Všeobecně

Projekt vychází z malé balkónové stanice, kterou jsem nedávno popsal zde. V čem se liší tento setup poznáte záhy. Z pohledu SDR řešení bylo použito to, co se mi v provozu dříve osvědčilo.

SDR staničku jsem si postavil při příležitosti 30. výročí satelitu FO-29, který byl vynesen na oběžnou dráhu dne 17.8.1996 japonskou raketou typu H-II, mise F4, s motory na kapalná paliva, (molekulární kapalný vodík LH₂, okysličovadlo kapalný kyslík LOX). Raketa (h = 49 m, průměr 4 m, hmotnost 260 tun) měla dva stupně a dva boostery (posilovače tahu po dobu 273 sekund). První stupeň "táhnul" 346 sekund, druhý stupeň 600 sekund. Raketa vynesla z Tanegashima Space Center na oběžnou dráhu payload (cca 10 tun) satelit ADEOS a malý (44 cm x 47 cm, cca 50 kg) amatérský satelit s vynikajícím transpondérem, který funguje dodnes. Přes satelit FO-29 jsem pracoval se všemi setupy, které jsem kdy měl, a to do roku 2009. Elektronické eqsl mám od roku 2006. V roce 2026 jsem opět ready na JAS-29.

Blokové schéma setupu

Ze schématu vidíte, že tento setup je založen pouze na SDR technologiích, a to jak u přijímače, tak u vysílače. Základem řešení pro přijímač i vysílač se stal program SDR Console.

Antény

Antény jsou naprosto stejné, které jsem použil v malém balkónovém setupu. Foto 1 - kliknout zde, Foto 2.

Přijímač

Pro příjem používám přijímač Airspy R2 s programem SDR Console. Pohled na okno přijímače setupu. V pravém dolním rohu je vidět okno běžícího kontroléru se zobrazeným kmitočtem vysílače:

Vstupní filtr přijímače, předzesilovač, tenký koaxiální napáječ (RG-174), vstupní SAW filtr jsou stejné, jako v balkónovém setupu.

Vysílač

Vysílač byl realizován pomocí SDR hardware Pluto nano. Z Pluta používám pouze vysílač. Za Plutem jsou instalovány dolní propusti a zesilovače. Výkonový zesilovač využívá obvod Mitsubishi RA60H1317M1. Výkon vysílače lze řídit do cca 60 Wattů. Pluto nano je řízeno z druhé instance SDR Console. Aby mi náhodou Pluto nano nezašumělo svým RX do ucha, nastavil jsem audio výstup pro jistotu do virtuálního audiokabelu, který nikam nevede. Následně jsem zavřel panel DSP RX. Nebude třeba, kmitočet RX lze z CAT řídit až pro 6 přijímačů (FA; FB; ...), aktivní přijímač synchronizuje TX, pokud máme na panelu DSP TX použita tlačítka "Sync RX". Škoda, že SDR Console neumí z CAT přímo nastavovat kmitočet TX. Přes nepoužívaný RX je to zbytečně komplikované, ale lepší způsob jsem nenašel.

Poznámka: Funkční vzorek vysílače byl vyroben z toho, co dům dal. Zařízení výkonového zesilovače a filtrů není v době psaní stránky publikovatelné. Moderní setup by si zasloužil PA a filtry v hezčím provedení. Již jsem objednal komponenty, desky pro PA, moderní ATC kondenzátory pro realizaci filtrů, atd. Osazení PA si nechám na delší zimní večery. Až bude hotovo, doplním.

Kontrolér

SDR stanice používá k tomu určený kontrolér. Jedná se o maličký program (v době psaní stránek měl jen asi 58 kB), který jsem si musel napsat ve Visual Studiu. Kontrolér vykonává tyto hlavní funkce:
- posílá dotaz do první instance SDR Console - ptá se na frekvenci přijímače;
- z frekvence přijímače počítá kmitočtový offset pro vysílač; kmitočtový offset odpovídá použitému satelitu;
- ze stanoveného offsetu kontrolér počítá frekvenci vysílače TX; frekvence TX je korigovaná s ohledem na posun podle Dopplera u pohybujícího se satelitu;
- kontrolér v pravidelném intervalu posílá data o požadovaném kmitočtu TX do SDR Console druhé instance;
- kontrolér má jeětě několik drobných funkcionalit, které jsou zřejmé z následujících obrázků (zleva doprava, shora dolů: kontrolér po startu, po volbě módu pro uplink, při výběru satelitu, před spuštěním pollingu (synchronizace), po spuštění pollingu na příjmu - zelený a při vysílání - červený):
 

Koncepce

Jedná se o 100% řešení pomocí technologií SDR, jak u přijímače, tak u vysílače. Na internetu je dostupných několik programů pro řešení přijímače a velmi málo programů pro řízení vysílače. Použil jsem program SDR Console, verze 3.4. Program umí řídit jak přijímač, tak vysílač, osvědčil se mi při provozu na QO-100. Program má svá omezení a já zase mám požadavky, ze kterých nemohu slevit:

1. Panoramatický příjem na celém satelitním transpondéru, ladění myší, včetně jemných kroků, nutných pro přesné a rychlé naladění SSB, možnost rychlé volby a změny filtru RX.
    Příjem satelitů s využitím SDR a panoramatického zobrazení spektra jsem zkoušel už v předchozí verzi, důležitá pro mě byla přesnost a rychlost naladění, včetně doladění SSB,
    tedy komfort a ergonomie, prostě, jak šel čas, tak jsem naprosto ztratil dovednost ladit knoflíkem. Důležitá byla i "ochota" programu rychle a spolehlivě odeslat hodnotu kmitočtu do dalších zařízení.

2. Přehledné zobrazení kmitočtu (MHz, kHz, Hz), na kterém přijímám.

3. Přehledné zobrazení kmitočtu (MHz, kHz, Hz) na který je naladěn vysílač, musím vidět, že souběh mezi kmitočtem TX a RX je funkční, živý, reagující. Musím vidět, jak kmitočet TX "jede" s Dopplerem.

4. Možnost použít nezávislý HW pro RX a pro TX, například pro RX odolný a citlivý Airspy R2 a pro TX levné, osvědčené a plně dostačující Pluto nano.
    Lepší a cenově dostupný RX zřejmě na trhu neseženu, slevit z parametrů se mi nechce a SDR Console neumí dělat s různým HW pro RX a pro TX.

5. Souběh RX a TX pro invertující i neinvertující transpondéry s možnost manuálních korekcí souběhu a možnost řízení posunu podle Dopplera pro použitý druh provozu. 

S ohledem na stanovené požadavky jsem rozhodl o použití dvou běžících instancí SDR Console, s využitím jednoduchého kontroléru, který řeší souběh RX a TX, provádí jednoduše potřebný kmitočtový offset a realizuje posun kmitočtů s ohledem na Dopplera. Komunikace mezi každou instancí SDR Console a kontrolérem probíhá přes com0com.

Základní specifické nastavení pro SDR LEO setup

1. Instalace a nastavení com0com (podle návodu autora).
2. Vytvoření virtuálních párů 1 a 2, tj. COM11-COM12 a COM13-COM14.
3. Vytvoření instancí SDR Console - viz Identity, tj. instancí LEO_RX a LEO_TX.
4. Nastavení portu instance LEO_RX na COM11.
5. Nastavení portu instance LEO_TX na COM13.

6. V SDR Consoli pro RX provedeme potřebná nastavení pro dobrý příjem. Tato nastavení bývají rozdílná pro různé typy přijímačů.

7. V SDR Consoli pro TX provedeme potřebná nastavení pro vysílač (Gain, Proc, filtr TX, ...). Nezapomenout na nastavení Sync RX - viz panel TX:
 

Poznámky

1. Dvě instance SDR Console a několik dalších běžících programů dávají notebooku pořádně zabrat. Ventilátory funí, ale vše běží a spolupracuje spolehlivě. SDR Console je na výpočetní výkon náročná. Nemá smysl uvažovat u setupu s více instancemi SDR Console o nepříliš výkonném PC. To je vlastnost SDR řešení. Já se setupem jezdím na této konfiguraci PC.

2. Náhlavní soupravu, tj. sluchátka a mikrofon používám od Sennheiser, popsal jsem je dříve zde.

3. Oscilátory TCXO v RX R2 i v TX v Pluto nano vykazují výbornou kmitočtovou stabilitu. Nikdy jsem nebyl nucen řešit stabilitu kmitočtu přesným, externím zdrojem referenčního kmitočtu.

4. Oscilátor SDR Pluto nano je stabilní, ale není nijak přesný. V této aplikaci to nevadí a ani jsem nijak neřešil možnost korekce prostředky pro firmware, ani nastavením RIT/XIT, což ovladače umožňují. Offset od jmenovitého kmitočtu je však značný. U mého exempláře je asi 5 kHz. Tento offset je kompentován v kontroléru. RIT/XIT nepoužívám, protože si jejich hodnoty SDR Console přenáší mezi instancemi. Bohužel, bez ohledu na to, jaký HW je spuštěn. Takže, v mém případě se ze setupu s jiným Plutem po startu SDR Console přenese hodnota XIT = -2060 Hz. Tato vlastnost "pošahá" offset o další 2 kHz, takže reálný rozdíl kmitočtů (offset) dělá v mé konfiguraci cca 7 kHz.

5. Dvě instance SDR Console používám, protože se mi nepodařilo jednu instanci nakonfigurovat tak, aby uměla souběh RX a TX pro invertující satelity, možnost ruční kompenzace offsetu RX/TX, možnost kompenzace Dopplera na straně TX s ohledem na kodex nejlepší možné praxe. Proto vzniklo řešení se 2 instancemi a kontrolérem.

6. SDR Console komunikují s kontrolérem přes CAT rozhraní (protokol podobný Kenwood TS-2000, ovšem těžce ořezaný na pár příkazů SDR Console). Nikde nepoužívám Omnirig.

7. Zdrojový kód kontroléru tvoří pár základních procedur - na vyčtení frekvence RX z první instance SDR C, na výpočet frekvence TX s posunem podle Dopplera, na odeslání frekvence TX do druhé instance SDR C, toto vše zabalené do jedné procedury Synchronizuj() a pár povelů odesílaných z tlačítek. Celý zdrojový kód kontroléru, který obsahuje v adresáři ..bin/debug spustitelnou verzi SDRCC_Simple.exe lze stáhnout (zip) zde. 

8. Přestože jsem popsané řešení svědomitě vyzkoušel a používám ho, považujte ho za námět, který může obsahovat odlišnosti závisející na mnoha detailech nebo chyby. Není v mých silách odpovídat na jakékoliv dotazy k popsanému řešení, konzultovat nejrůznější možná nastavení a reagovat na náměty, kterými lze popsané řešení vylepšit. Děkuji.

Závěr

Mám-li porovnat tento SDR setup a malý LEO setup, váhám. Oba setupy mají stejné antény, stejný rotátor a stejný přijímač. S SDR setupem používám náhlavní soupravu, na kterou jsem zvyklý, mám možnost regulovat výkon vysílače. A funí mi ventilátory v notebooku. U malého setupu mi chybí regulace výkonu. Používám sluchátka a mikrofon Icom s PTT tlačítkem. Ventilátory v notebooku tolik nefuní. Z pohledu operátora bych si nevybral. Nicméně, pokud vlastníte dobrý VHF/UHF transceiver s možností rychlého řízení z CAT/CI-V, neváhal bych. Není důvod ho nepoužívat.