Softvérovo definované rádio (SDR) umožňuje pomocou jedného prijímača skúmať signály, ktoré by inak vyžadovali viacero špecializovaných zariadení a dekódovacích programov. Projekt OnAir ide touto cestou: spája príjem televízneho a rozhlasového vysielania s dekódovaním dátových prenosov, rádioamatérskych digitálnych módov a ďalších signálov zachytiteľných prijímačom SDR. Web projektu on-air.dev uvádza 83 režimov v 14 skupinách: od digitálnej televízie a rozhlasu cez letecké a námorné služby, družice a pagery až po amatérske digitálne módy. Aplikácia je len na príjem: nevysiela a nedešifruje.
Rádioamatéra zaujme najmä to, že FT8, WSPR, PSK31, CW, SSTV, FreeDV, D-Star či APRS sú v jednej aplikácii spolu s televíziou a rozhlasom. Hneď na začiatku však treba povedať, kde sú hranice: takmer všetky režimy sú označené ako experimentálne.
V článku sa dočítate
Od digitálnej televízie po rádioamatérske módy
Rozsah podporovaných signálov je jednou z najzaujímavejších vlastností OnAir. Program zahŕňa digitálne televízne štandardy DVB-T a DVB-T2, rozhlasové vysielanie DAB/DAB+ a FM s RDS. Ďalšie implementácie pokrývajú satelitnú a káblovú televíziu, analógovú televíziu, letecké a námorné prenosy, satelitné signály, telemetriu či rôzne dátové siete.
Pre rádioamatéra sú zaujímavé najmä FT8, FT4, FT2, WSPR, PSK31, JS8Call, RTTY, CW a SSTV. V programe sú zastúpené aj digitálne hlasové a paketové systémy, napríklad M17, D-STAR či APRS. Podstatné je však rozlišovať medzi dostupnosťou dekodéra a jeho overenou funkčnosťou v reálnej prevádzke. Oficiálny zoznam označuje väčšinu týchto módov ako experimentálne.
OnAir preto môže poslúžiť na prvotné skúmanie signálov, porovnávanie ich vlastností a experimentovanie s dekódovaním. Pri bežnej prevádzke FT8 alebo pri contestingu však netreba automaticky predpokladať, že nahradí zavedené programy, ako sú WSJT-X či MSHV. Rozhodujúca je aktuálna úroveň podpory daného módu a výsledky pri skutočných signáloch.
Televízne vysielanie a možnosti príjmu
DVB-T a DVB-T2
Príjem digitálneho televízneho vysielania DVB-T a DVB-T2 patrí medzi hlavné funkcie projektu. Po výbere režimu a frekvencie program spracuje zachytené vzorky, pokúsi sa synchronizovať prijímač s vysielaním a po úspešnom dekódovaní sprístupní dostupné programy. Používateľ má k dispozícii aj informácie o kvalite signálu, čo pomáha pri nastavovaní antény a vyhodnocovaní podmienok príjmu.
Táto funkcia je zaujímavá aj z technického hľadiska. DVB-T2 používa moduláciu OFDM a vysielané dátové toky obsahujú ochranné a opravné mechanizmy. Zobrazenie konštelačného diagramu, chybových údajov a kvality príjmu tak môže pomôcť pri pochopení správania digitálneho prenosu v prítomnosti šumu, odrazov a rušenia. Vysielanie s dostatočnou úrovňou signálu pritom nemusí automaticky znamenať bezchybný príjem.
Analógová, káblová a satelitná televízia
Projekt obsahuje aj dekodéry analógových televíznych systémov PAL, NTSC a SECAM. Ich dostupnosť je však potrebné vnímať ako experimentálnu. Podobne sú označené aj režimy DVB-S/S2 pre satelitnú televíziu a DVB-C pre káblové vysielanie, ako aj viaceré ďalšie televízne štandardy.
Pri satelitnom príjme treba počítať s vhodným LNB, potrebným frekvenčným prevodom a SDR prijímačom schopným spracovať príslušnú šírku pásma. Samotná prítomnosť dekodéra v programe nezaručuje príjem konkrétneho vysielania. Výsledok závisí od hardvéru, nastavenia prijímacieho reťazca, dostupnosti signálu a stupňa dokončenia príslušnej implementácie.
Rozhlas: FM, RDS a DAB+
Príjem komerčného rozhlasového vysielania predstavuje praktický spôsob, ako si OnAir vyskúšať aj bez zložitého nastavovania. Pri FM v rozsahu 87,5 až 108 MHz podporuje program stereofónny zvuk a RDS. Okrem samotného audia možno zobrazovať údaje, ako sú názov stanice a rádiotext, pokiaľ ich vysielač poskytuje a prijímač ich úspešne dekóduje.
RDS je užitočné aj pri porovnávaní pokrytia jednotlivých vysielačov. Pri skúšaní rôznych antén alebo zmene polohy prijímača možno sledovať, kedy sa identifikácia stanice objaví, kedy sa stráca a ako sa mení stabilita príjmu. Takéto pozorovanie však nenahrádza kalibrované meranie citlivosti ani poľa.
Digitálny rozhlas DAB/DAB+ poskytuje ďalšiu možnosť experimentovania. OnAir dokáže spracovať digitálne rozhlasové multiplexy a zobraziť dostupné služby. Projekt uvádza aj prácu s identifikátormi vysielačov TII, ktoré možno využiť pri určovaní prijímaných vysielačov. Vhodná smerová anténa a porovnávanie signálu pri rôznych smeroch môžu pomôcť pri rozlišovaní jednotlivých zdrojov vysielania.
Softvér obsahuje aj všeobecný prijímač pre režimy NFM, WFM, AM, USB, LSB a CW. Ich stav sa však líši od overených funkcií FM a DAB+. Pri skúšaní amplitúdovej modulácie alebo príjmu na krátkych vlnách treba zohľadniť experimentálny charakter príslušnej implementácie.
Spektrum, vodopád a analýza signálu
Pre technicky orientovaného používateľa nie je dôležitý iba výsledok dekódovania. OnAir zobrazuje spektrum a vodopád, konštelačné diagramy, pomer signálu k šumu (SNR), chybové údaje a súhrnné hodnotenie kvality príjmu. Pri niektorých režimoch je k dispozícii aj detekcia odrazov a viacnásobného šírenia.
V praxi to pomáha pri hľadaní príčiny problémov s príjmom. Ak sa televízny obraz rozpadáva alebo dekodér stráca synchronizáciu, samotné zosilnenie signálu nemusí pomôcť. Príčinou môže byť rušenie, odrazy, nevhodná poloha antény alebo preťaženie prijímača. Zobrazenie kvality a spektra poskytuje ďalšie indície, podľa ktorých možno skúšať zmenu orientácie antény, nastavenia zisku alebo prijímacieho miesta.
V programe je tiež spektrálny analyzátor a nástroj na podrobnejšie skúmanie spektra. Pri vhodnom hardvéri umožňujú sledovať širšie frekvenčné úseky, vyhľadávať aktívne signály a skúmať ich základné parametre. Nejde však o náhradu kalibrovaného meracieho prijímača alebo analyzátora. Presnosť zobrazených úrovní závisí od SDR, nastavenia zisku, korekcií a použitých meracích postupov.
Podporované SDR prijímače a požiadavky na šírku pásma
OnAir je vyvíjaný a testovaný predovšetkým s prijímačmi HackRF One a HackRF Pro. Podľa dokumentácie podporuje aj rodiny zariadení BladeRF, LimeSDR, USRP, PlutoSDR, Airspy, SDRplay a RTL-SDR. Ďalšie zariadenia možno používať cez SoapySDR, ak je dostupný príslušný modul. Verzia 0.2.4 pridala aj podporu sieťového zdroja SpyServer a serverov rtl_tcp.
| SDR prijímač | Praktické využitie | Dôležité obmedzenie |
|---|---|---|
| HackRF One / Pro | Základná platforma, pre ktorú sa OnAir vyvíja a testuje | Treba zohľadniť konkrétne frekvenčné a vzorkovacie možnosti zariadenia |
| RTL-SDR | FM, DAB+ a užšie pásmové signály | Nedostatočná vzorkovacia rýchlosť na celé širokopásmové televízne kanály |
| Airspy a SDRplay | Rozhlas a ďalšie užšie pásmové režimy | Podpora a miera testovania sa líšia podľa modelu |
| BladeRF, LimeSDR a USRP | Širokopásmové experimenty a televízne signály | Treba overiť konkrétny model, ovládače a konfiguráciu |
| PlutoSDR | FM, DAB+ a užšie pásmové režimy | Obmedzenie prenosovej rýchlosti cez USB môže brániť spracovaniu širokého TV kanála |
Pri výbere hardvéru je dôležitá najmä vzorkovacia rýchlosť. Širokopásmový televízny kanál s šírkou 6 až 8 MHz potrebuje prijímač schopný zachytiť zodpovedajúco široké pásmo. RTL-SDR je preto použiteľný na viacero rozhlasových a úzkopásmových experimentov, ale na spracovanie celého takéhoto televízneho kanála nestačí. Dokumentácia OnAir uvádza orientačnú požiadavku približne jeden milión vzoriek za sekundu na každý megahertz šírky kanála.
Podpora konkrétneho prijímača ešte neznamená, že všetky režimy budú fungovať rovnako spoľahlivo ako s HackRF. Pri zariadeniach, ktoré boli testované v menšom rozsahu, treba počítať s možnými chybami ovládačov, obmedzeniami prenosu vzoriek a rozdielmi v nastavení zisku.
Inštalácia, platformy a dokumentácia
Program je dostupný pre Windows 10 a 11 v 64-bitovej verzii, macOS 15 alebo novší a Linux. Pre Windows je pripravený inštalátor aj archív ZIP, pri Linuxe balíky DEB pre architektúry amd64 a arm64, ako aj prenosný archív pre ďalšie distribúcie. Podpora ARM64 vytvára priestor na experimenty s kompatibilnými zariadeniami, no pred nasadením na jednodoskovom počítači treba preveriť výkon procesora, dostupné ovládače a konkrétny balík.
Pri niektorých SDR zariadeniach je na Windows potrebné správne nastaviť ovládač USB. Dokumentácia napríklad odporúča WinUSB pre HackRF, RTL-SDR a vybrané prijímače Airspy. Po pripojení prijímača a antény používateľ zvolí zdroj signálu, vyberie režim, zadá frekvenciu a spustí príjem. Na vyhľadávanie dostupných kanálov slúži skenovanie a pri problémoch s televíznym príjmom možno využiť automatické nastavovanie zisku.
Na prvé zoznámenie nie je nevyhnutný ani fyzický prijímač. Aplikácia ponúka testovacie signály a sprievodcu, ktorý umožňuje prezrieť si rozhranie a základné funkcie. Podporuje tiež prácu so zaznamenanými vzorkami IQ. Takýto postup je užitočný pri ladení alebo porovnávaní dekodéra, pretože rovnaký záznam možno spracovať opakovane bez závislosti od aktuálnych podmienok príjmu.
Otvorený vývoj a aktuálne zmeny
Zdrojový kód je dostupný na GitHube pod licenciou GNU GPL verzie 3 alebo novšej. Používatelia tak môžu nahlasovať chyby, sledovať vývoj a podľa svojich možností prispievať k projektu. Oficiálna dokumentácia poskytuje návody na inštaláciu, pripojenie prijímača, nastavenie jednotlivých režimov a riešenie problémov.
História zmien ukazuje rýchly vývoj. Vydanie 0.2.4 prinieslo okrem iného zdroj SpyServer, mapové okno, ďalšie možnosti pre SSTV a príjem zvuku pri meteorologickom faxovaní. Predchádzajúce verzie rozšírili podporu PSK31, JS8Call, spektrálneho analyzátora, paketového rádia a viacerých televíznych štandardov. Rýchle pridávanie funkcií je výhodou, zároveň však zvyšuje význam priebežného overovania stability jednotlivých dekodérov.
Pre každodenné používanie je rozumné uprednostniť stabilné vydanie pred vývojovou verziou. Najnovšie experimentálne funkcie môžu byť zaujímavé pre konštruktérov a vývojárov, ale ich správanie sa môže meniť. Pri hlásení chyby pomôže presné označenie verzie a podľa možností aj záznam IQ signálu, na ktorom sa problém prejavil.
Čo od OnAir očakávať
OnAir spája príjem televízie, rozhlasu a veľkého počtu digitálnych signálov do jedného prostredia. Pre rádioamatéra môže byť užitočný pri skúmaní modulácií, pozorovaní spektra, príjme FM s RDS, DAB+ alebo pri experimentovaní s FT8, CW, PSK31 a SSTV. Zaujímavé sú aj diagnostické nástroje, práca so záznamami IQ a možnosť využiť rôzne SDR platformy.
Najdôležitejšou výhradou zostáva rozdielna úroveň zrelosti jednotlivých režimov. Oficiálna stránka označuje za overené na skutočných signáloch najmä DVB-T2, DVB-T, ATSC 1.0, DAB+ a FM; pri mnohých ostatných implementáciách sa vývojári zatiaľ opierajú najmä o syntetické testy. OnAir je preto predovšetkým zaujímavá platforma na experimentovanie, nie záruka plnohodnotnej náhrady všetkých špecializovaných dekodérov.
Oficiálna stránka projektu: https://on-air.dev/ .
TNX za tip Dezider OM5NA!