Transcript Software Defined Radio (SDR): Sebuah Gambaran Ringkas

Software Defined Radio (SDR):
Kit dan Hombrew
PUSDIKHUB-AD
February 28, 2014
Indra S Ekoputro YD1JJJ
Produk-produk berbasiskan SDR ?
Tahun 2013, banyak pabrikan besar memproduksi
transceiver dengan basis SDR, tetapi dengan harga
yang belum “ramah” dengan kantong para amatir
radio. Teknologinya masih mahal, karena masih
menggunakan komputasi embedded.
Kit-kit front-end SDR juga sudah mulai dibuat sejak
tahun 2004 oleh Tony Parks KB9YIG, salah satu
pengembang dari SDR 1000. Yang paling populer
adalah Softrock receiver yang harga kit-nya cuma
$18.
ICOM
IC-7800
US$11.000
Beberapa varian spec down (penurunan fitur) juga
dikeluarkan oleh Icom, untuk memenuhi pasar
seperti IC-7600.
YAESU
FT-9000MP
US$11.500
FT-9000D
US$11.000
FT-9000Con
US$6000
Beberapa varian spec down (penurunan fitur) juga
dikeluarkan oleh Yaesu, seperti FT-5000, FT-3000,
FT-2000
ELECRAFT
K3
US$5000
KX3
US$1000
FLEXRADIO
Flex-5000C
US$5000
KENWOOD
TS-990S
US$9000
TENTEC
Orion II
US$5000
Apakah “Software Defined Radio
(SDR) ”?
Suka atau tidak, SDR adalah sistem komunikasi di
masa depan dan akan menawarkan harga yang
lebih murah, dan menjadi transceiver lebih
serbaguna (multimode & multiband).
Ini sejalan dengan PC dan DSP dalam soundcard
yang semakin tinggi performanya dan semakin
murah harganya.
Software SDR juga berkembang semakin baik dan
stabil, tetapi yang jelas software ini GRATIS.
Bagaimana dengan pilihan anda ?
Anda memiliki dua pilihan:
•Mengabaikan SDR sebagai sebuah teknologi
•Penasaran dan tertarik untuk mencoba
Fitur utama dari SDR adalah bahwa PC melakukan
semua hal, terutama DEMODULATION dan
MODULATION dalam sinyal RF.
Bagaimana dengan pilihan anda ?
Hal ini dilakukan dengan menggunakan sebuah
perangkat front-end (perangkat keras SDR) untuk
melakukan konversi sinyal RF ke IF rendah (mis.
24kHz, 48Khz, 96Khz, dst), dan biasa disebut juga
sebagai sinyal baseband. Sehingga signal ini dapat
diberikan langsung ke audio line input dari
soundcard PC untuk diproses. Perangkat keras SDR
akan terhubung ke PC melalui antarmuka seperti
RS232, LPT, USB atau CAT.
Bagaimana dengan pilihan anda ?
Semua fitur dari radio ‘didefinisikan’ oleh
perangkat lunak yang berjalan pada PC. Oleh
karena itu perangkat front-end yang sama dapat
digunakan dengan banyak perangkat lunak yang
berbeda disesuaikan dengan kebutuhan operatornya.
Sejumlah proyek SDR sebelumnya telah telah
diterbitkan dalam jurnal seperti QST, RADCOM,
ELECTOR, PRACTICAL WIRELESS, dsb.
FLEKSIBILITAS
Di masa depan, untuk meng-upgrade perangkat
radio, tidak akan ada kebutuhan untuk mengganti
transceiver anda. Cukup men-download perangkat
lunak SDR baru untuk mendapatkan fitur-fitur
terbaru, seperti mode, bandwidth, termasuk
kebutuhan untuk dual receiver.
Jadi yang lebih berperan adalah sisi perangkat
lunak-nya.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Mungkin di antara anda ada yang pernah
membuat Direct Receiver (DC). Penerima ini
memberikan hasil yang baik, tapi mempunyai
banyak masalah, terutama penekanan image
frekwensi.
Prinsip dasar kerja SDR sama prinsip penerima
DC, namun ada sejumlah perbedaan yang
sangat signifikan yang mengarah pada kinerja
yang jauh lebih baik.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Biasanya low pass filter
mempunyai frekuensi cut off
sekitar 3kHz untuk digunakan
SSB, dan 700Hz untuk CW
Ini adalah skema blok
penerima sederhana (direct
conversion), dimana sinyal
RF dan singal lokal (LO)
dicampur, dan
menghasilkan sinyal |RFLO| dan RF+LO
Sinyal keluaran yang
diinginkan adalah |RF-LO|
yang bekerja pada
frekwensi audio, sedang
sinyal RF+LO dibuang
dengan cara di filter (LPF).
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Masalah Image Frequency
(frekwensi bayangan)
Bagaimana caranya
menghilangkan
frekwensi yang
tidak diinginkan
(7.049Khz)?
Contoh:
7,051-7,050 = 1kHz
7,050-7,049 = 1kHz
Hal ini dapat dilihat bahwa
kedua sinyal masukan
menghasilkan output sama pada
1kHz, dan ini masalah “klasik”
pada DC.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Dalam penerima DC yang sederhana, frekwensi
bayangan (image frequency) menjadi masalah
besar, tetapi justru SDR menggunakan
frekwensi bayangan ini dalam pengolahan
sinyal-nya.
Tahap selanjutnya adalah transformasi dari DC
penerima untuk SDR sederhana, adalah
mengganti VFO (Variable Frequency Oscillator)
dengan LO tetap.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Dalam penerima DC yang sederhana, frekwensi
bayangan (image frequency) menjadi masalah
besar, tetapi justru SDR menggunakan
frekwensi bayangan ini dalam pengolahan
sinyal-nya.
Tahap selanjutnya adalah transformasi dari DC
penerima untuk SDR sederhana, adalah
mengganti VFO (Variable Frequency Oscillator)
dengan LO tetap.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Tahap selanjutnya adalah transformasi dari DC
penerima untuk SDR sederhana, adalah
mengganti VFO (Variable Frequency Oscillator)
dengan LO tetap.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Low pass filter setelah
mixer yang diubah
memiliki frekuensi cut
off di 50kHz (di atas
jangkauan pendengaran
manusia).
Semua sinyal masuk yang bercampur dengan
lokal osilator dan menghasilkan output dalam
kisaran DC ke 50kHz akan hadir pada output.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Terlihat adanya transformasi perubahan output
dari suara (0-3Khz, DC receiver) menjadi
spektrum RF (0-50Khz, SDR receiver).
Spektrum RF ini berisi semua frekwensi dari DC 50Khz yang berasal dari output mixer, dan
merupakan campuran sinyal yg diinginkan
maupun yang tidak dinginginkan.
Spektrum frekwensi 0-50Khz biasa dinamakan
sebagai baseband signal.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Tahap selanjutnya adalah bagaimana caranya
‘men-digital-kan’ spektrum RF 50Khz ini ?
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Konversi Analog ke Digital
Prinsip dasar konversi A / D adalah
mengambil 'sampel' sinyal analog yang
masuk, dan menyatakan sinyal tersebut
sebagai data numerik pada outputnya.
Supaya akurat, maka sampel ini harus diambil
pada tingkat yang lebih tinggi dari frekwensi
yang dibutuhkan.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Sinyal apa yang
diperlukan disini?
Sinyal I & Q !!!!!!
Selanjutnya sinyal
diproses dengan
perangkat lunak DSP
yang merupakan
‘radio digital’
dengan fitur multi
mode, dsb.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Sinyal IQ (in phase, quadrature)
Langkah selanjutnya adalah mengganti mixer
konvesional pada DC receiver dengan
pencampuran quadtrature atau Tayloe detector
(paten, 2002).
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Pencampur Quadrature (quadrature mixer)
Mixer bisa menggunakan diode mixer, ‘gilbert
cell’, atau Tayloe detector.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Tayloe Detector (paten, 2002)
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Sinyal IQ (in phase, quadrature)
Dua sinyal keluaran dari mixer di atas dikenal
sebagai:
• I = In-fase (LO langsung) - sinus sinyal
•Q = Quadrature (LO bergeser oleh 90 °) – sinyal
cosinus
Dan lebih dikenal sebagai IQ SIGNAL
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Soundcard
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Sinyal IQ (in phase, quadrature)
Sebetulnya, sinyal IQ juga bisa diolah secara
analog dengan menggunakan ‘phase-shift
network’, tetapi prakteknya sangat sulit, karena
membutuhkan komponen yang berkualitas tinggi
(R &C tol 0.1%, IC low noise). Pergeseran sebesar
1% sudah menurunkan performa secara
signifikan. Bagaimana caranya mencegah
pergeseran fasa? PROSES DIGITAL !!!!!
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Pengolahan sinyal IQ dengan digital processing
Dua sinyal baseband I & Q diumpan ke saluran
kiri dan kanan soundcard, selanjutnya di konversi
ke digital dengan resolusi 16bit atau 24bit.
DSP soundcard akan mengolah kedua sinyal, agar
frekwensi image bisa di kurangi sampai -70db
bahkan -100db, ini salah satu kelebihan utama
pengolahan digital.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Performa SDR ‘sangat tergantung’ dengan
•hasil pencampuran di front-end
•Soundcard
•Perangkat lunak SDR
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Mixer aktif, biasanya menggunakan gilbert cell
seperti MC1496, NE602. Kelebihannya,
mempunyai gain conversion sebesar 15-20db.
Kelemahannya adalah noise figure tinggi, dan
punya dinamika yang rendah.
Biaya murah.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Mixer pasif, banyak mixer pasif komersial
menggunakan ring diode bisa digunakan, seperti
SBL-1, TUF-1, atau menggunakan
modulator/demodulator MIQA-10D atau MIQA10M, semuanya buatan minicircuits.
Kelemahannya punya conversion gain -5 sampai 10db, dan kelebihannya pada noise figure yang
rendah dan dinamika yang tinggi.
Biaya mahal, bahkan sangat mahal.
Murah? Bisa pakai hombrew diode mixer.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Tayloe detector
Detector ini menawarkan biaya yang murah
seperti mixer aktif, dengan kualitas yang lebih
baik dibandingkan diode mixer.
Menggunakan multiplexer IC atau fet, misal
FST3253, 74CBT3253, 74CBT3244 yang
mempunyai R-in cuma 4-5 ohm. Bisa juga
menggunakan IC 74HC4066, 74HC4053 tetapi
dengan R-in antara 40-60 Ohm.
Semakin kecil R-in semakin sensitif.
Pengertian SDR yang ‘mudah’
Tayloe detector
Transistor fet seperti BS170 juga bisa digunakan
sebagai multiplexer.
Detektor ini membutuhkan LO sebesar 4x dari
frekwensi kerja, dan ini merupakan
kelemahannya. Misal, jika ingin bekerja pada
band tengah 7.050Mhz, maka oscilator bekerja
pada 28.2Mhz yang akan dibagi 4 dengan IC flipflop 74HC74 sehingga akan mengeluarkan 2
sinyal, sinyal LO 0 dan LO 90.
Kit-kit SDR (receiver + transceiver)
Softrock by Tony Parks KB9YIG
http://fivedash.com/, http://www.wb5rvz.com/
Softrock lite II
Softrock Ensemble RxTx
Kit-kit SDR (receiver + transceiver)
Genesis by YT7PWR, YU1LM
http://www.genesis.co.au
Avala SDR Trx,
Paling banyak “ditiru”
Kit2 yang dijual oleh Gensis adalah
G11 & G59. Seri G80, G40, dan G8040
sudah tidak dijual lagi
Kit-kit SDR (receiver + transceiver)
LIMA SDR, by DJ0ABR
http://www.dj0abr.de/
Kit-kit SDR (receiver + transceiver)
SDR-CUBE (Standalone SDR Transceiver)
http://www.sdr-cube.com
=
SDR-CUBE = Embedded Computer
+ Softrock Ensemble RxTx
Modifikasi
SDR receiver menggunakan RTL-DVB
RTL-DVB dongle adalah sebuah front-end yang
dijual digunakan untuk menerima TV digital.
Beberapa software SDR bisa (terutama Sharp
SDR) bisa ‘mengubah’ RTL-DVB tersebut sebagai
penerima multi-mode dan multi-band.
Perangkat ini, bisanya bekerja pada frekwensi
60Mhz-1700Mhz. Agar bisa bekerja di frekwensi
HF, diperlukan up converter.
Modifikasi
SDR receiver menggunakan RTL-DVB-T
RTL-DVB dongle bekerja pada frek 60Mhz-1700Mhz
Modifikasi, SDR receiver menggunakan
RTL-DVB-T + up converter
Mixer Up Converter
Modifikasi, SDR receiver menggunakan
RTL-DVB-T + up converter
RTL-DVB + Mixer Up Converter
SDR receiver yang GRATIS?
Ada !! WEBSDR
http://www.websdr.org
Lebih dari 50 websdr bergabung disini, dengan performa
yang makin baik, terutama user access yg bertambah.
Homebrew
SDR (receiver + transceiver)
PICA-A-STAR PROJECT by Peter Rhodes, G3XJP.
DSP menggunakan AVR engine.
Pic-a-star = Embedded Computer + private front-end
SDR software, PowerSDR 1.19
SDR software, PowerSDR 2.3.5
SDR software, GSDR 1.1
SDR software, M0KGK 1.1
SDR software, Rocky 1.1
SDR software, SDR-Sharp
SDR software, Winrad 1.32
Skema-skema SDR Transceiver yang disarankan :
High Performance SDR Transceiver Core by QST
Skema-skema SDR Transceiver yang disarankan :
Softrock Ensemble RxTx
Skema-skema SDR Transceiver yang disarankan :
AVALA Transceiver YU1LM
Sekilas mengenai
Blekok SDR Transceiver by YD1JJJ
Desain Blekok SDR TRX mengacu pada skema Softrock
Ensemble RxTx yang lebih sederhana, tetapi menggunakan
komponen yg baik.
1. QSD/QSE = 74CBT3253
2. Baseband amplifier = 2x OP37 (rx)
3. Baseband amplifier = 4x OP37 (tx)
4. Linear PA menggunakan 3 tingkat push-pull dengan output
maks 30W
5. Kontrol menggunakan RS-232
6. Disarankan menggunakan software GSDR
7. Bisa digunakan untuk 3 band (kristal oscilator)
8. Bisa dikembangkan menggunakan LO QRP2000
Sekilas mengenai
Blekok SDR Transceiver by YD1JJJ
Desain Blekok SDR TRX mengacu pada skema Softrock
Ensemble RxTx yang lebih sederhana, tetapi menggunakan
komponen yg baik.
1. QSD/QSE = 74CBT3253
2. Baseband amplifier = 2x OP37 (rx)
3. Baseband amplifier = 4x OP37 (tx)
4. Linear PA menggunakan 3 tingkat push-pull dengan output
maks 30W
5. Kontrol menggunakan RS-232
6. Disarankan menggunakan software GSDR
7. Bisa digunakan untuk 3 band (kristal oscilator)
8. Bisa dikembangkan menggunakan LO QRP2000
REFERENSI
http://www.arrl.org
http://www.dj0agr.de
http://www.websdr.org
http://www.hpsdr.org
http://fivedash.com/
http://www.rsgb.org/radcom
http://wb5rvz.com/sdr/
http://blekokqrp.blogspots.com
THE END