WebSDR per tutti: architettura e capacità tecniche del progetto open-source 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 i transistor rimangono lo strumento principale per la radiodiffusione, la tecnologia radio definita dal software (SDRha completamente cambiato il modo in cui monitoriamo lo spettro radio.

Con l'avvento dei ricevitori distribuiti del tipo 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), sviluppato da George Bozouris (gbozo). Questo sistema offre un'architettura multiutente altamente ottimizzata per hardware RTL-SDR a prezzi accessibili, senza la necessità di installare applicazioni client o plugin.

Pre aktívnych operátorov pracujúcich v náročných režimoch SO2R O 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 O vzdialené monitorovacie stanovište (QTH) s minimálnymi hardvérovými nákladmi.

Il vantaggio unico del no-sdr

Il vantaggio principale e fondamentale di no-sdr risiede nella sua capacità di trasformare una normale chiavetta USB RTL-SDR in un ricevitore di spettro ad alta risoluzione, distribuito in rete e completo, in grado di gestire simultaneamente più sessioni client indipendenti. Le applicazioni SDR tradizionali spesso vincolano l'hardware a un singolo utente locale o richiedono la trasmissione di enormi flussi di dati grezzi sulla rete, paralizzando l'infrastruttura usuale. Il progetto WebSDR for Everyone: Architettura e capacità tecniche del progetto open-source no-sdr implementa la completa parallelizzazione della ricezione. Più utenti si connettono tramite un normale browser web, ognuno con il proprio VFO virtuale indipendente, selezione della larghezza di banda e modalità di demodulazione. Tutto ciò avviene senza che i client si influenzino a vicenda o modifichino la frequenza centrale del sintonizzatore fisico.

Il sistema è stato progettato fin dall'inizio con particolare attenzione alla riproduzione ad alta fedeltà (High Fidelity), all'elaborazione di segnali estremamente deboli al limite del rumore (weak signal processing) e alla trasmissione dati pressoché senza perdite con requisiti minimi di larghezza di banda di rete. Spostando l'elaborazione del segnale (DSP) direttamente sul lato client tramite puro TypeScript eseguito nel browser, la potenza di calcolo viene distribuita in modo efficiente. La parte server ha quindi un basso overhead ed è completamente ottimizzata per funzionare su piattaforme ARM a basso consumo energetico, come i computer a scheda singola Raspberry Pi o i processori Apple Silicon (Mac), nonché sull'architettura x86 standard. Se l'operatore non dispone di hardware RF collegato o di un'antenna adeguata in un dato momento, no-sdr include un simulatore di segnale integrato (modalità demo) che genera uno spettro realistico a scopo di test, sviluppo e dimostrazione.

Che cosa fa il no-sdr?

Dal punto di vista architetturale, no-sdr funge da livello intelligente tra il convertitore analogico-digitale (ADC) dell'hardware del ricevitore e l'interfaccia del client finale. Il lato server, scritto in una combinazione di Go e Node.js, acquisisce un flusso grezzo di campioni IQ dal dispositivo RTL-SDR. Elabora questo flusso, esegue un'analisi spettrale utilizzando una Trasformata di Fourier Veloce (FFT) e genera dati per una cascata spettrale fluida e un analizzatore di spettro in tempo reale.

La distribuzione dei dati agli utenti avviene tramite il protocollo WebSocket. Il server negozia dinamicamente i codec di compressione sia per i flussi spettrali che per quelli IQ in base al profilo e alla capacità di rete di ciascun client connesso. Per evitare la congestione della memoria del server quando gli utenti dispongono di connessioni di rete più lente, no-sdr implementa rigorosamente il controllo di flusso (backpressure WebSocket) basato sul monitoraggio dello stato. Quantità bufferizzataUna caratteristica di ottimizzazione significativa è la cosiddetta modalità "Audio-gated IQ", in cui il server invia dati IQ specifici per un determinato utente solo quando il client attiva effettivamente la riproduzione audio nel proprio browser. Ciò elimina il carico di rete non necessario generato dalle schede del browser inattive. Lato client, l'interfaccia riceve questi flussi compressi, li decodifica, renderizza l'ambiente grafico ed estrae il segnale audio risultante tramite una catena DSP locale, alla quale applica parametri di filtraggio e modifica audio definiti dall'utente.

Modalità, hardware e infrastruttura supportati

La flessibilità del progetto no-sdr si riflette nell'ampio supporto delle operazioni di modulazione e nelle opzioni di configurazione dettagliate dell'hardware RF.

Modalità di modulazione supportate

Il sistema integra un totale di 8 modalità di demodulazione analogica, eseguibili direttamente nel browser, coprendo l'intero spettro delle esigenze di monitoraggio delle bande:

• WFM (Wideband FM): modulazione di frequenza a banda larga con rilevamento PLL del tono pilota a 19 kHz e demodulazione DSB-SC della componente LR per un audio stereo completo. Include un decoder RDS client che estrae il nome della stazione (PS), il testo radio (RT), il tipo di programma (PTY), il codice PI e l'ora sincrona con visualizzazione diretta sopra il waterfall.
• NFM (Narrowband FM): modulazione di frequenza a banda stretta per il monitoraggio del traffico su canali e ripetitori VHF/UHF, incluso il supporto per la valutazione da parte del client dei toni subaudio CTCSS.
• AM (Modulazione di Ampiezza): Modulazione di ampiezza classica con supporto per AM stereo sincrono e rilevamento automatico del funzionamento secondo lo standard C-QUAM.
• Funzionamento SSB (USB e LSB): Bande laterali singole, essenziali per il monitoraggio delle operazioni a onde corte sia sulla banda classica che sulla banda WARC. Sebbene no-sdr non includa nativamente decoder integrati per modalità digitali avanzate come FT8, FT4, JT65, MSK144, RTTY, PSK31 o SSTV, la demodulazione pulita della banda laterale insieme alla modalità Raw IQ consente di instradare l'uscita audio o il flusso di dati a software esterni (ad esempio WSJT-X, Fldigi). Ciò semplifica il monitoraggio della propagazione, il tracciamento dei beacon nelle reti RBN (Reverse Beacon Network) e WSPR, nonché il monitoraggio dell'attività durante i pile-up di massa.
• CW (onda continua): ricezione telegrafica in cui il sistema utilizza ricampionatori e filtri client a banda stretta per ripulire i segnali dalle interferenze ambientali.
• IQ grezzo: output di campioni complessi grezzi per l'ulteriore elaborazione da parte di applicazioni radioamatoriali.

Supporto hardware e configurazione di basso livello

Il progetto è ottimizzato principalmente per dongle USB con chipset RTL2832U (ad esempio RTL-SDR v3 o v4). Tramite il file di configurazione YAML, l'amministratore di sistema ha il controllo diretto sui registri del sintonizzatore e sui parametri del convertitore ADC:

• campionamento diretto: Consente l'attivazione del campionamento diretto (ramo I o Q) per la ricezione di onde corte al di sotto dei 24 MHz senza la necessità di includere un convertitore di frequenza esterno o 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.
• pregiudizio: Commutazione software dell'alimentazione tramite cavo coassiale per preamplificatori o LNB konvertory, čo je ideálne pre príjem satelitných signálov (napr. AO-10) alebo sledovanie prevádzky na nízkych obežných dráhach (LEO).
• digitalAgc E se Guadagno: Presné nastavenie zosilnenia medzifrekvencie na potlačenie intermodulačného skreslenia (IMD) E optimalizáciu dynamického rozsahu.
• OffsetTuning E Larghezza di banda del sintonizzatoreEliminazione dell'offset CC al centro dello spettro e definizione della larghezza di banda hardware del protocollo.

Per le applicazioni che richiedono assoluta stabilità di frequenza ed eliminazione della deriva termica, l'hardware può essere integrato con un oscillatore esterno controllato da GPS (GPSDO).

Meccanismi di compressione di infrastrutture e reti

Il livello infrastrutturale supporta l'integrazione diretta con l'utilità 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 fornisce l'adattamento), mentre il server no-sdr stesso viene eseguito in una stazione radioamatoriale o nel cloud e comunica con esso tramite una linea TCP, minimizzando le perdite nel cavo RF.

Il sottosistema di rete utilizza la compressione multi-codec con negoziazione per ciascun client connesso:

• Flusso FFT (spettro): lo spettro viene trasmesso non compresso (Uint8, rapporto 4:1), utilizzando ADPCM (rapporto ~8:1) o utilizzando la combinazione predefinita Delta+Deflate, che raggiunge un rapporto di compressione senza perdita di dati compreso tra 7,5:1 e 10:1. Ciò riduce il bitrate dello spettro a cascata a 12-15 kB/s, mantenendo una frequenza dei fotogrammi da 12 a 30 FPS con una dimensione FFT di 8192 bin.
• IQ Stream (Audio): i dati grezzi vengono trasmessi come Int16 non compresso, tramite ADPCM (4:1, predefinito) o tramite demodulazione server con codifica Opus VBR (32 kbps mono / 64 kbps stereo) o Opus HQ (128 kbps mono / 192 kbps stereo) utilizzando la libreria WebAssembly opusscript.

Il server accumula i campioni IQ in blocchi fissi di 20 millisecondi, garantendo una trasmissione costante e priva di jitter dei messaggi WebSocket. Lato client, un ricampionatore lineare interpola i segnali a banda stretta (SSB con campionamento a 24 kHz e CW con campionamento a 12 kHz) alla frequenza standard di 48 kHz della scheda audio.

Caratteristiche del no-sdr

L'interfaccia utente no-sdr è progettata tenendo conto dell'ergonomia e dell'estetica della strumentazione tradizionale. Offre tre temi visivi che richiamano i classici indicatori radioamatoriali: un tema LCD ciano, un tema CRT verde fosforescente e un tema VFD ambra. L'interfaccia è completamente reattiva e ottimizzata sia per dispositivi desktop che per dispositivi mobili touch.

La catena DSP audio del client include le seguenti funzioni:

• Equalizzatore parametrico a 5 bande: con frequenze centrali fisse a 80 Hz (BASSI), 500 Hz (MEDIO-BASSI), 1,5 kHz (MEDIO), 4 kHz (MEDIO-ALTI) e 12 kHz (ALTI) con un intervallo di controllo di ±12 dB per ciascuna banda, che consente di sopprimere il rumore a bassa frequenza o, al contrario, enfatizzare gli alti per una migliore leggibilità della modulazione.
• Bilanciamento e volume: controllo del panning da -100% a sinistra a +100% a destra, insieme a compressione dinamica e pre-boost.
• Squelch intelligente: un noise gate regolabile che reagisce al livello del segnale. Include un algoritmo che bypassa brevemente l'attenuazione (bypass di 500 ms) dopo ogni cambio di frequenza sul VFO, consentendo all'operatore di sentire immediatamente la firma acustica del rumore sulla nuova frequenza.

Il demodulatore WFM possiede una caratteristica unica: la miscelazione dinamica dei canali (mix stereo) in base al rapporto segnale/rumore (SNR) corrente. Se il livello del segnale diminuisce, la proporzione della componente stereo viene gradualmente ridotta verso la ricezione mono. Ciò impedisce un brusco aumento del rumore, tipico delle stazioni FM stereo a bassa potenza. Tutte queste operazioni matematiche vengono eseguite esclusivamente sul lato client, garantendo un utilizzo minimo del processore sul server.

Prevádzka na KV vyžaduje neustále sledovanie parametrov šírenia ako MUF, K-index a A-index. Keď zachytíte vzácny spot v DX clustri O 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 ricevitore 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.

Dove scaricare

Il progetto no-sdr è sviluppato come software completamente open-source distribuito con licenza MIT libera, che garantisce la completa trasparenza del codice, la possibilità di modifica e la libera implementazione da parte della comunità o di privati. I codici sorgente, la documentazione dell'architettura (SPEC.md) e l'elenco delle attività attive (tasks.md, TODO.md) sono disponibili pubblicamente sulla piattaforma GitHub nel repository dell'autore:

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

Il modo più efficiente per implementare il no-sdr nella pratica radioamatoriale è utilizzare la tecnologia Docker. Il progetto crea e pubblica automaticamente le immagini di produzione sul GitHub Container Registry (GHCR). File di configurazione di esempio docker-compose.yml Per avviare rapidamente un container con accesso diretto a un sintonizzatore USB locale, la procedura è la seguente:

versione: '3.8' servizi: no-sdr: immagine: ghcr.io/gbozo/no-sdr:latest porte: - '3000:3000' ambiente: - NODE_ENV=production - LOG_LEVEL=info privilegiato: true dispositivi: - /dev:/dev riavvio: unless-stopped volumi: - ../config:/app/config

Affinché il sintonizzatore funzioni correttamente sul lato host, è necessario garantire una configurazione adeguata dell'accesso di basso livello al bus USB. Di seguito è riportato un esempio di base di un file di configurazione. config.yamlche definisce una chiavetta RTL-SDR locale e un profilo di base per il monitoraggio dello spettro:

server: host: '0.0.0.0' porta: 3000 password amministratore: 'changeme' dongle: - id: dongle-0 indice dispositivo: 0 nome: 'RTL-SDR #0' sorgente: tipo: locale avvio automatico: vero profili: - id: fm-broadcast nome: 'Trasmissione FM' frequenza centrale: 100000000 frequenza di campionamento: 2400000 dimensione fft: 2048

Dopo aver avviato correttamente il container, è sufficiente aprire un browser web e inserire l'indirizzo IP del server con la porta 3000 corrispondente. La gestione dei profili, delle gamme di frequenza e dei parametri hardware avviene direttamente modificando la configurazione YAML. Questo rende l'integrazione di no-sdr nell'infrastruttura di una moderna stazione radioamatoriale questione di pochi minuti. Che siate alla ricerca di un modo affidabile per monitorare i convertitori locali nelle bande DMR e D-Star, o che vogliate fornire accesso remoto al ricevitore per un anello SWL, no-sdr rappresenta l'avanguardia tecnologica nel campo della ricezione SDR basata sul web.