Entenda o Conceito de SDR

4 de abril de 2010

SDR quer dizer Software Dedined Radio, ou numa tradução livre seria rádio definido por software. Vários artigos na internet usam complexas fómulas matemáticas para explicar o SDR, mas o conceito básico dr SDR pode ser explicado de uma maneira mais simples.

Os três componentes do rádio

Qualquer tipo de rádio, desde os antigos noveleiros até os atuais modelos mais avançados, podem ser divididos em 3 partes:

RF component icon

A parte de RF transforma os sinais de alta frequência para um sinal banseband – uma faixa de frequência mais apropriada antes que ele sofra qualquer modulação. A parte de RF é formada por filtros, mixadores, amplificadores, osciladores, etc.

Signal Processing Icon

O sinal de baseband é processado/regenerado no Processador de Sinais. Nesta etapa é quando o sinal sofre modulação, demodulação, supressão de portadoras (NF Filtering), redução de ruído, etc. 

UI component IconNa Interface do usuário está a unidade de comando e controles do rádio. É a interface com operador (humano). Geralmente, a interface usa botões, LEDs, etc. 
 

O Rádio Clássico

O rádio clássico é aquele tipo de rádio que temos no shack. Pode ser um FT1000MP, IC-706, TS-2000, ou seja qualquer modelo de rádio convencional. Nas ultimas décadas, as funcionalidades e a interface com o usuário sofreram algumas mudanças, mas o conceito continuou o mesm: todo-em-uma-caixa.

Todos os componentes habitam um único compartimento ou unidade. Com crescimento da complexidade dos rádios, também aumentou a dependência física entre os componentes dentro da unidade. Mesmo os modelos que tem painel destacável ou saída de vídeo LCD, não funcionam com interfaces de outros fabricantes. O esquema abaixo mostra a dependência proveniente do conceito “tudo-em-um-caixa” dos transceptores atuais.

schematic of a classic radio

A Abordagem SDR

Da mesma forma que o rádio clássico, o Software Defined Radio também é constituído de três componentes fundamentais RF, Processador de Sinal e Interface do Usuário. Entretanto, a grande diferença está na independência física e lógica entre seus três componentes.

 SDR principal concept of independent components

Independência Física significa que cada um dos três componentes pode existir individualmente. Não há razão para que todos os três componentes estejam juntos em no mesmo local. Geograficamente falando, eles pode estar separados a 10 mil quilômetros ou mais se qualquer degradação em termos de performance.

Independência Lógica significa que cada componente em particular pode ser desenvolvido e modificado sem afetar os outros componentes. Especialmente no mundo digital, é possível ter várias instâncias do mesmo componente.

O conceito de SDR ainda está limitado a padrões computacionais de interfaces e protocolos (USB, Firewire, TCP/IP, etc…), bem como pela velocidade dos PCs e conexões com a Internet. Mas há poucos anos atrás nunca poderíamos sonhar que teríamos tudo isso um dia.

Basta de teoria – vamos dar uma olhada em alguns exemplos reais de como o conceito SDR já está sendo aplicado!

Softrock com o PC

Softrock connected to a PC with WinRad Software

Hoje, este é o setup mais comum de SDR. A antena está conectada diretamente a um Quadrature Sampling Detector (QSD) como o famoso Softrock. O QSE injeta o sinal de RF como sinal de baseband. O complexo sinal de baseband (I/Q) é segue através da placa de som do PC onde é digitalizado. O Processamento do Sinal é feito pelo PC. O usuário seleciona na Interface do Usuário (aqui: teclado, mouse e tela) os parâmetros do rádio como frequência, modo, largura do filtro, etc.

Usando nossa simplificação em três componentes, o esquema seria assim:

Softrock with Windrad - schematic drawing

O “rádio” consiste em dois componentes físicos, o QSE e o PC. A única conexão entre o QSE e o PX é um cabo de áudio. Não há dependência física. O QSE pode ser substituído (no lugar do softrock, pode-se usar um Genesis) sem afetar o processamento do sinal ou a interface do usuário. Da mesma forma, se quiser decodificar um modo digital (por exemplo PSK31), a atualização do sofware pode ser feita sem afetar o componente de RF.

WebSDR com vários WebClientes

WebSDR schematic

Você ja viu o WebSDR do Pieter, PA3FWM? Ele funciona na Universidade de Twente na Holand? Pieter construiu um Direct Sampling Receiver que possui um Conversor Analógico/Digital muito rápido, seguido de um Field Programmable Gate Array (FPGA) onde vários conversores digitais (DDC) são implementados para definir 7 bandas diferentes. O receptor envia o sinal I/Q das 7 bandas (150kHz a 1,2MHz) via uma rede Ethernet Gigabit para um servidor local. Este servidor é a interface entre o receptor e os usuários.

Um usuário conecta-se usando um navegador de internet (Firefox, IE, etc…) ao servidor que gera uma visualização espectral de cada banda. Dentro de cada espectro, o usuário pode selecionar a frequencia desejada, modo e largura do filtro e receber instantâneamente o sinal de áudio.

O WebSDR tormou-se muito popular. Pieter informou todo fim de semana, mais de 150 usuários conectaram-se simultaneamente no seu receptor.

Como esse cenário de WebSDR se parece em nosso esquema de três componentes?

WebSDR Diagram

Você poderia imaginar esse tipo de aplicação do conceito SDR há alguns anos atrás?

Conclusões

O rádio é uma caixa enorme com uma toneladas de botões, dezenas de LEDs que ocupa boa parte da nossa mesa. Sim, isso ainda é verdade. Mas as coisas estão mudando lentamente em direção a um futuro extraordinário. Portanto, é crucial entender os conceito de SDR.

Os próximos avanços tecnológicos nos campos da microeletrônica e computação pode mudar completamente o conceito que temos hoje sobre o “rádio”.

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Visite: http://www.websdr.org/

Fonte: http://www.dh1tw.de/understanding-the-sdr-concept

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