WebSDR für alle: Architektur und technische Möglichkeiten des Open-Source-Projekts no-sdr

Budovanie moderného rádioamatérskeho stanovišťa (hamshack) prešlo za posledné desaťročia radikálnou transformáciou. Zatiaľ čo klasický stolný transceiver (TCVR) vybavený pokročilými obvodmi automatického riadenia zosilnenia (AGC), obmedzovačmi ALC, medzifrekvenčnými filtrami a koncovými stupňami na báze robustných MOSFET či moderných LDMOS Transistoren bleiben das wichtigste Werkzeug für Rundfunk und softwaredefinierte Radiotechnologie (SDR) hat die Art und Weise, wie wir das Funkspektrum überwachen, völlig verändert.

Mit dem Aufkommen verteilter Empfänger des Typs WebSDR sa zrodil koncept zdieľaného príjmu, ktorý umožňuje viacerým operátorom nezávisle ladiť pásma cez webové rozhranie. V tomto segmente sa etabloval nový open-source projekt s názvom no-sdr (odvodený od Node-SDR)Entwickelt wurde dieses System von George Bozouris (gbozo). Es bietet eine hochoptimierte Mehrbenutzerarchitektur für kostengünstige RTL-SDR-Hardware, ohne dass Client-Anwendungen oder Plugins installiert werden müssen.

Pre aktívnych operátorov pracujúcich v náročných režimoch SO2R oder SO2V, lovcov diplomov v programoch DXCC, IOTA, SOTA, POTA či WWFF, ako aj pre poslucháčov (SWL) monitorujúcich preteky (contest) a digitálnu prevádzku, predstavuje no-sdr mimoriadne flexibilný nástroj. Umožňuje vybudovať sekundárny prijímací reťazec oder vzdialené monitorovacie stanovište (QTH) s minimálnymi hardvérovými nákladmi.

Der einzigartige Vorteil von No-SDR

Der Hauptvorteil von no-sdr liegt in seiner Fähigkeit, einen herkömmlichen USB-RTL-SDR-Dongle in einen vollwertigen, netzwerkbasierten, hochauflösenden Spektrumempfänger zu verwandeln, der mehrere unabhängige Client-Sitzungen gleichzeitig bedienen kann. Traditionelle SDR-Anwendungen binden oft Hardware für einen einzelnen lokalen Benutzer oder erfordern die Übertragung massiver Rohdatenströme über das Netzwerk, was die übliche Infrastruktur überlastet. Das WebSDR for Everyone Project: Architecture and Technical Capabilities des Open-Source-Projekts no-sdr implementiert die vollständige Parallelisierung des Empfangs. Mehrere Benutzer verbinden sich über einen herkömmlichen Webbrowser, wobei jeder Benutzer über einen eigenen virtuellen VFO, eine eigene Bandbreitenauswahl und einen eigenen Demodulationsmodus verfügt. All dies geschieht, ohne dass sich die Clients gegenseitig beeinflussen oder die Mittenfrequenz des physischen Tuners verändern.

Das System wurde von Anfang an mit Fokus auf hochpräzise Wiedergabe (High Fidelity), Verarbeitung extrem schwacher Signale an der Rauschgrenze (Weak Signal Processing) und nahezu verlustfreie Datenübertragung bei minimalem Bandbreitenbedarf entwickelt. Durch die Verlagerung der Signalverarbeitung (DSP) direkt auf die Clientseite mittels reinem TypeScript im Browser wird die Rechenleistung effizient verteilt. Der Server arbeitet daher mit geringem Overhead und ist vollständig für den Betrieb auf energieeffizienten ARM-Plattformen wie Raspberry Pi Einplatinencomputern oder Apple Silicon (Mac) Prozessoren sowie auf Standard-x86-Architekturen optimiert. Steht dem Nutzer gerade keine HF-Hardware oder eine geeignete Antenne zur Verfügung, bietet no-sdr einen integrierten Signalsimulator (Demo-Modus), der ein realistisches Spektrum für Test-, Entwicklungs- und Demonstrationszwecke generiert.

Was bewirkt no-sdr?

Architektonisch fungiert no-sdr als intelligente Schicht zwischen dem Analog-Digital-Wandler (ADC) der Empfängerhardware und der Endgeräteschnittstelle. Die Serverseite, geschrieben in einer Kombination aus Go und Node.js, erfasst einen Rohdatenstrom von IQ-Samples vom RTL-SDR-Gerät. Sie verarbeitet diesen Datenstrom, führt eine Spektralanalyse mittels schneller Fourier-Transformation (FFT) durch und generiert Daten für ein geglättetes Spektralwasserfalldiagramm sowie einen Echtzeit-Spektrumanalysator.

Die Datenverteilung an die Nutzer erfolgt über das WebSocket-Protokoll. Der Server wählt dynamisch die Komprimierungscodecs für Spektral- und IQ-Datenströme basierend auf dem Profil und der Netzwerkkapazität jedes verbundenen Clients aus. Um eine Speicherüberlastung des Servers bei langsameren Netzwerkverbindungen zu vermeiden, implementiert no-sdr eine strikte Flusssteuerung (WebSocket-Gegendruck) auf Basis von Zustandsüberwachung. gepufferter BetragEine wichtige Optimierungsfunktion ist der sogenannte „Audio-gated IQ“-Modus. Hierbei sendet der Server spezifische IQ-Daten für einen bestimmten Benutzer nur dann, wenn der Client die Audiowiedergabe im Browser aktiviert. Dadurch wird unnötige Netzwerklast durch inaktive Browser-Tabs vermieden. Clientseitig empfängt die Benutzeroberfläche diese komprimierten Datenströme, dekodiert sie, rendert die grafische Umgebung und extrahiert das resultierende Audiosignal über eine lokale DSP-Kette. Anschließend werden benutzerdefinierte Filter- und Audiobearbeitungsparameter angewendet.

Unterstützte Betriebsarten, Hardware und Infrastruktur

Die Flexibilität des no-sdr-Projekts spiegelt sich in der breiten Unterstützung von Modulationsverfahren und in den detaillierten Konfigurationsmöglichkeiten der HF-Hardware wider.

Unterstützte Modulationsmodi

Das System integriert insgesamt 8 analoge Demodulationsmodi, die direkt im Browser laufen und das gesamte Spektrum der Bandüberwachungsanforderungen abdecken:

• WFM (Breitband-FM): Breitband-Frequenzmodulation mit PLL-Erkennung des 19-kHz-Pilottons und DSB-SC-Demodulation der LR-Komponente für vollen Stereoempfang. Beinhaltet einen Client-RDS-Decoder, der Sendernamen (PS), Radiotext (RT), Programmtyp (PTY), PI-Code und synchrone Zeit extrahiert und direkt über dem Wasserfalldiagramm anzeigt.
• NFM (Narrowband FM): Schmalbandige Frequenzmodulation zur Überwachung des Verkehrs auf VHF/UHF-Kanälen und Repeatern, einschließlich Unterstützung für die Client-Auswertung von CTCSS-Subaudiotönen.
• AM (Amplitudenmodulation): Klassische Amplitudenmodulation mit Unterstützung für synchrones AM-Stereo und automatischer Betriebserkennung gemäß dem C-QUAM-Standard.
• SSB-Betrieb (USB und LSB): Einseitenbandbetrieb, unerlässlich für die Überwachung des Kurzwellenbetriebs auf den klassischen und WARC-Bändern. Obwohl no-sdr keine integrierten Decoder für fortgeschrittene digitale Betriebsarten wie FT8, FT4, JT65, MSK144, RTTY, PSK31 oder SSTV bietet, ermöglicht die saubere Seitenbanddemodulation in Verbindung mit dem Raw-IQ-Modus die Weiterleitung des Audioausgangs oder Datenstroms an externe Software (z. B. WSJT-X, Fldigi). Dies vereinfacht die Ausbreitungsüberwachung, die Bakenverfolgung in RBN- (Reverse Beacon Network) und WSPR-Netzen sowie die Überwachung der Aktivität bei Massen-Pile-ups.
• CW (Continuous Wave): Telegrafieempfang, bei dem das System schmalbandige Client-Resampler und Filter verwendet, um Signale von Umgebungsstörungen zu befreien.
• Raw IQ: Ausgabe von rohen komplexen Abtastwerten zur Weiterverarbeitung durch Amateurfunkanwendungen.

Hardwareunterstützung und Konfiguration auf niedriger Ebene

Das Projekt ist primär für USB-Dongles mit dem RTL2832U-Chipsatz optimiert (z. B. RTL-SDR v3 oder v4). Über die YAML-Konfigurationsdatei hat der Systemadministrator direkte Kontrolle über die Tunerregister und die ADC-Wandlerparameter:

• direkte Probenahme: Ermöglicht die Aktivierung der direkten Abtastung (I- oder Q-Zweig) für den Kurzwellenempfang unter 24 MHz, ohne dass ein externer Aufwärtswandler erforderlich ist. transvertor. V minulosti stavba prijímača vyžadovala namotávanie cievok na toroid, prácne ladenie filtrov LPF a HPF na plošnom spoji (PCB) s diskrétnymi súčiastkami, osadzovanie výkonových prvkov ako MOSFET a LDMOS, a integráciu riadiacich podsystémov cez rozhrania ako I2C s mikrokontrolérmi Arduino Nano, displejmi LCD a externou pamäťou EEPROM. S no-sdr a priamym vzorkovaním sa táto bariéra odbúrava na softvérovej úrovni.
• Voreingenommenheit: Softwaregesteuerte Umschaltung der Stromversorgung über Koaxialkabel für Vorverstärker oder LNB konvertory, čo je ideálne pre príjem satelitných signálov (napr. AO-10) alebo sledovanie prevádzky na nízkych obežných dráhach (LEO).
• digitalAgc Und ifGain: Presné nastavenie zosilnenia medzifrekvencie na potlačenie intermodulačného skreslenia (IMD) Und optimalizáciu dynamického rozsahu.
• Offset-Abstimmung Und Tuner-Bandbreite: Beseitigung des Gleichstromanteils in der Mitte des Spektrums und Definition der Hardware-Bandbreite des Protokolls.

Für Anwendungen, die absolute Frequenzstabilität und die Eliminierung von Temperaturdrift erfordern, kann die Hardware durch einen externen GPS-gesteuerten Oszillator (GPSDO) als Referenz ergänzt werden.

Infrastruktur- und Netzwerkkomprimierungsmechanismen

Die Infrastrukturschicht unterstützt die direkte Integration mit dem Versorgungsunternehmen. rtl_tcp. Hardvérový dongle tak môže byť umiestnený na vzdialenom mieste priamo pri napájači smerovej antény (napr. yagi, quad, hexbeam, spiderbeam či dlhý rhombic, kde transformátor alebo balun bietet Anpassungsmöglichkeiten), während der No-SDR-Server selbst in der Amateurfunkstation oder in der Cloud läuft und über eine TCP-Leitung mit ihm kommuniziert, wodurch Verluste im HF-Kabel minimiert werden.

Das Netzwerksubsystem nutzt Multi-Codec-Komprimierung mit Aushandlung für jeden verbundenen Client:

• FFT-Stream (Spektrum): Das Spektrum wird entweder unkomprimiert (Uint8, Verhältnis 4:1), mittels ADPCM (Verhältnis ~8:1) oder mit der Standardkombination Delta+Deflate übertragen, wodurch ein verlustfreies Kompressionsverhältnis im Bereich von 7,5:1 bis 10:1 erreicht wird. Dies reduziert die Bitrate des spektralen Wasserfalls auf 12–15 kB/s bei einer Bildrate von 12 bis 30 FPS und einer FFT-Größe von 8192 Bins.
• IQ Stream (Audio): Die Rohdaten werden entweder als unkomprimiertes Int16 über ADPCM (4:1, Standard) oder über Server-Demodulation mit Opus VBR (32 kbps Mono / 64 kbps Stereo) oder Opus HQ (128 kbps Mono / 192 kbps Stereo) Codierung unter Verwendung der WebAssembly-Bibliothek opusscript übertragen.

Der Server akkumuliert IQ-Samples in festen 20-Millisekunden-Blöcken und gewährleistet so eine konstante und jitterfreie Übertragung von WebSocket-Nachrichten. Clientseitig interpoliert ein linearer Resampler Schmalbandsignale (SSB mit 24 kHz Abtastrate und CW mit 12 kHz Abtastrate) auf die Standardfrequenz von 48 kHz der Soundkarte.

Merkmale von no-sdr

Die Benutzeroberfläche von no-sdr wurde unter Berücksichtigung der Ergonomie und Ästhetik traditioneller Instrumente entwickelt. Sie bietet drei visuelle Designs, die an klassische Amateurfunkanzeigen erinnern: ein cyanfarbenes LCD-Design, ein phosphoreszierend grünes CRT-Design und ein bernsteinfarbenes VFD-Design. Die Oberfläche ist vollständig responsiv und für Desktop- und mobile Touchscreens optimiert.

Die Client-Audio-DSP-Kette umfasst folgende Funktionen:

• 5-Band-Parametrischer Equalizer: Mit festen Mittenfrequenzen bei 80 Hz (LOW), 500 Hz (L-MID), 1,5 kHz (MID), 4 kHz (H-MID) und 12 kHz (HIGH) mit einem Regelbereich von ±12 dB für jedes Band, wodurch sich niederfrequentes Rauschen unterdrücken oder umgekehrt die Höhen für eine bessere Modulationslesbarkeit hervorheben lassen.
• Balance und Lautstärke: Panoramaregelung von -100 % links bis +100 % rechts, zusammen mit dynamischer Kompression und Vorverstärkung.
• Intelligente Rauschsperre: Ein einstellbares Noise-Gate, das auf den Signalpegel reagiert. Es beinhaltet einen Algorithmus, der die Dämpfung nach jedem Frequenzwechsel am VFO kurzzeitig (500 ms) umgeht, sodass der Benutzer die akustische Signatur des Rauschens auf der neuen Frequenz sofort hören kann.

Der WFM-Demodulator zeichnet sich durch eine dynamische Kanalmischung (Stereo-Blending) in Abhängigkeit vom aktuellen Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) aus. Sinkt der Signalpegel, wird der Anteil der Stereokomponente schrittweise in Richtung Mono-Empfang reduziert. Dies verhindert einen starken Rauschanstieg, wie er bei schwachen FM-Stereosendern typisch ist. Alle mathematischen Operationen werden ausschließlich clientseitig durchgeführt, wodurch die Prozessorlast auf dem Server minimiert wird.

Prevádzka na KV vyžaduje neustále sledovanie parametrov šírenia ako MUF, K-index a A-index. Keď zachytíte vzácny spot v DX clustri oder cez Reverse Beacon Network (RBN), či už ide o expedíciu pracujúcu v režime Fox/Hound alebo klasický split v hustom pile-upe na KV pásmach, spoľahlivý sekundárny sieťový Empfänger pomáha analyzovať situáciu na celom pásme. Na ochranu vstupných obvodov pred statickou elektrinou sa na anténne vstupy dopĺňa transil. Na strane príjmu cez no-sdr nás však zaujíma predovšetkým dosiahnuté SNR a schopnosť zachytiť maximálny ODX a QRB pri náročných podmienkach, ako je meteor scatter či EME prevádzka.

Wo kann man es herunterladen?

Das no-sdr-Projekt wird als vollständig quelloffene Software unter der freien MIT-Lizenz entwickelt und vertrieben. Diese Lizenz garantiert vollständige Codetransparenz, die Möglichkeit zur Modifizierung sowie die freie Bereitstellung in der Community oder privat. Die Quellcodes, die Architekturdokumentation (SPEC.md) und die Liste der aktiven Aufgaben (tasks.md, TODO.md) sind öffentlich auf der GitHub-Plattform im Repository des Autors verfügbar.

https://github.com/gbozo/no-SDR

Die effizienteste Methode zur Implementierung von no-sdr im Amateurfunk ist die Verwendung von Docker. Das Projekt erstellt und veröffentlicht Produktions-Images automatisch in der GitHub Container Registry (GHCR). Beispielkonfigurationsdatei docker-compose.yml Ein schneller Start eines Containers mit direktem Zugriff auf einen lokalen USB-Tuner sieht folgendermaßen aus:

Version: '3.8' Dienste: no-sdr: Image: ghcr.io/gbozo/no-sdr:latest Ports: - '3000:3000' Umgebung: - NODE_ENV=production - LOG_LEVEL=info Privilegiert: true Geräte: - /dev:/dev Neustart: außer gestoppt Volumes: - ../config:/app/config

Damit der Tuner auf dem Host-Rechner ordnungsgemäß funktioniert, muss der Zugriff auf den USB-Bus auf niedriger Ebene korrekt konfiguriert sein. Nachfolgend finden Sie ein einfaches Beispiel für eine Konfigurationsdatei. config.yaml, das einen lokalen RTL-SDR-Dongle und ein Basisprofil für die Spektrumüberwachung definiert:

Server: Host: '0.0.0.0' Port: 3000 Admin-Passwort: 'changeme' Dongles: - ID: dongle-0 Geräteindex: 0 Name: 'RTL-SDR #0' Quelle: Typ: lokal Autostart: true Profile: - ID: fm-broadcast Name: 'FM-Sender' Mittenfrequenz: 100000000 Abtastrate: 2400000 FFT-Größe: 2048

Nach erfolgreichem Start des Containers öffnen Sie einfach einen Webbrowser und geben die Server-IP-Adresse mit dem zugehörigen Port 3000 ein. Profile, Frequenzbereiche und Hardwareparameter lassen sich direkt über die YAML-Konfiguration verwalten. Dadurch ist die Integration von no-sdr in die Infrastruktur einer modernen Amateurfunkstation in wenigen Minuten erledigt. Ob Sie lokale Konverter in den DMR- und D-Star-Bändern zuverlässig überwachen oder Fernzugriff auf den Empfänger eines SWL-Rings ermöglichen möchten – no-sdr repräsentiert den technologischen Fortschritt im Bereich des webbasierten SDR-Empfangs.