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这台SDR看起来挺厉害,但是不是我需要的呢?

CQ现代通信2019-01-11 01:11:40

我们常说集中力量办大事,在很多领域,这个道理都挺正确。比如两台发电机供应更多的电力,两台电动机带动更重的车辆,那么30台火箭发动机⋯⋯我们还是不提悲剧的N1火箭,先来看看这台英国的SDR吧。

说起SDR的核心,大家都能想到是ADC。当然,此ADC非指游戏中的ADC类英雄人物,而是指Analog to Digital Converter,也就是数模转换器的意思。ADC可以把我们用天线捕获的空中无线电信号转换为数据,供数字信号处理器或计算机进一步处理。对于SDR中的ADC,我们会重点考量两个参数:采样率和采样位数。这两个参数决定了ADC的性能特点。

采样率当然是指ADC采集输入模拟信号的速率,比如“96kHz”的采样率就说明ADC每秒采样96000次,并且每次都输出一个电压幅度值,也就是样本。如果把ADC输出的样本描绘在坐标纸上,我们就可以得到一条看似原始信号的曲线。只不过,我们捕获的无线电信号是模拟信号,从时间角度看,它是一条连续的“实线”,而我们用坐标纸描绘出来的,却是一条等间隔断续的“虚线”。是ADC的采样率把连续模拟信号变成了时间离散信号。

有位叫作奈奎斯特的数学家发现了这其中的问题。原来,这条“虚线”能不能完全反映“实线”所包含的全部信息,是有先决条件的。经数学推导,奈奎斯特发现,如果原始模拟信号所包含的最高信号频率是f,那么只有ADC的采样率高于f的2倍时,我们才能正确得到原始信号中的所有信息。这就是著名的采样定理!如果还拿96kHz的采样率打比方,那我们说这个ADC可以完美采集最高频率低于48kHz的信号。在实际应用中,这一原理会更复杂些,但总体说,ADC的采样带宽就和采样率有密切关系,并且采样率越高,采样带宽也越高。

采样位数则是反应ADC对输入模拟信号的幅度能采样到什么精确程度的参数。我们用尺子测量物体长度时,尺子精度不同,我们所能得到的读数就会不同。游标卡尺比普通直尺更准,是因为它有更精细的刻度。同样,在把模拟信号的幅度转化为数值的过程中,ADC的位数就决定了它的量化精度。比如,8位ADC可以把满幅输入电压细分为256级,而16位ADC则能把精度提升到65536级。对SDR来说,采样位数越高,那么它的动态范围就会越好。

注意到数字采样后的波谷有失真了吗?

至此,我们已经全面完成了输入信号的时间和幅度离散化,可以谈谈SDR了。其实,这种时间和幅度都离散的信号就是我们所说的数字信号。现在您理解,所谓数字信号就是一串一串的数据而已,只不过它在时间上是等间隔的。

当然在SDR中,我们ADC的这两个参数往往难以得兼,因为采样率和采样位数都很理想的ADC一般都非常非常贵!因此很多情况下,这都是一个关于折衷的故事。不过总体说,SDR接收机有两种侧重,一种是用较高的采样率来获取更好的频谱覆盖,让你在屏幕上一次能够看到更多的信息。而另一种则是用较高的采样位数来进行采样,以获取更好的动态范围。而今天为各位介绍的这个产品就是用第二种方式实现信号采集的。

SDR-4++

对于SDR-4++来说,首先让我们注意到的就是“双天线,双接收”能力。但很快我们就发现,这其实是将两只SDR-4+整合在一起的设计,并且双机共用了一套振荡器并通过分别混频的方式获得不同的本振信号。那么,我们只需要研究一台SDR-4+就能够分析出这种SDR的架构了。

SDR-4+, SDR-4++就是两台这个设备“合体”在一起

信号进入SDR后,先经过一次变频,使其变频至音频频率范围内,再运用声卡ADC芯片进行采样。声卡的ADC芯片相对便宜、容易购置,并且采样位数很高。经SDR采样后的信息可以直接输入计算机,进行各种解调和处理。使用声卡ADC是它的优势,但这同时又是缺点。由于声卡的应用要求仅限于音频,所以其带宽较窄(仅为48kHz)。这样一来,我们在屏幕上能同时浏览的频谱信息就会较少,这不适合需要总览整个频段的用户。类似于这种架构的SDR我们也在很多常见的便携式软件无线电台上见过,但作为配套电脑使用的台式SDR,其带宽则稍显狭窄。

单接收机架构的SDR-4+售价为172.95英镑(约合人民币1474元),而双接收机的SDR-4++则为306.95英镑(约合人民币2616元)

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