De term SDR als acroniem voor Software Defined Radio behoeft vandaag de dag geen nadere uitleg. Het principe is dat delen van de signaalverwerking die voorheen in hardware (lees: met elektronische componenten) werden uitgevoerd, bij SDR digitaal worden uitgevoerd. In tijden van steeds goedkoper wordende DSP’s en krachtige microcontrollers is dat natuurlijk een heel goed idee.

Wat hebben we hier?

De geschiedenis van het door de RTL-SDR-blog bekend geworden radiomodule-systeem begon, zoals zo vaak, met een toeval. Het gerucht gaat dat een Linux-kernel-ontwikkelaar ontdekte dat het RTL2832-IC van RealTek méér was dan alleen een klassieke DVB-T-decoder. Het kan I/Q-samples verzamelen en rechtstreeks naar de host sturen – een functie die door de chipfabrikant was bedoeld om FM-radio te decoderen.

Bij de SDR-kit die hier wordt beschreven (figuur 1) gaat het alleen om ontvangst. Het niet mogelijk om ermee te zenden. Het is dus een radio zoals in het dagelijks taalgebruik bedoeld.

 
Figuur 1. Dit zit er allemaal in de Elektor RTL-SDR-kit.

Volgens de documentatie en de informatie in de datasheet kan de chip een spectrum tot 3,2 MHz in ‘real time’ bewaken. De praktijk leert dat wanneer deze bandbreedte volledig wordt benut, samples verloren gaan. Een realistische bandbreedte blijft daarom beperkt tot maximaal 2,8 MHz of iets minder. In de documentatie adviseert Elektor zelfs om niet meer dan 2,4 MHz tegelijk te verwerken.

De RTL2832 zelf heeft geen ingebouwde tuner aan boord die voor de begrenzing van het te bewerken frequentiebereik. Bij USB-sticks op basis van de RTL2832 is daarom een separate oplossing omen. In de door Elektor geleverde USB-module is dat een tuner van Rafael Micro met het nummer R820T; in figuur 2 is het innerlijk daarvan blokschematisch weergegeven.

 
Figuur 2. Blokschema van de R820T-tuner.

Helaas biedt de Taiwanese fabrikant geen afdoende informatie over het gedrag van zijn chip. Het blokschema van figuur 2 is afkomstig van een inofficiële datasheet.

Aan de slag met de SDR

Dergelijke SDR-USB-sticks zijn in meerdere varianten verkrijgbaar. In de Elektor-kit is de ‘luxe’ versie opgenomen. Naast een statief en een zuignaphouder voor de antennes, wordt (helaas) alleen een dipool T-stuk meegeleverd – maar dan wel weer twee paar telescoopantennes van verschillende lengte. De kortere antennes zijn 5...13 cm lang en bestrijken het frequentiebereik van UHF tot ongeveer 1,5 GHz. De langere exemplaren meten 23...100 cm lang en dekken het frequentiebereik van VHF tot UHF. Merk op dat deze antennes alleen bedoeld zijn voor ontvangst. Voor een zender zouden op dit punt ook aanpassingen nodig zijn.

Ik heb de volgende stappen uitgevoerd zonder de meegeleverde verlengkabel. Voor mijn experimenten heb ik de beide langere antennes op de dipooladapter geschroefd en de verbindingskabel rechtstreeks op de USB-stick aangesloten (figuur 3).

 
Figuur 3. Mijn testopstelling: dipool met de beide langere antennes op het statief, rechtstreeks op de USB-stick aangesloten.

De goedkoop uitziende dipooladapter voor de antennes werkt in de praktijk probleemloos. Om de schroeven vast te draaien moet u beslist een perfect passende kruiskopschroevendraaier gebruiken, anders beschadigt u de schroefkoppen.

Voordat u de USB-stick op een PC aansluit, moet eerst de benodigde software worden geïnstalleerd. Om een SDR te gebruiken heeft zich inmiddels een PC met Windows 10 tot standaard ontwikkeld. Maar met Linux gaat het ook! Voor mij is dat erg prettig, want ik werk meestal met een PC onder Linux. Meer informatie over dit thema is te vinden in een Quick Start Guide.

Voor de software wenden we ons tot het bedrijf AirSpy, dat software voor verschillende SDR-dongles aanbiedt. De download van het Windows SDR Software Package is prima geschikt.

Het gedownloade archief wordt vervolgens volledig uitgepakt in een lokale werkdirectory. Dat is nodig omdat het installatieproces niet wordt uitgevoerd als het .exe-bestand rechtstreeks vanuit het archief wordt uitgevoerd. Om juridische redenen kan AirSpy de stuurprogramma’s niet meeleveren. In plaats daarvan worden deze via het batchbestand install-rtlsdr.bat rechtstreeks van de server van de provider gedownload. Merk op dat het bestand zadig.exe ongeveer 5 MB groot is. Dat is tegenwoordig eigenlijk niet veel, maar het downloaden van de server van de provider blijkt blijkt af en toe onbetrouwbaar.

Na installatie van de software en stuurprogramma’s wordt de dongle per USB op de PC aangesloten. Windows moet de dongle via plug&play herkennen. Ga pas verder zodras Windows meldt dat het apparaat klaar voor gebruik is. De als batch gedownloade driver is echter nog niet functioneel, en daarom moet het bestand zadig.exe in de volgende stap handmatig met een rechter muisklik worden gestart (met administratorrechten).

Zadig is een tool dat gespecialiseerd is in het vervangen van de standaard Windows-stuurprogramma’s voor USB-apparaten. De eerste taak is om de USB-dongle te vinden – deze luistert doorgaans naar de naam “Bulk-In, Interface (Interface 0)”.

Dit wordt echter bemoeilijkt omdat de tool de weergegeven USB-apparaten filtert. Activeer daarom om het apparaat te vinden indien nodig de optie Options->List All Devices schakel de optie Options->Ignore Hubs or Composite Parents uit. Klik vervolgens op de grote knop om de driver te vervangen. Eventuele beveiligingswaarschuwingen kunnen gewoon weggeklikt worden.

AirSpy in actie

De AirSpy-software is geschreven in C#. Start het met een dubbelklik op het bestand SDRSharp.exe. Klik een eventuele foutmelding weer gewoon weg. In de volgende stap moet in het veld Source de USB-dongle worden geselecteerd. Het juiste type is RTL-SDR USB.

Verlaag eerst het volume om niet op oorverdovende ruis te worden getracteerd. In theorie zou u nu op het Play-icoontje kunnen klikken om het real-time display bij te werken en de spectrale componenten naar de audio-uitgang te sturen. Normaliter is echter een zeer geringe versterking ingesteld, daarom is een klik op het kleine tandwiel-icoontje vereist. De software reageert hierop met het pop-up venster van figuur 4, waarin u met een schuifregelaar de versterking kunt vergroten.

 
Figuur 4. Screenshot van het pop-up venster met schuifregelaar om de versterking te vergroten.

U kunt nu op zoek gaan naar een bekende HF-frequentie. In figuur 5 ziet u wat ik in de buurt van mijn laboratorium kon vinden.

 
Figuur 5. Screenshot van mijn geslaagde ontvangst: Gigi D’Agostino via SDR!

SDR-uitbreiding

Toen ik me een paar jaar geleden een spectrumanalyzer van een Amerikaanse fabrikant liet demonstreren, realiseerde ik me dat het meer een computer was dan een klassieke spectrumanalyzer. Een groot deel van de intelligentie van het apparaat was te danken aan software-plugins die de gegevens van het meetsysteem interpreteerden. Dit doet sterk denken aan ons SDR-systeem: de toolbox die aan de linkerkant van het scherm wordt weergegeven, bevat enkele tientallen plugins waarvan de instelmogelijkheden door aanklikken zichtbaar worden. Ik heb hier bijvoorbeeld geëxperimenteerd met Audio FFT – het resultaat is te zien in figuur 6.

 
Figuur 6. Bij correcte instelling voert de analysator een FFT uit op het aangeleverde audiosignaal.

De mogelijkheden van ‘programmatische signaalverwerking’ zijn niet onbemerkt aan de gebruikersgemeenschap voorbijgegaan: er is veel extra software beschikbaar, waarmee naast diverse amateur-radioprotocollen zelfs vliegtuigtransponders kunnen wordn gedecodeerd.

Als u zelf Visual Studio aan de slag wilt, dan kan deze inleiding daarbij goed van pas komen. Enige basiskennis van C# en Visual Studio 2017 is echter vereist.

Conclusie

Als u altijd al op zoek was naar een soort real-time spectrumanalyzer, dan is de “RTL-SDR (Software Defined Radio) with Dipole Antenna Kit” een betaalbaar alternatief. Het tool is geschikt voor radioamateurs als een soort automatische ontvanger met uitgebreide visualisatiemogelijkheden. Wat u ermee doet, laten we aan uw fantasie over. Als u uw kit in een bijzonder innovatieve toepassing gebruikt, hoort de Elektor-redactie gegarandeerd graag van u!