WebSDR dla każdego: architektura i możliwości techniczne projektu 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 tranzystory pozostają głównym narzędziem w technologii radiowej definiowanej programowo (SDR) całkowicie zmieniła sposób monitorowania widma radiowego.

Wraz z pojawieniem się rozproszonych odbiorników tego typu 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), opracowany przez dewelopera George'a Bozourisa (gbozo). System ten oferuje wysoce zoptymalizowaną architekturę wielodostępną na niedrogim sprzęcie RTL-SDR bez konieczności instalowania aplikacji klienckich ani wtyczek.

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

Unikalna zaleta braku SDR

Główną i fundamentalną zaletą technologii no-SDR jest jej zdolność do przekształcenia zwykłego klucza USB RTL-SDR w pełnoprawny, rozproszony w sieci odbiornik o wysokiej rozdzielczości, który może obsługiwać wiele niezależnych sesji klienckich jednocześnie. Tradycyjne aplikacje SDR często blokują sprzęt dla pojedynczego użytkownika lokalnego lub wymagają transmisji ogromnych strumieni danych surowych przez sieć, co paraliżuje standardową infrastrukturę. Projekt WebSDR for Everyone: Architecture and Technical Capabilities (Architektura i możliwości techniczne) projektu open source no-SDR implementuje pełną paralelizację odbioru. Wielu użytkowników łączy się za pośrednictwem standardowej przeglądarki internetowej, z których każdy ma swój własny, niezależny wirtualny VFO, wybór pasma i tryb demodulacji. Wszystko to dzieje się bez wzajemnego wpływu klientów ani zmiany częstotliwości środkowej fizycznego tunera.

System został od początku zaprojektowany z naciskiem na wysoką wierność reprodukcji (High Fidelity), przetwarzanie ekstremalnie słabych sygnałów na granicy szumu (ang. poor signal processing – przetwarzanie słabych sygnałów) oraz niemal bezstratną transmisję danych przy minimalnych wymaganiach dotyczących przepustowości sieci. Dzięki przeniesieniu przetwarzania sygnału (DSP) bezpośrednio na stronę klienta za pośrednictwem czystego języka TypeScript działającego w przeglądarce, moc obliczeniowa jest efektywnie dystrybuowana. Część serwerowa charakteryzuje się zatem niskim narzutem i jest w pełni zoptymalizowana do pracy na energooszczędnych platformach ARM, takich jak komputery jednopłytkowe Raspberry Pi lub procesory Apple Silicon (Mac), a także na standardowej architekturze x86. Jeśli operator nie ma w danym momencie podłączonego sprzętu RF lub odpowiedniej anteny, no-SDR zawiera zintegrowany symulator sygnału (tryb demonstracyjny), który generuje realistyczne widmo do celów testowych, rozwojowych i demonstracyjnych.

Co robi no-SDR?

Z punktu widzenia architektury, no-SDR działa jako inteligentna warstwa pomiędzy przetwornikiem analogowo-cyfrowym (ADC) odbiornika a interfejsem klienta końcowego. Strona serwerowa, napisana w połączeniu Go i Node.js, przechwytuje surowy strumień próbek IQ z urządzenia RTL-SDR. Przetwarza ten strumień, przeprowadza analizę widmową za pomocą szybkiej transformaty Fouriera (FFT) i generuje dane dla płynnego wodospadu widmowego oraz analizatora widma w czasie rzeczywistym.

Dystrybucja danych do użytkowników odbywa się za pośrednictwem protokołu WebSocket. Serwer dynamicznie negocjuje kodeki kompresji dla strumieni widmowych i IQ, w oparciu o profil i przepustowość sieci każdego podłączonego klienta. Aby uniknąć przeciążenia pamięci serwera, gdy użytkownicy korzystają z wolniejszych połączeń sieciowych, protokół no-SDR ściśle implementuje kontrolę przepływu (WebSocket backpressure) w oparciu o monitorowanie stanu. buforowana kwotaIstotną funkcją optymalizacyjną jest tzw. tryb „Audio-gated IQ”, w którym serwer wysyła określone dane IQ dla danego użytkownika tylko wtedy, gdy klient faktycznie aktywuje odtwarzanie dźwięku w swojej przeglądarce. Eliminuje to niepotrzebne obciążenie sieci generowane przez nieaktywne karty przeglądarki. Po stronie klienta interfejs odbiera te skompresowane strumienie, dekoduje je, renderuje środowisko graficzne i wyodrębnia wynikowy sygnał audio za pośrednictwem lokalnego łańcucha DSP, do którego stosuje zdefiniowane przez użytkownika parametry filtrowania i edycji dźwięku.

Obsługiwane tryby, sprzęt i infrastruktura

Elastyczność projektu no-SDR przejawia się w szerokim wsparciu operacji modulacyjnych i szczegółowych opcjach konfiguracji sprzętu RF.

Obsługiwane tryby modulacji

System integruje łącznie 8 trybów demodulacji analogowej działających bezpośrednio w przeglądarce, pokrywając spektrum potrzeb monitorowania pasma:

• WFM (Wideband FM): Szerokopasmowa modulacja częstotliwości z detekcją PLL tonu pilota 19 kHz i demodulacją DSB-SC składowej LR dla pełnego stereo. Zawiera dekoder RDS klienta, który wyodrębnia nazwę stacji (PS), tekst radiowy (RT), typ programu (PTY), kod PI i czas synchroniczny z bezpośrednim wyświetlaczem nad wodospadem.
• NFM (wąskopasmowa modulacja FM): Wąskopasmowa modulacja częstotliwości do monitorowania ruchu na kanałach VHF/UHF i przekaźnikach, obejmująca obsługę oceny przez klienta podtonów audio CTCSS.
• AM (Modulacja amplitudy): Klasyczna modulacja amplitudy z obsługą synchronicznego stereo AM i automatycznym wykrywaniem operacji zgodnie ze standardem C-QUAM.
• Praca SSB (USB i LSB): Jednowstęgowe, niezbędne do monitorowania pracy fal krótkich zarówno w paśmie klasycznym, jak i WARC. Chociaż tryb no-SDR nie zawiera natywnie zintegrowanych dekoderów dla zaawansowanych trybów cyfrowych, takich jak FT8, FT4, JT65, MSK144, RTTY, PSK31 czy SSTV, czysta demodulacja wstęg bocznych wraz z trybem Raw IQ umożliwia kierowanie sygnału audio lub strumienia danych do oprogramowania zewnętrznego (np. WSJT-X, Fldigi). Upraszcza to monitorowanie propagacji, śledzenie sygnałów w sieciach RBN (Reverse Beacon Network) i WSPR, a także monitorowanie aktywności podczas masowych pile-upów.
• CW (fala ciągła): Odbiór telegraficzny, w którym system wykorzystuje wąskopasmowe resamplery i filtry klienckie do oczyszczania sygnałów z zakłóceń otoczenia.
• Surowe IQ: dane wyjściowe surowych, złożonych próbek do dalszego przetwarzania w amatorskich zastosowaniach radiowych.

Wsparcie sprzętowe i konfiguracja niskiego poziomu

Projekt jest zoptymalizowany przede wszystkim pod kątem urządzeń USB z chipsetem RTL2832U (np. RTL-SDR v3 lub v4). Za pośrednictwem pliku konfiguracyjnego YAML administrator systemu ma bezpośrednią kontrolę nad rejestrami tunera i parametrami przetwornika ADC:

• bezpośrednie próbkowanie: Umożliwia aktywację bezpośredniego próbkowania (gałęzi I lub Q) do odbioru fal krótkich poniżej 24 MHz bez konieczności stosowania zewnętrznego konwertera w górę lub 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.
• stronniczość:Oprogramowanie do przełączania zasilania poprzez kabel koncentryczny dla przedwzmacniaczy lub LNB konvertory, čo je ideálne pre príjem satelitných signálov (napr. AO-10) alebo sledovanie prevádzky na nízkych obežných dráhach (LEO).
• digitalAgc I jeśliZysk: Presné nastavenie zosilnenia medzifrekvencie na potlačenie intermodulačného skreslenia (IMD) I optimalizáciu dynamického rozsahu.
• offsetTuning I tunerSzerokość pasma:Eliminacja przesunięcia DC w środku widma i zdefiniowanie sprzętowej szerokości pasma protokołu.

W przypadku zastosowań wymagających absolutnej stabilności częstotliwości i wyeliminowania dryftu temperaturowego, sprzęt można uzupełnić o zewnętrzny oscylator sterowany przez GPS (GPSDO) stanowiący odniesienie.

Mechanizmy kompresji infrastruktury i sieci

Warstwa infrastruktury obsługuje bezpośrednią integrację z narzędziem 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 (zapewnia adaptację), podczas gdy sam serwer no-sdr działa w hamshacku lub w chmurze i komunikuje się z nim za pomocą łącza TCP, minimalizując straty w kablu RF.

Podsystem sieciowy wykorzystuje kompresję wielokodekową z negocjacjami dla każdego podłączonego klienta:

• Strumień FFT (widmo): Widmo jest przesyłane w postaci nieskompresowanej (Uint8, stosunek 4:1), z użyciem ADPCM (stosunek ~8:1) lub domyślnej kombinacji Delta+Deflate, co pozwala uzyskać bezstratny współczynnik kompresji w zakresie od 7,5:1 do 10:1. Zmniejsza to przepływność kaskady widmowej do 12–15 kB/s, zachowując jednocześnie częstotliwość odświeżania od 12 do 30 klatek na sekundę (FPS) i rozmiar FFT wynoszący 8192 bloki.
• Strumień IQ (audio): Surowe dane są przesyłane jako nieskompresowane Int16, przez ADPCM (4:1, domyślnie) lub przez demodulację serwera z kodowaniem Opus VBR (32 kbps mono / 64 kbps stereo) lub Opus HQ (128 kbps mono / 192 kbps stereo) przy użyciu biblioteki WebAssembly opusscript.

Serwer gromadzi próbki IQ w stałych blokach 20-milisekundowych, gwarantując stałe, bez jittera dostarczanie komunikatów WebSocket. Po stronie klienta liniowy resampler interpoluje sygnały wąskopasmowe (SSB z próbkowaniem 24 kHz i CW z próbkowaniem 12 kHz) do standardowej częstotliwości 48 kHz karty dźwiękowej.

Cechy no-SDR

Interfejs użytkownika No-SDR został zaprojektowany z myślą o ergonomii i estetyce tradycyjnego oprzyrządowania. Oferuje trzy motywy wizualne, nawiązujące do klasycznych wskaźników radioamatorskich: cyjanowy motyw LCD, fosforowozielony motyw CRT oraz bursztynowy motyw VFD. Interfejs jest w pełni responsywny i zoptymalizowany zarówno pod kątem komputerów stacjonarnych, jak i mobilnych urządzeń dotykowych.

Łańcuch DSP audio klienta obejmuje następujące funkcje:

• 5-pasmowy korektor parametryczny: ze stałymi częstotliwościami środkowymi wynoszącymi 80 Hz (LOW), 500 Hz (L-MID), 1,5 kHz (MID), 4 kHz (H-MID) i 12 kHz (HIGH) z zakresem regulacji ±12 dB dla każdego pasma, co umożliwia tłumienie szumów o niskiej częstotliwości lub odwrotnie, podkreślanie wysokich częstotliwości w celu zapewnienia lepszej czytelności modulacji.
• Balans i głośność: regulacja panoramy od -100% w lewo do +100% w prawo wraz z dynamiczną kompresją i wstępnym wzmocnieniem.
• Inteligentna blokada szumów: Regulowana bramka szumów reagująca na poziom sygnału. Zawiera algorytm, który na krótko pomija tłumienie (pominięcie 500 ms) po każdej zmianie częstotliwości w VFO, umożliwiając operatorowi natychmiastowe usłyszenie akustycznej sygnatury szumu na nowej częstotliwości.

Demodulator WFM posiada unikalną funkcję dynamicznego miksowania kanałów (miksowanie stereo) w zależności od aktualnego stosunku sygnału do szumu (SNR). Wraz ze spadkiem poziomu sygnału, udział składowej stereo jest stopniowo zmniejszany w kierunku odbioru mono. Zapobiega to gwałtownemu wzrostowi szumów, typowemu dla słabych stacji stereo FM. Wszystkie te operacje matematyczne są wykonywane wyłącznie po stronie klienta, co gwarantuje minimalne obciążenie procesora serwera.

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

Gdzie pobrać

Projekt no-sdr jest rozwijany jako w pełni otwarte oprogramowanie, dystrybuowane na wolnej licencji MIT, która gwarantuje pełną transparentność kodu, możliwość modyfikacji oraz bezpłatne wdrożenie społecznościowe lub prywatne. Kody źródłowe, dokumentacja architektury (SPEC.md) oraz lista aktywnych zadań (tasks.md, TODO.md) są publicznie dostępne na platformie GitHub w repozytorium autora:

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

Najskuteczniejszym sposobem wdrożenia no-SDR w praktyce radioamatorskiej jest wykorzystanie technologii Docker. Projekt automatycznie kompiluje i publikuje obrazy produkcyjne w rejestrze kontenerów GitHub (GHCR). Przykładowy plik konfiguracyjny docker-compose.yml do szybkiego uruchomienia kontenera z bezpośrednim dostępem do lokalnego tunera USB wygląda to następująco:

wersja: '3.8' usługi: no-sdr: obraz: ghcr.io/gbozo/no-sdr:najnowsze porty: - '3000:3000' środowisko: - NODE_ENV=produkcyjne - LOG_LEVEL=informacje uprzywilejowane: prawda urządzenia: - /dev:/dev ponowne uruchomienie: chyba że zatrzymane woluminy: - ../config:/app/config

Aby tuner działał poprawnie po stronie hosta, konieczne jest zapewnienie prawidłowej konfiguracji dostępu niskiego poziomu do magistrali USB. Poniżej znajduje się prosty przykład pliku konfiguracyjnego. konfiguracja.yaml, który definiuje lokalny klucz sprzętowy RTL-SDR i podstawowy profil do monitorowania widma:

serwer: host: '0.0.0.0' port: 3000 hasło administratora: 'changeme' klucze sprzętowe: - id: dongle-0 deviceIndex: 0 nazwa: 'RTL-SDR #0' źródło: typ: lokalny autoStart: prawda profile: - id: fm-broadcast nazwa: 'Transmisja FM' częstotliwość środkowa: 100000000 częstotliwość próbek: 2400000 fftrozmiar: 2048

Po pomyślnym uruchomieniu kontenera wystarczy otworzyć przeglądarkę internetową i wprowadzić adres IP serwera z odpowiadającym mu portem 3000. Zarządzanie profilami, zakresami częstotliwości i parametrami sprzętowymi odbywa się bezpośrednio poprzez edycję konfiguracji YAML. Dzięki temu integracja no-SDR z infrastrukturą nowoczesnego hamshacka zajmuje zaledwie kilka minut. Niezależnie od tego, czy szukasz niezawodnego sposobu monitorowania lokalnych konwerterów w pasmach DMR i D-Star, czy chcesz zapewnić zdalny dostęp do odbiornika dla pierścienia SWL, no-SDR reprezentuje najnowocześniejszą technologię w dziedzinie odbioru SDR przez Internet.