можно записывать днями, анализировать и затем повторить в эфир на передающем оборудовании. При необходимости тюнер можно подключить к Android-устройству, Raspberry Pi или другому компактному компьютеру для организации автономного сбора данных из радиоэфира.

Можно принимать фотографии с погодных спутников и слушать передачи с МКС - но тут уже потребуются специальные антенны, усилители. Фотографии декодируются программойWXtoImg .

Есть возможность захватывать зашифрованные данные, передаваемые GSM-телефонами (проект airprobe), в случае если в сети отключен frequency-hopping.

Возможности SDR на основе RTL2832 все-таки не безграничны: до Wi-Fi и Bluetooth он не достает по частоте, и, даже если сделать конвертер, из-за того, что полоса захватываемых частот не может быть шире ~2,8 МГц, невозможно будет принимать даже один канал Wi-Fi. Bluetooth 1600 раз в секунду меняет рабочую частоту в диапазоне 2400–2483МГц, и за ним будет не угнаться. По этой же причине невозможен полноценный прием аналогового телевидения (там нужна принимаемая полоса 8 МГц, с 2,8 МГц можно получить только черно-белую картинку без звука). Для таких применений нужны более серьезные SDR-приемники: HackRF, bladeRF, USRP1 и другие.

Тем не менее возможность исследовать как аналоговый, так и цифровой радиоэфир, прикоснуться к спутникам и самолетам теперь есть у каждого!