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 ), ograniczniki ALC , filtry częstotliwości pośredniej i stopnie mocy oparte na solidnej konstrukcji Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory MOSFET lub nowoczesne 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 Narodziła się koncepcja współdzielonego odbioru, umożliwiająca wielu operatorom niezależne dostrajanie pasm za pośrednictwem interfejsu internetowego. W tym segmencie powstał nowy projekt open source o nazwie no-SDR (pochodzące Z Node-SDR), opracowany przez dewelopera George' I 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 , ODROBINA , SOTA , POTA či WWFF , ako aj pre poslucháčov (SWL ) monitorujúcich preteky (contest ) I 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

Hlavná I celkom zásadná výhoda no-SDR spočíva v jeho schopnosti premeniť obyčajný USB dongle RTL-SDR na plnohodnotný, sieťovo distribuovaný odbiornik s vysokým rozlíšením spektra, ktorý dokáže obslúžiť viacero nezávislých klientskych relácií súčasne. Tradičné SDR aplikácie často uzamykajú hardvér pre jedného lokálneho Użytkownik Lub vyžadujú prenos masívnych dátových tokov surových vzoriek cez sieť, čo paralyzuje bežnú infraštruktúru. Projekt WebSDR dla każdego: architektura i możliwości techniczne projektu open-source 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 I demodulačného módu. To všetko prebieha bez toho, aby sa klienti navzájom ovplyvňovali Lub menili stredovú frekvenciu fyzického tunera.

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

Co robi no-SDR?

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

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 ): Širokopásmová frekvenčná modulácia s PLL detekciou 19 kHz pilotného tónu I 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 I synchrónny čas s priamym zobrazením nad vodopádom.
• NFM (Narrowband FM): Úzkopásmová frekvenčná modulácia pre sledovanie prevádzky na VHF/UHF kanáloch I prevádzačoch, vrátane podpory klientskeho vyhodnocovania subaudio tónov CTCSS .
• AM (Modulacja amplitudy): Klasyczna modulacja amplitudy z obsługą synchronicznego stereo AM i automatycznym wykrywaniem operacji zgodnie ze standardem C-QUAM.
• SSB prevádzka (USB I LSB ): Jednopostranné pásma, nevyhnutné pre monitorovanie krátkovlnnej prevádzky na klasických aj WARC pásmach. Hoci no-SDR natívne neobsahuje integrované dekodéry pre pokročilé Cyfrowe mody ako FT8 , FT4 , JT65 , MSK144 , RTTY , PSK31 Lub SSTV , čistá demodulácia postranných pásiem spolu s Raw IQ režimom umožňuje smerovať audio výstup Lub dátový tok do externého softvéru (napr. WSJT-X , Fldigi ). To zjednodušuje monitorovanie šírenia, sledovanie majákov v sieťach RBN (Reverse beacon Network) I WSPR , ako aj sledovanie aktivity počas hromadných pile-upov.
• 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 transwerter W przeszłości budowa odbiornika wymagała nawijania cewek na toroid , pracochłonne dostrajanie filtrów LPF I HPF na plošnom spoji (PCB ) z elementami dyskretnymi, włączenie elementów mocy, takich jak Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory Tranzystory MOSFET-y i LDMOS, oraz integracja podsystemów sterowania poprzez interfejsy, takie jak I2C z mikrokontrolerami Arduino Nano , wyświetla LCD i pamięć zewnętrzna Pamięć Pamięć Pamięć Pamięć Pamięć Pamięć Pamięć Pamięć Pamięć Pamięć Pamięć Pamięć Pamięć Pamięć EEPROM Dzięki no-SDR i bezpośredniemu próbkowaniu bariera ta zostaje przełamana na poziomie oprogramowania.
• stronniczość:Oprogramowanie do przełączania zasilania poprzez kabel koncentryczny dla przedwzmacniaczy lub Konwerter Konwerter Konwerter Konwerter Konwerter Konwerter Konwerter Konwerter Konwerter Konwerter Konwerter Konwerter Konwerter Konwerter LNB konvertory, čo je ideálne pre príjem satelitných signálov (napr. AO-10) Lub sledovanie prevádzky na nízkych obežných dráhach (LEW ).
• digitalAgc I jeśliZysk: Presné nastavenie zosilnenia medzifrekvencie na potlačenie intermodulačného skreslenia (IMD ) i optymalizacja zakresu dynamicznego.
• offsetTuning I tunerSzerokość pasma:Eliminacja przesunięcia DC w środku widma i zdefiniowanie sprzętowej szerokości pasma protokołu.

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

Mechanizmy kompresji infrastruktury i sieci

Warstwa infrastruktury obsługuje bezpośrednią integrację z narzędziem rtl_tcpDzięki temu klucz sprzętowy można umieścić w odległym miejscu, tuż obok kierunkowego przewodu antenowego (np. yagi , czworokąt, heksagonalna belka , pajęczyna czy długo rombowy Gdzie transformator Lub 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 Z 7,5:1 do 10:1. Zmniejsza to przepływność kaskady widmowej do 12–15 kB/s, zachowując jednocześnie częstotliwość odświeżania Z 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 Z -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.

WFM Demodulátor disponuje unikátnou vlastnosťou dynamického miešania kanálov (stereo blend) v závislosti Z 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 , Wskaźnik K I Indeks I . Keď zachytíte vzácny spot v DX clustri Lub cez Reverse Beacon Network (RBN), či už ide o expedíciu pracujúcu v režime Fox/Hound Lub 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 I schopnosť zachytiť maximálny ODX I 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:

< I title='no-SDR na GitHUB' href='https://github.com/gbozo/no-SDR' target='_blank' rel='noopener'>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 úspešnom spustení kontajnera stačí otvoriť webový prehliadač I zadať IP adresu servera s príslušným portom 3000. Správa profilov, frekvenčných rozsahov I 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 I D-Star , Lub chcete poskytnúť vzdialený prístup k prijímaču pre SWL krúžok, no-SDR predstavuje technologickú špičku v oblasti webovo orientovaného SDR príjmu.