Om jag och Q av programvara definierad radio är din nemesis, läs på
för de av oss vars intressen ligger i radio, som stöter på vår första programvara definierad radio måste i allmänhet verkade som ett mirakel. Här är en överraskande grundläggande enhet, i huvudsak en kreativ mixer och en uppsättning analoga-till-digitala eller digitala till analoga omvandlare, som kan importera alla komplexa och knepiga-till-inställning av en standardradio till en dator , där all signal procession kan göras med hjälp av programvara.
En kvadraturblandare. Jugandi (Public Domain).
När din nyfikenhet blir bättre av dig och du börjar peer in i arbetet med en mjukvarudefinierad radio, men du stöter på något du inte har sett tidigare i en vanlig radio. Det finns två blandare som matas av en två lokala oscillatorer på samma frekvens men med en 90 graders fasskift, och i en mottagare matas de resulterande blandningsprodukterna i två separata ADC. Du stöter på bokstäverna I och Q i förhållande till dessa två signalvägar och undrar vad på jorden är allt som betyder.
Vad du just sett är en kvadraturblandare. Kvadratur hänvisar till allt matematiskt som innebär en kvart cirkel, i det här fallet 90 graders fasförskjutning mellan de två lokala oscillatorerna. Denna 90 graders fasskift har egenskapen att avslöja inte bara frekvens- och amplitudinformationen i den signal som du skulle känna till från en enda mixer i en vanlig radio, men också fasinformationen inom den att de två 90 graden av fasen I (i fas) och Q (kvadratur) komponentsignaler bevarar.
I och Q-data som sidovyer av en spiral. Mikael Q Kuisma, I / Q-data för dummies.
Det finns en betydande mängd matte som ska smälta om du vill helt komma till botten av hur det här fungerar, för vilket det förmodligen är bäst att rikta den nyfiken på en mycket längre förklaring. För en snabb förståelse, men det är bäst att föreställa sig den sinusvågamplituden av en signal som du kanske ser på ett oscilloskop som bara en 2d sidovy av en signal som faktiskt är en 3D-spiral eftersom den också har en faskomponent. Om denna sidovy av en spiral var din i-komponent så skulle en liknande 2D-vy av toppen av spiralen vara din Q-komponent, samma signal men med en 90 graders fasskillnad. Från dessa två I och Q-signaler kan rekonstrueras hela den ursprungliga signalen, inklusive dess komplexa fasrelationer, snarare än bara den 2D-amplituden som du kanske ser på ett oscilloskop.
Producerar ett 90 graders fasskift med flip-flops.
Lyckligtvis är det inte en av de saker som bara existerar som en teori i en textbok, du kan enkelt bygga en grundläggande SDR-mottagarefronten baserat på kvadraturblandarens diagram ovan på din bänk. Om du är beredd att begränsa mottagarens bandbredd till datorns ljudkort, ofta i 50 kHz-sortimentet, kan du använda vänster och idealiska ljudingångar som din I och Q respektive och köra en av de många SDR-applikationerna. Linrad är bara ett exempel.
När det gäller hårdvaran kan blandarna och tillhörande lågpassfiltret vara väldigt enkelt att bygga, till exempel kan du försöka lyfta den här konstruktionen med en CMOS-analogbrytare. Och även om du kan tänka dig att skapa 90 graders fasskifte skulle presentera ett problem, i själva verket kan man också enkelt göras med ett par flip-flops. Lägg till i en logisk nivåoscillator och det är då möjligt att göra en mjukvara definierad radiofronten ända nästan helt från logiska chips, spara för ett par op-ampere. Det kommer inte att göra mycket bortom hf (shortwave) frekvenserna, men även om du bara använder den för att titta på dina lokala am-sändningsstationer kan det fortfarande ge dig en praktisk förståelse för SDR-maskinvara.
Det verkar ofta som om SDR är magiska svarta lådor omgivna i ett moln av marknadsföring woo. Och med undantag för de populära RTL-chipset USB-tv-mottagarna verkar de locka ett pris för att matcha hype. Men verkligheten är det från det hårdvaruperspektiv kan de vara överraskande enkla. Varför inte bryta ut ett brödbräda och hacka dig tillsammans en grundläggande!
Header Image: Bob k [cc0].