Elettronica ricevitore sdr soft rock ensemble III. Teoria funzionamento

RIVELAZIONE AM CW USB LSB FM SOPPRESSIONE FREQUENZA IMMAGINE

RIVELAZIONE AM CW USB LSB FM. SOPPRESSIONE FREQUENZA IMMAGINE.
AVVENTURA SOFT ROCK RICEVITORE SDR ENSEMBLE III.
QUINTA PUNTATA.

Rivelazione AM CW USB LSB FM , in altre parole estrarre l’informazione contenuta nel segnale, avviene completamente a livello software per tutti i modi AM (Amplitude Modulation), CW (Continuos Waves – Telegrafia Morse), USB (Upper Side Band), LSB (Lower Side Band) e FM (Frequency Modulation).

I due degnali IQ una volta entrati nella scheda audio del PC, sono trattati in maniera digitale. All’inizio convertiti in segnali digitali dal DAC della scheda audio e poi processati dal programma SDR che gestisce anche la GUI (Graphical User Interface – Interfaccia Utente). Questa discussione si riferisce alla zona verde dello schema a blocchi che inserisco di seguito.

schema a blocchi ensemble III

Tutte le figure, inserite d’ora in poi, e alcuni spunti per questa discussione sono stati ricavati dall’articolo di Steve Ireland/vk6vz e Phil Harman/vk6aph pubblicato su Radcom dal titolo “Watch yours Is and Qs”.

Consideriamo la rivelazione AM (Amplitude Modulation – Modulazione di Ampiezza). Ciascuno dei due segnali, I e Q, varia in ampiezza con il segnale audio modulante in origine. Consideriamo i due segnali in forma vettoriale in quadratura, riferendoci alla prossima figura, tracciando l’ipotenusa fra i vertici dei vettori e calcolandone il valore con il teorema di Pitagora avremmo estratto il segnale audio che ha modulato il trasmettitore in origine.

rivelazione AM

Questa volta abbiamo rivelato la vera banda base. Avevo chiamato impropriamente banda base, per comodità di espressione, i due segnali IQ in uscita dal QSD nella seconda puntata.

Ci chiediamo. Perché abbiamo avuto bisogno di utilizzare i due segnali, IQ. Avremmo fatto meglio a utilizzare un solo segnale che già porta l’informazione richiesta nella modulazione AM (Amplitude Modulation)?
La risposta è no. Sono due i motivi che hanno indotto i progettisti a produrre e utilizzare i segnali IQ per la rivelazione. Se la scheda audio avesse convertito in digitale solo il segnale I, dopo calcolato l’ampiezza, avremmo trovato l’inviluppo dell’informazione, bassa frequenza, ancora sulla base del segnale uscito dal QSD. Dovremmo far transitare il segnale attraverso un filtro passa basso per estrarre l’informazione.
Il beneficio dell’utilizzo dei due segnali IQ e del teorema di Pitagora è che estrae direttamente l’informazione senza successivo filtraggio. Il vantaggio principale, però, è che il calcolo dell’ipotenusa non è affetto dall’interferenza della frequenza immagine. Sono presi in considerazione, nel calcolo, solo i segnali IQ della frequenza di ricezione. Non dobbiamo preoccuparci della frequenza immagine.
Anche per la rivelazione del CW (Continuos Waves – Telegrafia Morse) e SSB (Single Side Band) avremmo potuto utilizzare un solo segnale ed estrarre l’informazione nel modo classico seppur in maniera digitale. Ci sarebbero stati problemi con la frequenza immagine e avremmo dovuto filtrare il segnale.
Rivelare CW e SSB utilizzando i segnali IQ sopperisce ai due ostacoli.
Consideriamo lo schema di base seguente.

SCHEMA RIFASATORE

Nell’hard ware, a sinistra, conosciamo tutti gli stadi. A destra vi è la parte soft ware.
I segnali entrano nel PC attraversando la linea verde transitano attraverso la scheda audio, non segnata nello schema, che li converte in digitale, dopo di che solamente il segnale Q è rifasato. E’ anticipato di 90° portandolo in fase con il segnale I rimanendo, comunque, due segnali separati.
Lasciamo i due segnali I e Q in fase e occupiamoci della frequenza immagine.
Volendo ricevere un segnale CW a 21,101 Mhz desiderando produrre una nota di battimento a 1000 Hz, dobbiamo posizionare la frequenza del LO (oscillatore Locale) a 21,100 Mhz.
21,101 Mhz – 21,100 Mhz = 1000 Hz.

Se abbiamo un segnale CW indesiderato a 21,099 Mhz anche questo produce una nota di 1000 Hz interferente sul segnale desiderato.
21,100 Mhz – 21,099 Mhz = 1000 Hz.

E’ interessante vedere come si presenta la relazione di fase dei due segnali IQ sia del segnale che si vuole ricevere sia del segnale indesiderato. La frequenza immagine.

Nella figura seguente analizziamo i segnali IQ della frequenza da ricevere. Il segnale I (In fase) è quello blu, raggiunge il picco positivo per primo rispetto al segnale Q (Quadratura) di colore rosa. Il segnale I è in ANTICIPO sul segnale Q.

i anticipo su q

La figura successiva rappresenta la relazione di fase dei segnali IQ prodotti dal QSD dalla frequenza immagine. Il segnale Q (Quadratura) di colore rosa, raggiunge il picco positivo per primo rispetto al segnale I (In fase) di colore blu. Il segnale I è in RITARDO sul segnale Q.

i ritardo su q

La diversità di fase fra IQ del segnale desiderato e indesiderato, ci permette di sopprimere la frequenza immagine.
Entrambi i segnali Q: della frequenza desiderata (21,101 Mhz) e della frequenza immagine (21,099 Mhz) li facciamo passare attraverso il rifasatore dello schema precedente. Gli anticipiamo entrambi di 90°.
Il risultato dell’operazione, eseguita dal soft ware, è il seguente: i segnali IQ della frequenza desiderata sono in fase. I segnali IQ della frequenza immagine sono in contro fase, sfasati di 180°.
Diagramma dei segnali IQ del segnale da ricevere.

frequenza da ricevere

Diagramma dei segnali IQ della frequenza immagine.

frequenza immagine

La prossima operazione che il software esegue è un’addizione. Una somma algebrica dei segnali I con i segnali Q.
Il risultato della somma dei segnali IQ della frequenza di ricezione, essendo in fase fra loro, sarà un segnale di ampiezza doppia.

Il risultato della somma dei segnali IQ della frequenza immagine, essendo in controfase fra loro, sarà zero.

La frequenza immagine è stata eliminata.

Il ricevitore in questa configurazione riceve le frequenze superiori alla frequenza dell’Oscillatore Locale LO e sopprime le inferiori. Rivela oltre che il CW (Continuos Waves – Telegrafia Morse) anche la SSB (Single Side Band) e in particolare la banda laterale superiore USB (Upper Side Band).

Se dobbiamo ricevere la SSB (Single Side Band) LSB (Lower Side Band) banda laterale inferiore, il programma deve fare una sottrazione. Riceverà le frequenze al di sotto l’Oscillatore Locale LO e sopprimerà quelle superiori compresa la frequenza immagine. Le due operazioni solo una inversa dell’altra.

Tutto ciò in pratica si riduce nel cliccare il pulsante relativo ai vari modi di ricezione AM, CW, LSB, USB e FM nella GUI (Graphical User Interface – Interfaccia Utente).

Anche i modi digitali RTTY (Radio Telescrivente) e BPSK31 (Bipolar Phase Shif Key 31) possono essere ricevuti con l’Ensemble III usando la funzione USB oppure LSB e poi inviando il segnale audio, anche tramite un collegamento virtuale, al programma di decodifica.

Per rivelare la FM (Frequency Modulation – Modulazione di Frequenza), il programma fa una divisione prendendo in considerazione i due segnali IQ prima del rifasamento, come per l’AM, poiché i segnali IQ della frequenza immagine non sono considerati nell’operazione, non interferiscono nel risultato finale.
Ecco la formula dell’operazione che esegue il soft ware per demodulare la FM:

formula FM

dove n = frequenza di campionamento.

Nella prossima puntata comincerò a descrivere il montaggio dell’alimentatore.
Fiorino/i3fdz

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