SDR Systemtheorie im Überblick

Zunächst etwas Systemtheorie zum SDR. Bild 7 zeigt eine Vorgehensweise für die heute aktuellen SDR-Konzepte. Andere Vorgehensweise sind möglich und lassen sich anhand der beschriebenen Vorgehensweise leicht übertragen.

Bild 7 SDR Konzept

Die Aufgabe eines SDR besteht zunächst darin einen Teilbereich des an der Antenne anliegenden Frequenzspektrums in den Basisfrequenzbereich (oder Zwischenfrequenzbereich) zu transformieren und dies unter möglichst optimaler Unterdrückung von Spiegelfrequenzen (1).

Die genutzte Bandbreite ist dabei nicht wie bei analogen Konzepten auf ein einzelnes Nutzsignal begrenzt, sondern deckt einen größeren Bereich ab. Die Bandbreite ist durch die Abtastfrequenz einer enthaltenen Analog/Digitalwandlung definiert.

Durch diese Vorgehensweise ergibt sich eine Spektralansicht eines größeren Bereiches. Es ist unmittelbar ersichtlich, wo gerade Stationen aktiv sind, bzw. Signale vorliegen (2).

Der Anwender des SDR selektiert nun aus diesem Basisbandspektrum ein einzelnes Signal, was einer Bandpassfilterung entspricht. Die Breite dieses Bandpasses richtet sich nach der Modulationsart, z. B. 2,7 KHz bei SSB, oder 10 KHz bei AM (3).

In einem weiteren Transformationsschritt wird das selektierte/bandpassgefilterte Signal nunmehr auf das Basisband transformiert (4).

Die anschließende Demodulation ergibt das Audio-Nutzsignal (5).

Entlang dieser Transformations- und Filterkette sind einige weitere Filterungen möglich und sinnvoll.

Bild 7 zeigt ebenfalls wie dieses sogenannte Quadratursampling-Konzept in aktueller SDR-HW und -SW abgebildet wird. FIFI-SDR, FA-SDR, Softrock, Flexradio-HW etc. sind Beispiele für die beschriebene SDR-HW.

Das Antennensignal wird durch einen analogen Bandpass, oder Preselektor, auf das Zielband begrenzt. Dadurch werden unerwünschte Übersprech- und Mischprodukte stark reduziert.

Die folgenden 2 Mischerstufen transformieren das gefilterte Signal parallel in den Basisbandbereich. Dieser erstreckt sich durchaus bis 100 KHz und mehr. Das besondere ist, das die Mischer mit einem um 90 Grad verschobenen Oszillatorsignal arbeiten.

Demnach stehen an den analogen Ausgängen der SDR-HW zwei Basisbandsignale zur Verfügung, I(t) und Q(t), die lediglich 90 Grad in der Phase verschoben sind. Diese nennen sich Inphase- und Quadratur-Signal, I und Q.

Die Eingangsfilter der Soundkarte sind sehr hochwertige, analoge Tiefpassfilter und begrenzen das Basisband auf die halbe, eingestellte Abtastrate der Soundkarte.

Nach anschließender Analog-Digitalwandlung stehen die I(t) und Q(t) Signale als Sequenzen von Abtastwerten zur Verfügung. Überlicherweise identifiziert man die Signale über den Index n, daher I(n) und Q(n). Diese Sequenzen sind nichts anderes als Zahlenwerte, die den Pegel des Audiosignals repräsentieren (siehe Abschnitt PC Audioverarbeitung).

Korrekterweise müsste man den Index ab Start des Signals hoch zählen, für die gesamte Dauer der Signalverarbeitung. Wie beschrieben wird das Gesamtsignal jedoch in Portionen analog der Audiopuffergröße zerlegt. Der Index ist dabei die Position eines Wertes in dem Puffer, bzw. der Index in dem Array welches in Labview die Werte aus dem Puffer aufgenommen hat.

Die I(n) und Q(n) Sequenzen werden nun irgendwie digital verarbeitet, so dass die beschriebene Selektion eines Signals, die Transformation in den Basisbandbereich und die Demodulation durchgeführt wird.

Das entstandene Audiosignal (Sequenz) wird in der Regel auf beiden Kanälen parallel nach einer Digital-Analogwandlung ausgegeben.

Die Beantwortung der Frage warum zwei um 90 Grad verschobene Signale erzeugt werden und welche Vorteile sich dadurch für die digitale Verarbeitung ergeben ist den nebenstehenden Kästen zu entnehmen.

Quadratursampling - Betrachtung der Spiegelfrequenzunterdrückung

Quadratursampling - Betrachtung des Frequenzbereichs

 

 

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