Lezing over Software Defined Radio
Op 19 januari 2011gaf ik een lezing over SDR in het Limburgse Schimmert, in zaal "Het Weverke". Hier wordt (bijna) elke maand een lezing gegeven voor/door de gezamelijke afdelingen van VERON en VRZA.
Op deze pagina is achtergrondinformatie te vinden, samen met software
en bronnen om enkele experimenten zelf te kunnen uitvoeren.
Powerpoint presentatie
De presentatie kan worden gedownload via deze
link (982 k PDF). Onder meer is ingegaan op de theorie rondom
sampling en digitale signaalverwerking. Hoewel veel amateursystemen zijn
gebouwd rondom een geluidskaart en directe conversie van/naar I/Q signalen,
wordt verwacht, dat het direct verwerken van HF signalen nog terrein zal
winnen.
Bij die directe verwerking worden de HF signalen in een keer
verwerkt, in plaats van het mengen naar audiofrequenties en het dan verwerken
van die audiofrequenties. Deze directe techniek is aanzienlijk flexibeler
dan de conversie naar audio, want er kan een veel grotere frequetieband
tegelijkertijd worden verwerkt. Voorlopig is overigens toch de "geluidskaartmethode"
erg aantrekkelijk. Het is eenvoudig en goed, want het resultaat van je
SDR radio is nu eenmaal afhankelijk van de kwaliteit van de A/D en D/A
converters. Hoe meer resolutie, hoe beter. De resolutie van goede geluidskaarten
is veel groter dan de nu verkrijgbare HF A/D converters. Op termijn wordt
dat misschien anders, maar vindt nu maar eens een A/D converter voor hoge
frequenties met 24 bits resolutie!
Demo's
Op pagina 16 en 17 van de presentatie worden enkele demo's aangekondigd.
Hieronder volgt een toelichting.
Pianotoon
Met het programma Wavosaur
kunnen audiobestanden worden bewerkt. Het is een lekker eenvoudig programma,
alles-in-een (zonder DLL's) en heel vernuftig. Een belangrijke feature
is de mogelijkheid om VST's te gebruiken. Dat zijn plug-ins, die van alles
mogelijk maken.
Wavosaur
De eerste demo gebruikt dit bestand. Het is een 32 bit (!) audio bestand (.WAV), gemaakt met het programma PianoTeq (zie de link voor meer info). De toon is niet bedoeld om te klinken als een piano, maar laat het geluid langzaam wegsterven. Met PianoTeq is het overigens juist wel de bedoeling om piano te spelen...een voorbeeld staat hier. Dit is een klein stukje, gespeeld op een Yamaha CLP-157, die via MIDI de PianoTeq virtuele piano aanstuurt.
Reductie sampleresolutie
Met Wavosaur kan de resolutie worden gewijzigd (Process -> Bit Depth
Converter). Vooral bij 8 bits wordt het geluid rafelig en is ruis heel
goed hoorbaar. Maar ook 16 bits "valt door de mand". Zoom maar
eens in op een stuk tegen het eind van het fragment. Dat doe je door eroverheen
te slepen, dan Process -> Normalize -> -1 dB. Je kunt door verder
inzoomen zien dat het allemaal "hoekig" wordt. Als je "dithering"
wel of niet aanzet, dan hoor je dat het geluid zonder dithering rafelig
klinkt, maar met dithering lijkt de toon mooi geleidelijk uit te sterven,
maar de toegevoegde willekeurige ruis is wel goed hoorbaar.
Bitcrusher
Met Wavosaur kun je VST's gebruiken. Een vrij verkrijgbare VST is BitCrusher
(de DLL staat hier).
Deze is eigenlijk bedoeld om geluid te vervormen, maar tevens mooi bruikbaar
om te laten horen, wat er gebeurt als je de resolutie verkleint of de
samplefrequentie te laag is. In Wavosaur klik je op de knop "Rack"
naast VST. In dat scherm klik je "Load VST" en kies je de BitCrusher
DLL. Klik dan op "View" om de regelknopjes in beeld te krijgen.
Klik op "OK" op het VST rack venster, dat heb je nu even niet
nodig.
Bitcrusher
Draai "Noise" helemaal linksom en "Dry/Wet" rechtsom.
Laad een audiobestand met bijvoorbeeld een stemopname en speel maar eens
met de knopjes "Bitdepth" en "Samplerate". Bij samplerate
betekent /2 dat er met (ca.) de helft van de Nyquist waarde wordt gesampled.
Aliasing (terugvouwen) is goed te horen als de samplerate wordt verlaagd.
Met een (audio) spectrum analyzer is het ook goed in het spectrum te zien.
Scherm van Spectrum Lab met aliasing
De bovenstaande schermafdruk laat het waterval spectrum zien van
een audio signaal, met een sweep van 400 Hz (links) tot 7 kHz. De frequentieschaal
is boven te zien. Deze loopt van nul tot ruim 10 kHz.
Bovenaan is het spectrum te zien bij een samplefrequentie van ruim 7 kHz.
Je ziet dat er een spiegel ontstaat, die het originele signaal "kruist".
Het is ook te horen als een toon die van hoog naar laag gaat. Het onderste
deel van de afbeelding is dezelfde toon, maar dan met een hogere samplefrequentie,
in welk geval het aliasen niet optreedt. Overigens is goed te zien (donkerblauwe
lijnen) dat vervorming harmonische frequenties oplevert, die zelfs met
de hogere samplefrequentie interfereren. De geluidshardware (SB Audigy)
is dus toch niet optimaal...
SDR demo
Het aardige van SDR is, dat je opnamen kunt maken van de I/Q signalen.
Je maakt als het ware een film van een bandsegment en naderhand kun je
de film afspelen, door met SDR software het bestand als "input"
te kiezen. Je kunt achteraf afstemmen. Tijdens de lezing werd
aan de hand van enkele WAV bestanden gedemonstreerd, hoe dat werkt.
Hier staat een korte video,
opgenomen van het computerscherm. Helaas is niet het hele scherm zichtbaar.
Eerst hoor je een station, dat een soort HiFi SSB uitzendt, met ca. 5
kHz bandbreedte en ook behoorlijk wat laag in de audio. Met een SDR transceiver
is dat heel eenvoudig te maken. Daarna wordt (een beetje onhandig...)
afgestemd op een station, waarbij de bandbreedte wordt verkleind naar
ca. 3 kHz. Ook wordt er wat gespeeld met de "onderkant" van
het audio spectrum.