Сравнение SDR приёмников: Airspy, SDRplay и HackRF . Часть 2

Тесты на приём реальных сигналов в диапазонах VHF/UHF.

Методология этих испытаний такова: настроиться на известный сигнал, и регулировкой усиления сигнала добиться наилучшего соотношения сигнал/шум (SNR). Затем мы сравниваем полученное каждым приёмником отношение сигнал/шум (чувствительность) и принимаем к сведению любые полученные нежелательные эффекты, такие как помехи и интермодуляции (динамический диапазон). Все тесты были выполнены в программе SDR #. Мы понимаем, что программа SDR # считается лучшей для Airspy, но при сравнении результатов с SDRplay RSP, HDSDR и SDR # мы не заметили никаких изменений в производительности сигнала, поэтому решили использовать программу SDR # для сравнения бок о бок. Единственный замеченный недостаток — плагины сторонних производителей не доступны для SDRplay RSP.

Для лучшего восприятия скриншотов, мы понизили отображаемую ширину полосы пропускания каждого СДР приёмника до 6,4 МГц. Просто обрезали и решили не менять разрешение (FFT resolution). Airspy, SDRplay RSP и HackRF были запущенны на 10 МГц, 8 МГц и 8 МГц соответственно, но спектр был скорректирован до 6,4 МГц. Разрешение для каждого теста было установлено на уровне 32000.

Следует отметить одну важную вещь, мы не можем легко сравнивать значения SNR, если полоса пропускания каждого устройства отличается. Сокращение видимой пропускной способности увеличивает плотность FFT, это повышает видимый SNR. Удвоение полосы пропускания вызывает понижение на 3 дБ отображаемую пропускную способность. Поэтому с одинаковым сигналом, отображаемым на 10 МГц и 5 МГц, SDR приёмник с 5 МГц показал бы уровень SNR на 3dB выше, чем приёмник на 10 МГц. Следовательно, различие в значении SNR на стабильном сигнале, когда ширина полосы выставлена на 10 и 8 МГц равняется 3 * (10 – 8)/5 = 1.2 дБ. Во всех тестах, где мы работаем с полосами пропускания 8 МГц и 10 МГц, мы должны повысить показания SNR Airspy на +1.2 дБ, чтобы получить более точное сравнение. Это - небольшое изменение и вероятно в пределах нашей погрешности измерения, но все же должно быть учтено.

Мы тестировали каждый SDR приёмник в течение 5 минут друг за другом, чтобы гарантировать, что условия сигнала не изменились слишком существенно, но на всякий случай мы повторяли тест несколько раз, чтобы гарантировать что относительное значение SNR, остаётся стабильным за тестовый период времени. Мы не могли протестировать модули одновременно, через антенный разделитель, потому что 1) Каждый SDR приёмник имеет собственные шумы, которые проникали бы друг в друга, и 2) наш компьютер, не был достаточно производителен, для работы всех трёх приёмников сразу.

Во всех тестах мы использовали смонтированную на крыше дисконусную антенну Diamond D130. Она была размещена в пригородной зоне с хорошим приёмом от нескольких радиомачт, отдалённых на расстоянии около 15-30 км. Некоторые тесты, проведённые нами, включали в себя:

  • Тест на отсутствие перегрузки. В этом тесте мы оптимизировали настройки усиления для обеспечения максимального SNR полезного сигнала, увеличивая усиление до появления признаков перегрузки.
  • Тест на допустимую перегрузку. В этих тестах мы оптимизировали усиление полезного сигнала для получения максимального SNR на нашем полезном сигнале, и мы не обращали внимания на обнаруженные перегруженные сигналы, пока они не начинали влиять на полезный сигнал.
  • Тест с фильтром BCFM. Так как в нашей зоне приёма присутствовали сильные сигналы вещательных FM станций, мы повторили некоторые тесты на перегрузку с BCFM фильтром.
  • Тест с LNA. Здесь мы тестировали с внешним LNA. Мы использовали LNA4ALL, который имеет приблизительное усиление 18-23dB на большинстве частот.
  • Тест LNA + BCFM фильтр. Здесь мы тестировали с внешним LNA и фильтром BCFM перед ним.
  • Тест с LNA и высокими потерями в коаксиальном кабеле. Здесь мы использовали коаксиальный кабель с большими потерями для того, чтобы усиление от LNA не было таким резким.

75 МГц Полиция.

Здесь мы пытались слушать полицейскую частоту 75 МГц. В зоне приёма присутствовали сильные вещательные FM станции диапазона 88 – 108 МГц, которые вызвали бы проблемы, если бы мы слишком увеличили усиление.

Тест на максимальный SNR без перегрузки.

В этом тесте мы скорректировали усиление для получения самого высокого SNR, и  чистого спектра.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Здесь Airspy удалось получить лучшие результаты, получив наивысший SNR с довольно чистым спектром. Здесь режим Линейность (Linearity) работал лучше, чем режим Чувствительность (Sensitivity), работающий плохо из-за помех от вещания FM. SDRplay RSP с усилением 62 дБ GR и выключенным внутренним LNA, также показал хороший результат. Но с SNR приблизительно на 10 дБ ниже чем Airspy, с более грязным спектром и некоторыми изображениями в центре. При дальнейшем увеличении усиления SDRplay RSP перегружался и отображал интерференционные помехи от мощных FM станций на всём протяжении полосы частот. Возможная причина, почему SDRplay RSP проиграл Airspy в этом тесте, кроется в том, что частота 75 МГц и частоты вещательных FM станций находятся в полосе пропускания входного полосового фильтра SDRplay RSP (60 – 120 МГц). При настройке на частоту 75 МГц, частоты вещательных FM станций не фильтруются вообще.

 

HackRF показал наихудшие результаты, легко перегружаясь и имея самый низкий SNR, но сигнал был все ещё легко различим. Удивительно, даже с мешающими соседними станциями, включение входного усилителя значительно улучшило сигнал, не вызывая слишком много интерференционных помех.
 AS

Ниже мы показываем тип интерференции, появляющиеся при слишком большом усилении. Все три модуля показали подобную интерференцию.

Broadcast band interference showing on the RSP when the gain was increased too far.

Обсуждение

Результаты показали, что Airspy лучше обрабатывал полицейский сигнал, нежели SDRplay RSP через несколько секунд. Чрезмерное увеличение коэффициента усиления, вызвало перегрузку и увеличение минимального уровня шума. Мы считаем, что SDRplay RSP не мог работать так же хорошо, как Airspy, поскольку он больше опирается на достаточную фильтрацию для улучшения динамического диапазона, Airspy работает по-другому. В SDRplay RSP на частоте 75 МГц активным является полосовой фильтр на 60 - 120 МГц, следовательно, при перегрузке мы легко видим интерференционные помехи от вещательного FM диапазона (BCFM), так как он не отфильтрован.

RSP Bandpass Filter for 60 - 120 MHz

SDRplay RSP полосовой фильтр на 60 - 120 МГц

 

Широковещательный FM диапазон (BCFM).

Здесь мы протестировали каждое радио на способность приёма вещательного FM диапазона. Обратите внимание на то, что мы немного сместили настроенную область IF для более точного захвата пика и нижней части минимального уровня шума в измерительном инструменте SNR SDR#.

Тест на максимальный SNR

Airspy SDRplay RSP HackRF
Airspy смог получить лучшие результаты в режиме чувствительность (Sensitivity) и практически без помех на изображении, но стабильно, примерно на 3-6 дБ был менее чувствителен, чем SDRplay RSP. SDRplay RSP неизменно получал лучший результат в этом тесте, стабильно получая значения SNR примерно на 3-6 децибел выше, чем Airspy. Наилучшее качество приёма было на уровне усиления GR 55 с выключенным LNA в Mirics. HackRF получил самый плохой результат, неизменно показывающий приблизительно на 10-15 дБ худший SNR. С включённым входным усилителем, получал перегрузку.
----------------------------------------------------------------------------------------------------

Тест с LNA

Мы также протестировали приём BCFM с внешним LNA. Он был помещён перед дополнительным коаксиальным кабелем RG 174 длиною 3м.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Airspy показал аналогичные результаты, как и при использовании без LNA. Здесь SDRplay RSP показал проблемы с перегрузкой, даже когда GR был уменьшен до самого низкого уровня, и выключенным LNA в Mirics. HackRF показал аналогичные результаты, как и при использовании без LNA.
 ---------------------------------------------------------------------------------------------------

Тест с LNA и высокими потерями в коаксиальном кабеле.

Мы также сделали другой тест для Airspy и SDRplay RSP, с LNA подключённым к кабелю с более высокими потерями. Для получения большего ослабления мы добавили аттенюатор на 12 дБ, а также 10 м RG174, с потерями приблизительно 3 дБ на частоте 100 МГц. Общая сумма потерь составляет приблизительно 15 дБ, а усиление от LNA4ALL составляет приблизительно 22 дБ, таким образом, общее усиление составляет 7 дБ.

Airspy SDRplay RSP
Airspy, работал хорошо с LNA и кабелем с потерями, как и в предыдущем тесте. Была замечена умеренная интерференция между сильными станциями. С меньшим общим усилением перед SDRplay RSP приём осуществляется гораздо лучше, и был почти идентичен Airspy. Хотя были более высокие уровни шума от перегруженных сигналов между сильными станций.

Обсуждение

Было интересно наблюдать в этом тесте, как Airspy не смог достигнуть максимального SNR полученного SDRplay RSP. Однако при добавлении внешнего LNA, как и прогнозировалось, общая производительность SDRplay RSP была уменьшена слишком сильно, делая невозможным нормальный приём даже с уменьшением уровня усиления в SDRplay RSP до минимума. Сокращение внешнего усиления за счёт больших потерь помогло стабилизировать результаты SDRplay RSP. Возможно, что сам LNA4ALL был перегружен в диапазоне BCFM в этих тестах.

Было упомянуто Yousseff, что лучшей метрикой для сравнения BCFM является MPX спектр сигнала, таким образом, ниже мы делаем некоторые сравнения MPX.

 

BCFM сравнение MPX

Прежде чем мы опубликовали эту статью, мы дали проект создателям Airspy и SDRplay RSP для анализа. Yousseff, co-создатель Airspy предложил, чтобы мы посмотрели на спектр MPX сигнала BCFM, он беспокоился за то, что более высокий SNR, полученный SDRplay RSP, был не точен, так как его SNR может получиться выше из-за нелинейности, смешивающейся с фактическим сигналом.

Для тестирования спектра MPX, мы использовали HDSDR с неофициальным плагином ExtIO для Airspy и официальным плагином ExtIO для SDRplay RSP. Мы передали аудио по стереоканалу и посмотрели на него в SDR#. Это позволило нам просматривать спектр MPX широковещательной FM передачи, который позволил нам видеть такие вещи как пилотный тональный сигнал стерео и RDS. Мы тогда измерили SNR пилотного тонального сигнала стерео.

 

92.6 MHz сильная станция.

Эта станция с сильным сигналом передающая классическую музыку.

Airspy SDRplay RSP
Airspy выдал SNR 64.8+1.2=66 дБ на спектре частот и MPX SNR 64.8 дБ. SDRplay RSP выдал SNR 71.5 дБ на спектре частот и MPX SNR 65.7 дБ.

В целом MPX SNR был почти идентичен между двумя приёмниками. Мы также проверили другие столь же сильные станции, и все дали подобные результаты с более высокими показаниями SNR на спектре частот у SDRplay RSP, но примерно одинаковые показания MPX SNR на обоих приёмниках.

87.6 МГц слабая станция.

Мы повторили тест MPX на слабой станции 87,6 МГц. Здесь мы отмечаем, что, когда мы сдвинули спектр частот в сторону, Airspy работал лучше и смог достигнуть SNR, примерно идентичный SDRplay RSP.

Airspy SDRplay RSP
Здесь Airspy выдал SNR 29.4+1.2=30.6 дБ в спектре частот и MPX SNR 45 дБ SDRplay RSP выдал SNR 30 дБ в спектре частот и MPX SNR 44,4 дБ.

104.2 МГц слабая станция.

На 104,2 МГц была другая слабая FM станция.

Airspy SDRplay RSP
Здесь Airspy выдал SNR 31.2+1.2 = 32.4 дБ в спектре частот и MPX SNR 43,5 дБ. SDRplay RSP выдал SNR 41,6 дБ в спектре частот и MPX SNR 44,5 дБ.

Обсуждение

При сравнении спектра MPX на сильных и на слабых станциях мы обнаружили, что несмотря на то, что SDRplay RSP показал более высокий SNR в спектре частот, SNR в спектре MPX, похоже, почти идентичен Airspy.

 

 

150 МГц

Здесь в 150 МГц присутствуют радиосигналы такси, а также некоторые магистральные сигналы. Так как эта частота расположена очень близко к мощному сигналу пейджера на 157 МГц, и также все ещё близко к мощным вещательным станциям в диапазоне FM, будет достаточно легко увидеть интермодуляционные эффекты от перегрузки.

Max SNR без Перегрузки

В этом первом тесте мы попытались максимизировать SNR по всем трём радиоприёмникам при условии, что спектр находился в чистоте от любых эффектов перегрузки.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Здесь Airspy смог получить SNR приблизительно на 10 дБ лучше, чем SDRplay RSP. Мы отмечаем, что режимы Чувствительность (Sensitivity) и Линейность (Linearity) работали плохо. Здесь мы должны были вручную настроить каждую установку усиления для получения лучших результатов. В SDRplay RSP, мы не могли увеличить усиление более чем 60 GR (LNA в Mirics отключён), так как уже проявлялись эффекты перегрузки. HackRF был худшим. Лучшие результаты были получены с включённым усилителем на входе.

Максимальный SNR с перегрузкой.

В следующем тесте мы пытались максимизировать SNR путём корректировки усиления игнорируя эффекты от перегрузки – пока эти эффекты полностью не уничтожили сигнал.

Airspy SDRplay RSP HackRF
В предыдущем тесте Airspy уже был на пределе максимального SNR. Увеличение усиления далее заставляло повышаться минимальный уровень шума и падение SNR. Мы смогли лишь немного увеличить усиление. При дальнейшем увеличении усиления мы начали видеть умеренную интермодуляцию от FM станций, которая обнаруживалась только когда предавал пейджер, а также некоторые другие эффекты на изображении. SDRplay RSP смог достигнуть почти столь же хорошего значения SNR, как и Airspy после того, как усиление было увеличено до 36 GR (с отключённым LNA в Mirics], но это было достигнуто за счёт наблюдения некоторой интермодуляции от FM станций, каждый раз при передаче пейджера. Мы также смогли увеличить SNR HackRF дальнейшем увеличением усиления LNA, но за счёт довольно сильных помех такого же типа, какие мы видели на SDRplay RSP.

Максимальный SNR с BCFM фильтром.

В следующем тесте мы поместили BCFM фильтр перед каждым SDR приёмником и наблюдали полученный эффект. Мы попытались настроиться на максимальный SNR, независимо от каких-либо перегрузок, покуда они не начинали влиять на наш полезный сигнал.

Airspy SDRplay RSP HackRF
С Airspy и BCFM фильтром мы смогли поднять усиления немного больше и увеличить SNR приблизительно на 1 дБ от результата последнего теста. Умеренная интермодуляция от FM вещания, которая появилась при работе пейджера, больше не обнаруживалась и мы не видели никаких других эффектов при работе пейджера. С BCFM фильтром, блокирующим FM диапазон, SDRplay RSP смог достичь увеличения SNR на 3 дБ от результата предыдущего теста, и без каких-либо эффектов перегрузки на изображении. Однако одна важная проблема состояла в том, что, когда две частоты пейджера передавали одновременно, появлялась очень сильная интерференция, которая влияла на наши полезные сигналы (см. нижнюю часть изображения). Мы были неспособны избавиться от этой интерференции на любых настройках усиления, таким образом, мы просто должны были проигнорировать помеху и настроиться на лучший SNR. Были также изображения соседнего пейджера, которые показались на 150, 151, 151.5, 152.5 и 154 МГц. Странно, уровни SNR HackRF, получались хуже с подключённым фильтром BCFM, но интермодуляции от BCFM, были аннулированы. Мы не поняли в чём причина.

Тест с LNA.

Здесь мы подключили LNA перед 6м кабеля RG174, и наблюдали результаты.

Airspy SDRplay RSP HackRF
С LNA, интермодуляции от FM станций сильно увеличились. Максимальный SNR был теперь только 59.7+1.2=60.9 дБ. В этом тесте у SDRplay RSP были подобные проблемы как у Airspy, когда он был запущен без BCFM фильтра. Достигнутое максимальное SNR, приблизительно 56.4 дБ. Производительность HackRF сильно не изменилась с LNA. Была все ещё большая интермодуляция.

Тест с LNA и BCFM фильтром.

На этот раз мы подключили фильтр BCFM перед LNA и повторно протестировали.

Airspy SDRplay RSP HackRF
С BCFM фильтром интермодуляции были удалены, Airspy снова хорошо зарекомендовал себя, только появлялись небольшие помехи от пейджера. SDRplay RSP все ещё имел ту же проблему с интерференцией, сигнал пейджера смешивался с полезным сигналом. HackRF работал лучше с установленным фильтром BCFM, но была все ещё значительная помеха каждый раз, при передаче пейджера.

Тест с LNA и высокими потерями в кабеле.

Команда SDRplay RSP предложила, чтобы LNA использовался только для компенсации потерь в кабеле. Мы применили 10м соединяющего кабеля RG174, который даёт потерю 3.5 Дб. Поэтому для получения общей суммы потерь приблизительно 15,5 дБ на 150 МГц мы добавили аттенюатор на 12 дБ. LNA4ALL имеет усиление приблизительно 23.5 дБ на 150 МГц, полученное общее дополнительное усиление 8 дБ.

Airspy SDRplay RSP
Как и в других тестах Airspy имел значительные помехи от FM станций, хотя они были меньше, чем при более высоком внешнем усилении. SDRplay RSP по-прежнему имел высокую интермодуляцию от FM станций, значительно большую чем Airspy. На этой частоте потери в кабеле являются низкими, и общее дополнительное усиление 8 дБ было, вероятно, все ещё слишком высоким для нормальной работы SDRplay RSP.

Тест с LNA, кабелем с потерями и BCFM фильтром.

В этом тесте мы добавили фильтр BCFM перед LNA.

Airspy SDRplay RSP
Airspy с BCFM фильтром, работал очень хорошо. С BCFM фильтром и заниженным внешнем усилении, SDRplay RSP больше не показывал проблем со смешиванием сигнала пейджера с полезным сигналом. Однако все ещё были интерференционные изображения пейджера, видимые на спектре.

Обсуждение

В зоне приёма существуют сильные сигналы BCFM на 88-108 МГц и сильный сигнал пейджера на 156 МГц. В этой среде Airspy добился успеха как лучший приёмник. Airspy смог получить лучший SNR для нашего полезного сигнала без значительных помех от перегрузок. RSP боролся с интермодуляцией от BCFM, и даже когда использовался фильтр BCFM, остались проблемы с интерференцией от пейджера мешавшей нашему полезному сигналу. Изучая полосовой фильтр, использованный в SDRplay RSP, мы видим, что затухание на частотах FM диапазона недостаточно для получения хорошего результата. Также не блокируется пейджер на 156 МГц.

С используемым LNA все приёмники имели проблемы с помехами от BCFM и вероятно, что LNA4ALL был перегружен. Добавление BCFM фильтра улучшило положение для Airspy, но несмотря на то, что помехи от BCFM для SDRplay RSP и HackRF были уменьшены, помехи от пейджера, которые не блокировались влияли на RSP и HackRF.

 

The 120 - 250 MHz RSP filter active when tuned to 150 MHz.

Фильтр SDRplay RSP 120 – 250 МГц, активный, при настройке на 150 МГц.

 

Морской и сигналы пейджера.

В нашем следующем тесте мы переместились на 161 МГц и попытались принять довольно слабую морскую метеостанцию (эквивалент NOAA). Эта станция расположена очень близко к пейджеру на 157 МГц, который может легко заглушить морской сигнал, если усиление приёмника слишком большое.

Максимальный SNR без перегрузки.

В этом тесте мы пытались максимизировать SNR для морского сигнала, не позволяя эффектам от перегрузки появляться на спектре.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Здесь Airspy имел лучший SNR около 17.4+1.2 = 18,6 дБ, однако был умеренный эффект от перегрузки рядом с сигналом пейджера, который не хотел уходить, а также очень умеренное изображение около 162 МГц. SDRplay RSP смог достигнуть SNR около 15,4 дБ без больших помех, но спектр не был плоским как в Airspy. HackRF имел самый низкий SNR 12 дБ и некоторые эффекты от перегрузки, обнаруживающиеся около сигнала пейджера. Также имели место помехи от FM вещания, но мы не уменьшали усиление, поскольку помехи были незначительные.

Максимальный SNR с перегрузкой

В этом тесте мы пытались максимизировать SNR, не обращая внимания на эффекты перегрузки – пока они не затрагивали морской погодный сигнал.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Здесь Airspy смог достичь максимального SNR 28.5+1.2=29.7 дБ, и только помехи от пейджера были замечены, и ни одной от BCFM. SDRplay RSP смог достичь максимального SNR около 32,1 дб и было постоянно на примерно 2 дБ выше, чем Airspy. При этом проявились довольно тяжёлые помехи от BCFM и помехи от пейджера, но к счастью морской сигнал был не слишком затронут этими помехами. HackRF смог получить SNR около 22,7 дБ.

Максимальный SNR с перегрузкой и фильтром BCFM

В этом тесте мы добавили BCFM фильтр перед LNA и подбирали усиление для лучшего SNR не обращая внимания на перегрузку.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Здесь Airspy пришёл к результатам, очень похожим на результаты, полученные без фильтра BCFM. Кажется, что в этом тесте Airspy не был подвергнут помехам от BCFM, имели место только помехи от пейджера. SDRplay же, показал хорошее улучшение в плане сокращения помех от BCFM. Имели место только помехи от пейджера. Так же и HackRF показал хорошее улучшение без больших помех от BCFM.

Максимальный SNR с LNA

Здесь мы добавили 6м RG174 и поместили LNA4ALL перед ним для компенсации потерь.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Здесь Airspy работал также, как и без LNA. SDRplay RSP использовал установку усиления 50 GR (LNA в Mirics отключён) и не смог достичь такого же SNR, как без LNA. Дальнейшее увеличение усиления вызвало очень сильную перегрузку. Общая производительность была подобна Airspy. HackRF также показал помехи, очень похожие на полученные при работе без LNA.

Максимальный SNR с LNA и BCFM фильтром

Здесь мы разместили BCFM фильтр перед LNA.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Airspy, показал очень схожие результаты SNR с результатами работы без фильтра BCFM, но природа помех от пейджера изменилась. Они стали более сгруппированными ближе к фактической частоте пейджера. SDRplay RSP казалось, работал намного хуже с фильтром BCFM. SNR не мог достигнуть значения полученного при работе без фильтра. Используемое усиление было 62 GR (LNA в Mirics отключён], это значение было оптимально для лучшего SNR. Фильтр BCFM также вызвал странное повышение минимального уровня шума вокруг пейджера. С HackRF исчезла помеха от BCFM, но тяжёлая помеха от пейджера осталась. Мы не смогли накачать усиление до уровня, полученного при работе без фильтра, но достигли более высокого SNR с фильтром.

Тест с LNA, кабелем с потерями и BCFM фильтром.

Airspy SDRplay RSP
Здесь Airspy достиг максимального SNR приблизительно 23.8+1.2=25 дБ. SDRplay RSP достиг более высокого максимального SNR 27,5 дБ, но имел больше помех от пейджера. Более низкое внешнее усиление, казалось, уменьшило проблемы, замеченные в последнем тесте с LNA.

Обсуждение

Опять же в этом тесте Airspy показал, что он смог получить хорошие результаты без каких-либо последствий перегрузки. У Airspy был довольно сильный иммунитет к воздействию BCFM на этой частоте, но по-прежнему были проблемы с перегрузкой от пейджера. У SDRplay RSP были проблемы перегрузки и от BCFM и от пейджера.
И добавление BCFM фильтра уже не влияло на результаты Airspy, который уже не зависел от помех BCFM. На SDRplay RSP помехи от BCFM были удалены, но вызвало большие помехи от пейджера.
Добавление LNA с таким сильным сигналом пейджера рядом вызывало перегрузки, происходящие при значительно более низких уровнях усиления на всех трёх СДР. Размещение BCFM фильтра перед LNA почти не влияет на Airspy. Интересно что применение комбинации BCFM + LNA с SDRplay RSP вызвало значительное увеличение эффектов перегрузки, причина тому для нас загадка. При меньшем внешнем усилении производитель SDRplay RSP улучшилась.
На 162 МГц, и в тесте на 150 МГц, SDRplay RSP использовал полосовой фильтр на 120-250 МГц, которого недостаточно, чтобы полностью блокировать BCFM и конечно, он не способен заглушить пейджер.

 

463 MHz

На 463 МГц у нас есть бизнес-полоса, полная различных типов, соединённых магистралью радио, а также некоторых телеметрических сигналов.

Максимальный SNR без перегрузки

Здесь мы пытались максимизировать SNR полезного сигнала без любой перегрузки.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Здесь Airspy достиг значения SNR 46.3+1.2 = 47,5 дБ. Для получения хороших результатов, мы использовали произвольный (Free) режим с тщательной ручной настройкой усиления. В режимах чувствительность (sensitivity) и линейность (linearity) достигнуто максимальное значения SNR в 46 дБ. SDRplay RSP смог достичь SNR в 38,5 дБ. Дальнейшее увеличение усиления вызывало помехи от BCFM. Усиление, которое дало лучший SNR без перегрузки, было 66 GR (LNA в Mirics включён). На этом уровне усиления были умеренные помехи от BCFM. HackRF смог достигнуть SNR 34,7 дБ.

 

Максимальный SNR с BCFM фильтром

Здесь мы пытались максимизировать SNR полезного сигнала с фильтром BCFM.

Airspy SDRplay RSP HackRF
В Airspy с BCFM фильтром, мы смогли получить SNR 49.4+1.2 = 50,6 дБ. Мы также смогли использовать режим усиления чувствительность (sensitivity), получив лучший результат SNR. Была умеренная интерференция от сильного пейджера, работающего в пределах 460,5 МГц. SDRplay RSP смог достигнуть SNR, подобный Airspy – 49,7 дБ. Максимальный SNR был получен на усилениии 51 GR (LNA в Mirics включён). Однако, присутствовал некоторый эффект ореола на сигналах, который может быть фазовым шумом или нелинейными искажениями. HackRF смог достигнуть SNR 44 дБ. Была замечена некоторая помеха ниже 462 МГц каждый раз, при передачах пейджера.

Максимальный SNR с LNA

В этом тесте мы дополнительно применили 6 м коаксиального кабеля RG174 и LNA4ALL перед ним, для компенсации потери.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Здесь максимальный SNR, который смог достичь Airspy, был только 32.6+1.2 = 33,8 дБ, и присутствовала довольно сильная помеха от BCFM, которая присутствовала на всех уровнях усиления. SDRplay RSP достиг SNR 31,1 дБ и также имел помехи от BCFM. Усиление было установлено на уровне 62 GR, (LNA в Mirics отключён). Удивительно, но HackRF здесь работал лучше, достигнув уровня SNR в 34,2 дБ с очень небольшой помехой от BCFM.

Максимальный SNR с LNA и BCFM фильтром

В этом тесте мы добавили фильтр BCFM перед LNA4ALL.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Airspy смог достичь SNR 52,4 дБ без помех от BCFM. Была замечена умеренная помеха от пейджера на 460,5 МГц. SDRplay RSP испытал некоторые затруднения при приёме из-за фильтра BCFM. Даже на самом низком уровне усиления, получал серьёзную интермодуляцию от пейджера, происходившую при передаче. Усиление было установлено в самое низкое значение— 78 GR, (LNA в Mirics выключен). HackRF также не смог достигнуть высокого SNR с фильтром BCFM. Увеличение усиления вызвало полную перегрузку в полосе частот.

Максимальный SNR с LNA, BCFM фильтром и высокими потерями в кабеле.

Здесь мы использовали более длинный коаксиальный кабель и аттенюатор на 12 дБ для моделирования длинного кабеля. На 463 МГц общая сумма потерь составила приблизительно 12 дБ от аттенюатора плюс потеря в 6,828 дБ от 10 м RG174, давая общую сумму потерь в 18.828 дБ. На 463 МГц LNA4ALL имеет приблизительно 23,5 дБ усиления, таким образом, общее внешнее усиление 23.5-18.828 = 4,672 дБ.

Airspy SDRplay RSP
С более низким внешним усилением Airspy работал намного лучше с очень незначительными помехами. SDRplay RSP все ещё имел те же проблемы с помехами от BCFM.

?

(прим. переводчика. – Здесь было не понятное описание теста)

Airspy SDRplay RSP
В этом тесте Airspy выдал SNR приблизительно 51,2 + 1.2 = 52,4 дБ. Никаких помех или перегрузок не было замечено. SDRplay RSP достиг уровня SNR в 50,6 дБ. В отличие от теста с низкими потерями в кабеле, никаких помех или перегрузок не было замечено.

Обсуждение

Снова Airspy стал лучшим приёмником, так как был в состоянии достичь более высоких значений SNR без перегрузок. При добавлении фильтра BCFM перед приёмниками макс. достижимые уровни SNR стали почти идентичными, хотя SDRplay RSP показал проблему, похожую на фазовый шум. Тот факт, что BCFM фильтр улучшил результаты SDRplay RSP, указывает на то что его внутренний полосовой фильтр на 420 - 1000 МГц не полностью блокирует мешающие BCFM сигналы.
Интересно, что добавление LNA в систему вызвало большое количество помех от BCFM, и на Airspy и на SDRplay RSP, не позволяя достичь высоких уровней SNR. Добавление BCFM фильтра перед LNA, полностью решило проблему перегрузки на Airspy. На SDRplay RSP при добавлении фильтра, вместо решения проблемы BCFM перегрузок мы получили сильные помехи от пейджера, которые не были замечены на Airspy. И даже установка самых низких уровней усиления, не решила проблему.
При использовании кабеля с высокими потерями после LNA, Airspy хорошо зарекомендовал только с LNA, но в SDRplay RSP по-прежнему были проблемы с BCFM. После добавления BCFM фильтра перед LNA как Airspy так и SDRplay RSP заработали хорошо.

420 to 1000 MHz Bandpass filter on the RSP.

420 — 1000 MHz полосовой фильтр в SDRplay RSP.

860 МГц

Эта полоса частот является бизнес-полосой, здесь мы наблюдали несколько TETRA сигналов.

Максимальный SNR без перегрузки

Здесь мы пытались принимать сигналы TETRA на 860 МГц. Мы корректировали усиление до получения максимальный значений SNR полезного сигнала, при этом не допуская перегрузку.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Здесь Airspy достиг SNR приблизительно 31.5+1.2 =32.7 дБ и был приблизительно на 6 дБ, менее чувствительным чем SDRplay RSP. Независимо от того, какие настройки усиления мы применяли, мы не смогли заставить его соответствовать SNR SDRplay RSP. SDRplay RSP получил самый высокий SNR и достиг максимального значения SNR в 38,8 дБ. При усилении 52 GR (LNA в Mirics включён). HackRF смог достигнуть SNR 30,3 дБ.

Дальнейшее увеличение усиления просто повышало минимальный уровень шума и понижало SNR, таким образом, мы не выполняли тест на максимальное SNR с перегрузкой. Несмотря на то, что SDRplay RSP получил более высокие результаты SNR, мы не уверены, что это точно, поскольку присутствует некоторое нечётное повышение минимального уровня шума на сигналах. Это похоже на фазовый шум, или возможно нелинейные искажения могли бы увеличивать полученный SNR, но мы не смогли это подтвердить, поскольку мы не нашли декодер TETRA, который показал бы коэффициенты битовых ошибок.

Максимальный SNR с BCFM фильтром

Затем мы тестировали с установленным фильтром BCFM.

Airspy SDRplay RSP HackRF
С установленным фильтром BCFM мы смогли немного увеличить усиление, прежде чем произошла полная перегрузка полосы, и получили более высокий SNR на нашем полезном сигнале 35.1+1.2 = 36,3 дБ. Дальнейшее увеличение усиления появиться интермодуляцию от пейджера, это видно на скриншоте от Airspy (умеренное повышение минимального уровня шума, при передаче пейджера). SDRplay RSP получил SNR 39,6 дБ, что на 1 дБ выше, чем без фильтра. Однако с установленным фильтром эффекты похожие на фазовый шум или нелинейные искажения, начали обнаруживаться на большинстве сигналов. С фильтром BCFM, HackRF получил уменьшение SNR, примерно до 26,1 дБ.

Поскольку значение SNR Airspy улучшилась с этим фильтром можно сделать вывод, что Airspy слегка перегружался от BCFM станций.

Максимальный SNR с LNA

Здесь мы добавили LNA и 5 м RG174 и записали результаты.

Airspy SDRplay RSP HackRF
С установленным LNA, SNR Airspy повысился до 36.3+1.2 = 37,5 дБ, что примерно соответствуя SNR SDRplay RSP без LNA. SNR SDRplay RSP уменьшился до 37,8 дБ с установкой усиления 46 GR (LNA в Mirics выключен). Interestingly the HackRF was able to reach the highest SNR now with an SNR of 38.7 dB.

Максимальный SNR с LNA и BCFM фильтром перед LNA

Здесь мы установили BCFM фильтр перед LNA.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Для Airspy, размещение фильтра BCFM перед LNA значительно ухудшило приём. Максимальный SNR теперь составил только 30.5+1.2 =, 31,7 дБ и проявлялись помехи от пейджера в виде повышения минимального уровня шума. Точно так же приём SDRplay RSP был ухудшен с фильтром BCFM. Теперь помеха от пейджера обнаружилась строго каждый раз, при передаче, и макс. SNR был значительно уменьшен до 18,7 дБ. Настройки усиления 65 GR (LNA в Mirics отключён). HackRF имел подобные проблемы с макс. сокращением SNR до 21,5 дБ и большими повышениями минимального уровня шума каждый раз, при передаче пейджера.

Мы не понимаем, почему, установленный фильтр перед LNA, доставил неприятности в этом тесте.

Максимальный SNR с LNA и BCFM фильтром после LNA

Здесь мы решили посмотреть, как изменится приём, если мы разместим фильтр BCFM после внешнего LNA.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Airspy работал намного лучше с фильтром BCFM, размещённым после LNA. Теперь SNR был увеличен до приблизительно 34,6 + 1.2 = 35,8 дБ. SDRplay RSP так же получил улучшение, SNR был увеличен до 38,9 дБ. Используемые настройки усиления 36 GR (LNA в Mirics выключен). Приём HackRF был также улучшен, получив макс. SNR 29,6 дБ.

Максимальный SNR с LNA и потерями в кабеле

Здесь мы использовали более длинный коаксиальный кабель и аттенюатор на 12 дБ для моделирования длинного кабеля. На 858 МГц с аттенюатором на 12 дБ и потерями от 10 м кабеля RG174 в 10 дБ, у нас получилась общая сумма потерь в 22 дБ. LNA4ALL имеет усиление приблизительно 20 дБ на 858 МГц. Таким образом имеем 22 – 20 = 2 дБ усиления.

Airspy SDRplay RSP
Airspy достиг SNR 23.2+1.2=24.4 дБ и не показал признаков интермодуляции. SDRplay RSP достиг максимального только SNR 17,8 дБ. В отличие от этого, в других тестах SDRplay RSP начинал показывать признаки интермодуляции от BCFM с этим кабелем.

Максимальный SNR с LNA, потерями в кабеле и BCFM фильтром

В этом тесте мы добавили фильтр BCFM перед LNA4ALL.

Airspy SDRplay RSP
Airspy теперь достиг максимального SNR 28.7+1.2 = 29,9 дБ. Спектр был чистым. SDRplay RSP теперь достиг максимального SNR 33,8 дБ, и спектр был также чистым.

Обсуждение

На этих частотах SDRplay RSP казалось был более чувствительным, и казалось был намного меньше подвергнут помехам от BCFM и пейджера при перегрузках, и поэтому на этот раз SDRplay RSP смог достигнуть более высоких значений SNR. Путём добавления фильтра BCFM перед устройствами макс. достижимый SNR Airspy стал ближе к значению SDRplay RSP, но все ещё было различие на 3 дБ. Кажется, что на этой частоте Airspy был более подвергнут помехам от BCFM при перегрузках, чем SDRplay RSP.
С LNA, максимальные значения SNR для Airspy и для SDRplay RSP, были значительно уменьшены поскольку перегрузка происходила намного раньше, оба приёмника были почти идентичны в производительности. После добавления фильтра BCFM перед LNA, приём на обоих устройствах сильно ухудшился, особенно на SDRplay RSP. При размещении фильтра BCFM после LNA, получили улучшение, и SDRplay RSP достиг уровня SNR на приблизительно 3 дБ выше, чем Airspy. Мы не понимаем, почему это произошло.
С высокими потерями в кабеле, используемым после LNA, SDRplay RSP получил некоторую интермодуляцию от BCFM, и снова мы не знаем почему. Airspy работал лучше, но оба получили большое затухание от кабеля. Возможно, что потери в кабеле были на 10 дБ выше, чем расчётные на этой частоте. С фильтром BCFM, размещённым перед LNA4ALL, Airspy и SDRplay RSP работали одинаково.
В SDRplay RSP на 860 МГц используется тот же полосовой фильтр, что и на 460 МГц, таким образом, интересно наблюдать что частота 860 МГц меньше подвержена помехам от BCFM при перегрузке, чем 460 МГц.

 

Тест L-Band

Здесь мы протестировали возможность приёма спутниковых сигналов, таких как Инмарсат на Патч-антенну L-диапазона.

Тест на максимальный SNR

Airspy SDRplay RSP HackRF
Airspy смог достигнуть макс. SNR приблизительно 7.4+1.2 = 8,6 дБ. SDRplay RSP смог достигнуть макс. SNR приблизительно 8,1 дБ. Это значение немного занижено из-за подпрыгивающего при снятии скриншота минимального уровня шума. Но в целом, SDRplay RSP оказался на 1 дБ более чувствительным, чем Airspy в L-диапазоне. HackRF также получил приличный результат SNR в 8 дБ, но была замечена некоторая интерференция.

Максимальный SNR с LNA

LNA подключался непосредственно к устройствам через небольшой отрезок кабеля.

Airspy SDRplay RSP HackRF
Airspy смог достигнуть более высокого SNR 13.9+1.2 = 15,1 дБ. Странно, но с подключённым LNA, SDRplay RSP вообще не смог получить сигналы L-диапазона. Это могло произойти из-за возможной перегрузки от сигналов DVB-T или BCFM. HackRF с LNA SNR повысился до 9,7 дБ, но была интермодуляция, замеченная по тому, что появлялись другие сигналы L-полосы, сигналы DVB-T, и возможно различные магистральные сигналы от 460 МГц.

Обсуждение

SDRplay RSP снова показал, что имеет хорошую чувствительность, которая на одном уровне или немного лучше, чем Airspy в этой частоте. Однако, когда был добавлен LNA, SDRplay RSP вообще больше не мог получать сигналы L-диапазона! Мы предполагаем, что SDRplay RSP возможно был перегружен сильными сигналами DVB-T от 500 МГц. Мы предполагаем это потому что похоже, что мы видим край сигнала DVB-T, двоящегося на изображении водопада.

 

Тест 2 L-Band

Из-за плохих результатов SDRplay RSP с LNA, мы решили перепроверить результаты в другом расположении с очень слабым BCFM и другими наземными сигналами как DVB-T, так чтобы SDRplay RSP не перегружался.

Тест на максимальный SNR

Airspy SDRplay RSP HackRF
Без LNA Airspy имеет SNR приблизительно 3.5+1.2 = 4,7 дБ. SDRplay RSP получил SNR 4,6 дБ. HackRF получил SNR 2.8 dB.

Максимальный SNR с LNA

Airspy SDRplay RSP HackRF
С LNA, Airspy еще раз показал значительное увеличение SNR, теперь показав 7.1+1.2 = 8,3 дБ. На этот раз с очень небольшой интерференцией, SDRplay RSP хорошо работал с LNA и получил 6,3 дБ. HackRF смог достигнуть более высокого SNR 6,4 дБ.

Обсуждение

В этом расположении без сильных наземных сигналов, SDRplay RSP хорошо работал с LNA и получил ожидаемое повышение SNR. Из этих результатов видно, что без внешнего LNA SDRplay RSP работает немного лучше, но с внешним LNA на обоих приёмниках было улучшение, но больше у Airspy.

В 3 части мы проведём тесты HF-диапазона и подведём итоги.

3 часть ->

 

One comment

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

8 + двенадцать =