Сравнение SDR приёмников: Airspy, SDRplay и HackRF . Часть 1
Если вы решили обновить свой RTL-SDR на что-то более качественное, но при этом ваш бюджет “слегка” ограничен, существует три варианта – это достаточно популярные в народе девайсы: Airspy, SDRplay RSP и HackRF. Все они укладываются в диапазон цен от 150$ до 300$. В этом обзоре мы рассмотрим эти три девайса и сравним их друг с другом на различных тестах.
Обратите внимание на то, что это – очень длинный анализ. Если Вы не хотите читать весь обзор, тогда просто переходите к заключениям в конце статьи.
Какие параметры отличают хороший SDR приёмник? В этом анализе мы рассмотрим производительность приёмной части Airspy, SDRplay RSP и HackRF (HackRF позволяет работать на передачу). Сначала мы определим некоторую терминологию, особенности и спецификации, которые требуются для качественного SDR приёмника.
• Отношение сигнал/шум (SNR). — При приёме сигнала основной параметр, который мы будем измерять – это отношение сигнала к шуму. Отношение сигнал/шум — это отношение пиковой мощности полезного сигнала к мощности шума.
• Ширина полосы обзора (Bandwidth) – Высокая ширина полосы обзора, означает больше сигналов на экране сразу, а также возможна дополнительная программная децимация сигнала (лучше SNR). Недостатком является то, что для высокой ширины полосы обзора – необходима большая мощность процессора.
• Отсутствие фантомов в полосе обзора – Полоса обзора на дисплеях SDR имеет тенденцию скатываться на краях, а также показывать фантомные изображения других сигналов. Ширина полосы обзора без завалов на краях, и без фантомных сигналов является фактической полосой обзора и обычно меньше заявленной в спецификации.
• Чувствительность – Высокая чувствительность позволяет принимать слабые удалённые сигналы, и получать высокие значения SNR.
• АЦП (ADC) – Аналого-цифровой преобразователь. Основной компонент в SDR. АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровые биты. Высокая разрядность АЦП обеспечивает высокий динамический диапазон, и большое отношение сигнал/шум.
• Перегрузка – Перегрузка возникает при очень сильном входном сигнале, при этом происходит насыщение АЦП в итоге невозможно различить слабые сигналы. На экране это выглядит как резкое снижение чувствительности и появление фантомных сигналов.
• Динамический диапазон – Непосредственно зависит от разрядности АЦП, но также зависит и от обработки программным обеспечением DSP. Высокий динамический диапазон позволяет SDR слышать слабые сигналы, при наличии мощных соседних сигналов. При низком динамическом диапазоне мощный входной сигнал насыщает АЦП, и приём слабых сигналов становится невозможным. Динамический диапазон может быть увеличен путём применения входных диапазонных фильтров.
• Фантомы – Плохие SDR приёмники, вероятнее всего перегрузятся и покажут изображения мощных сигналов там, где их не должно быть. Это может быть исправлено с помощью фильтрации, либо с помощью увеличения динамического диапазона путём повышения разрядности АЦП.
• Помехозащищённость – Хороший SDR приёмник ничего не должен принимать без подключённой антенны. Если он принимает сигналы без антенны, то сигналы помехи могут проходить непосредственно через монтажную плату, лишая возможности фильтровать их. Хороший SDR также хорошо справится с помехами, приходящими через USB.
• Предварительная селекция сигнала – высокоэффективный SDR приёмник, должен иметь на входе диапазонные фильтры для предварительной селекции сигнала, которые переключаются в зависимости от принимаемой частоты.
• Центральный DC Шип — Хорошие СДР приёмники должны иметь хорошую I / Q балансировку, чтобы предотвратить появление шипа в центре.
• Фазовый шум – Уровень фазового шума, определяется качеством используемых кварцевых генераторов. Низкие фазовые шумы кварцевого генератора означают лучший SNR для узкополосных сигналов и меньшее взаимное влияние близких сигналов. Взаимное влияние состоит в том, что слабый сигнал теряется в шумах фазы соседнего мощного сигнала.
• Стабильность частоты – Нам нужно что бы частота не изменялась в зависимости от температуры. Для достижения этого, должны использоваться TCXO или подобные стабильные кварцевые генераторы.
• Структура приёмного тракта — Общий дизайн системы. Какие потери вносят компоненты, например, коммутаторы, используемые в РЧ канале. По мере увеличения сложности конструкции обычно больше компонентов добавляют в РЧ канал, это может уменьшить производительность RX.
• Программное обеспечение – аппаратные средства являются только половиной SDR приёмника. Программное обеспечение может обеспечить определённое преимущество перед соперниками.
Далее мы познакомимся с особенностями каждого устройства и заявленными техническими характеристиками.
Заявленные характеристики и особенности
| Airspy | SDRPlay RSP | HackRF |
| Цена (USD) | $199 / $ 249 USD (с конвертером Spyverter) + доставка ($5-$20). | $149 USD + доставка ($20-$30 весь Мир, бесплатная доставка в США) |
П о разрядности АЦП видно , что Airspy и SDRplay RSP находятся в другом классе производительности RX по сравнению с HackRF . Тем не менее, люди всегда сравнивают Airspy и SDRplay с HackRF из-за их примерно равной ценовой категории , поэтому мы будем продолжать сравнивать эти три устройства в нашем обзоре , но с большим акцентом на сравнение Airspy и SDRplay RSP .
Для того чтобы использовать Airspy на частотах HF диапазона (0 — 30 МГц) требуется добавить 50$ на приобретение повышающего преобразователя Spyverter. Он, предназначен для подключения к Airspy с питанием по фидеру. Тем не менее, есть одно неудобство, связанное с тем что Spyverter должен быть подключен/отключен каждый раз, когда вы хотите, переключаться между HF и VHF/UHF диапазонами, поскольку он не имеет переключателя входов. SDRPlay и HackRF с другой стороны, может принимать HF без необходимости использования повышающего преобразователя или необходимости переключения входов. Один вход для HF и UHF может быть очень удобен, если у вас есть выносной антенный переключатель
Системные требования
| Airspy | SDRplay RSP | HackRF |
| Требуется быстрый современный ПК. Сайт Airspy предполагает по меньшей мере Intel i3 2.4 ГГц процессор. Создатели также предложили проверить оценку процессора в программе PassMark и убедится, что ваша оценка процессора выше 3500. Вы также должны убедиться, что у вас высококачественный контроллер High Speed USB 2.0. Некоторые контроллеры, как известно, не в состоянии обеспечить полную требуемую пропускную способность. Обновите драйверы USB, если у вас есть проблемы. Требования могут быть несколько снижены с помощью функции “bit packing”» это является особенностью Airspy. Требования к процессору значительно выше, чем у двух других вариантов, поскольку Airspy поддерживает частоту дискретизации только 10 MSPS. Доступна 2,5 МГц частота дискретизации, но предупреждают, что она работает нестабильно на данный момент. Airspy также использует другой режим работы USB по сравнению с RSP, которая требует большей мощности процессора. | Никаких конкретных требований не требуется, но мы считаем, что минимальные требования значительно ниже, чем это необходимо для Airspy. RSP также поддерживает различные полосы пропускания, которые могут уменьшить требования к процессору. В интернет отчётах указывается что SDRplay может прекрасно работать на старых ПК, таких как Core 2 Duo, хотя максимальная частота дискретизации может быть ограничена. | Никаких конкретных требований не задано, кроме необходимости хорошего высокоскоростного USB-порта для запуска HackRF на более высокой частоте дискретизации. На самой высокой частоте дискретизации 20 MSPS, по нашим оценкам, требования к процессору, подобны предъявленным к Airspy. |
Изначально у нас были проблемы при запуске Airspy на нашем ПК, на величине ширины полосы 10 МГц. Были значительные потрескивания и дрожание на спектре, из-за потерянных пакетов. Либо наш старший процессор Intel i5-750 2,67 ГГц (PassMark 3732, но разогнанный до 3,33 ГГц) не достаточно быстрый для такого большого количества данных, либо плохой чипсет USB. После обновления драйверов USB до последней версии стало лучше, но заикание всё равно присутствует. Наши проблемы были решены, когда мы обнаружили функцию упаковки битов. С помощью этой функции Airspy заработал нормально на 10 МГц. Эта особенность уменьшает количество данных, необходимых для получения одних и тех же результатов. Мы также протестировали Airspy на более современном Intel i5-3470 @ 3,2 ГГц с PassMark счётом 6568, и он прекрасно работал на 10 MSPS без необходимости упаковки битов, но странно, на этом процессоре были потери пакетов, когда упаковка битов была включена. С другой стороны, на ноутбуке Intel, не было никакой проблемы с запущенным Airspy с выключенной упаковкой битов. На ноутбуке i5-4200U @ 1,60 ГГц CPU (PassMark 3280) Airspy немного заикался даже с включеной упаковкой.
RSP нормально работал на всех ПК, на которых мы пытались его запускать (все i5 и i7, упомянутые выше) и он также «летал» и на максимальном значении 8 МГц.
На наших процессорах i5-750 и i5-4200U мы не смогли запустить HackRF на частоте 20 МГц без существенного треска и дрожания на спектре из-за потерянных пакетов. При снижении частоты до 16 МГц заработал нормально. На i5-3470 HackRF хорошо работал на 20 МГц.
Мы контролировали использование USB с помощью монитора производительности Windows, и обнаружили, что Airspy (с упаковкой бит на 10 МГц), использовал 30 000 000 байт в секунду, SDRplay RSP (на 8 МГц) 25 000 000 байт в секунду и HackRF (на 20 МГц) 40 000 000 байт в секунду.
Было упомянуто нам командой SDRplay, что главной причиной, почему SDRplay хорошо работает с более старыми аппаратными средствами, является использование изохронного режима драйвера USB, который отличается от объёмного режима, использованного Airspy. Изохронный режим резервирует необходимую пропускную способность USB, тогда как объёмный режим этого не делает. Таким образом существует больший риск потери пакетов в объёмном режиме. Однако недостаток изохронного режима — то, что нет никакой возможности узнать, сколько пакетов было потеряно, если произошла ошибка передачи. Это означает, что в изохронном режиме невозможно осуществить последовательное получение, которое является одним из случаев использования с Airspy, — внешний ввод частоты.
Мы также отмечаем, что Airspy отправляет необработанные выборки АЦП на PC с последующим преобразованием в IQ на PC. SDRplay RSP делает то же самое, но в режиме нулевой ПЧ, отправляет данные IQ.
Физические размеры и дизайн
| Airspy | SDRplay RSP | HackRF | |
| Размеры | 5.3 x 2.5 x 3.9 см | 9.7 x 8.0 x 3 см | 12.2 x 7.6 x 1.7 см |
| Вес | 65 g | 110 g | 100 g |
| Антенный разъём | SMA | SMA (F-Type на старых выпусках) | SMA |
| USB разъём | Micro USB | USB B | Micro USB |
| Корпус | Алюминий | Пластик | Пластик |
| Дополнительные разъёмы | MCX CLKIN разъём | Нет | SMA F for CLKIN and CLKOUT |
| Физические нопки Управления | Нет | Нет | RESET and DFU (Firmware flash) buttons. |
| Примечание | — | Предыдущие версии SDRPlay (как наш девайс) использовали разъём антенны F-типа. | — |
Airspy является самым маленьким в сравнении с SDRplay и HackRF.
В радиочастотных устройствах рекомендуется применять экранированный корпус, чтобы предотвратить проникновение радиопомех в сигнальный тракт. Из трёх устройств, только Airspy поставляется в алюминиевом корпусе, и хороший контакт осуществляется с помощью гайки на разъёме SMA и через края дорожек на печатной плате. HackRF и SDRplay RSP и поставляются в пластиковых корпусах и не имеют экранировки.
Все три SDR устройства используют стандартный разъем SMA. Предыдущие версии SDRplay RSP, а также тот который мы использовали в этом обзоре, были с F-Type разъёмом. Нам не нравится разъем F-типа, так как он менее распространён в области радио и он имеет худшие радиочастотные свойства, так что это хорошо что они изменили разъем в новых версиях. Больше никаких изменений в SDRplay RSP не производились за исключением замены разъёма, поэтому мы считаем, что это не должно существенно повлиять на результат.
Мы не любим порт микро-USB, используемые на Airspy и HackRF поскольку он имеет тенденцию легко разбалтываться, вызывая плохой контакт в разъёме причём от нескольких движений. Но из-за ограничений по размеру мы понимаем, почему они были использованы. HackRF действительно иногда выключался, когда мы перемещали кабель или устройство вокруг себя, но у нас не было такой проблемы с Airspy. Micro-USB разъёмы также легко отламываются от платы, однако корпуса Airspy и HackRF позволяют выдерживать адекватную нагрузку. Отметим также, что Airspy R2 получил значительно улучшенный разъём Micro-USB, который практически невозможно сломать. Несмотря на это, как и на любом разъёме мы бы не советовали применять слишком большие усилия.
Разъем USB-B на RSP является прочным и надёжным. Кроме того, на него легче найти высококачественные экранированные кабели USB.
Установка и использование на Windows
| Airspy | SDRplay RSP | HackRF |
| Установка заключается в простом подключении Airspy в USB-порт компьютера, Windows автоматически установит драйвера. Затем пользователю нужно открыть SDR #, выбрать Airspy с самого начала меню и запустить программу. | Для запуска SDRplay RSP требуется установка драйверов, скачанных с сайта SDRplay.com. Так как SDRplay RSP не имеет официального программного обеспечения, второй шаг требует установки плагина для SDR # или другого поддерживающего SDRplay программного обеспечения, например, HDSDR. Вся процедура настройки проста, но это не Plug and Play. | Установка на Windows, похожа на установку RTL-SDR. Просто запустите Zadig и установите драйвер WinUSB для HackRF. После этого вы можете работать на Windows, с SDR #. |
Все устройства было легко установить на Windows, но установка Airspy была самой простой, благодаря поддержки Plug and Play.
Доступное программное обеспечение
| Airspy | SDRplay RSP | HackRF |
| Родная программа SDR #. Также совместим с HDSDR, SDR-Console на Windows и GQRX на Linux. Хорошая поддержка для некоторых других программ, которые наиболее часто используются для RTL-SDR: ADS-B: ADS Spy & Modesdeco2. Магистральные: Unitrunker, SDRTrunk. Также неофициально разработана библиотека Extio позволяя ему работать с любым приложением, поддерживающим библиотеку ExtIO. Например, DAB, SDR-J, DRM30, DMR +, SoDiRa, FFT, Spectrum Lab. Хорошая поддержка для Raspberry Pi 2, особенно для ADS-B, где они разработали официальный 20Mbps ADS-B декодер, утверждают, что производительность лучше, чем специальных ADS-B приёмниках. Linux и Mac драйверы с открытым исходным кодом. | Совместимость с SDR # до версии 1400, HDSDR и SDR-Console с помощью плагинов. Совместимость с SDR # ограниченна, сторонние плагины не работают. SDRplay RSP также совместим с любым приложением поддерживающими библиотеку Extio. Например, DAB, SDR-J, DRM30, DMR +, SoDiRa, FFT, Spectrum Lab. Доступны драйверы Linux, и плагины для SoapUI SDR, CubicSDR, Pothos и GNU Radio. CubicSDR также работает с SDRplay RSP на Mac. Планируется улучшенная поддержка Raspberry Pi 2 и Android. | Совместимость с SDR #, HDSDR и SDR-Console на Windows, GQRX на Linux и RF Analyzer на Android. Несколько программ с открытым кодом на GitHub, но мало «Plug and Play» приложений. Больше подходит для использования с программным обеспечением GNU Radio. |
Одним из преимуществ использования Airspy с программой SDR #, это наличие функции децимации (“decimation”). На широкой полосе обзора трудно обнаружить или настроиться на узкополосный сигнал. Можно использовать функцию масштабирования, но при увеличении мы потеряем в разрешении. Функция децимации уменьшает отображаемый диапазон частот, но сохраняет высокое разрешение, позволяя легко отличить слабые сигналы от шума. Дополнительным бонусом является то, что эффективное число разрядов АЦП увеличивается с децимацией, это означает, что сигналы могут иметь более высокий визуальный SNR (полная аудио децимация выполняется автоматически). Это делает Airspy очень удобным для настройки и просмотра слабых узкополосных сигналов.
SDRplay RSP может достичь аналогичного эффекта отображения, за счёт снижения пропускной способности, однако это означает, что используется более низкая частота дискретизации и, следовательно происходит меньшая децимация.
SDRplay и HackRF не имеют функцию децимации программного пока, хотя команда SDRplay пишут, что у них запланирована возможность децимации на следующем обновлении API. RTL-SDR имеет эту функцию через сторонний плагин, написанный Василием возможно, эта функция может быть легко реализована.
Расчёт себестоимости
Это очень грубые предположения, и они могут быть в высшей степени неточными. Обратите внимание, что эти затраты только некоторых частей, и они не принимают во внимание производственные затраты, затраты инженерного времени и поддержки накладных расходов персонала и т.д.
Sdrplay микропереключатель у антенного входа для чего
RSPduo это радикально новая версия приемника от SDRplay. Архитектурно он отличается от предыдущих версий приемников RSP1 и RSP2 в основном тем, что в RSPduo встроено два аппаратно независимых тюнера, выводящих данные через один интерфейс USB 2.0. Снаружи RSPduo выглядит аналогично RSP2pro, и может работать так же, однако потенциально RSPduo может предоставить новый уникальный набор рабочих сценариев. В этой статье использовались материалы с сайтов [1, 2, 3]. Непонятные термины и сокращения см. в разделе «Словарик» статьи [10].
Рис. 1. Приемник RSPduo, общий вид.
Приемник RSPduo также основан на чипе Mirics MSi2500, и работает в диапазоне частот 1 кГц .. 2000 МГц.
Основные параметры приемника RSPduo:
— Два идентичных приемника в одном устройстве.
— Непрерывный диапазон частот 1 кГц .. 2000 МГц.
— Фильтры LPF 2 МГц для диапазонов LW и MW.
— Фильтры BPF диапазонов коротких волн 2 .. 12 МГц, 12 .. 30 МГц, 30 .. 60 МГц.
— Фильтры BPF диапазонов VHF, UHF, SHF: 60 .. 120 МГц, 120 .. 250 МГц, 250 .. 300 МГц, 300 .. 380 МГц, 380 .. 420 МГц, 420 .. 1000 МГц.
— Фильтр HPF 1000 .. 2000 МГц.
— Реализованы режекторные фильтры для диапазонов MW, FM, и DAB+.
— Чувствительность 0.16 мкВ при полосе частот 1.5 кГц на модуляции SSB в диапазоне 20 м.
— Расширенный динамический диапазон за счет фильтров, усилителей, ступенчатого аттенюатора и АЦП разрядностью 14 бит.
— Стабилизированный опорный генератор тактовой частоты 24 МГц (TCXO) с точностью 0.5 ppm.
— Два антенных входа 50 Ом с разъемами SMA и один высокоомный вход Hi-Z.
— Вход и выход опорной частоты.
— Разъем USB 2.0 Type B.
— Питание от 5V разъема USB.
— Прием и демодуляция сигналов AM, SAM, LSB, USB, CW, FM с поддержкой аппаратуры и ПО.
— Максимальная полоса частот обзора 10 МГц с помощью программы SDRuno.
— Размеры 95x80x30 мм, вес 320 грамм.
Рис. 2. Общая блок-схема внутреннего устройства приемника RSPduo.
На схеме рис. 2 хорошо видно, что RSPduo содержит 2 тюнера в отличие от приемника RSP2, в котором имеется один тюнер и переключаемые антенные входы (см. рис. 3).
Рис. 3. Общая блок-схема внутреннего устройства приемника RSP2.
Примечание переводчика: здесь термин «приемник» обозначает все устройство RSP в целом, а термин «тюнер» обозначает один аппаратный канал обработки радиосигнала внутри приемника.
RSPduo работает по принципу настраиваемого тюнера, это не Direct Sampling SDR, такой как Perseus SDR [6]. RSPduo имеет три антенных порта, два из которых относятся к Tuner 1. Высокоомный вход Hi-Z предназначен для работы в диапазоне частот 1 кГц .. 30 МГц, сигнал проходит через переключаемые фильтры LPF, а также через режекторные фильтры MW и DAB. Режекторные фильтры подключаемые, и их наличие позволяет подавить сигналы помех диапазона средних волн и цифрового вещания, что улучшает прием в диапазоне коротких волн.
Входы 50 Ом работают в полном диапазоне частот 1 кГц .. 2 ГГц. Они снабжены режекторными фильтрами MW, FM и DAB, чтобы снизить уровень нежелательных сигналов в этих диапазонах частот. Сигнал также проходит через различные фильтры LPF, BPF и HPF. Антенный вход 50 Ом Tuner 2 имеет возможность подключения внешнего антенного усилителя, питаемого по кабелю (BiasT, активная антенна, рассчитанная на питание напряжением 4.7V).
Внутренний генератор тактовой частоты достаточно точный, однако дополнительно RSPduo содержит выход и вход тактовой частоты. Выход позволяет синхронизировать работу нескольких приемников RSP, а вход позволяет подавать сигнал тактов от внешнего точного сигнала тактирования, например от приемника GPS [7].
Микросхема MSi2500 содержит два АЦП, это позволяет оцифровывать аналоговые I/Q сигналы базового диапазона, когда тюнер используется в режиме Zero IF. Однако тюнер может также работать в режиме Low IF, когда один АЦП используется для оцифровки выхода тюнера. В результате получается два независимых тюнера, работающих одновременно, однако это будет работать только в том случае, когда оба тюнера работают в режиме Low IF. В режиме Low IF максимально плоская полоса фильтров IF может быть 1.536 МГц, в то время как в режиме Zero IF можно расширить полосу этих фильтров до 8 МГц.
Это определяет, как можно использовать RSPduo. SDR-приемник может работать либо с каждым тюнером по отдельности (в одно и то же время активен только один из тюнеров) в режиме Zero IF, когда отображаемая полоса частот составит 10 МГц, либо с двумя тюнерами одновременно, тогда максимальный отображаемый диапазон частот будет 2 МГц.
Рис. 4. Более подробная блок-схема RSPduo.
На рис. 4 можно увидеть, что Tuner 1 содержит два антенных входа — порт 50 Ом и порт Hi-Z. В отличие от приемника RSP2 порты 50 Ом обоих тюнеров могут принимать частоты до 1 кГц, и у них значительно улучшены динамические характеристики в сравнении с антенными входами RSP2. Дополнительно, как и у приемника RSP1A, на обоих антенных 50 Ом портах есть фильтры низких частот 0 — 2 МГц, которые помогают снизить помехи в диапазонах LF и MW (ДВ и СВ). В отличие от RSP2, порт Hi-Z приемника RSPduo имеет режекторный фильтр и фильтр низких частот 0 — 2 МГц, что позволяет снизить перегрузку радиотракта сильными MW AM сигналами и случайными помехами от результатов подмешивания частот HF. Порт Hi-Z призван обеспечить самые отличные параметры приема диапазонов LF и MW, намного лучшие, чем у RSP2. Порты 50 Ом Tuner 1 и Tuner 2 показывают очень хорошие параметры в диапазонах от LF до 2 ГГц, но лучше всего работают в диапазонах HF и выше, поскольку для входа Hi-Z нет фильтров дополнительной преселекции на частотах выше 2 МГц. Порты 50 Ом Tuner 1 и Tuner 2 должны показывать такие же параметры, как и 50 Ом входы приемника RSP1A, однако за счет режекторного фильтра 50 Ом входы RSPduo работают лучше в диапазонах MW и VHF FM, снижая помехи UHF в диапазона Band 3 (120 — 250 МГц).
Блок опорной частоты значительно улучшен, и теперь может выводить на GPSDO сигнал 0 — 3V без какой-либо схемы интерфейса. Этот сигнал может служить в качестве главных тактов (master clock) для других приемников RSPduo или RSP2, и будет работать как подчиненный вход тактов (slave clock) принимая сигналы от RSP2, работающего как источник master clock. Во время тестов было обнаружено, что «горячее» переключение на тактирование между внешними и внутренними тактами не приводит к зависанию чипа MSi2500, что не было возможно с приемником RSP2.
Как и в приемнике RSP1A, в приемнике RSPduo применяется 14-битный АЦП, который может делать выборки с частотой 6 МГц или ниже.
Одновременное использование двух тюнеров RSPduo (хотя и с пониженной полосой приема) делает возможными определенные ключевые сценарии:
1. Одновременный мониторинг двух широко разнесенных друг от друга по частоте диапазонов — например, диапазонов 40 метров и 2 метра.
2. Одновременные приложения микширования и совпадения — например сканирование ADS-B и ATC.
3. Когерентная демодуляция по фазе и по времени сигналов с двух приемников.
Сценарий 3 очень сложно обеспечить с помощью двух отдельных устройств USB из-за внутренней латентности интерфейсов USB и их обработки драйвером в операционной системе. Таким образом, даже если возможно обеспечить одинаковый захват фазы и тактов нескольких RSP2, неопределенность в задержке пакетов USB будет означать, что не будет обеспечено строгое выравнивание двух единиц времени при осуществлении демодуляции сигнала. Единственный способ обойти эту проблему — использовать корреляцию времени в программном обеспечении, что требует «тренировочной последовательности», примененной к обоим устройствам RSP. Для RSPduo нет подобного ограничения, потому что весь трафик данных проходит через единый интерфейс USB, и это открывает новые пути применения декодирования сигналов, например учет пространственного расположения антенн, частоты и поляризации сигнала, что потенциально дает большую выгоду в плане качества приема.
[Одновременная работа двух тюнеров]
Хотя тюнеры могут управляться полностью независимо друг от друга в плане усиления и настройки частоты, существует один общий фактор для тюнеров, который не может (и в сущности не должен) быть раздельным, и это частота дискретизации АЦП.
По этой причине, какой бы тюнер не настраивался первым, эта настройка будет диктовать частоту дискретизации второго тракта приема. Чтобы было понятнее, обозначим первый тюнер как «Master», и второй как «Slave».
В режиме Low IF (только в этом режиме два тюнера могут работать одновременно) будет доступно только два варианта частоты дискретизации:
1) 6 МГц — это даст разрешающую способность АЦП 14 бит, однако с несколько ухудшенными параметрами анти-алиасинга на самой широкой полосе приема.
2) 8 МГц — это даст разрешающую способность АЦП 12 бит, однако с несколько более лучшими параметрами анти-алиасинга на самой широкой полосе приема.
На частоте дискретизации 6 МГц нагрузка на будет CPU будет несколько меньше.
[Новая концепция API]
Проблема существующего API в том, что когда начинается разработка приложения со встроенным API, просто не возможно определить заранее, что доступно с точки зрения приемников. Поэтому разработчики коренным образом поменяли концепцию организации API.
В текущем реализации API если одно приложение уже настроило приемник SDRduo как ADC Master, и друге приложение пытается настроить другой приемник способом, который невозможен, то приложение выдаст ошибку и (что скорее всего) аварийно завершится. Таким образом, вместо API, встроенного в приложение (как в SDRduo) в виде отдельной DLL (как сделано в ПО HDSDR и SDR Console), необходима работа API как фоновой «службы» Windows и «демона» Linux и Mac OS. При таком реализации API служба постоянно опрашивает, что доступно с точки зрения приемников, и взаимодействует с приложением при его старте. Поэтому можно избежать попытки приложения при старте конфигурировать тюнер в режим, который просто невозможен, потому что другой тюнер уже назначен как Master в другом приложении.
Матрица доступных опций аппаратуры (для одного приемника RSPduo) для различных приложений показана в таблице:
| Рабочий режим | Доступные антенные порты Tuner 1 | Доступные антенные порты Tuner 2 | Частота дискретизации Master | Частота дискретизации Slave | Полоса обзора Tuner 1 | Полоса обзора Tuner 2 | Рабочий диапазон Tuner 1 | Рабочий диапазон Tuner 2 |
| Один тюнер (Tuner 1) | 50 Ω/Hi-Z | Недоступно | 2 .. 10 МГц | Недоступно | 200 кГц .. 8 МГц | Недоступно | 1 кГц .. 2 ГГц | Недоступно |
| Один тюнер (Tuner 2) | Недоступно | 50 Ω + Bias T | 2 .. 10 МГц | Недоступно | Недоступно | 200 кГц .. 8 МГц | Недоступно | 1 кГц .. 2 ГГц |
| Два тюнера (Tuner 1 Master) | 50 Ω/Hi-Z | 50 Ω + Bias T | 6/8 МГц | Определяется Tuner 1 | 200 кГц .. 1.536 МГц | 200 кГц .. 1.536 МГц | 1 кГц .. 2 ГГц | 1 кГц .. 2 ГГц |
| Два тюнера (Tuner 2 Master) | 50 Ω/Hi-Z | 50 Ω + Bias T | 6/8 МГц | Определяется Tuner 2 | 200 кГц .. 1.536 МГц | 200 кГц .. 1.536 МГц | 1 кГц .. 2 ГГц | 1 кГц .. 2 ГГц |
Во избежание сомнений, что API на основе службы работает корректно с одним экземпляром SDRuno, приемник RSPduo будет работать точно так же, как RSP2 в режиме с одним тюнером, выбранном в основной панели. Выбор либо порта 50 Ом, либо порта Hi-Z, связанного с Tuner 1, позволит разрешить выбрать порт 50 Ом с Tuner 2, и работа Tuner 2 будет разрешена. Если в главной панели первого экземпляра SDRuno выбран режим двух тюнеров, то второй экземпляр SDRuno автоматически назначит оставшийся тюнер как Slave.
На диаграмме ниже показано, как программное обеспечение SDRuno будет работать с приемником RSPduo:
Рис. 5. Взаимодействие RSPduo с программой SDRuno.
При первом старте SDRuno, если к компьютеру PC подключено больше одного RSP, то появится панель выбора устройства, позволяющая пользователю выбрать, какой RSP использовать.
Если предположить, что другое приложение SDRuno уже использует один из тюнеров RSPduo, то RSPduo всегда будет запускаться в режиме одного тюнера, где все порты устройства будут отображены на основной панели, как показано на диаграмме рис. 5.
В режиме одного тюнера RSPduo будет работать почти так же, как RSP2, и можно сконфигурировать RSPduo для режима Zero IF с частотами дискретизации до 10 МГц, или в режиме Low IF с частотами дискретизации до 2 МГц. Простым выбором определенного порта RF будет разрешаться работа соответствующего приемника.
Для переключения в режим двух тюнеров пользователь сначала должен определить, какой тюнер назначить как ADC clock Master, и выбрать подходящий порт для этого тюнера. Затем устройство с помощью главной панели SDRuno переключается из режима одного тюнера в режим двух тюнеров. Какой бы тюнер ни работал, когда устройство переключается из режима одного тюнера в режим двух тюнеров, выбранный тюнер становится тюнером Master. В завершение запускается новый экземпляр SDRuno. Если у Вас подключено больше одного RSP, то появится панель выбора устройства, в которой будет отображен список устройств (RSPduo: [Serial Number](Slave)) вместе с другими подключенными RSP, какими бы они не были.
Как только у Вас появится отдельные экземпляры SDRuno, работающие с тюнерами Master и Slave, то сначала надо запустить поток для Master (нажать PLAY) перед тем, как можно будет запустить поток для Slave. Это необходимо для гарантии, что АЦП будет сконфигурирован на корректную частоту дискретизации, и это будет сделано один раз, можно произвольно запустить или остановить поток любого тюнера Master или Slave без влияния на другой экземпляр SDRuno.
Рис. 6. Вид на окна приложений SDRuno, работающих с приемником RSPduo в режиме двух тюнеров. Оба тюнера активны, и могут принимать сигнал независимо на разных частотах. На этом скриншоте верхний тюнер настроен на частоту 6.155 МГц радиолюбительского диапазона КВ. Нижний тюнер настроен на частоту 102.5 МГц вещательного диапазона FM, работает в режиме стерео, с декодированием RDS.
Вы можете сохранить рабочее пространство (расположение и конфигурацию окон) для каждого экземпляра SDRuno.
Также стоит отметить следующее:
1. В режиме Low IF есть возможность выделять окна диапазона.
2. Нагрузка на CPU снижается из-за более эффективной обработки данных в API.
3. Для режима двух тюнеров калибровка частоты может быть выполнена только в тюнере Master. Устройство RSPduo снабжено только одним генератором опорной частоты.
4. Порты 50 Ом хорошо работают вплоть до нижней частоты 1 кГц (за исключением ситуации, когда на Tuner 2 разрешено Bias T), и это предпочтительные порты для использования диапазонов HF вплоть до частоты 2 ГГц.
5. Порт Hi-Z теперь дополнительный (auxiliary port). У него параметры на частотах выше 2 МГц несколько хуже, чем у портов 50 Ом, и есть тенденция большего количества помех в результате микширования частот верхнего порядка, потому что на входе Hi-Z нет такого же уровня предварительной селекции, как у портов 50 Ом. Однако из-за пониженного уровня шума на частотах ниже 2 МГц у порта Hi-Z параметры приема будут несколько лучше.
[Программное обеспечение, совместимое с RSPduo]
Программное обеспечение и плагины для различных SDR-программ можно скачать с официального сайта SDRplay [4].
SDRuno. Эта программа изначально предназначена для поддержки приемников серии RSP, в том числе и RSPduo. Постоянно развивается и обновляется. SDRuno специально оптимизирована для работы с устройствами SDRplay, и в ней хорошо реализована поддержка всех приемников серии RSP. SDRuno в рабочем состоянии запускает несколько окон, которые можно свободно расположить на экране монитора (или на разных мониторах, если их несколько). Выбранное расположение окон можно сохранить, всего доступно 10 сохраненных вариантов расположения окон. SDRuno предоставляет выбор стандартного расположения окон, доступный в меню Options.
SDRuno обладает широким набором функций (из-за чего поначалу может показаться, что работать в ней очень сложно). Можно интегрировать списки частот в формате Eibi-CSV или Perseus-Userlist. Основное окно спектра очень хорошо масштабируется.
Автор статьи [3] тестировал работу приемника в сравнении с приемником Winradio G33DDC Excalibur Pro [8]. Использовались обычные радиолюбительские антенны: петлевая NTi ML200 Loop ][9] диаметром 1 метр, Cross-Loop антенна 2 x 1 метр (две петли, ориентированные друг на друга перпендикулярно), активный диполь Datong AD370 и активный диполь Stampfl HB9KOC длиной 1 метр.
RSPduo принимал на низких частотах с такой же чувствительностью, как G33DDC. На скриншотах ниже показан прием частот подводных лодок 16.4 кГц, JXN, Норвегия, на антенну Datong AD370.
На всех других частотах различия в приеме были незначительны. В некоторых случаях G33DDC звучал лучше, а в некоторых случаях лучше звучал RSPduo. Автор записал для сравнения несколько звуковых файлов приема, которые можно прослушать по ссылкам в статье [3].
Единственное, что следует отметить — RSPduo на сильных сигналах может пропускать помехи интермодуляции. В дневное время эти помехи не были заметны, но вечером, когда уровень сигнала приема возрос, стали заметны паразитные сигналы в тех местах диапазона, в которых их быть не должно. На рисунке ниже показаны интермодуляционные помехи, которая стали заметны вечером.
SDRplay RSPduo показывает для своей цены очень хорошие параметры приема. Наличие второго тюнера открывает интересные возможности по мониторингу эфира. Потенциально возможно применение технологии подавления шума за счет инверсии фазы сигналов помех (эта функция в скором времени должна быть добавлена в SDRuno). Прием RSDduo в диапазонах VLF, LW, MW и KW не показал больших различий с эталонным приемником G33DDC, но только не в присутствии больших сигналов помех, где работа G33DDC была вне конкуренции.
SDR Console. Приемник RSPduo может управляться хорошо известной программой SDR Console V3.03. Пока поддерживается только один тюнер, но ожидается доработка с поддержкой двух тюнеров.
Рис. 7. Скриншот SDR Console, работающей с приемником RSPduo.
HDSDR. В августе 2018 года вышел плагин ExtIO для RSPduo. Этот релиз DLL использует последнюю обновленную версию API v3.01. Плагин поддерживает режимы одного тюнера и двух тюнеров, так что несколько приложений могут одновременно использовать RSPduo. Инсталлятор плагина автоматически установит Windows 3.01 API, так что это не нужно устанавливать отдельно. ExtIO DLL помещается в каталог по умолчанию (C:\Program Files (x86)\SDRplay), после чего Вы должны самостоятельно сделать его копию в каталог установки HDSDR (C:\Program Files (x86)\HDSDR). Для улучшения взаимодействия между этим плагином, SDRuno и dump1090, также были обновлены и эти два приложения, других функциональных изменений не было.
SDR# (SDRsharp). SDR# PLUGIN версии 2.2 в настоящий момент (190421) пока что поддерживает только приемники RSP1 с версиями SDR# 1411-1500.
Обзор и демонстрация радиоприёмника SDRPlay RSPDX
SDRplay RSPdx — это полный редизайн популярного многоантенного приёмника RSP 2 и RSP 2 pro. Широкополосный полнофункциональный 14-битный SDR, который охватывает весь спектр ВЧ от 1 кГц до 2 ГГц. Совмещение с мощным легко доступным программным обеспечением приёмника SDR (включая SDRuno) позволяет контролировать спектр до 10 MHz одновременно.
RSPdx обеспечивает 3 входного сигнала антенны програмного обеспечения дискретных, и внешний входной сигнал часов. Все, что ему нужно, это компьютер и антенна, чтобы обеспечить отличную функциональность приёмника связи.
Документированный API позволяет разработчикам создавать новые демодуляторы или приложения вокруг платформы.
КЛЮЧЕВЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА & ХАРАКТЕРИСТИКИ:
- Охватывает все частоты от 1 кГц через VLF, LF, MW, HF, VHF, UHF и L-диапазон до 2 ГГц, без зазоров
- Получите, проконтролируйте и запишите до 10 MHz спектра одновременно
- Представление под существенно увеличенными 2mhz улучшенными динамическим диапазоном и селективностью
- Программное обеспечение дискретный выбор 3 портов антенны
- Повышенная способность справляться с чрезвычайно сильными сигналами
- Внешний входной сигнал часов для целей синхронизации, или соединение к часам справки GPS для экстренной точности частоты
- Превосходный динамический диапазон для сложных условий приема
- Бесплатное использование программного обеспечения SDRuno на базе windows, которое обеспечивает постоянно растущий набор функций
- Сильная и растущая сеть поддержки программного обеспечения
- Откалибрированное измерение силы s meter / RF и SNR с SDRuno (включая datalogging к.CSV-файл
- Документированный API, предоставляемый для обеспечения демодулятора или разработки приложений на нескольких платформах
Amateur
- Shortwave Radio Listening
- Broadcast
- DXing (AM/FM/TV
- Panadaptor
- Aircraft (ADSB and ATC)
- Slow Scan TV
- Multi-Amateur Band Monitoring
- WSPR & Digital Modes
- Weather Fax (HF and satellite)
- Satellite Monitoring
- Geostationary Environmental Satellites
- Trunked Radio
- Utility and Emergency Service Monitoring
- Fast and Effective Antenna Comparison
Industrial
- Spectrum Analyser
- Surveillance
- Wireless Microphone Monitoring
- RF Surveying
- IoT Receiver Chain
- Signal Logging
- RFI/EMC Detection
- Broadcast Integrity Monitoring
- Spectrum Monitoring
- Power Measurement
Educational/Scientific
- Teaching
- Receiver Design
- Radio Astronomy
- Passive Radar
- Ionosonde
- Spectrum Analyser
- Receiver for IoT Sensor Projects
- Antenna Research
SPECIFICATIONS:
General
- Weight 315g
- Size: 113mm x 94mm x 35mm
- Low current consumption:
- 190mA @ >60MHz excl Bias T)
- 120mA @ <60MHz excl Bias T)
Connectivity
- USB 2.0 (high speed) type B socket
Frequency Range
- Continuous coverage 1kHz 2GHz
Antenna A Port Characteristics
- 1kHz 2GHz operation
- Входное сопротивление 50 Ом
- Разъем-розетка SMA
Характеристики Порта B Антенны
- Деятельность 1kHz 2GHz
- Входное сопротивление 50 Ом
- Разъем-розетка SMA
- Дискретный DC 4.7 V вне (см. смещение T)
Характеристики Порта Антенны К
- Деятельность 1khz 200MHz
- Входное сопротивление 50 Ом
- Разъем-розетка BNC
Опорный Тактовый Вход
- Разъем-розетка MCX
Смещение T (только порт антенны B)
- Програмное обеспечение дискретное 4.7 V @ 100mA
Если режимы
- Ноль если, все если полосы пропускания
- Низкий если, если ширина полосы частот ≤ 1.536 МГц
Если ширина полосы частот (3 дБ)
- 200 кГц
- 300 кГц
- 600 кГц
- 1.536 МГц
- 5,0 МГц
- 6,0 МГц
- 7.0 МГц
- 8,0 МГц
Характеристики АЦП
- Частота дискретизации 2 10.66 МС / с
- 14 бит собственный АЦП (2 6.048 MSPS)
- 12 бит (6.048 8.064 MSPS)
- 10 бит (8.064 9.216 MSPS)
- 8 бит (> 9.216 MSPS )
Максимальная Рекомендуемая Входная Мощность
- 0dbm непрерывный
- 10dBm на короткие периоды
Ссылка
- Высокотемпературная стабилность 0.5 PPM TCXO
- В поле trimmable до 0.01 ppm.
Внешние Опорные Часы
- Когда внешние часы 24MHz приложены, автомобиль обнаруживает переключит к внешней справке. В идеале внешний источник синхронизации должен быть подключен к RSPdx перед включением питания
Типичные Показатели Шума
- 20dB @ 2MHz
- 17dB @ 12MHz
- 15dB @ 25MHz
- 15dB @ 40MHz
- 2.6 dB @ 100MHz
- 2.1 dB @ 200MHz
- 6.0 dB @ 340MHz
- 3.1 dB @ 660MHz
- 4.4 dB @ 1500MHz
- 5.0 dB @ 1800MHz
Режекторный фильтр
Частотно-фазовый фильтр:
- >30dB 77-115MHz
- >50dB 85-107MHz
- >4dB 144-148MHz
Надрезной фильтр МВт:
- >15dB 400-1650kHz
- >30dB 500-1530kHz
- >40dB 540-1490kHz
DAB Notch фильтр:
- >20dB 155-235MHz
- >30dB 160-230MHz
Примечание: фильтры зазубрины выше программное обеспечение дискретное и извлекают специфические диапазоны передачи.
SDRplay RSP1 поддерживается большим количеством программ от различных производителей. Некоторые из них уже имеют встроенную поддержку SDRplay купить , например SDR-Console, SDR-J, многие другие (HDSDR, Spectrum Lab, SoDiRa, Studio 1, SDR#) поддерживаются при использовании плагина SDR Play EXTIO, который можно загрузить с сайта производителя.
Благодаря доступному API сформировалось устойчивое сообщество разработчиков программ, плагинов и программных демодуляторов для платформы SDRplay, гарантируя постоянное обновление ПО приемника и расширение его возможностей.