Некоторые мысли о режиме Direct Sampling в RTL-SDR.com v3.

Автор: Administrator вкл. . Опубликовано в RTL-SDR

Помимо проведения экспериментов для сравнения RU MOD и RTL-SDR.com v3 я провел еще несколько тестов и сравнений, но уже между RTL-SDR.com v3 в режиме Direct Sampling и обычным RTL-SDR в синем корпусе, доработанным для режима Direct Sampling. Также сделал сравнение RTL-SDR.com v3 в режиме Direct Sampling и RTL-SDR.com v3 в паре с конвертором. Данная информация вынесена в эту, отдельную статью, т.к. сравниваемые объекты уже другие.

Немного пообсуждав режим работы DDC с Александром RX3KQ (к которому я периодически обращаюсь за советом), посмотрев блок-схемы, документацию на RTL-SDR, напрашивался вывод, что технология DDC в приемнике RTL-SDR применяется всегда, а не только во время обхода чипа тюнера R820T2.

На блок-схеме отсюда https://imgur.com/gallery/la4YH я изобразил вариант простейшей переделки RTL-SDR для режима Direct Sampling (который ниже по тексту выполнил). Также стало понятно, почему становится недоступна регулировка уровня усиления ползунком Gain в SDRSharp – предусилитель находится в чипе R820T2, который не участвует в прохождении сигнала для режима Direct Sampling. На картинке перечеркнул крестиками блоки LNA и VGA (хотя, и весь квадрат с R820T2 можно было зачеркнуть…).

 

На еще одной блок-схеме http://aaronscher.com/wireless_com_SDR/rtl_sdr_info.html чуть иначе представлен модуль DDC, но суть та же.

В общем-то, я немного разобрался в пути прохождения сигнала, по сему, все, что я ранее называл «DDC» в прошлых статьях надо читать как «Direct Sampling Mode» (и, вероятно, переименовать везде…). Практические действия интереснее теоретических, и в ходе экспериментов я ошибся с терминологией, ну, хоть теперь понял свою ошибку.

Итак, речь пойдет о режиме приема сигналов КВ-диапазонов с помощью технологии Direct Sampling Mode, которая весьма интересно представлена в RTL-SDR.com v3. Но сперва много лирики.

 

Изначально у меня, в 2013 году, появился RTL-SDR еще на чипе R820T (без цифры 2). Приобрел я тогда данное устройство исключительно из целей ознакомительных. Ознакомившись с возможностями приема в УКВ-диапазонах, и несильно-то впечатлившись (по сравнению с трансивером) начал городить городушки в виде нескольких телевизионных усилителей путем их поочередного применения, что особого эффекта также не принесло – уровень принимаемых сигналов был по-прежнему довольно мал. Нашел на ебее и заказал МШУ для УКВ с коэффициентом усиления до 19дБ, точнее сказать, это был набор в виде платы и компонентов россыпью. Фотографий моего творчества, увы, не осталось, только некая документация. Здесь приведу лишь ее часть.

 

 

Впрочем, по словосочетанию «WA3IAC SPF-5043z» в интернете можно найти этот МШУ. Вот нашлось и фото с какого-то сайта.

https://nazya.com/ebay/product/raznoe-wa3iac-spf5043z-vhf-uhf-2304mhz-1296mhz_121039421626.html

 

 

Наверное, я тогда впервые осуществлял монтаж SMD-компонентов (пайку) без паяльной станции или, хотя бы, паяльника с очень тонким жалом. Тем не менее, каким-то образом я справился с задачей с помощью своего паяльника с деревянной ручкой и мощностью в 40Вт. Жало обтачивать пришлось основательно. И даже… Даже этот МШУ заработал! Но и тут пришло разочарование – прибавку МШУ давал конечно, но теперь этого оказалось много, вместе с уровнем сигналов сильно возрастал и уровень шума. Конечно, я подключал МШУ у приемника, а не у антенны, и, вероятно, нужна была регулировка уровня усиления, путем добавления некоего аттенюатора, но это сейчас я могу делать такие выводы, а тогда я просто не видел смысла ковыряться с УКВ далее. Вместо этого решил поковыряться с КВ, путем заказа на ебее конвертера Ham It Up от NooЕlec с ПЧ 125МГц.

 

 

   

 

Что сказать, конвертер по цене обошелся недешево, точно уже не помню, но ощутимо дороже самого свистка. Да, прием КВ стал возможен, да я увидел эфир на свою антенну и услышал всех тех, кого слышал на трансивер, но, опять что-то было не то... Точнее на трансивере YAESU FT-857D я слышал станции громче, чем на SDR-приемник, а некоторые слабые станции я слышал порой только на трансивере. Плюс очень меня тогда разочаровали различные помехи и паразитные сигналы, которые были на панораме и в динамиках ноутбука, но отсутствовали в динамике трансивера. В общем и целом, мне все равно хотелось к трансиверу и давить на PTT, проводить связи, участвовать в контестах (contest), нежели сидеть перед компьютером и неотрывно смотреть в монитор без возможности передачи. Поигравшись с этим комплектом с месяц, я продал его без каких-либо сожалений.

Это сейчас я смотрю на скриншоты тех лет с панорамой и вижу, что, в принципе, не так уж и плохо все выглядело. Правда теперь-то мне есть с чем сравнить в плане SDR-приемников, да и поменялось отношение к некоторым моментам мира радио, впрочем, в мире радио тоже заметны перемены.

 

 

 

 

К началу 2016 года задумал я снова попробовать SDR-технологии в виде все того же RTL-SDR, т.к. в 2015 году я перестал работать на передачу, распродал все трансиверы, приборы и прочие вспомогательные устройства. Возвращаться к кнопке PTT я по-прежнему не планировал, а вот послушать и посмотреть на КВ-эфир – почему бы и нет! За компьютером я бываю довольно часто, так что SDR мог стать вполне логичным и доступным способом доступа к эфиру (имею в виду свое оборудование, а не WEB-SDRы и приемники в общем доступе, хотя, суть все равно та же – доступ к эфиру с компьютера).

На счет самого приемника долго не думал – заказал на али обычный синий свисток, а вот когда начал выбирать конвертор, наткнулся на изделия от SDR309 и, сравнив характеристики и цены на Ham It Up от NooЕlec и на HFUC-125 v3.1 сделал выбор в пользу последнего. Как минимум из-за наличия на борту двух МШУ - для КВ и УКВ. Про этот конвертер можно почитать в некоторых других статьях – в этой и вот в этой.

Связка конвертора и синего свистка в этот раз меня не разочаровала прямо сходу, что уже было хорошо. МШУ на КВ выполнял свою функцию отлично, дохлые сигналы были именно тогда, когда они были дохлыми в реальности, а не из-за недостатка уровня усиления приемного тракта, как я описывал выше по тексту. А сильные сигналы были сильными, яркими на панораме и громкими в динамиках. Даже как-то почти комфортно и интересно стало смотреть радио. Да, смотреть – панорама же, спектр. А почти - потому, как все же и перегрузки АЦП случались, и некоторые вещалки порой пролазили туда, где быть их не должно, и помех всяких тоже хватало. Но в целом картина стала очень даже терпимой. А может быть просто мне не с чем было сравнивать – трансивера уже не было в наличии. На УКВ особо не пробовал, так, покрутил на 2м, услышал без проблем многих местных корреспондентов и успокоился – МШУ на УКВ явно был не лишним, да к тому же с регулируемым уровнем.

Еще одна причина улучшенных результатов, вероятно, заключалась в новом чипе (относительно моего первого свистка) R820T2, который, если верить обзорам и отзывам из интернета, имеет большую чувствительность в сравнении с предыдущей моделью R820T.

https://www.rtl-sdr.com/now-sell-rtl-sdrs-r820t2-tuner-2x-telescopic-antenna-r820t2-tests/ отсюда картинка.

 

 

Так или иначе, но комплект SDR-приемника я отправил на полку на неопределенный срок. Убедившись, что я смогу этим пользоваться, не кривя гримасу боли, я занялся решением насущных проблем и задач, периодически поглядывая на различные статьи в интернете об удаленном управлении и прослушивании подобных комплектов. Конечно, думал над реализацией чего-то подобного, но как только я начинал представлять даже частичный масштаб необходимой работы по аппаратной части и количество информации, необходимой для «загрузки» в мою голову для решения программных вопросов, мне становилось как-то грустно и вопрос откладывался до следующей вспышки энтузиазма.

В 2017 году идею эту я реализовал даже лучше, чем представлял вначале – но это тема для отдельной статьи. Мне даже удалось заинтересовать Олега RX3QFN и привлечь его для экспериментов и тестов получившейся конструкции. В ходе тестирования обнаружился момент с уходом частоты принимаемых станций, что являлось следствием нестабильной частоты опорных генераторов в синем свистке и в конверторе. Причем в свистке в большей степени. Похожие тесты стабильности можно посмотреть тут и тут. Начали думать над решением проблемы – то ли греть кварц, то ли воздухом обдувать, то ли в какое подобие шубы закутать (дошли и до практической реализации потом). В интернете, в момент поисков подходящего способа решения проблемы, как-то наткнулся на упоминание о «новой» версии свистка с TCXO на борту - RTL-SDR.com v3. Попутно полет мысли и фантазии подвел под необходимость приобретения второго свистка для более углубленных опытов с удаленным управлением. Таким образом был приобретен RTL-SDR.com v3, у которого помимо нужного TCXO и прочих конструктивно-улучшающих доработок для обычного режима работы (УКВ), был еще режим Direct Sampling.

Ради интереса начал я этот режим обкатывать на практике и у меня глаза на лоб полезли – да быть не может, чтоб БЕЗ конвертора был ТАКОЙ прием сигналов! Дело в том, что в интернете я встречал материалы по доработке обычного синего свистка, в результате которого становился возможен прием КВ без конвертора. Прием-то становился возможен, но вот только сильных сигналов. АМ-вещалок в основном. Тут же, у RTL-SDR.com v3, панорама выглядела едва ли не также как в варианте с конвертором – полезных сигналов было много. Помех побольше, зеркальных сигналов, нерегулируемый уровень усиления и возможность эффективного приема до 14МГц (хотя, на практике выше 7МГц особого смысла подниматься нет, если говорить о любительских диапазонах частот для этого режима в этом приемнике). Благодаря TCXO-генератору частота точная и в калибровке не нуждается, стоит колом и ничего никуда не плывет. И это все за цену, примерно равную двум синим свисткам! Да, качество приема хуже, чем с конвертором, не спорю, но и цена такого приема в разы меньше. Но самое главное – такой прием вполне годен для использования. А вот тут опять время применить пословицу про сытых и голодных… Годен для чего и для кого? Для нетребовательных к результату задач, для первого свистка начинающего любителя, например, … Вот QFN упорно не понимал моих восторженных рассказов о режиме Direct Sampling.

- Да вот же, за такую небольшую цену получаем возможность приема КВ, пусть урезанного, но три нижних диапазона точно есть! И не нужен конвертер!

- Ну и что? Там перегрузы, зеркалки, помехи какие-то левые… Усиление не регулируется, опять же.

- Как что? Цена такого приемника позволяет применять его там и таким образом, куда дорогой конвертор не всегда решишься засунуть! В случае с синим свистком, КВ – дорогое удовольствие, а тут – уже включено в стоимость устройства, фактически просто бонус.

Подобные диалоги всегда заканчивались выводом, что вариант с конвертером лучше и использовать надо его. Да, когда есть такая возможность – финансовая, техническая и прочие нюансы позволяют.

Ну, а теперь, наконец-таки про Direct Sampling в RTL-SDR.com v3.

/ Сразу замечу, что некоторые тесты проводились НЕ в один день (ночь), поэтому сигналы на одном и том же диапазоне в рамках одного теста и в рамках какого-либо другого теста будут различны. Т.е. говорить о том, что уровень сигнала в одном тесте с тем же параметрами оборудования меньше или больше, чем в другом тесте с тем же параметрами оборудования и считать это некой погрешностью – нельзя. /

Вот получается, что из-за зеркальных сигналов после 14.400 МГц выше этой частоты пытаться что-то принимать бессмысленно. Так оно и есть, только порой и на 14 МГц довольно тяжко что-то принимать из-за вещалок, пролезающих с нижних диапазонов. Но, с горем пополам, 14 МГц, считаем, что есть. Но есть еще и 28 МГц, диапазон 10 метров. Есть-есть! В обычном режиме, не Direct Sampling. Там же прием начинается с 24 МГц, правда вот диапазон 12 метров все равно недоступен – очень низкая чувствительность, на панораме я вообще ни одного сигнала не увидел, но вот на 28МГц очень даже живой эфир.

21.07.2018 было прохождение на 28МГц, прием осуществлялся на GP диапазона 20м. Слева прием на RU MOD в режиме УКВ и включенным МШУ, справа RTL-SDR.com v3 с конвертором HFUC-125 v3.1 и выключенным МШУ. Включенные и выключенные МШУ очень большой роли тут не играют, а важно здесь то, что без конвертора возможен прием 10м диапазона. Ну да, в данном примере на RU MOD, только вот переделать тест у меня уже нет возможности, используя обычный синий свисток или RTL-SDR.com v3, например. Прохождение на диапазоне 10м – штука не частая. В данном случае RU MOD приравняем к RTL-SDR.com v3, а МШУ - к накрученному ползунку Gain в программе SDRSharp.

 

 

 

А вот на 24 МГц на RU MOD в режиме УКВ с МШУ (он слева) уже ничего не принимается, в то время как RTL-SDR.com v3 с конвертором без МШУ есть полезные сигналы (он справа).

 

 

В общем, что я хотел донести - RTL-SDR.com v3 позволяет прослушивать любительские КВ-диапазоны 160, 80, 40, 30, 20 метров в режиме Direct Sampling и диапазон 10 метров в режиме УКВ. Это все БЕЗ конвертора. По возможности и наличии прохождения, когда-нибудь повторю тест на обычный синий свисток для большей убедительности.

В следующем тесте я хочу сравнить прием КВ в Direct Sampling и с конвертором на два RTL-SDR.com v3 одновременно. Т.е. постараться увидеть, насколько режим Direct Sampling хуже (а может и не хуже?).

Схема подключения на столе выглядит так:

 

Полоса обзора 500 кГц. Антенна - GP на 14 МГц на крыше дома.

На скриншоте вверху - Direct Sampling, внизу - конвертер БЕЗ МШУ, но с усилением в SDRSharp (ползунок Gain в значении 20).

На первый взгляд панорамы практически идентичны.

 

 

А вот на 14 МГц при таком уровне усиления с моей антенной (GP на 14 МГц) видно перегрузку по уровню сигнала – лезет вещалка (нижняя часть скриншота - конвертер). В режиме Direct Sampling также видна перегрузка (верхняя часть скриншота), плюс зашумленность помехами.

 

 

 

Но снижение уровня усиления Gain до значения 11 для RTL-SDR.com v3 с конвертором решает вопрос с перегрузкой (нижняя часть скриншота). А вот на RTL-SDR.com v3 в режиме Direct Sampling уровень усиления не регулируется никак, поэтому перегрузку наблюдаем по-прежнему (верхняя часть скриншота).

 

 

 

На 80м тоже можно добиться примерно одинакового уровня приема ползунком Gain для RTL-SDR.com v3 с конвертором.

 

 

Конечно, это сравнение сделано в конкретный момент времени суток (около 19 часов вечера 24 июля 2018 г.), но в другое время суток и в другое время года картина будет иной – перегрузка будет в большей или меньшей степени и на разных диапазонах. Т.е от перегрузки в режиме Direct Sampling избавиться нельзя (по крайне мере штатными средствами у RTL-SDR.com v3 «из коробки»), но е-мое! Не так уж все катастрофично выглядит в общем и целом даже на фоне RTL-SDR.com v3 с конвертором.

Еще я решил увидеть разницу в уровнях сигналов для режима Direct Sampling у RTL-SDR.com v3 и для RTL-SDR.com v3 с конвертором. Идея заключалась в уравнивании уровней сигналов конверторного режима с сигналом в режиме Direct Sampling и последующем сравнении результата – на сколько больше/меньше/также выглядит уровень. В данном тесте МШУ на конверторе включен.

Слева - Direct Sampling, справа – конвертор. На частоте 1,4 МГц регулятор Gain установлен в положение «5».

 

 

 

На частоте 7,2 МГц регулятор Gain установлен в положение «4».

 

 

 

На частоте 9,7 МГц регулятор Gain установлен в положение «4».

 

 

 

На частоте 11,8 МГц регулятор Gain установлен в положение «6».

 

 

 

Также я решил посмотреть на разницу в уровнях сигнала в Direct Sampling и конверторном режиме, но с положением «0» регулятора Gain. Сделал это только в двух точках.

На частоте 11,8 МГц разница в уровнях составила примерно 13 дБ.

 

 

 

На частоте 1,4 МГц разница в уровнях составила примерно 12 дБ.

 

 

 

Ну, а теперь еще тест с выключенным МШУ на конверторе.

На частоте 1,4 МГц разница в уровнях составила примерно 28 дБ.

 

 

 

На частоте 11,8 МГц разница в уровнях составила примерно 29 дБ.

 

 

Возникают мысли о том, что МШУ прямо-таки необходим! В общем-то да, но вот можно ли БЕЗ МШУ вытянуть только ползунком «Gain» сигнал до какого-либо уровня, как и с МШУ? Давайте посмотрим – до уровня сигнала в режиме Direct Sampling дотянуть удавалось с МШУ и Gain? Да. Вот теперь тот же эксперимент, но без МШУ.

На частоте 11,8 МГц это возможно при положении регулятора Gain в значении «14».

 

 

 

А вот на частоте 1,4 МГц даже максимальное положение (29) регулятора Gain ситуацию не улучшает.

 

 

Однако на других измеряемых точках также удается сравнять уровни положением ползунка Gain в значении «14». Покажу скриншот для 7,3 МГЦ, остальные не стану для сокращения объема материала.

 

 

До сего момента у меня все никак не находилось то времени, то возможности провести подобное сравнение и увидеть цифры. Так-то примерно месяца 4 (в зимний период 2017-2018г.) RTL-SDR.com v3 в режиме Direct Sampling использовался на удаленной точке для прослушивания диапазона 160м без особых проблем (но с аттенюатором) и в беседах и спорах о режиме Direct Sampling я мог оперировать лишь терминами «хорошо», «лучше», «плохо» и т.д. Теперь я собрал все на столе в тестовый стенд и получил цифры.

Еще скажу, что для конкретной антенны и территориального места значения и результаты я получил одни, если антенна будет лучше (или хуже) – то результаты будут другие, но общую суть я сейчас обрисую.

Для моей антенны (GP диапазона 20м (уже даже с одним противовесом) на крыше дома в 6 этажей) обычный вариант применения конверторного режима подразумевал включенный МШУ в конверторе все время и регулятор Gain в положениях от «2» до «10» в зависимости от диапазона и состояния прохождения. Если отталкиваться от этих составляющих, то режим Direct Sampling ничуть не уступает, но нерегулируемый уровень усиления иногда избыточен, перегрузки возникают чаще.

А вот доводилось подключать RTL-SDR.com v3 и конвертор к диполю диапазона 80м, висящего на высоте 9-то этажного дома (не в этот раз, а ранее, в ходе экспериментов с RX3QFN), и тогда МШУ на конверторе был излишним для приема сигналов НЧ-диапазонов, а на ВЧ-диапазонах его наличие было очень желательно.

По большому счету, все зависит от ситуации – антенна полноразмерная на крыше, или что-то вроде рамки на балконе, антенна диапазонная или не диапазонная, в городе или за городом осуществляется прием.

Зато, теперь стало понятно, почему так просился аттенюатор в антенно-фидерный тракт при первичных моих тестах Direct Sampling после приобретения первого RTL-SDR.com v3. Понятно, почему резистор-аттенюатор, ошибочно большего номинала, чем надо, впаянный в конструкцию вечером накануне монтажа на удаленной точке, не испортил картину. Об этом, вероятно, еще напишу.

И теперь, Direct Sampling Mode не так уж и никчемен на фоне этих тестов, а не просто слов и рассказов.

 

 

 

Ну, а, чтобы показать, как выглядит катастрофичность в Direct Sampling, я пошел дальше – решил доработать обычный синий свисток для работы в режиме Direct Sampling.

Не очень продолжительные поиски в интернете завершились получением информации о том, что простейшей аппаратной модификацией RTL-SDR для возможности приема сигналов КВ-диапазонов без конвертора является установка, путем пайки, перемычки от входного защитного диода до одной из ножек микросхемы RTL2832U. Правда вот, не совсем понятно – напрямую к ножке перемычку паять или через конденсатор? По одной ссылке, получалось, что через конденсатор.

   https://embedded.by/367

 

 

А вот на видео пайка осуществлялась напрямую к ножке.

https://www.youtube.com/watch?v=yeDPxePA6Vk&index=37&list=WL&t=0s

 

 

 

Я решил паять к конденсатору со стороны ножки микросхемы, иными словами- напрямую к ножке. Использовал тонкий лакировочный обмоточный медный проводок, смотанный из трансформатора нерабочего компьютерного БП. Получилось вот так:

 

 

                    

 

 

 

 

А теперь сравнение режима Direct Sampling у RTL-SDR.com v3 и, допиленного мною, обычного синего свистка.

Схема подключения на столе выглядит так (да, я нашел корпус, и теперь обычный RTL-SDR действительно синего цвета):

 

 

 

RTL-SDR.com v3 - вверху, синий свисток – внизу.Полоса обзора 1 МГц.

У синего свистка на 40м видны только сильные сигналы – немного SSB и несущие от вещалок.

 

 

 

У синего свистка на многих участках диапазонов пролазят FM-вещалки с УКВ, т.к. нет никакого ФНЧ (нижняя часть скриншота). Тем не менее, на 20м между FM-вещалок, в свободном участке проглядывается SSB, левее видны АМ-вещалки КВ-шные, которые тут и должны быть.

 

 

 

Сравним уровень сигнала на этих двух свистках в текущем режиме Direct Sampling и узнаем разницу. Слева - RTL-SDR.com v3, справа – синий свисток.

На частоте 13,6 МГц разница в уровнях составила примерно 29 дБ.

 

 

На частоте 9,4 МГц разница в уровнях составила примерно 31 дБ.

 

 

На частоте 6,1 МГц разница в уровнях составила примерно 33 дБ.

 

 

На 1,4 МГц на синем свистке не удалось обнаружить присутствие вещалок вообще.

В среднем, по трем точкам замеров, разница уровней составила 31 дБ.

 

 

Вот так выглядит плохой вариант реализации режима Direct Sampling у синего RTL-SDR. Нужен ФНЧ и МШУ. В RTL-SDR.com v3 это все есть, более того, сигнал подается на ножки микросхемы RTL2832U через согласующий трансформатор, а не напрямую. При желании в интернете можно найти некую блок-схему. Например тут http://blog.radiospy.ru/obzory/rtl-sdr-com-v3.html

Или тут http://radiochief.ru/radio/obzor-sdr-priemnika-ot-rtl-sdr-com-v-3/

 

 

Много информации по доработке RTL-SDR с добавлением Direct Sampling есть здесь http://superkuh.com/rtlsdr.html#directsample и здесь http://22dx.ru/dorabotka-sdr-na-rtl2832u-i-r820t/

 

 

В конечном итоге, сделать однозначный вывод – бесполезен режим Direct Sampling в RTL-SDR.com v3 или нет, плохо он реализован или хорошо – нельзя. Ведь все относительно… Смотря с чем сравнивать, смотря что у вас есть в наличии, смотря какие у вас возможности и какие потребности. Но выше, я на практике показал и рассказал, что реализация режима Direct Sampling в RTL-SDR.com v3 вполне достойная для своей цены. На мой взгляд.

 

 

Много тестов и экспериментов описывал в статьях о сравнении RU MOD и RTL-SDR.com v3. Ссылки ниже.

Первая часть.

Вторая часть.

Третья часть.

Четвертая часть.

Пятая часть.

Также успешно слушал КВ на Androide с RTL-SDR.com v3 в режиме Direct Sampling , будучи в отпуске.