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81

Dienstag, 25. Dezember 2007, 23:26

Hard und Soft DigitalRadio

Hallo Gerd,

danke für Deinen gut gemeinten Hinweis zu meiner Familie. Du hast ja recht, aber wenn Du wüstest, wie viel Spaß mir die jetzige Konzeptphase bereitet, dann wüstest Du auch, wie schwer mir das fällt, was Du da zurecht schreibst. Aber morgen sind die Kinder eingeladen und da wird Weihnachten ganz intensiv gefeiert. Auch darauf freue ich mich und dann wird wohl morgen Funkstille von mir sein.

Das mit Deinem Baustein Si570 schaut gut aus. Mal sehen, was Gerrit zu der Idee mit 455 Khz ZF anstelle von 12kHz sagt. Wenn er das positiv beantwortet, dann brauchen wir vielleicht so einen Baustein. Das größte Problem wird aber wieder die Beschaffung sein. Weist Du, wo man diesen Baustein als Privatperson regulär kaufen kann?

Auch mit der USB-Schnittstelle hast Du eigentlich recht. Nur ist es so, dass der ATMEGA128 zwei RS-232 Schnittstellen direkt unterstützt. Und für Debug-Zwecke verwende ich einen PC, der ebenfalls eine RS232-Schnittstelle hat. Da stellt sich dieses Problem nicht. Für die Fernsteuerung des HSDR-4512 schaut das anders aus. Aber ich habe bisher selbst noch nichts mit USB-Schnittstellen entwickelt und kenne mich da im Moment nicht aus. Kannst Du mir schreiben, was ich dazu brauche? Software und Treiber auf dem PC? Das würde mich schon interessieren, denn dieses Thema drängt sich immer wieder auf.

Beste 73`s de Werner, DL7MWN

82

Mittwoch, 26. Dezember 2007, 20:42

Hard und Soft DigitalRadio - USB

Hallo Werner

Google mal "FT232 AVR". Da findest Du eine Unmenge von Projekten mit den USB Chips von FTDI. Wenn ich mich richtig erinnere, dann war auch im Elektor Ausgabe März '07 ein entsprechender Artikel drinnen.
Schau auch mal direkt zu FTDI z.B. http://www.ftdichip.com/Products/FT232BM.htm

Beste Grüsse
Christian
73 de Chris, OE3HBW

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »chirt« (26. Dezember 2007, 20:52)


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83

Mittwoch, 26. Dezember 2007, 21:43

Hallo Werner,

Christian hat Dir ja schon die einfachste Methode zur Erweiterung der RS-232 Schnittstelle mittels FTDI-Chip gezeigt. Da bleibt mir nur der Hinweis auf das Modul mit dem 256 KB Flash Mega AVR, der bereits eine USB-Schnittstelle enthält. Hier der dazugehörende Link: http://www.shop.robotikhardware.de/shop/…products_id=162

73 Gerd DM2CDB

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84

Mittwoch, 26. Dezember 2007, 23:44

Hard und Soft DigitalRadio

Hallo Chris und Gerd,

das mit dem USB-Chip ist ja ganz schön. Aber brauchen wir ihn im Moment wirklich? Wofür? Der HSDR-4512 wird ein Experimental-Empfänger, der uns den Weg zum DSP zeigen soll. Auch soll er uns viele Erfahrungen in der HF-Technik bringen, aber ein Seriengerät mit Fernsteuerung via PC wird er bestimmt nicht. Ich möchte mit Hilfe von Gerrit den Einstieg in die moderne Empfängerentwicklung schaffen. Da ist mir ein Pegelplan und der Einstieg in den DSP im Moment wichiger als eine USB-Schnittstelle für eine Fernsteuerung, via PC. Die USB-Schnittstelle können wir dann in das Folgegerät einplanen. Irgendwann wollen wir doch einen leistungsfähigen Empfänger haben, der sich vor weitaus teueren Geräten nicht zu fürchten braucht. Aber bis dahin ist es noch ein weiter Weg.

Wie schon mehrfach berichtet, habe ich vor, im nächsten Gerät die Software voll auf den DSP umzustellen und den ATMEGA128 ganz wegzulassen. Das glaube ich, ist ein innovativer Schritt. Aber wozu brauchen wir dann im HSDR-4512 noch einen leistungsstärkeren Mega mit 256 KB Flash. Im jetzigen ATMEGA128 (LIF5000) ist nur 10% des Speichers mit dem Programm gefüllt. Das geht doch in die falsche Richtung los.

Ich hoffe, dass Ihr versteht, dass ich das mit der USB-Schnittstelle vorerst noch nicht als so wichtig ansehe, und dass das für mich im Moment kein echtes Thema ist. Wir müssen doch ein Ziel haben und können das nicht täglich ändern. Mein Ziel ist ein moderner, leistungsfähiger Empfänger, auf dem wir dann in Zukunft aufbauen können. Und dann brauchen wir vielleicht wirklich eine USB-Schnittstelle.

Beste 73's de Werner, DL7MWN

PS:
Das mit Deinem Hinweis "denke auch an Deine Familie..." war gut. Das hat mir viel Ärger erspart. Danke!

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85

Donnerstag, 27. Dezember 2007, 15:25

Hard und Soft DigitalRadio

Liebe Funkfreunde,

nachdem wir uns ja einig sind, dass die von mir vorgeschlagenen Bandpassfilter im Preselektor etwas "mager" waren, habe ich noch einmal darüber nachgedacht, wie ich das verbessern kann. Nun habe ich ein wenig rumgerechnet und bin zu folgendem Vorschlag gekommen:

1. Tiefpass bei 500 kHz für Eingangsfrequenzen von 30kHz bis 500kHz
2. Bandpass von 500 kHz bis 1,5 MHz
3. Bandpass von 1,5 MHz bis 2,5 MHz
4. Bandpasss von 2,5 MHz bis 4 MHz
5. Bandpass von 4 MHz bis 7 MHz
6. Bandpass von 7 MHz bis 11 MHz
7. Bandpass von 11 MHz bis 18 MHz
8. Bandpass von 18 MHz bis 30 MHz

Mit Ausnahme vom Tiefpass < 500 kHz könnte ich mir die Ausführung als Elliptic Bandpass 5. Ordnung vorstellen. Realisiert könnte das mit AMIDON Ringkerne werden. Das ist dann vom Konzept sehr ähnlich wie der Preselektor des LIF5000. Nur würde ich selbst gewickelte Ringkerne verwenden. Dadurch entstehen keine Streufelder und die Ringkerne könnten sehr eng aufgebaut werden. Der Innenwiderstand der Spulen kann durch einen entsprechenden Drahtdurchmesser klein gehalten werden. Schalten möchte ich diese Filter mit kleinen Relais, um die Durchlassdämpfung auf ein Minimum zu reduzieren.

Was soll damit erreicht werden?
1. Fmax / Fmin der Bandfilter (außer im MW und LW-Bereich) ist immer <2.
2. Die Dämpfung ist recht ordentlich. Das Filter von 7 bis 11 MHz habe ich einmal berechnet und bin auf eine Dämpfung von -75dB gekommen.
3. Der Platzbedarf ist schon groß, aber durch Verwendung von Ringkernen T37-2 (außer im MW und LW-Bereich) sollte das realisierbar sein.
4. Durch Verwendung von Relais und selbst gewickelten Spulen soll sich die Durchlassdämpfung auf ein Minimum reduzieren.

Gibt es dazu sachliche Anmerkungen?

Beste 73`s de Werner, DL7MWN

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86

Donnerstag, 27. Dezember 2007, 18:26

Hallo Werner,

zu den Filtern hier nur der Hinweis auf den Mittelwellenbereich, der in Europa von 526,5 kHz und 1606,5 kHz reicht. Du solltest also die obere Grenze Deines Filters entsprechend anpassen. Noch kritischer ist das 7 MHz-Filter, da hier oberhalb 7200 kHz doch etliche 500 kW Spritzen betrieben werden, die im RX Intermodulation erzeugen. Nicht ohne Grund gibt es für 40m Quarzfilter.

Hier noch ein Hinweis: Du solltest aufpassen, dass Dein RX-Neubau nicht in einen einfachen Nachklatsch kommerzieller Geräte ausartet, bisher hast Du mit der Filtertechnik zumindestens eigene Ideen verwirklicht. Ein Dreifachsuper mit 68(45)MHz, 455 kHz und 12(24,36, 48) kHz DSP-ZF ist Stand der Technik.

Nun noch zu USB. Du hattest hier um Unterstützung gebeten, die Christian und ich Dir umgehend gewährt haben. Den 256 KB Flash Mega AVR habe ich nur erwähnt, weil er einen kostenlosen USB-Treiber bereitstellt.

73 Gerd, DM2CDB

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87

Donnerstag, 27. Dezember 2007, 19:10

Hard und Soft DigitalRadio

Hallo Gerd,

danke für Deine Hinweise. Wie würdest Du die Filter berechnen? MW von 500 kHz bis 1,7 MHz? und 4 MHz bis 7,2 MHz ? Wäre das so besser? Ich baue auf meinen Preselektor noch Stecker für eine Aufsteckplatine drauf. Diese Platine kann bei Bedarf mit speziellen AFU-Filtern bestückt werden.

Auch das mit dem kommerziellen Nachbau ist ein guter Hinweis. So wie Du das schreibst, wuste ich das nicht. Aber ich dachte da trotzdem eher an eine innovative Lösung. Ein Dreifachsuper sollte es nicht werden. Wenn schon, dann 1. ZF 45 MHz und 2. ZF 455 kHz (evtl. 10,7 MHz, weil es da die bessere Filterauswahl gibt). Dann direkt durch Undersampling in den ADC und den DSP und im DSP durch eine Transformation (Mathematik) umsetzen auf eine niedrige ZF von 12 kHz. Oder noch besser, direkt mit 45 MHz in den ADC und den Rest digital lösen. Dann würde man sich die 2. Mischstufe und die 2. ZF ganz sparen. Wie das geht, habe ich schon verstanden. Aber das kann ich nicht alleine entscheiden, denn der Experte ist da Gerrit. Je mehr ich da lernen kann, um so spannender wird das für mich. Ich stehe solchen Techniken ganz offen gegenüber. In einem Vortrag von Gerrit in München habe ich davon schon gehört. Aber wenn man da Bauteile braucht, die ich als Privatperson nicht kaufen kann, dann muss ich da einen Gang runterschalten. Wie siehst Du das? Sind diese Techniken auch schon in serienmäßigen VLF, LF oder HF-Empfängern für den AFU in Anwendung?

Beste 73`s de Werner, DL7MWN

88

Donnerstag, 27. Dezember 2007, 21:54

RE: Hard und Soft DigitalRadio

Hallo Gerd und Werner,

nur weil die Zwischenfrequenzen passen, muß ein RX/TRX noch lange kein Abklatsch eines anderen sein. Es liegt in der Natur der Sache, daß man sich für standardisierte ZFs entscheidet, da hierfür die Filter vorliegen. Insbesondere bei unseren Einzelstückzahlen macht eine Abweichung keinen Sinn. Es gibt daüber hinaus noch genügend andere Möglichkeiten, sich zu unterscheiden.
Auch auf dem Stand der Technik zu bauen, sollte keine Abschreckung sein. Ich kenne übrigens nicht einen Amateurfunkgerätehersteller der _nicht_ nach - teilweise recht altem - Stand der Technik baut. Den pragmatischen Ansätzen von Werner folgend (z.B. Bauteile sollen beschaffbar und erschwinglich sein) können wir gar nicht anders, als nach dem Stand der Technik zu bauen. Das ist mir auch viel lieber, als der Supertransceiver, der nur virtuell existiert und oft nicht mal rechnerisch auf dem Papier konsistent designt ist.

Zum Thema USB möchte ich auf die Möglichkeit hinweisen, einen externen RS232<->USB-Konverter einzusetzen. Darin werkelt z.B. genau der vorgeschlagene FT232-Chip. Ich habe hier soetwas im Einsatz und keine Probleme mit dem UniDSP56. Die Größe des Adapters geht kaum über einen RS232-Stecker hinaus.

Zur ZF-Abtastung: Hier müssen wir abwägen zwischen erzielbarer Dynamik (am Stück), Schaltungsaufwand, Verlustleistung und Rechenlast des DSPs.

1.) Am einfachsten ist eine Lösung mit AD9874, der direkt an die 45MHz ZF geklemmt wird. Dieser IC mischt selbst auf eine zweite ZF und nimmt dort eine Bandpaß-AD-Wandlung vor, die durch geschicktes Verhältnis von Abtastrate zur ZF eine aufwandsoptimierte Quadraturdemodulation implementiert. Nach programmierbaren digitalen Filtern und Dezimierung kommen die IQ-Samples per synchroner serieller Schnittstelle zum DSP. Der hat seine ganze Rechenkapazität dann für den Rest der Signalverarbeitung zur Verfügung. Die Leistungsaufnahme ist mit <80mW sehr bescheiden, der IIP3 mit +1dBm aber auch (allerdings hinter dem ZF-Filter!). Die erzielbare Dynamik beträgt ca. 95dB inkl 12dB AGC - das ist also der Haken! Das Gute: ich habe bereits kleine PCBs dafür und die DSP-SW geschrieben (für eine Evaluierung vor ca. 4 Jahren ;o).

2.) Für die Abtastung der 455kHz können z.B. 18Bit-AD-Wandler der PulSAR-Familie von ADI eingesetzt werden (AD7641, AD7982, AD7984). Sie erreichen bei moderater Leistungsaufnahme (8mW...80mW, z.T. ohne interne Referenzspannung) ein SNR von 93dB...99dB. Wenn sie bei ihrer maximalen Abtastrate von z.B. 1.5MSPS betrieben werden, kann durch Dezimierung im DSP ein Prozessgewinn von bis zu 20dB (echte Dynamiksteigerung!) erzielt werden, was also eine Gesamtdynamik von fast 120dB (bei 2.4kHz Kanalbandbreite) realisieren könnte. Nachteil ist hier die höhere Rechenlast des DSPs, der dann nicht mehr soo viel parallel abarbeiten kann.

3.) Wie Lösung 2, der AD-Wandler wird aber mit einer geringen Abtastrate im Bereich zwischen 30kHz und 80kHz betrieben. Da die analoge Eingangsbandbreite der ADCs ca. 10MHz (-3dB) ist, kann das Aliasing von 455kHz gezielt genutzt werden. Der DSP muß nur noch die Quadraturdemodulation von der sich ergebenden 3. ZF vornehmen, aber halt nur mit einer Abtastrate von 30kHz...80kHz. Der Dynamikgewinn ist deutlich geringer, so daß ca. 100dB zur Verfügung stehen werden.

4.) Diese Lösung nutzt ein Digital Radio Chip Set (DRCS) direkt an der 45MHz-ZF. Es gibt solche u.a. von ADI (AD6644/5+AD6620) und NSC (12Bit/14Bit-ADC@80MHz+CLC5903). Sie sind auch mit DVGA-Bausteinen (Digital Variable Gain Amplifier für AGC, z.B. CLC5526) kombinierbar. Diese Lösung erfordert natürlich einen größeren Schaltungsaufwand und hat einen sehr großen Leistungshunger (Summe je nach ADC 800mW...2W). Die Quadraturdemodulation, Filterung und Dezimierung in mehreren Stufen wird im DDC vorgenommen, so daß der DSP die IQ-Samples wieder auf dem "goldenen Tablett" in der niedrigen Abtastrate serviert bekommt. Weiterer Vorteil ist der große Prozessgewinn durch die Überabtastung von über 40dB (bei 2.4kHz). Damit sind also auch knapp 120dB Gesamtdynamik erreichbar.
Ich habe beide Lösungen (ADI, NSC) seit knapp 10 Jahren im Einsatz, daher ist die DSP-SW natürlich auch fertig (Ist der neue Perseus-RX Stand der Technik, oder modern? Der nutzt diese alte Technik [14Bit-ADC+AD6620] ;o).
Werner, auch hiervon könnte ich Dir ein Evalboard zur Verfügung stellen, wenn Du vor Deinem eigenen Design etwas testen möchtest.

5.) Heruntermischen auf eine dritte analoge ZF im Bereich 20kHz und direkte Abtastung mit einem 24Bit-AD-Wandler. Hierbei ist eine Dynamik zwischen 90dB (UniDSP56 on-board) bis ca. 115dB (z.B. AD7765 bei 80kHz Abtastrate, <=350mW) erreichbar. Nachteil ist der zusätzliche Aufwand für die dritte Mischstufe und Filterung. Der DSP macht die Quadraturdemodulation mit recht geringer Abtastrate.



Bei den Dynamikbetrachtungen ging ich immer davon aus, daß die Nutzdynamik am Stück zu verarbeiten ist, wir also keine externe AGC einsetzen. Wenn wir das tun, sind die Anforderungen natürlich geringer, allerdings wird die Blocking-Performance - was gerade bei breiten ZF-Filtern (>=10kHz für DRM) kritisch ist - recht problematisch (Desensibilisierung durch AGC).


Nun kommt das schwierigste, die Entscheidung. Wie bewertet Ihr das Für und Wider?

vy 73 de Gerrit, DL9GFA

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89

Donnerstag, 27. Dezember 2007, 22:20

Hallo Werner,

die Zahl der Mischstufen ergibt sich aus analogen und digitalen Stufen.

Der neueste RX ist der Perseus, der nach dem Preselector den ADU einsetzt und dann die Dezimierung (Herabsetzung der Taktrate) mit einem FPGA erledigt, ähnliche Schaltungen gibt es beim HPSDR. Der AD-Wandler hat 14/16 Bit Auflösung mit 80/130 MSample. Einen Transceiver in dieser Technik ist der ADT-200A von HB9CBU.
Entsprechende Schaltkreise zur Dezimierung gibt es auch bei ADI, der ADT-200A verwendet davon 4 Stück. Dieser Aufbau des RX ist das derzeit modernste, was man bauen kann, der Softwareaufwand ist jedoch erheblich und nur noch was für junge Männer.

Ich denke, wir bleiben beim SDR mit Preselector und Analog-Mischer. Entscheiden muss man sich, ob man einen DC-RX(Vorteil keine Spiegelfrequenz) oder einen RX mit einer ZF bauen will. Die ZF kann zwischen 12 KHz und 45 MHz liegen(Vorteil teilweise Bearbeitung mit DSP möglich, Nachteil Spiegelfrequenzuntertdrückung). Nach der Selektion folgt dann der AD-Wandler, an den entsprechend der ZF entsprechende Anforderungen gestellt werden.

Die Frequenzeinteilung des Preselectors ist ok, wobei man nicht genug Filterbänke haben kann. Ideal ist natürlich ein durchstimmbarer Preselector.

73 Gerd DM2CDB

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »DM2CDB« (28. Dezember 2007, 11:27)


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90

Donnerstag, 27. Dezember 2007, 22:36

Hard und Soft DigitalRadio

Liebe Funkfreunde,

zunächst danke an Gerrit für seinen ausführlichen Beitrag. Dieser Beitrag hat mich jetzt etwas überrascht und ich will im Moment darauf eingehen. Das hole ich aber bald nach.

Ich bin noch immer bei den Bandfiltern für den Preselektor. Ich habe nun mal ein Blockschaltbild gezeichnet und auf meiner Homepage abgelegt. Die Berechnung und Simulation habe ich bewusst noch nicht gemacht. Das hole ich nach, sobald wir uns über die Bereiche der einzelnen Bandfilter einig sind. Habe ich nun die Bandbreiten und die Mittenfrequenzen richtig gewählt? Das optionale Aufsteckboard für die AFU-Bandfilter ist nun erstmals auch im Blockschaltbild gezeichnet. Aber was brauchen wir da für Bandbreiten, welche Mittenfrequenzen (besonders 40m) und wie steil sollen diese AFU-Filter werden?

@Gerrit:
Ich habe mir das nun mal in der Praxis angeschaut. Bei so vielen Filtern wird der Platz knapp. Da kann man so viel Platz haben, wie man will. Wir sprachen mal von Ringkernen T50-2. Die sind einfach zu groß. Sind Ringkerne T37-2 deutlich schlechter als die T50-2? Mit den T37-2 Ringkernen könnte ich räumlich trotz aufwendiger Schaltung hinkommen. Was sagst Du dazu? Geht das? Oder muss ich da noch mal in mich gehen und irgendwo Platz für T50-2 Ringkerne schaffen?

Beste 73's de Werner, DL7MWN

PS: Meine URL: http://dl7mwn.de/

91

Freitag, 28. Dezember 2007, 01:14

Hallo Gerd,

Du hast Recht, der Perseus setzt keinen AD6620 ein, sondern einen Xilinx FPGA. Ich habe ihn mit dem SDR-14 von RFSPACE verwechselt, da sich beide wirklich sehr ähnlich sind. Das Konzept ist nicht unbedingt das neuste, wie ich schon anmerkte, denn in kommerziellen Radios setzen wir es schon seit knapp 10 Jahren ein. Aber es hat sich bewährt und ist Dank schneller FPGAs und verfügbarer DDCs leicht umsetzbar.
Die Programmierung eines DDC-Bausteines ist übrigens nicht viel komplexer als z.B. die eines anderen Tuner-ICs für z.B. FM/AM-Radio, oder eines Displays. Natürlich sollte man sich über die Signalverarbeitung Gedanken machen. Dann programmiert man die internen Register mit den Frequenz-Worten wie bei einem DDS, den Dezimierungsraten (mit diesem Begriff hattest Du Dich vertan) und Filterkoeffizienten. Falls man sie verwenden will, kommt noch eine AGC-Programmierung hinzu, deren beste Dimensionierung vielleicht nicht ganz trivial ist.

Die direkte Digitalisierung der HF nach einem Preselektor und Verstärker erfordert ein Durchstimmen des internen NCOs (DDS), was auch bei diesen integrierten Lösungen die Spurious-Problematik mit sich bringt (durch begrenzte Amplituden- und Phasenauflösung). Die Nichtlinearitäten der AD-Wandler erzeugen außerdem Harmonische, die sich durch Aliasing in das Nutzband falten (passiert nach dem Alias-Filter!). Beim Einsatz einer solchen Lösung in der ZF kann man Taktrate und ZF derart geschickt wählen, daß keine dieser Störungen in den Nutzkanal fallen. Das ist bei der "Durchstimm-Lösung" leider nicht möglich, daher wird man immer mit mehr oder weniger starken Spurious-Signalen leben müssen (hier helfen keine Preselektor-Filter).

Ich würde bei der heutigen Dynamik von AD-Wandlern diese für ein sehr gutes Radio immer hinter ein ZF-Filter setzen. Das Thema "Wo gehört der AD-Wandler in einem RX hin?" und die Vorstellung eines DDC habe ich mal in der cqDL (11/2000) behandelt.

Ich stimme Dir zu, daß man nie genug Vorselektion spendieren kann, aber wir sollten auch daran denken, daß genau um den riesigen Aufwand von vielen, vielen schmalen Eingangsfiltern in Empfängern zu ersparen, der Heterodynempfänger erfunden wurde. Damit ließ sich ein einziges in der ZF einsetzen. Das Optimum liegt natürlich, wie so oft, in der geschickten Abstimmung zwischen diesen Lösungen ;o).

vy 73 de Gerrit, DL9GFA

92

Freitag, 28. Dezember 2007, 01:41

RE: Hard und Soft DigitalRadio

Hallo Werner,

ich denke die 8 Bandfilter sollten genügen; immerhin hast Du vor, einen richtig großsignalfesten Mischer einzusetzen (bei der Startfreq. von Filter B hat sich ein Tippfehler eingeschlichen).

Die T50-Ringkerne habe ich nur vorgeschlagen, falls Du die Filterbank auch als u.U. letztes Sendefilter einsetzen wolltest. Für den Empfänger reichen die T37-Kerne natürlich völlig aus.

vy 73 de Gerrit, DL9GFA

P.S.
Ich hatte vergessen auf die Verfügbarkeitsfrage der Spezialbauteile zu reagieren: Ich kann Dir sicherlich den einen oder anderen ADC und DDC zur Verfügung stellen. Die Teile im QFP-Gehäuse will keiner mehr haben, da nur noch BGAs verbaut werden ;o).

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Freitag, 28. Dezember 2007, 09:47

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Zur ZF-Abtastung:
Hier müssen wir abwägen zwischen erzielbarer Dynamik (am Stück), Schaltungsaufwand, Verlustleistung und Rechenlast des DSPs.

Hallo Gerrit,

in der Tat hast Du da einen Beitrag mit schwierigen Entscheidungen geschrieben. Eigenlich gefallen mir alle Möglichkeiten. Aber wie Du selbst schreibst, gibt es auch überall Nachteile.

Nun habe darüber nachgedacht, warum wir überhaupt an diese Stelle gekommen sind. Eigentlich hatten wir doch von Anfang an eine gute Lösung mit dem DSP. Aber dann kam die Überlegung mit der Spiegelfrequenz. Bei einer 12 kHz ZF ist die Spiegelfrequenz nur 24 kHz weit weg. Das ist richtig und da wird es mit der Flankensteilheit der 45 MHz ZF-Filter schon knapp.

Aber eins verstehe ich nicht. Mit dem DSP ist es doch möglich, ähnlich wie beim Polyphase-Netzwerk, die Spiegelfrequenz zu unterdrücken. Dann sollt das Problem doch erledigt sein?

Und dann stellt sich mir die Frage, warum erhöhen wir nicht einfach die 12 kHz ZF z.B. auf 25 kHz. Dann ist die Spiegelfrequenz 50 kHz weit von der Nutzfrequenz entfernt. Für DRM können wir die 25 kHz wieder auf 12 kHz umsetzen. So zumindestens habe ich das in Deinem Vortrag in München verstanden.

Wenn das nicht geht, stellt sich natürlich die Frage, welche Deiner Lösungsansätze sollten wir bevorzugen? Die einfachste Lösung scheint mir da die Lösung mit der 3. ZF zu sein. Dann sollten wir aber als 2. ZF 10,7 MHz verwenden, weil man da eine riesige Auswahl an ZF-Filtern und Lieferanten hat. Man könnte einen Verstärker mit Bereichsumschaltung von -20dB und -40dB einsetzen und damit die Gesamtdynamik erweitern. Ich würde da keine klassische AGC vorschlagen, sondern eher einen festen Spannungsteiler, den der DSP geziehlt umschalten kann. Dann sollte der Nachteil mit der "Desensibilisierung durch AGC" nicht auftreten.

Auch würde mir Dein Vorschlag Nr. 1 ganz gut gefallen. Den Nachteil mit dem IP3 von +1dBm in der ZF könnte man ebenfalls durch eine Bereichsumschltung begrenzen. Nachdem in der ZF nur noch Frequenzen vorkommen, die wir wirklich verarbeiten müssen, sollte so eine Bereichsumschaltung durch den DSP ohne größere Nachteile möglich sein. Ansonsten scheint mir dieses Konzept recht interessant, weil man sich da die 2.te analoge ZF spart und Du schon Eval-Boards und Software hast. Aber kann ich die benötigten ICs dann auch als Privatperson beliebig nachkaufen? Ich möchte den RX evtl. auch weiterhin nutzen.

Beste 73`s de Werner, DL7MWN

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94

Freitag, 28. Dezember 2007, 21:25

Hard und Soft DigitalRadio

Hallo Horst,

diesen Vorschlag hast Du mir schon einmal gemacht. Da hatten wir noch von ZF-Filtern mit 10kHz Bandbreite gesprochen. Die gibt es nicht mehr und so müssen wir jetzt doch welche mit 12 kHz verwenden. Ich denke, Dein Vorschlag ist eine ganz gute und preiswerte Lösung des Problems und zum Basteln gut geeignet. Aber ich denke an einen durchgehenden Frequenzbereich ohne Umschaltung der ZF-Frequenzen. Deine Lösung geht bestimmt, aber sicher bringt das wieder neue Probleme mit sich. Und so wollen wir erst mal sehen, ob es nicht doch noch andere Lösungen gibt. Sollten wir keine finden, dann komme ich gerne noch einmal auf Deinen Vorschlag zurück.

Ich beschäftige mich im Moment mit der Berechnung des Preselektors. Das ist viel Arbeit, aber es geht gut voran. Sobald die theoretischen Arbeiten abgeschlossen sind, werde ich mit der Realisierung des Empfängers beginnen. Darauf freue ich mich schon.

In diesem Sinne:

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95

Freitag, 28. Dezember 2007, 21:47

Hard und Soft DigitalRadio

Hallo Gerd,

auch ich habe schon mal über den Perseus nachgedacht. Aber im Moment ist das nicht mein Ding. Und Du schreibst ja selber, dass wir wohl lieber beim SDR mit Preselektor und 1. Analogmischer bleiben sollten. Ich bin sicher, dass wir eine gute Lösung für das Problem mit der Spiegelfrequenz finden werden. Ich werde den Preselektor jetzt berechnen und das Ergebnis dann wieder auf meiner Homepage ablegen.

Best 73`s de Werner, DL7MWN

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96

Samstag, 29. Dezember 2007, 00:08

RE: Hard und Soft DigitalRadio

Hallo Werner,

Zitat

Original von DL7MWN
Nun habe darüber nachgedacht, warum wir überhaupt an diese Stelle gekommen sind. Eigentlich hatten wir doch von Anfang an eine gute Lösung mit dem DSP. Aber dann kam die Überlegung mit der Spiegelfrequenz. Bei einer 12 kHz ZF ist die Spiegelfrequenz nur 24 kHz weit weg. Das ist richtig und da wird es mit der Flankensteilheit der 45 MHz ZF-Filter schon knapp.


das klappt schon bei einem 8poligen 12kHz Filter (2 x 4 Pole), mit etwas Abschirmung zwischen den einzelnen Filterstufen, auf min 90dB Weitabselektion im Spiegelfrequenzbereich zu kommen.

Zitat

Aber eins verstehe ich nicht. Mit dem DSP ist es doch möglich, ähnlich wie beim Polyphase-Netzwerk, die Spiegelfrequenz zu unterdrücken. Dann sollt das Problem doch erledigt sein?


Das macht der DSP ja nur bei der 12kHz ZF, die 1. 45MHz ZF-Spiegelfrequenz ist aber durch den 2. Mischprozess schon da und kann nicht mehr "entfernt" werden, das muß das 1. ZF Filter erledigen!

Zitat

Und dann stellt sich mir die Frage, warum erhöhen wir nicht einfach die 12 kHz ZF z.B. auf 25 kHz. Dann ist die Spiegelfrequenz 50 kHz weit von der Nutzfrequenz entfernt. Für DRM können wir die 25 kHz wieder auf 12 kHz umsetzen.


Absolut, Du kannst noch besser auf 32 oder 48kHz 2.ZF umsteigen, gute Audio A/D Wandler bis 192kHz Samplefrequenz sind zu bekommen und der DSP kann das sicherlich auch.

Eine kostengünstige Methode wäre auch Schaltmischer, 4poliges 12kHz ZF-Filter, rauscharmer ZF-Verstärker und I/Q Umsetzer auf 12-15kHz die ein Stereo A/D Wandler als digitalen Bitstrom zum DSP weiterleitet. Spiegelfrequenzen spielen für diesen Fall auch keine Rolle da sehr gut unterdrückt. Vorteil: Bevor der DSP überhaupt funktioniert kann die Funktion des analogen Frontends mit einem PC / Soundkarte überprüft werden.
Dies bedingt auch gleichzeitig die Steuerung (ATMega µC) von der dig. Signalverarbeitung zu trennen, hier würdest Du IMO definitiv an der falschen Stelle sparen wenn der DSP alles erledigen müßte. Mit einem kleinen USB auf RS232 Wandler könnte man auch jederzeit die Firmware des µC (kostenloser Bootloader erforderlich) und des DSP wenn erforderlich, flexibel und getrennt, updaten.

Schön ist auch, dass Du inzwischen von dem Taktgenerator als 2. LO abgekommen bist ... da kam der Eindruck auf bei DSP und graphischer Anzeige zu klotzen aber bei der min. ebenso wichtigen LO Aufbereitung nur zu kleckern :D.

Als Preselektor wäre die Aufteilung in 0-2MHz, 2-10MHz, 10-20MHz und 10-30MHz ein Mindestmaß. Diese sollen eher zum Schutz vor IP2 Produkten (z.B. auf 20m, 21m) dienen, Den IP3 bestimmt hauptsächlich der 1. Mischer, da bringt kein noch so guter Preselektor eine Verbesserung. Um den Mischer von hohen Pegeln im unteren HF Bereich zu entlasten sind, wenn überhaupt erst notwendig, Suboktabfilter günstig.
vy 72/73, Reinhold.

97

Samstag, 29. Dezember 2007, 00:57

RE: Hard und Soft DigitalRadio

Hallo Werner,

ich flechte ein:

Zitat

Original von DL7MWN Aber eins verstehe ich nicht. Mit dem DSP ist es doch möglich, ähnlich wie beim Polyphase-Netzwerk, die Spiegelfrequenz zu unterdrücken. Dann sollt das Problem doch erledigt sein?


Den Joker mit der Spiegelfrequenzunterdrückung kann man leider pro Quadraturdemodulation nur einmal anwenden. Bei der 12kHz-ZF werden ohne Quadraturdemodulation beide Seitenbänder auf DC gemischt (LSB und USB überlagert), da ja kein Einseitenbandfilter in der 1. ZF verwendet wurde (wie bei SSB nach Filtermethode). Erst durch die Quadraturdemodulation der 12kHz-ZF und den weiteren 90°-Phasenschieber wird bei der folgenden Addition/Subtraktion eines dieser Seitenbänder ausgewählt und das andere unterdrückt.
Für die Unterdrückung der angesprochenen Spiegelfrequenz müßten wir das Heruntermischen von den 45MHz auch in Quadratur vornehmen.

Zitat

Und dann stellt sich mir die Frage, warum erhöhen wir nicht einfach die 12 kHz ZF z.B. auf 25 kHz. Dann ist die Spiegelfrequenz 50 kHz weit von der Nutzfrequenz entfernt. Für DRM können wir die 25 kHz wieder auf 12 kHz umsetzen. So zumindestens habe ich das in Deinem Vortrag in München verstanden.

Das funktioniert ohne weiteres. Die Frage ist, wie hoch wir für eine gescheite Spiegelunterdrückung gehen müssen. Ich befürchte, daß auch 30kHz ZF nicht reichen werden. Zur Bewertung dieser Option benötigen wir am besten Messungen des Quarzfilters. Hast Du Deine bereits geliefert bekommen?

Zitat

Man könnte einen Verstärker mit Bereichsumschaltung von -20dB und -40dB einsetzen und damit die Gesamtdynamik erweitern. Ich würde da keine klassische AGC vorschlagen, sondern eher einen festen Spannungsteiler, den der DSP geziehlt umschalten kann. Dann sollte der Nachteil mit der "Desensibilisierung durch AGC" nicht auftreten.

Doch, genau diese Umschaltung ist das Problem; ob man sie AGC nennt oder anders, spielt dabei keine Rolle. Stell' Dir vor, Dein Nutzsignal hat eine Empfangsleistung von S2 (-115dBm) und damit bei 10dB RX-Rauschmaß ein SNR von 15dB (2.4Khz BW). Das bedeutet, daß Dein Rauschflur des RX bei -130dBm liegt, die vom AD-Wandler noch erreicht werden müssen.
Wenn nun neben Deiner Frequenz, aber im Durchlaßbereich des ZF-Filters, jemand mit S9+30dB (-43dBm) CQ ruft, muß Dein AD-Wandler dieses Signal ohne Dynamikbereichsumschaltung linear wandeln (-43dBm- -130dBm = 87dB) können, um im digitalen Bereich mit einem scharfen Kanalfilter den Störer zu unterdrücken. Wir haben gesehen, daß der AD9874 ca. 95dB Dynamik bietet, bereits inklusive 12dB AGC-Umfang. Im beschriebenen Szenario würde die Dynamik "am Stück" (83dB) nicht mehr ausreichen und die AGC würde die Vorverstärkung verringern, damit der interne ADC vom CQ-Rufer nicht übersteuert wird. Bei einem Regelpunkt von -6dB Fullscale des ADC würde dieser so ausgesteuert, daß der nutzbare RX-Dynamikbereich von -37dBm...-120dBm abgedeckt werden würde. Dein Nutzsignal hätte auf einmal nur noch ein SNR von 5dB anstatt 15dB zuvor. Nun kannst Du an den Leistungen den "worst case" einstellen und ggf. mehrere Störer in 10kHz-Bandbreite annehmen und schon ist Dein QSO unfreiwillig beendet. Ein Schalten um einige Dezibel Verstärkung (oder Spannungsteiler) im Empfangspfad hätte die gleiche Wirkung.

Zitat

Auch würde mir Dein Vorschlag Nr. 1 ganz gut gefallen. Den Nachteil mit dem IP3 von +1dBm in der ZF könnte man ebenfalls durch eine Bereichsumschltung begrenzen.

Leider nicht, s.o.. Der AD9874 ist daher eher für optimal ausgelegte ZF-Filter geeignet (schaltbar für SSB und CW).

Zitat

Ansonsten scheint mir dieses Konzept recht interessant, weil man sich da die 2.te analoge ZF spart und Du schon Eval-Boards und Software hast. Aber kann ich die benötigten ICs dann auch als Privatperson beliebig nachkaufen? Ich möchte den RX evtl. auch weiterhin nutzen.


Der AD9874 mischt tatsächlich auf eine weitere analoge ZF bevor die Bandbaß-AD-Wandlung folgt. Der Bezug als Privatperson ist wohl nur über kostenlose Muster bei ADI möglich (max 2). Ansonsten muß man sich einen befreundeten OM mit Ingenieurbüro suchen und einige Teile bei Spörle o.ä. ordern lassen. ;o)
Bei Interesse schicke ich Dir gern eine leere PCB mit einem AD9874-Muster zu.

Soviel für heute...

vy 73 de Gerrit, DL9GFA

P.S.
Zum Thema der Selbstbau-Quarzfilter antworte ich separat.

98

Samstag, 29. Dezember 2007, 01:48

RE: Hard und Soft DigitalRadio

Hallo Horst und Reinhold,

ich persönlich mag den Vorschlag zum Selbstbau des Quarzfilters und wäre auch pragmatisch genug, mit dem "blinden" Fleck auf der Frequenzskala in einem unattraktiven Bereich klar zu kommen. Die Quarze im Bereich um 10MHz lassen sich nunmal am besten ziehen...
Während schmale CW-Filter tatsächlich sehr einfach und mit einer sehr guten Performance gelingen, ist es meiner Erfahrung nach nicht so einfach, breitere Filter zu realisieren (10kHz!). Dazu benötigt man bestimmte Ablagen einzelner Quarze und unbedingt einen Netzwerkanalysator zum Abgleich und einige Geduld.

Horst:
Hast Du den Aufbau solcher Filter mal selbst vorgenommen, oder ist alles Simulation?

Nachdem Werner sich allerdings einen Jugendtraum mit hochliegender 1. ZF erfüllen will, wird dieser Vorschlag wohl eher für ein anderes Projekt in Frage kommen.

Reinhold:
Wenn mit einem 8-poligen 45MHz-Filter wirklich 90dB Spiegelunterdrückung in diesem geringen Abstand realisierbar sind, können wir mit dieser Lösung leben. Nach meinem Bauchgefühl hielt ich das nicht für realistisch und wollte die Messungen abwarten, um die "Wahrheit" zu sehen ;o). Ich arbeite im QRL wohl zu viel mit (breiteren) SAW-Kanalfiltern, die diese Performance nicht aufbringen (bei sehr hohen Anforderungen an Gruppenlaufzeitverzerrungen).

Die Quadraturdemodulation würde ich nicht im Analogen vornehmen (Dein Vorschlag Schaltmischer und IQ/Stereo-ADC), da die erzielbare Seitenbandunterdrückung nicht gut genug ist. Im DSP sind mit relativ wenig Aufwand >100dB erzielbar, daher würde ich die Quadraturdemodulation für unsere Schmalbandbetriebsarten immer in den DSP "schieben".

Gute 192kHz-AD-Wandler sind natürlich auch direkt an den DSP adaptierbar und dieser kann die Datenrate verarbeiten. Wenn diese Wandler aber mit einer geringeren Abtastrate betrieben werden, erzielt man oft eine höhere Dynamik (z.B. 192kHz -> 109dB, 80kHz -> 115dB). Hier muß natürlich abgewogen werden...

Laßt uns die Messungen zum 45MHz-Filter abwarten, dann können wir das Konzept weiter verfeinern.

vy 73 de Gerrit, DL9GFA

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99

Samstag, 29. Dezember 2007, 05:56

RE: Hard und Soft DigitalRadio

Hallo Gerrit,

Zitat

Original von DL9GFA
ich persönlich mag den Vorschlag zum Selbstbau des Quarzfilters und wäre auch pragmatisch genug, mit dem "blinden" Fleck auf der Frequenzskala in einem unattraktiven Bereich klar zu kommen. Die Quarze im Bereich um 10MHz lassen sich nunmal am besten ziehen...
Während schmale CW-Filter tatsächlich sehr einfach und mit einer sehr guten Performance gelingen, ist es meiner Erfahrung nach nicht so einfach, breitere Filter zu realisieren (10kHz!). Dazu benötigt man bestimmte Ablagen einzelner Quarze und unbedingt einen Netzwerkanalysator zum Abgleich und einige Geduld.


Ich habe mal ein 2poliges 3kHz Half-Lattice Filter mit 27MHz 3.OT Quarzen auf der 9MHz Grundwelle getestet und 70db bei 30kHz Abstand und symmetrischer Kurve bekommen, die Durchgangsdämpfung lag bei 2dB. Mit etwas veränderter Cp-Kompensation der Quarze ließ sich eine Notchstelle in 30kHz Abstand (für z.B. 15kHz ZF) schaffen die die Dämpfung hier auf über 100dB brachte, selbstverständlich wird die Kurve, ähnlich der eines einfachen Ladderfilters, ziemlich unsymmetrisch und die Weitabselektion einer Flanke geht stark zurück.

Leider ist der blinde Fleck im Empfangsbereich nicht nur 10-12kHz breit sondern kann bis zu 500kHz oder mehr betragen da man zu Verbesserung der ZF Unterdrückung ein gutes Notchfilter vor dem 1. Mischer vorsehen muß. Je nach Güte und Polzahl ist der blinde Fleck mehr oder minder breit und damit die Empfindlichkeit des RX stark reduziert.

Zitat

Wenn mit einem 8-poligen 45MHz-Filter wirklich 90dB Spiegelunterdrückung in diesem geringen Abstand realisierbar sind, können wir mit dieser Lösung leben. Nach meinem Bauchgefühl hielt ich das nicht für realistisch und wollte die Messungen abwarten, um die "Wahrheit" zu sehen ;o). Ich arbeite im QRL wohl zu viel mit (breiteren) SAW-Kanalfiltern, die diese Performance nicht aufbringen (bei sehr hohen Anforderungen an Gruppenlaufzeitverzerrungen).


Mit den kommerziellen 8poligen monolithischen Filter geht das natürlich nicht, Ein- und Ausgang sind nur ca. 1-2cm voneinander getrennt, koppeln also viel zu stark um 90dB zu schaffen. Zur Verdeutlichung, gemeint hatte ich jeweils 2 x 4polige Filter (12kHz Bandbreite, Grundwellentypen) die physikalisch auf der Platine sowie elektrisch durch einen ZF-Verstärker getrennt sein müßten. Jedes Filterpaar bringt dann die geforderten min. 45dB, mit etwas Abschirmung zwischen den I/O Ports auch 50dB oder mehr, jeweils bei +/-30kHz Abstand (15kHz ZF).

Spendiert man jedem 2poligen Filterelement noch einem kleinen C (vom Ein- zum Ausgang) lassen sich recht tiefe Notchstellen in passendem Spiegelfrequenzabstand und symmetrisch zur Mittenfrequenz "spendieren". Je näher man dabei der Mittenfrequenz kommen muß, desto schlechter wird die Weitabselektion (>100kHz) und desto "runder" die Durchgangskurve.

Zitat

Die Quadraturdemodulation würde ich nicht im Analogen vornehmen (Dein Vorschlag Schaltmischer und IQ/Stereo-ADC), da die erzielbare Seitenbandunterdrückung nicht gut genug ist. Im DSP sind mit relativ wenig Aufwand >100dB erzielbar, daher würde ich die Quadraturdemodulation für unsere Schmalbandbetriebsarten immer in den DSP "schieben".


Wenn ich jetzt 40dB (15kHz ZF) durch ein 4poliges Filter annehme und z.B. weitere 70dB nach digitalem Abgleich im DSP dann bin ich doch bei 110dB. Der Abgleich (Amplitude und Vektor) im DSP ist vom Nutzer ein einziges Mal bei Inbetriebnahme durchzuführen.

Zitat

Gute 192kHz-AD-Wandler sind natürlich auch direkt an den DSP adaptierbar und dieser kann die Datenrate verarbeiten. Wenn diese Wandler aber mit einer geringeren Abtastrate betrieben werden, erzielt man oft eine höhere Dynamik (z.B. 192kHz -> 109dB, 80kHz -> 115dB). Hier muß natürlich abgewogen werden...


Auch mit nur 96kHz Abtastrate wäre eine ZF um 32kHz (1/3 Fs) zu machen, da ist eine Spiegelfrequenz aus der 1.ZF kein Thema mehr.
vy 72/73, Reinhold.

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100

Samstag, 29. Dezember 2007, 07:29

Hard und Soft DigitalRadio

Liebe Funkfreunde,

ich denke, wir müssen jetzt daran arbeiten, die Topologie unseres Empfängers festzulegen. Sonst kommen wir mit unserem HSDR-4512 nicht mehr weiter. Aus diesem Grund werde ich die 45 MHz-Filter bestellen und die Durchlasskurve messen. Aber das wird etwas dauern, weil wir jetzt zwischen den Feiertagen bestimmt keine Filter geliefert bekommen. Die Frage, die sich mir dann stellt ist, soll ich alle 4 Filter a. 2 Pole hintereinander schalten, oder ist es besser, nach 2 Filtern einen Verstärker einzubauen? Dann stellt sich die Frage, welchen Verstärker sollte ich da hernehmen? Bestimmt ist es gut, mechanisch etwas Abstand zwischen den Filtern zu lassen, um bei 90dB Dämpfung kein Übersprechen zu provozieren.

Das mit der AGC habe ich schon verstanden. Wenn man SSB oder CW arbeitet, kann natürlich noch eine zusätzliche, sehr starke Station mit in der 12-kHz-ZF sein. Ich denke immer nur an DRM, da kann das nicht passieren. Also versuchen wir eine gute Lösung zu finden und vermeiden die AGC, wenn möglich.

Ich danke allen Beteiligten für die rege Diskussion. So lernt man das Für - und Wider der verschiedenen Ansichten am besten kennen.

Beste 73`s de Werner, DL7MWN

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