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 Begrenzer ALC Zwischenfrequenzfilter und Leistungsstufen basierend auf robusten MOSFETs oder modern 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 Das Konzept des gemeinsamen Empfangs war geboren und ermöglichte es mehreren Nutzern, Bänder unabhängig voneinander über eine Weboberfläche einzustellen. In diesem Segment hat sich ein neues Open-Source-Projekt etabliert: no-SDR (odvodený Aus 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 , JOTA , SOTA , POTA či WWFF , ako aj pre poslucháčov (SWL ) monitorujúcich preteky (contest ) Und 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

Hlavná Und celkom zásadná výhoda no-SDR spočíva v jeho schopnosti premeniť obyčajný USB dongle RTL-SDR na plnohodnotný, sieťovo distribuovaný Empfänger s vysokým rozlíšením spektra, ktorý dokáže obslúžiť viacero nezávislých klientskych relácií súčasne. Tradičné SDR aplikácie často uzamykajú hardvér pre jedného lokálneho Benutzer oder vyžadujú prenos masívnych dátových tokov surových vzoriek cez sieť, čo paralyzuje bežnú infraštruktúru. Projekt WebSDR für alle: Architektur und technische Möglichkeiten des Open-Source-Projekts no-SDR implementuje plnú paralelizáciu príjmu. Viacerí používatelia sa pripájajú cez bežný webový prehliadač, pričom každý z nich má k dispozícii vlastné nezávislé virtuálne VFO , voľbu šírky pásma Und demodulačného módu. To všetko prebieha bez toho, aby sa klienti navzájom ovplyvňovali oder menili stredovú frekvenciu fyzického tunera.

Systém bol Aus začiatku navrhnutý s dôrazom na vysokú vernosť reprodukcie (High Fidelity), spracovanie extrémne slabých signálov na hranici šumu (weak signal processing) Und takmer bezstratový prenos dát pri minimálnych nárokoch na sieťové pásmo. Vďaka presunu signálového spracovania (DSP ) priamo na stranu klienta prostredníctvom čistého TypeScriptu bežiaceho v prehliadači dochádza k efektívnemu rozloženiu výpočtového výkonu. Serverová časť vďaka tomu vykazuje nízku réžiu Und je plne optimalizovaná pre prevádzku na energeticky nenáročných ARM platformách, ako sú jednodoskové počítače Raspberry Pi či procesory Apple Silicon (Mac), rovnako ako na štandardnej architektúre x86. Ak operátor v danom momente nedisponuje pripojeným VF hardvérom oder vhodnou anténou, no-SDR obsahuje integrovaný simulátor signálu (demo mode), ktorý generuje realistické spektrum na testovacie, vývojové Und demonštračné účely.

Was bewirkt no-SDR?

Z hľadiska architektúry funguje no-SDR ako inteligentná vrstva medzi analógovo-digitálnym prevodníkom (ADC ) prijímacieho hardvéru Und koncovým klientskym rozhraním. Serverová časť, napísaná v kombinácii jazykov Go Und Node.js, zachytáva surový prúd IQ vzoriek z RTL-SDR zariadenia. Tento prúd spracováva, vykonáva spektrálnu analýzu pomocou rýchlej Fourierovej transformácie (FFT) Und generuje dáta pre plynulý spektrálny vodopád (Waterfall ) Und spektrálny analyzátor v reálnom čase.

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 (Wideband FM ): Širokopásmová frekvenčná modulácia s PLL detekciou 19 kHz pilotného tónu Und DSB-SC demoduláciou zložky L-R pre plnohodnotné stereo. Obsahuje klientsky dekodér systému RDS, ktorý extrahuje názov stanice (PS), rádiotext (RT), typ programu (PTY), kód PI Und synchrónny čas s priamym zobrazením nad vodopádom.
• NFM (Narrowband FM): Úzkopásmová frekvenčná modulácia pre sledovanie prevádzky na VHF/UHF kanáloch Und prevádzačoch, vrátane podpory klientskeho vyhodnocovania subaudio tónov CTCSS .
• AM (Amplitudenmodulation): Klassische Amplitudenmodulation mit Unterstützung für synchrones AM-Stereo und automatischer Betriebserkennung gemäß dem C-QUAM-Standard.
• SSB prevádzka (USB Und LSB ): Jednopostranné pásma, nevyhnutné pre monitorovanie krátkovlnnej prevádzky na klasických aj WARC pásmach. Hoci no-SDR natívne neobsahuje integrované dekodéry pre pokročilé Digitale Mode ako FT8 , FT4 , JT65 , MSK144 , RTTY , PSK31 oder SSTV , čistá demodulácia postranných pásiem spolu s Raw IQ režimom umožňuje smerovať audio výstup oder dátový tok do externého softvéru (napr. WSJT-X , Fldigi ). To zjednodušuje monitorovanie šírenia, sledovanie majákov v sieťach RBN (Reverse beacon Network) Und WSPR , ako aj sledovanie aktivity počas hromadných pile-upov.
• 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. Transverter Früher erforderte der Bau eines Empfängers das Wickeln von Spulen auf Torus aufwendige Filterabstimmung LPF Und HPF na plošnom spoji (Leiterplatte ) mit diskreten Bauelementen, dem Einsatz von Leistungselementen wie MOSFETs und LDMOS sowie der Integration von Steuerungssubsystemen über Schnittstellen wie I2C mit Mikrocontrollern Arduino Nano , zeigt LCD und externer Speicher EEPROM Mit No-SDR und direkter Abtastung wird diese Barriere auf Softwareebene überwunden.
• Voreingenommenheit: Softwaregesteuerte Umschaltung der Stromversorgung über Koaxialkabel für Vorverstärker oder LNB konvertory, čo je ideálne pre príjem satelitných signálov (napr. AO-10) oder sledovanie prevádzky na nízkych obežných dráhach (LÖWE ).
• digitalAgc Und ifGain: Presné nastavenie zosilnenia medzifrekvencie na potlačenie intermodulačného skreslenia (IMD ) und Dynamikbereichsoptimierung.
• Offset-Abstimmung Und Tuner-Bandbreite: Beseitigung des Gleichstromanteils in der Mitte des Spektrums und Definition der Hardware-Bandbreite des Protokolls.

Pre aplikácie vyžadujúce absolútnu frekvenčnú stabilitu Und elimináciu teplotného driftu je možné hardvér doplniť o externý referenčný Oscilátor riadený GPS (GPSDO ).

Infrastruktur- und Netzwerkkomprimierungsmechanismen

Die Infrastrukturschicht unterstützt die direkte Integration mit dem Versorgungsunternehmen. rtl_tcpDer Hardware-Dongle kann somit an einem entfernten Ort direkt neben dem Richtantennen-Zulauf platziert werden (z. B. Yagi , Quad, Hexbeam , Spinnenstrahl ob lang rhombisch Wo Transformator oder 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.

WFM Demodulátor disponuje unikátnou vlastnosťou dynamického miešania kanálov (stereo blend) v závislosti Aus aktuálneho pomeru signálu k šumu (SNR ). Ak úroveň signálu klesá, podiel stereo zložky sa plynule znižuje smerom k mono príjmu. Tým sa predchádza prudkému nárastu šumu, ktorý je typický pre slabé FM stereo stanice. Všetky tieto matematické operácie prebiehajú výhradne na strane klienta, čo zaručuje minimálne vyťaženie procesora na serveri.

Prevádzka na kV vyžaduje neustále sledovanie parametrov šírenia ako MUF , K-Index Und Und -Index . Keď zachytíte vzácny spot v DX clustri oder cez Reverse Beacon Network (RBN), či už ide o expedíciu pracujúcu v režime Fox/Hound oder 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 Und schopnosť zachytiť maximálny ODX Und 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.

< Und title='no-SDR na GitHUB' href='https://github.com/gbozo/no-SDR' target='_blank' rel='noopener'>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

Po úspešnom spustení kontajnera stačí otvoriť webový prehliadač Und zadať IP adresu servera s príslušným portom 3000. Správa profilov, frekvenčných rozsahov Und hardvérových parametrov sa vykonáva priamo editáciou YAML konfigurácie. Vďaka tomu je integrácia no-SDR do infraštruktúry moderného hamshacku otázkou niekoľkých minút. Či už hľadáte spoľahlivý spôsob, ako monitorovať lokálne prevádzače v pásmach DMR Und D-Star , oder chcete poskytnúť vzdialený prístup k prijímaču pre SWL krúžok, no-SDR predstavuje technologickú špičku v oblasti webovo orientovaného SDR príjmu.