सॉफ्टवेयर परिभाषित रेडियो (एसडीआर)

“इस तरह की तकनीकों में असंख्य राज्य खर्च हो सकते हैं।
किसी भी उपकरण को नियंत्रित करने की कल्पना करें ... केवल रेडियो तरंगों का उपयोग करके कमांड भेज रहा है।
यह भविष्य है, वाटसन। "
शर्लक होम्स -2009

कंप्यूटर और विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के बिना आज की दुनिया की कल्पना करना मुश्किल है। लेकिन ट्रांजिस्टर के आविष्कार के बाद, केवल 56 साल बीत चुके हैं। इस तथ्य के बावजूद कि 18 वीं शताब्दी के अंत से लोगों के पास बिजली है, यह बस आश्चर्यजनक है कि कंप्यूटर, फोन, इंटरनेट और सभ्यता के अन्य लाभ हमारे जीवन में कैसे फट जाते हैं, इसलिए हमारे लिए परिचित हैं, लेकिन जिसके बारे में - लगभग 30 साल पहले, मानवता केवल सपना देख सकती है। लाखों लोगों ने अपने हाथों में आत्म-साक्षात्कार और आत्म-अभिव्यक्ति के लिए सबसे शक्तिशाली उपकरण प्राप्त किया - यह सच है - क्या आपने कभी सोचा है - यह कितना महान है कि हम बिना किसी विशेष सामग्री निवेश के सिर्फ अपने विचार को ले सकते हैं और महसूस कर सकते हैं? कंप्यूटर ने स्मार्ट और प्रतिभाशाली लोगों को खुद को महसूस करने की अनुमति दी, इंटरनेट ने सूचनाओं की पेटाबाइट्स तक पहुंच दी, लाखों लोगों को एक-दूसरे के साथ संवाद करने, समान विचारधारा वाले लोगों को खोजने, अध्ययन करने, व्यवसाय सीखने, पैसे कमाने की अनुमति दी - और यह सब कुर्सी से उठने के बिना ... सामान्य रूप से - पर्याप्त गीत, लेख में। हम सॉफ्टवेयर डिफाइंड रेडियो के बारे में बात करेंगे - यह क्या है और यह कैसे काम करता है - आपको कट के नीचे पता चल जाएगा

थोड़ा सा सिद्धांत (हाँ - हम इसके बिना इस तरह की जटिल बात कैसे कर सकते हैं)

आइए इस तथ्य से शुरू करें कि मैक्सवेल ने अपने प्रसिद्ध समीकरण लिखे और उनका विश्लेषण किया - उन्होंने रेडियो तरंगों के अस्तित्व की भविष्यवाणी की, जिसे हर्ट ने बाद में पुष्टि की। ये समीकरण हमें बताते हैं कि एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र एक विद्युत उत्पन्न करता है, और एक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र एक चुंबकीय एक उत्पन्न करता है, जो विद्युत चुम्बकीय तरंग बनाता है, जो एक बार उत्सर्जित हो जाता है, ट्रांसमीटर को बंद कर देता है, और लहर अभी भी रहती है और अंतरिक्ष में उड़ जाती है। एक विद्युत क्षेत्र न केवल एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न कर सकता है, बल्कि एक चार्ज भी है, जो मैक्सवेल समीकरण (गॉस लॉ) से आता है।

एक चार्ज एक क्षेत्र उत्पन्न करता है, अगर हम एक दूसरे से एक निश्चित दूरी पर 2 चार्ज लेते हैं और उनमें से एक कुछ आवृत्ति के साथ झटके शुरू होता है, तो कुछ समय बाद - दूसरा एक ही आवृत्ति पर चिकोटी शुरू करता है - यहां दो चार्ज पानी में दो वसा के लिए समान व्यवहार करते हैं - अगर हम झील के एक किनारे से दूसरे किनारे तक जानकारी भेजना चाहते हैं - हम दोनों तरफ एक फ्लोट लगाते हैं और उनमें से एक पर टगिंग शुरू करते हैं - इससे एक लहर फैलने लगेगी, जो थोड़ी देर बाद दूसरी तरफ पहुंच जाएगी और दूसरी तरफ से आराम करेगी। तैरना शुरू हो जाएगा। पानी के मामले में हम लहर को ही देख सकते हैं। एक विद्युत क्षेत्र - आम तौर पर बोलना यह स्पष्ट नहीं है कि यह क्या है - नहीं देखा जा सकता है, इसे छुआ नहीं जा सकता है, यह एक अमूर्त है जिसके साथ सब कुछ आसानी से समझाया जाता है, और चूंकि हम एक अमूर्त को नहीं देख सकते हैं और छू सकते हैं - हम केवल आरोपों पर क्षेत्र के प्रभाव से इसकी उपस्थिति का न्याय कर सकते हैं - फ्लोट के साथ सादृश्य द्वारा - हम केवल फ्लोट को देख सकते हैं। यदि झील पर कोई हवा नहीं है - कोई लहर नहीं होने पर फ्लोट आराम कर रहा है, लेकिन वास्तव में यह लगभग नहीं होता है - हवा का झोंका आता है - पानी के साथ थोड़ी सी लहर होती है, कहीं मछली या मेंढक पानी के साथ फूट जाता है, कोई और हमारी नाव के साथ मिल जाता है और उन पर तड़पना शुरू कर देता है उनकी जानकारी को प्रसारित करना, या किसी ने एक पत्थर को पानी में फेंक दिया और लहरें आती हैं यह सब, वे तट और पत्थरों से परिलक्षित होते हैं, जोड़ते हैं, एक दूसरे को मजबूत करते हैं और कमजोर होते हैं, और हम केवल नाव को देखकर घटनाओं की इस सभी रचना का न्याय कर सकते हैं। रेडियो प्रसारण में आपका स्वागत है।

"विश्व" "लेनिन" "यूएसएसआर" या - अलौकिक सभ्यताओं के लिए एक संदेश कैसे भेजें

इसलिए - रेडियो तरंग भेजने के लिए - हमें आवेश को एक स्थान से दूसरे बिंदु पर एक निश्चित आवृत्ति के साथ स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है, और यह तर्कसंगत है कि यदि हम एक बार में बहुत सारे प्रभार खींचते हैं - प्रत्येक एक तरंग उत्पन्न करेगा, तो वे सभी को जोड़ते हैं और बड़ी मेगा तरंग बनाते हैं। । यह भी तर्कसंगत है कि अंतरिक्ष में आयाम जितना बड़ा होगा हम चार्ज को स्थानांतरित करेंगे - तरंग का आयाम जितना अधिक होगा। हमारा कार्य आवेशों को समय-समय पर एक बिंदु से दूसरे स्थान पर चलाना है, और अब तक - हमारे आदिम मॉडल के ढांचे के भीतर (और मैं आपको जटिल मॉडल के साथ लोड नहीं करने जा रहा हूं) - यह वांछनीय है कि वे एक सीधी रेखा में ऐसा करते हैं।

अच्छी तरह से - एक धातु पिन लें, इसे केंद्र में काटें और केंद्र में अल्टरनेटर डालें - पहले आधे चक्र के दौरान - एक पिन पर एक प्लस होगा, अन्य 0. इलेक्ट्रॉनों पर जो किसी भी धातु में हैं और बस लात लगने की प्रतीक्षा करें - यहां जब तक वे इसकी भरपाई नहीं करेंगे तब तक वे इस पिन 0 पर बनाएंगे, लेकिन इसके बाद दूसरा आधा चक्र आएगा और इलेक्ट्रॉनों को वोल्टेज जनरेटर से गुजरते हुए एक पिन से दूसरे पिन तक चलना शुरू हो जाएगा। छड़ी के केंद्र में जनरेटर निश्चित रूप से अच्छा है, लेकिन बहुत सुविधाजनक नहीं है (मैं जनरेटर को मिलाप करना चाहता हूं, और अनिच्छा से छत पर हमेशा के लिए चढ़ जाता हूं)। कोई समस्या नहीं है - हम दो तारों को लाठी से हुक करते हैं और उन्हें हमारे अपार्टमेंट में ले जाते हैं, जबकि तार भी एंटेना होते हैं, क्योंकि चार्ज उनके साथ अंतरिक्ष में चलते हैं, लेकिन तार बहुत करीब हैं और चार्ज अलग-अलग दिशाओं में चलते हैं, प्रत्येक तार से उत्पन्न तरंगें मिलती हैं वे एंटीपेज़ में हैं और एक-दूसरे को मारते हैं, ताकि केवल पिन काम करने वाले हिस्से के रूप में बना रहे और सब कुछ ऐसा लगे जैसे कि एंटीना के एक छोर से दूसरे हिस्से तक स्वयं चार्ज होते हैं। इसलिए - हमने ट्रांसमिशन का पता लगाया - रिसेप्शन के लिए हमें बैठने और प्रतीक्षा करने की आवश्यकता है जब तक कि लहर नहीं आती है और एंटीना में हमारे इलेक्ट्रॉनों को खींचना शुरू कर देता है, जो एक छोर से दूसरे छोर तक चल रहे हैं वे डिटेक्टर के माध्यम से चलेंगे, डिटेक्टर का कुछ प्रतिरोध है, वर्तमान को इस प्रतिरोध में बदल दिया गया है वोल्टेज, और हम पहले से ही वोल्टेज को माप और बढ़ा सकते हैं (वास्तव में वास्तविक योजनाओं में यह उससे बहुत दूर है, लेकिन मैं आपको लहर प्रतिरोध और रेखा मिलान जैसी चीजों से लोड नहीं करता, सामान्य तौर पर यह सब काफी जटिल है, इसलिए अब इस पर विचार करें कि लहर द्वारा बनाई गई वर्तमान प्रतिरोध डिटेक्टर प्रतिरोध के माध्यम से चलता है और वोल्टेज में परिवर्तित होता है) - इसलिए - हमने सीखा कि रेडियो तरंगों को कैसे प्राप्त करें और संचारित करें - मिशन पूरा हुआ।

स्तर 2 - मॉडुलन

यह निश्चित रूप से मज़ेदार और दिलचस्प है कि फ्लोटिंग को देखते हुए, लेकिन यह जल्दी से परेशान करता है और आप अपनी प्यारी दादी से बात करना चाहते हैं, लेकिन हम अभी भी जानते हैं कि एक अनुचित लहर को अंतरिक्ष में कैसे भेजा जाए - एक लहर का उपयोग करके किसी प्रकार की सूचना प्रसारित करने के लिए - इसे संशोधित करने की आवश्यकता है - उदाहरण के लिए, हम फ्लोट को एक छोटे आयाम के साथ खींच सकते हैं - यह एक तार्किक 0 के अनुरूप होगा, एक बड़े आयाम के साथ - एक तार्किक 1. या हम अधिक या कम बार खींच सकते हैं - मुख्य बात यह सहमत है - हमारे कोड का क्या मतलब है। अब थोड़ा सरल (और ऐसा नहीं) गणित - 3 प्रकार के मॉड्यूलेशन हैं:
आयाम
आवृत्ति
अवस्था
चित्र इस लेख में देखे जा सकते हैं:
मॉड्यूलेशन, और मैं शायद गणित से कुछ बिंदुओं पर ध्यान केंद्रित करूंगा, जिसके बिना - मेरी राय में, सामान्य स्तर पर कुछ समझना समस्याग्रस्त है।
इसलिए - हम किसी प्रकार के समय-भिन्न संकेत को प्रसारित करना चाहते हैं

जिसके पास एक स्पेक्ट्रम है

और आम तौर पर बोलना - इस स्पेक्ट्रम को स्थानांतरित करने में सक्षम होना वांछनीय होगा, क्योंकि अगर हम सभी एक ही आवृत्ति बैंड का उपयोग करते हैं, तो विभिन्न रेडियो स्टेशनों का स्पेक्ट्रा ओवरलैप हो जाएगा और जानकारी विकृत हो जाएगी। एक तकनीकी पृष्ठभूमि है (उदाहरण के लिए, मुख्य से 50 हर्ट्ज), फार्म 1 / एफ का शोर और इतने पर - कम आवृत्ति क्षेत्र में यह हमारे लिए संचारित करने के लिए बहुत असुविधाजनक है। इसके अलावा, विभिन्न आवृत्तियों में अलग-अलग प्रसार विशेषताएं होती हैं, जो उपरोक्त लेख में वर्णित हैं। गणितीय संस्कृति के कुछ स्तर होने के बाद, आप देख सकते हैं कि यदि आप जटिल घातांक से प्रारंभिक कार्य को गुणा करते हैं, तो संकेत स्पेक्ट्रम उस आवृत्ति से बदल जाएगा जो घातांक में है

गुणन के बाद संकेत का स्पेक्ट्रम निम्नानुसार प्राप्त होता है:

लेकिन दुर्भाग्य से एक जटिल घातांक एक गणितीय अमूर्तता है, हमारी आवश्यकताओं को संतुष्ट करने वाले कोई वास्तविक संकेत नहीं हैं, लेकिन एक कोसाइन है; हमें इसके साथ संतुष्ट रहना होगा - हम कोसाइन द्वारा संकेत को गुणा करते हैं।

यूलर सूत्र के अनुसार एक प्रतिस्थापन करें


स्थानापन्न, थोड़ा रूपांतरित करें और कुछ ऐसा प्राप्त करें

और अंत में

यह पता चला है कि मूल स्पेक्ट्रम को दो में विभाजित किया गया था - एक दाएं से क्रॉल किया गया, दूसरा आवृत्ति अक्ष के साथ बाईं ओर, और एक जो नकारात्मक आवृत्ति क्षेत्र में आता है वह 0 के सापेक्ष परिलक्षित होता है और परिणामस्वरूप हमें निम्न चित्र मिलता है:

लिखित सूत्रों के बीच थोड़ी विसंगति है - तथ्य यह है कि मैं केवल संकेत द्वारा कोसाइन को गुणा करता हूं, और एक नियम के रूप में उन्हें 1 + mx (t) से गुणा किया जाता है, जहां एम एक निश्चित गुणांक है - यह पता चलता है कि वाहक आवृत्ति अभी भी दो सममित स्पेक्ट्रा में जोड़ी गई है।
एएम सिग्नल को अपने शुद्ध रूप में प्रसारित करने के लिए - अतिरेक के कारण तर्कहीन है - यह मूल स्पेक्ट्रम की तुलना में 2 गुना बड़ा आवृत्ति बैंड रखता है - आवृत्ति बैंड में एक जगह महंगी है, इसलिए वाहक के हिस्से के साथ साइड बैंड में से एक फ़िल्टर द्वारा दबा दिया गया है -

वाहक अपने आप में कोई जानकारी नहीं रखता है - इसलिए यह डरावना नहीं है यदि हम इसे कम करते हैं, तो हम ट्रांसमीटर पावर पर भी थोड़ा बचत करते हैं।
अच्छी तरह से - अब हम आवृत्ति बैंड में एक उपयोगी संकेत संचारित करने में सक्षम हैं जो हमें चाहिए। एक दूसरे से न्यूनाधिकता के बीच मुख्य अंतर शोर प्रतिरक्षा है - आयाम मॉड्यूलेशन मूल स्पेक्ट्रम को प्रसारित करता है क्योंकि यह केवल एक और आवृत्ति बैंड में है, और आवृत्ति बैंड में जहां हम मूल स्पेक्ट्रम को स्थानांतरित करते हैं वहां हस्तक्षेप होता है जो उपयोगी सिग्नल के साथ बैठ जाता है और इसे खराब कर देता है। इसके अलावा - सिग्नल का आयाम ट्रांसमीटर की दूरी के आधार पर अलग-अलग होगा, अगर इमारतें हैं - प्रतिबिंब होंगे, तो हम एक देरी के साथ एक ही संकेत प्राप्त करेंगे और एक प्रतिध्वनि सुनेंगे। फ़्रिक्वेंसी मॉड्यूलेशन स्पेक्ट्रम में एक बड़े फ़्रीक्वेंसी बैंड पर कब्जा कर लेता है और इसकी वजह से उच्च शोर प्रतिरोधक क्षमता होती है - अगर उंगलियों पर हम एक व्यापक फ़्रीक्वेंसी बैंड पर उपयोगी जानकारी को धब्बा करते हैं और यदि कुछ आवृत्ति पर हस्तक्षेप होता है जो सिग्नल को बर्बाद कर देगा, तो यह केवल इसका एक छोटा सा हिस्सा खराब कर देगा, इसलिए यह संकेत स्पेक्ट्रम पर धब्बा है। वास्तव में, मॉड्यूलेशन और अन्य चीजों के बारे में बहुत कुछ कहा जा सकता है, विशेष रूप से डिजिटल सिग्नल के प्रसारण के बारे में, लेकिन वहां बहुत गणित है और इसलिए मुझे बहुत डराने के लिए नहीं - इस लेख में मैं इस प्रश्न को अधिक विस्तार से नहीं खोलूंगा।

एसडीआर तकनीक का सार

सामान्यतया, यह बहुत अच्छा है कि गणित ने हमारे लिए स्पेक्ट्रम को आगे और पीछे इस तरह से स्थानांतरित करना संभव बना दिया - इस संभावना के बिना, मैंने शायद ही अब इस लेख को लिखा है, मैकडॉनल्ड्स और जीवन के अन्य खुशियों के लिए कोई सेल फोन, मुफ्त वाई-फाई नहीं होगा। हमारे दादाजी - जानकारी निकालने के लिए, उन्होंने सभी प्रकार के एनालॉग सर्किट किए जो कि गणितीय परिवर्तन की आवश्यकता थी, जैसे कि:

लेकिन चूंकि हमारे पास एक कंप्यूटर के रूप में ऐसी चीज है - हमें यह सोचने की ज़रूरत नहीं है - हम एक दो ट्रांजिस्टर कैसे प्लग करेंगे ताकि आउटपुट सिग्नल इनपुट पर निर्भर करता है जो हमें ज़रूरत है - हम बस उस फॉर्मूले को लेते हैं और प्रोग्राम करते हैं जिसकी हमें ज़रूरत है। केवल अब हमें डिजिटल रूप में एक संकेत प्राप्त करना होगा, ताकि काम करने के लिए कुछ हो - एसडीआर इसके लिए जिम्मेदार है। यह एक एनालॉग रेडियो सिग्नल को डिजिटाइज़ करता है (या इसके विपरीत, जब ट्रांसमिशन की बात आती है तो यह डिजिटल का एनालॉग बनाता है)। जैसा कि हम याद करते हैं, हम उच्च-आवृत्ति क्षेत्र में सिग्नल संचारित करते हैं, और सिग्नल को डिजिटल करने के लिए हमें एक ADC की आवश्यकता होती है, जो कि Kotelnikov के प्रमेय के अनुसार अधिकतम सिग्नल आवृत्ति का कम से कम दो बार नमूना आवृत्ति होनी चाहिए। यद्यपि आधुनिक एडीसी पहले से ही आपको सीधे एक रेडियो फ्रीक्वेंसी सिग्नल को डिजिटाइज़ करने की अनुमति देता है - यह थोड़ा अनुचित है - आवृत्ति को स्थानांतरित करने की क्षमता होने के नाते - हम 2 गीगाहर्ट्ज पर एक सुपर-महंगा थ्रेशर लगाते हैं, जो सीधे सिग्नल को डिजिटल कर देगा। स्मरण करो - जैसा कि हम आम तौर पर उच्च-आवृत्ति स्पेक्ट्रम प्राप्त करते हैं - कोसाइन द्वारा गुणा किया जाता है और इस कोसाइन की आवृत्ति से स्पेक्ट्रम ऊपर और नीचे चला गया। और क्या वास्तव में हमें फिर से वही काम करने से रोकता है? हम एंटीना से कोसाइन तक सिग्नल को गुणा करते हैं - फिर से स्पेक्ट्रम को 2 में विभाजित किया जाता है - एक ढोंगी को कम आवृत्ति क्षेत्र में, दूसरे को उच्च क्षेत्र में, हम एक फिल्टर के साथ उच्च आवृत्ति स्पेक्ट्रम को काटते हैं, और कम आवृत्ति - रोते हैं, भले ही साउंड कार्ड के एडीसी अब यह है कि हम किसी भी आवृत्ति को डिजिटल कर सकते हैं। - एडीसी की गति केवल डिजीटल बैंड की चौड़ाई को प्रभावित करती है। ठीक है, तब - डिजिटलीकरण के बाद, हम पहले से ही प्रोग्रामिंग का उपयोग करके अपना स्वयं का रिसीवर बना सकते हैं - हमें कंप्यूटर पर जाने के लिए सिग्नल के लिए केवल रेडियो इंजीनियरिंग, केवल गणित, रेडियो इंजीनियरों की देखभाल के ज्ञान की आवश्यकता नहीं है। वास्तव में निम्नलिखित लेखों में, यदि विषय रुचि का है - मैं एसडीआर रिसीवर और सॉफ्टवेयर दोनों के लोहे के हिस्से के बारे में बात करने जा रहा हूं, आप सूचना प्रसारित करने और एन्कोडिंग के आधुनिक तरीकों के बारे में भी जान सकते हैं। खैर, निष्कर्ष में - यह है कि मेरा शौकिया रेडियो एसडीआर - सॉफ्टकोर आरएक्स / TX एनसेंबल II काम करता है, जो मुझे एक उपहार के रूप में मिला, एक एडीसी के रूप में पीसी साउंड कार्ड का उपयोग करते हुए, मैंने अपना काम वीडियो रिकॉर्ड नहीं किया, इसलिए मैं इसे YouTube पर पोस्ट करता हूं - मेरा रिसीवर उसी तरह से काम करता है, लेख में पहला फोटो - यह है