2015年7月11日土曜日

SDR(Software Defined Radio) front-end for receiver and transmitter (ソフトウェア無線機用フロントエンド:受信用フロントエンドと送信機)

Noboru, Aoki, Ji1NZL

(1) パソコンのサウンドカードから、I,Q信号を受け、電波 5MHzを送信する。

方式:

パソコンのサウンドカードのステレオラインアウト信号から、ステレオ片側信号をI信号として入力。同様に、サウンドカードのステレオラインアウト信号から、ステレオの別片側信号をQ信号として入力。

入力したI,Q信号を、HC4066アナログスイッチに入力、同時に同じ4066アナログスイッチに位相が90度シフトした5MHzクロック信号を入力。

I,Q信号はHC4066ミキサで5MHz台の変調信号へ変換します。


アナログスイッチHC4066は、クロック信号5MHzでスイッチングするので、クロックの立ち上がり、立ち下がりの瞬間に、パルス性の細かいノイズが発生する可能性が見られます。
HC4066のバイアス電圧2.5Vをインダクタ100uFを使用した場合、そうしたパルス性ノイズが発生する可能性が示されました。

(2) ノイズ対策


その問題を解決する方法として、100uH インダクタを抵抗に変えたところ、ノイズが大きく低減しています。Mixerで発生するスプリアスを除去するために、バンドパスフィルタを更に付加しました。

(3)ノイズ対策の効果

これら2つのスプリアス低減効果は大変有効に機能し、綺麗な送信出力のサイン波電波を得ました。

(3-a)局部発振クロック信号源を4相式FlipFlop回路に交替させました。


(3-b) 送信信号電圧を時間軸拡大


 綺麗なサイン波となって、SSB信号として送信電波が生成されています。


(4) 受信方式

5MHz電波を受信し、パソコンのサウンドカード I, Q信号を生成、パソコンへ送り込み、信号処理させます。

この回路(受信フロントエンド部)は、5MHz電波を受信し、HC4066アナログスイッチへ入力。同時に同じHC4066アナログスイッチに90度位相のずれた5MHzクロック2相信号を入力、オペンプLPFを介して、I,Q信号を生成。

そのI,Q信号をパソコンのサウンドカードのステレオラインイン信号へ入力します。
パソコンが信号処理を実行します。



2つのオペアンプLPFからは、位相が90度ずれた2相の信号が生成されています。






この図は、受信する5MHzサイン波電波、局発5MHzのクロック波 2相信号を時間軸を拡大したものです。




この図は、受信する5MHzサイン波電波、局発5MHzのクロック波 2相信号を時間軸を拡大せずに見たものです。





90度位相のずれたI,Q信号がオペアンプLPFから出力されています。



以上のように、I,Q信号を合成したSSB送信波生成、SSB復調受信ともうまくいっています。
実機でも綺麗な音質でパソコンからSSB受信信号が出力されることを確認しました。
(従来の市販通信機よりも大変綺麗な聞きやすい音質です。)


(補足説明)

シミュレーション環境作成と未知のノウハウが必要で、ある程度の工夫を独自に考え出す必要がありました。

5MHzを使用するとパルス信号の計算がきりのいい時間幅になるので、実験のためにこの周波数を使用しています。
応用では、かなり広範囲の長波、中波、短波、VHFでの応用が可能のようです。

音質が大変綺麗な出力ができることと、パソコンの信号処理ソフトウェア次第で、様々な電波形式の変調、復調へ応用が大きく広がります。

I,Q信号処理は、組み込み式マイコンボードで構成すれば小型のSDR(Software Defined Radio)通信機が実現できます。

Return to INDEX


0 件のコメント:

コメントを投稿

現在コメント機能に不具合が出ています。お手数ですみません。
メッセージは、メールでお送り願います。