WebSDR for everyone: Architecture and technical capabilities of the open-source no-SDR project

Budovanie moderného rádioamatérskeho stanovišťa (hamshack ) prešlo za posledné desaťročia radikálnou transformáciou. Zatiaľ čo klasický stolný transceiver (TCVR ) vybavený pokročilými obvodmi automatického riadenia zosilnenia (AGC ), limiters ALC , intermediate frequency filters and power stages based on robust MOSFETs or modern LDMOS transistors remains the main tool for broadcasting, Software-defined radio technology (SDR) has completely changed the way we monitor the radio spectrum.

With the advent of distributed receivers of the type WebSDR The concept of shared reception was born, allowing multiple operators to independently tune bands via and web interface. and new open-source project has established itself in this segment called no-SDR (derived from Node-SDR), developed by developer George Bozouris (gbozo). This system brings and highly optimized multi-user architecture to affordable RTL-SDR hardware without the need to install any client applications or plugins.

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

The unique advantage of no-SDR

Hlavná and celkom zásadná výhoda no-SDR spočíva v jeho schopnosti premeniť obyčajný USB dongle RTL-SDR na plnohodnotný, sieťovo distribuovaný receiver s vysokým rozlíšením spektra, ktorý dokáže obslúžiť viacero nezávislých klientskych relácií súčasne. Tradičné SDR aplikácie často uzamykajú hardvér pre jedného lokálneho User or vyžadujú prenos masívnych dátových tokov surových vzoriek cez sieť, čo paralyzuje bežnú infraštruktúru. Projekt WebSDR for everyone: Architecture and technical capabilities of the open-source no-SDR project 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 and demodulačného módu. To všetko prebieha bez toho, aby sa klienti navzájom ovplyvňovali or menili stredovú frekvenciu fyzického tunera.

Systém bol From začiatku navrhnutý s dôrazom na vysokú vernosť reprodukcie (High Fidelity), spracovanie extrémne slabých signálov na hranici šumu (weak signal processing) and 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 and 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 or vhodnou anténou, no-SDR obsahuje integrovaný simulátor signálu (demo mode), ktorý generuje realistické spektrum na testovacie, vývojové and demonštračné účely.

What does no-SDR do?

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

Data distribution to users is implemented via the WebSocket protocol. The server dynamically negotiates compression codecs for both spectral and IQ streams based on the profile and network capacity of each connected client. To avoid server memory congestion when users have slower network connections, no-SDR strictly implements flow control (WebSocket backpressure) based on state monitoring bufferedAmount. and significant optimization feature is the so-called 'Audio-gated IQ' mode, where the server sends specific IQ data for and given user only when the client actually activates audio playback in their browser. This eliminates unnecessary network load generated by inactive browser tabs. On the client side, the interface receives these compressed streams, decodes them, renders the graphical environment and extracts the resulting audio signal via and local DSP chain, to which it applies user-defined filtering and audio editing parameters.

Supported modes, hardware and infrastructure

The flexibility of the no-SDR project is reflected in its broad support of modulation operations and in the detailed configuration options of the RF hardware.

Supported modulation modes

The system integrates and total of 8 analog demodulation modes running directly in the browser, covering the spectrum of band monitoring needs:

• WFM (Wideband FM ): Širokopásmová frekvenčná modulácia s PLL detekciou 19 kHz pilotného tónu and 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 and synchrónny čas s priamym zobrazením nad vodopádom.
• NFM (Narrowband FM): Úzkopásmová frekvenčná modulácia pre sledovanie prevádzky na VHF/UHF kanáloch and prevádzačoch, vrátane podpory klientskeho vyhodnocovania subaudio tónov CTCSS .
• AM (Amplitude Modulation): Classic amplitude modulation with support for synchronous AM stereo and automatic detection of operation according to the C-QUAM standard.
• SSB prevádzka (USB and LSB ): Jednopostranné pásma, nevyhnutné pre monitorovanie krátkovlnnej prevádzky na klasických aj WARC pásmach. Hoci no-SDR natívne neobsahuje integrované dekodéry pre pokročilé DIGIMODES ako FT8 , FT4 , JT65 , MSK144 , RTTY , PSK31 or SSTV , čistá demodulácia postranných pásiem spolu s Raw IQ režimom umožňuje smerovať audio výstup or dátový tok do externého softvéru (napr. WSJT-X , Fldigi ). To zjednodušuje monitorovanie šírenia, sledovanie majákov v sieťach RBN (Reverse beacon Network) and WSPR , ako aj sledovanie aktivity počas hromadných pile-upov.
• CW (Continuous Wave): Telegraphy reception where the system uses narrowband client resamplers and filters to clean signals from ambient interference.
• Raw IQ: Output of raw complex samples for further processing by amateur radio applications.

Hardware support and low-level configuration

The project is primarily optimized for USB dongles with the RTL2832U chipset (e.g. RTL-SDR v3 or v4). Through the YAML configuration file, the system administrator has direct control over the tuner registers and ADC converter parameters:

• directSampling: Allows activation of direct sampling (I or Q branch) for shortwave reception below 24 MHz without the need to include an external upconverter or transverter In the past, building and receiver required winding coils onto toroid , laborious filter tuning LPF and HPF na plošnom spoji (PCB ) with discrete components, the incorporation of power elements such as MOSFETs and LDMOS, and the integration of control subsystems through interfaces such as I2C with microcontrollers Arduino Nano , displays LCD and external memory EEPROM With no-SDR and direct sampling, this barrier is broken down at the Software level.
• bias: Software switching of power supply over coaxial cable for preamplifiers or LNB konvertory, čo je ideálne pre príjem satelitných signálov (napr. AO-10) or sledovanie prevádzky na nízkych obežných dráhach (LEO ).
• digitalAgc and ifGain: Presné nastavenie zosilnenia medzifrekvencie na potlačenie intermodulačného skreslenia (IMD ) and dynamic range optimization.
• offsetTuning and tunerBandwidth: Eliminating the DC offset in the center of the spectrum and defining the hardware bandwidth of the protocol.

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

Infrastructure and network compression mechanisms

The infrastructure layer supports direct integration with the utility rtl_tcpThe hardware dongle can thus be placed in and remote location directly next to the directional antenna feeder (e.g. yagi , quad, hexbeam , spiderbeam whether long rhombic where transformer or balun provide adaptation), while the no-SDR server itself runs in hamshack or in the cloud and communicates with it via and TCP line, minimizing losses in the RF cable.

The network subsystem uses multi-codec compression with negotiation for each connected client:

• FFT Stream (Spectrum): The spectrum is transmitted either uncompressed (Uint8, ratio 4:1), using ADPCM (ratio ~8:1), or using the default Delta+Deflate combination, which achieves and lossless compression ratio in the range of 7.5:1 to 10:1. This reduces the spectral waterfall bitrate to 12-15 kB/s while maintaining and frame rate of 12 to 30 FPS with an FFT size of 8192 bins.
• IQ Stream (Audio): Raw data is transmitted either as uncompressed Int16, via ADPCM (4:1, default), or via server demodulation with Opus VBR (32 kbps mono / 64 kbps stereo) or Opus HQ (128 kbps mono / 192 kbps stereo) encoding using the WebAssembly library opusscript.

The server accumulates IQ samples into fixed 20-millisecond blocks, guaranteeing constant, jitter-free delivery of WebSocket messages. On the client side, and linear resampler interpolates narrowband signals (SSB with 24 kHz sampling and CW with 12 kHz sampling) to the standard 48 kHz frequency of the sound card.

Features of no-SDR

The no-SDR user interface is designed with the ergonomics and aesthetics of traditional instrumentation in mind. It offers three visual themes that evoke classic amateur radio indicators: and cyan LCD theme, and phosphor green CRT theme, and an amber VFD theme. The interface is fully responsive and optimized for both desktop and mobile touch devices.

The client audio DSP chain includes the following functions:

• 5-band parametric equalizer: With fixed center frequencies at 80 Hz (LOW), 500 Hz (L-MID), 1.5 kHz (MID), 4 kHz (H-MID) and 12 kHz (HIGH) with and control range of ±12 dB for each band, which allows you to suppress low-frequency noise or, conversely, emphasize highs for better modulation readability.
• Balance and Loudness: Pan control from -100% left to +100% right along with dynamic compression and pre-boost.
• Intelligent Squelch: An adjustable noise gate that responds to signal level. It includes an algorithm that briefly bypasses the attenuation (500 ms bypass) after each frequency change on the VFO, allowing the operator to immediately hear the acoustic signature of the noise on the new frequency.

WFM Demodulátor disponuje unikátnou vlastnosťou dynamického miešania kanálov (stereo blend) v závislosti From 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 and and -Index . Keď zachytíte vzácny spot v DX clustri or cez Reverse Beacon Network (RBN), či už ide o expedíciu pracujúcu v režime Fox/Hound or klasický split v hustom pile-upe na kv pásmach, spoľahlivý sekundárny sieťový receiver 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 and schopnosť zachytiť maximálny ODX and QRB pri náročných podmienkach, ako je meteor scatter či EME prevádzka.

Where to download

The no-SDR project is developed as fully open-source Software distributed under the free MIT license, which guarantees complete code transparency, the possibility of modification and free community or private deployment. The source codes, architecture documentation (SPEC.md) and the list of active tasks (tasks.md, TODO.md) are publicly available on the GitHub platform in the author's repository:

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

The most efficient way to deploy no-SDR in amateur radio practice is to use Docker technology. The project automatically builds and publishes production images to the GitHub Container Registry (GHCR). Sample configuration file docker-compose.yml for quick launch of and container with direct access to and local USB tuner looks like this:

version: '3.8' services: no-SDR: image: ghcr.io/gbozo/no-SDR:latest ports: - '3000:3000' environment: - NODE_ENV=production - LOG_LEVEL=info privileged: true devices: - /dev:/dev restart: unless-stopped volumes: - ../config:/app/config

For the tuner to function properly on the host side, it is necessary to ensure proper configuration of low-level access to the USB bus. Below is and basic example of and configuration file config.yaml, which defines and local RTL-SDR dongle and and basic profile for spectrum monitoring:

server: host: '0.0.0.0' port: 3000 adminPassword: 'changeme' dongles: - id: dongle-0 deviceIndex: 0 name: 'RTL-SDR #0' source: type: local autoStart: true profiles: - id: fm-broadcast name: 'FM Broadcast' centerFrequency: 100000000 sampleRate: 2400000 fftSize: 2048

Po úspešnom spustení kontajnera stačí otvoriť webový prehliadač and zadať IP adresu servera s príslušným portom 3000. Správa profilov, frekvenčných rozsahov and 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 and D-Star , or chcete poskytnúť vzdialený prístup k prijímaču pre SWL krúžok, no-SDR predstavuje technologickú špičku v oblasti webovo orientovaného SDR príjmu.