SDR-модем

В настоящее время существует 2 подхода, которые применяются при создании средств связи. Классический подход – весь радиотракт, включая фильтрацию, демодуляцию и генерацию сигнала, выполняется при помощи аналоговых компонентов или на специализированных микросхемах. И только управляющая и интерфейсная части реализуются на микроконтроллерах с программным управлением.

С развитием технологий (в частности скоростей работы аналого-цифровых, цифро-аналоговых преобразователей (АЦП, ЦАП) и объема программируемых логических микросхем (ПЛИС)) стал возможным перенос большей части функциональности в программную область. Такой подход называется «программно-определяемым радио» (Software Defined Radio – SDR) и является оптимальным по функциональности и затратам на данный момент.

Заказать презентацию

Основными преимуществами этого подхода являются гибкость при создании алгоритмов модуляции/демодуляции, возможность динамического изменения характеристик сигнала, работа в широком спектральном диапазоне с несколькими видами модуляции одновременно, возможность внесения изменений в алгоритмы «на лету». Кроме того, данная технология использует программную обработку радиосигнала, что даёт возможность реализовать шифрованные каналы связи с различным уровнем защищенности и применить методы динамической маршрутизации цифровых пакетов данных (MESH-технологии), что существенно увеличивает дальность и надежность радиосвязи.

Преимущества использования SDR

	Универсальность Возможность сопряжения с существующими средствами связи.		Гибкость и помехозащищенность Динамические изменения характеристик сигнала, изменяемые алгоритмы ухода от помех.
	Расширяемая архитектура Возможность простого внедрения собственных алгоритмов и протоколов связи.		Ячеистая топология сети Динамическая маршрутизация данных через всех участников.
	Использование однотипных устройств Один и тот же модем может быть использован для различных целей. Функционал определяется программным обеспечением.		Удобство Размер, энергопотребление.

С целью исследования технологии SDR в компании АстроСофт в ноябре 2015 года было принято решение о создании прототипа УКВ-модема. Основной отличительной чертой этого прототипа является его высокая помехоустойчивость, которая реализуется благодаря использованию технологий SDR (Software Defined Radio).

Используя технологию SDR, модем постоянно анализирует состояние среды передачи (эфир) и инициирует передачу, во-первых, на частоте, находящейся в самом незашумлённом диапазоне частот, во-вторых, меняет частоту передачи, если на данной частоте появляется помеха. На данном этапе компанией АстроСофт разработан программно-аппаратный прототип полнодуплексного модема (рис.1), позволяющего связывать 2 или более устройства в условиях динамически изменяющихся условий радиоэфира путем подключения конечного устройства через различные интерфейсы.

Прототип обладает следующими характеристиками:

• Технические характеристики:
  • автоматический поиск сигнала реципиента в полосе пропускания 2 МГц;
  • перестройка собственной частоты передачи при ухудшении качества связи;
  • скорость передачи данных до 1 Mbit (4GFSK модуляция);
  • ширина канала передачи 20 – 300 КГц;
  • энергопотребление 400 – 500 мА;
  • время автономной работы до 3х часов в режиме постоянной передачи;


• Интерфейсы:
  • ethernet интерфейс для подключения переносного или стационарного компьютера;
  • wi-fi интерфейс для подключения как компьютера, так и мобильного телефона;
  • bluetooth интерфейс для подключения мобильного телефона или гарнитуры.


• Состав:
  • широкополосный SDR-приемник;
  • перепрограммируемый FSK/GFSK передатчик;
  • raspberry-Pi3 как базовая платформа для отработки алгоритмов;
  • программная реализация алгоритмов на базе Embedded Linux.


• Функциональность:
  • дуплексная текстовая связь между двумя объектами*;
  • передача файлов между двумя объектами*;
  • дуплексная голосовая связь между двумя объектами*;
  • дуплексная видео связь между двумя объектами*;

* ведутся работы по расширению возможностей режима связи до релейной, при которой множество таких устройств образуют сеть с динамической маршрутизацией пакетов (MESH-сеть), тем самым увеличивая дальность и надежность связи.

Платформа

• Raspberry Pi 3
• RTL2832P + R820P
• 1x I4463 (полудуплекс)
• Внутренний аккумулятор
• Дисплей

Характеристики

• H.264 encoding
• Время активной работы на передачу: 2.5 – 3 часа

Внешние устройства

• Проводная гарнитура
• Камера
• Смартфон (WiFi/Bluetooth)

Рис.1. Сегодняшняя версия SDR-модема

Для демонстрации возможностей прототипа разработано приложение для мобильного телефона под управлением операционной системы Android, которое позволяет подключаться к модему по протоколу Wi-Fi или Bluetooth (рис.2). Данное приложение позволяет вести текстовый чат и дуплексную голосовую или видеосвязь, схожую по функционалу со Skype. Так же данное приложение позволяет узнать расстояние между собеседниками, текущие GPS-координаты собеседника и его положение на карте местности.

Использование SDR-модема в экипировке сотрудников позволит:

• осуществлять надежную и помехозащищенную цифровую аудио-видео связь в отсутствии сотовых сетей;
• использовать привычные средства связи (смартфон, гарнитура);
• обеспечить совместимость с существующими средствами связи различных служб за счет использования SDR-технологий;
• гарантировать безопасность связи при помощи программного кодирования информации.

Рис.2. Приложение для смартфона