SDR, c'est quoi?

[VE2PID Pierre]

Bonjour

Lors d'un petit échange en 'eyeball QSO' ce weekend, une discussion portait sur ce que l'on doit entendre par "radio SDR". Mon opinion:

SDR est un signe remplaçant "Software Defined Radio" ... ou en français, quelque chose comme 'radio définie par logiciel'. Le principe à la base est que plusieurs composantes physiques comme une résistance ou un condensateur peuvent être remplacées par une fonction mathématique ... qui a le même effet. On est donc en présence d'objets purement mathématiques et on peut les gérer avec la panoplie d'outils analytiques développés par les mathématiciens.

Par exemple, l'effet résistance peut être recréé en changeant l'amplitude d'une onde sinusoïdale. Ça devient un simple changement dans la valeur du paramètre A dans une fonction comme I=A*sin(wt).
 
Dans une SDR, plusieurs composantes physiques traditionnelles sont donc remplacées par des équations mathématiques écrites en ligne de code. L'avantage est que ces lignes peuvent être modifiées facilement par mise-à-jour logicielles ... plus besoin de remplacer des composantes physiques pour réparer un circuit ou ajouter de nouvelles options.
 
Et, encore mieux, comme le fonctionnement d'une SDR se fait principalement avec des échantillonnages numériques, tous ces outils d'analyse développés aux cours des siècles sont maintenant utilisables. Un bon exemple est celui des transformées de Fourier (Joseph Fourier - 1768/1830) qui sont maintenant au cœur d'une foule d'applications ... après deux siècles d'attente. Il fallait l'invention de l'ordinateur pour que ça soit applicable.

Ces transfomées (FFT) décomposent tout signal périodique en une somme de sinusoïdes. Il devient alors facile d'éliminer ou d'altérer une ou plusieurs de ces composantes et de recombiner les sinusoïdes restantes afin d'obtenir un signal purifié. Ce n'est qu'un exemple de traitement numérique des signaux (DSP ou Digital Signal Processing) ...
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Sauf qu'il n'existera jamais à mon avis d'appareils radio à 100% SDR. Ce qui entre et ce qui sort de la radio est souvent 'naturellement' analogique. Il faut donc avoir des circuits analogiques pour gérer et transformer la modulation du micro ou celle du signal RF reçu ou émis (ADC/DAC) qui seront toujours analogiques (mère nature oblige...).

On peut donc dire que plusieurs nouveaux produits radio sont en SDR à un certain pourcentage, qui n'attendra jamais le 100%.

Le SDR fait un échantillonnage du signal analogique. Mais ça reste une approximation de la réalité qui sera d'autant meilleure que le taux d’échantillonnage est élevé.
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P.S.: C'est hors sujet, mais un autre domaine des maths, celui du calcul matriciel (développé au milieu du 18e siècle) était inabordable quand les matrices étaient le moindrement volumineuses. Avec  l'arrivée des ordinateurs, tout a changé. Un bel exemple d'utilisation du calcul matriciel est celui de NEC (ex EZNEC) qui fut développé à partir des années 1970.

[VA2JOT Jacques]

Pour ceux qui veulent garder ça simple, il faudrait commencer par se demander pourquoi a-t-on designé des SRD et/ou quels en sont les avantages. A mon humble avis, c'est pour tirer les bénéfices de la conversion directe ou échapper aux limites et vices de la conversion par hétérodyne et de la séparation des fréquences par filtrage avec des composants physiques.

A l'époque précédant la venue des SDR en RA, la question que se posaient les designers était quand auront-nous des DSP suffisamment puissant et des convertisseurs A/D avec suffisamment de bits et de vitesse d'échantillonnage pour aller de l'avant avec un design de radio basé sur du traitement des signaux animé par du code roulant sur un DSP au lieu de composants physiques.

Donc, à l'époque ou apparurent les premiers SDR, ca impliquait forcément la conversion directe en TX et en RX et le traitement numérique des signaux. Donc, si la radio en question ne fait pas ça, y'a de bonnes chances que cela ne soit pas un SDR.

P.S.: La présence d'une façade de controle d'apparence analogique sur le radio ou sous forme graphique sur un écran d'ordi n'y change que dale.

[VE2OLM]

HI

a ce que je sait  , les premier  interet dans un SDR etait pour usage militaire 
aser facile a comprendre  vu la multitude de frequence ,mode ,encryption , broillage (contre mesure) que demande les militaire et avec des radio convetionelle
sa devenait vite un probleme pour laviation en autre  , de ou lider davoir un radio que le IF etait completement en logicielle et adaptable a volonter par simple upgrade software 

un autre des gros aventage etait de faire un radio sur le terin qui pouvait tout faire par simple re-programation  ,sa facilite les operation interarmer comme en irak
ou plusieur pays avec des system diferent devait comuniquer ...  ,
jait vu des truck ou les SDR simulait un resaux Cellulaire ,radio conventionel  ,et radio militaire le tout interconecter en un seul resaux     de qoit rendre la securiter civile jaloue

par la suite les compagnie de dellulaire ont vite eu aussit comprit linteret dun SDR pour les tour cellulaire  ,il peuve suivre ta tecknologie sans remetre totui lequipement au vidange a chaque foit

naturelememt sa a finie par ateidre le marcher radio-amateur ;-)   via des experimetateur et surtotu bon programeur ...


pour ma pard ma defenition de SDR ses que le radio et que le traitement du  signal se fait en numerique le plut proche possible du conecteur RF  ,et il t modifiable facilement
fuax pas oblier que les IF DSP sur le radio conventionelle avait un traitement numerique comme un SDR ,par contre les DSP etait ne ROM donk pas upgradable facilement 

et un Flex ou un ANAN et po mal ce quit et le plut proche dun radio 100% SDR  ,surtout dans les mode numerique ,dans se cas de figure a pard pour lamplit RF tout et numerique .....

[VE2PID Pierre]

à l'époque ou apparurent les premiers SDR, ca impliquait forcément la conversion directe en TX et en RX et le traitement numérique des signaux. Donc, si la radio en question ne fait pas ça, y'a de bonnes chances que cela ne soit pas un SDR.

Un autre exemple de SDR à conversion directe (et sans vouloir faire ombrage aux ANANs/Flex) est celui du KX3 d'Elecraft ...  Autrement dit, la fréquence IF est de 0 Hz. L'oscillateur local oscille exactement à la fréquence sélectionnée.

La conversion directe comporte cependant un problème de taille: Si deux émissions se font à la même distance (à gauche et à droite) de la fréquence sélectionnée, alors elles seront entendues avec la même tonalité audio, C'est le problème de la fréquence-image. Avec les SDRs, le processus de quadrature (IQ) permet par des filtrages déphasés de résoudre enfin ce problème.

Sur ce schéma du KX3, dans le pointillé de gauche, les signaux entrants et sortant sont traités de manière analogique près de la sortie antenne. Il semble que ce soit encore la meilleure façon de filtrer le RF...  Le pointillé de droite est la section entièrement en DSP (numérique soit l'échantillonnage, le filtrage logiciel, la synthèse numérique des fréquences ...).

[VE2OLM]

Hi

vas me faire lapider , mait perso je trouve que le KX3 et un entre 2   ,entre les radio heterodyne avec un IF DSP  et le SDR completement numerique

je sait bien que le IF et a 0HF  mait il a pareill un LO  et le IF a 0HZ implique que le DSP voit un range de frequence limiter
donk sa exclue la posibiliter davoir plusieur recepteur virtuelle et un panadapteur "large"  et il reste une borne partie de circuit RF avent le mixer

par contre il ont une flexibiliter de reconfiguration et la performance dun SDR  que un IF DSP a pas et un prix raisonable vu que leur ADC /DAC et baucoup plut lent

la question et que depuit peux les radio dit conventionell ont des update de logicilelle possible et on un IF DSP quit traile du IF et sorte en audio
donk esceque ont les considere comme un SDR ?  car en theorit il pourait faire un update de soft quit modifie radicalement le type de modulation   

jait limpresion que avec le temp la diference vas devenir tres floue ...

[VE2PID Pierre]

et le SDR completement numerique

De mon côté, SDR complètement numérique est une impossibilité. Car il faut bien que le signal entrant d'antenne qui est toujours analogique (c'est la nature) de même que la modulation de la voix entrant dans le micro soient acceptés par le rig. S'il était numérique à l'entrée, ce serait impossible. D'où le passage obligé par des composantes analogiques, quel que soit le rig. Ces signaux analogiques seront ensuite échantillonnés pour devenir du numérique pur ... etc ...

C'est d'ailleurs ce qui animait notre discussion d'hier ... tous étaient d'accord que du 100% SDR sera toujours une impossibilité à cause de la nécessité des interfaces DAC/ADC qui reçoivent le son et les ondes, deux phénomènes analogiques. 
...
Pour Marc: Il faudrait que tu montres un schéma des Flex ou Anan dans lequel les premières composantes qui reçoivent les ondes à l'entrée de l'antenne soient illustrées. Je crois que ce sont des composantes analogiques ordinaires ... ? En tous cas, en regardant cette photo d'un Flex 3000, je vois plusieurs composantes analogiques (condensateurs, bobines ... ) ..



Même chose pour le ANAN -100D où est illustrée la partie syntonisation RF ...

[VE2OLM]

HI   Flex = pas de schematic puplic    par contre ceux du ANAN le sont

comme tu voit il a selement 2 condansateur ,et un diode pour limiter le voltage a 0.7V  avent le premier Chip

apres sa ses un attenuateur programable  , un low pass filter 60MHz ,un Transformateur dimpedence  , et un amplit operationel  ,mait sa reste toute des circuit normal pour un ADC
il a aucun circuit de radio traditionelle  ,  ses uniquement des circuit large bande comme dans un osciliscope   ou tout autre ADC haute vitess

pour le TX ses semblabe  ,et faux pas oblier que FCC oblige le PA a besoint de filtre pass bande pour les harmonique

le fait que ta defenition supose que elle et de facto impossible la rent tel pas fausse au depard ?



si tu regard atentivement aucun tuning coil ,larchitecture et drastiquement different  ,et tu peux operer QRP  50mw avec selememt cete carte et les meme performance en Reception  ,et le pure-signal en transmision ...

le fait que ta defenition supose que elle et de facto impossible la rent tel pas fausse au depard ?

SDR  = Software Definised Radio   ,donk sa implique pas obligatoirement que le dadio doit etre 100% digital mait que les mode d'operation (carecteristique) soit definie par logicielle
et ne pas oblier que sur un flex ou ANAN laudio analog et optionelle ,si ont opere des mode numerique laudio arrive an radio en numerique via le cable resaux
ses technologiquement le plut pres que radio 100% numerique que il peux esister tout en demeurent fonctionell  ,mait remarque avec la pre-distorsion le PA pourait se paser des filtre de sortie ;-)

[VE2PID Pierre]

Re-bonjour ...

Well, si on regarde l'image du SDR/Apache affichée par Marc dans son message précédent, on constate qu'elle contient une foule de composantes analogiques en SMT. Ces composantes peuvent être des résistances, des condensateurs et même des bobines (il existe des bobines de la grosseur et de l'aspect d'une résistance SMT).

Donc, si l’expression SDR à 100% signifie qu'il n'y a aucune composante analogique dans le circuit, ce n'est certainement pas le cas ...

Et je cherche encore un exemple d'un tel désign ??

[VE2PID Pierre]

PS: Pour éviter toute confusion, il serait préférable à mon avis de s'en tenir aux définitions généralement acceptées de SDR. En effectuant une petite recherche:

A number of definitions can be found to describe Software Defined Radio, also known as Software Radio or SDR. The Wireless Innovation Forum, working in collaboration with the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) P1900.1 group, has worked to establish a definition of SDR that provides consistency and a clear overview of the technology and its associated benefits.

Simply put Software Defined Radio is defined as :
"Radio in which some or all of the physical layer functions are software defined" *

(Ref: http://www.wirelessinnovation.org/Introduction_to_SDR)

Software Defined Radio attempts to place much or most of the complex signal handling involved in communications receivers and transmitters into the digital (DSP) style.
(Ref: http://www.arrl.org/software-defined-radio)

Software-defined radio (SDR) is a radio communication system where components that have been typically implemented in hardware (e.g. mixers, filters, amplifiers, modulators/demodulators, detectors, etc.) are instead implemented by means of software on a personal computer or embedded system.
(Ref: https://en.wikipedia.org/wiki/Software-defined_radio)

On remarque dans ces 3 définitions que, pour être qualifié de SDR, il n'est pas requis que toutes les fonctions soient en numérique pur. Autrement dit, SDR peut impliquer la présence d'un certain nombre de composantes analogiques.

[VE2OLM]

HI  a moit de technologie extra terestre    tu  vas toujour avoir des piece electronique passive   autour des circuit integrer

ce quit faux regarder ses la gonfiguration du circuit de ses piece passive 

www.linear.com/docs/9659   si tu regarde page 19 / 20 
www.linear.com/docs/25120  si tu regarde page  14/15

ses tout des circuit Generique quit sont nesesaire au fonctionemenmt du IC

si tu regarde une carte mere dun  ordinateur tu vas avoir des resistence de fin de ligne , des condasateur de decouplace ,et des inductence  pour des choke RF
et pourten un ordit ses 100% numerique  a pard peux ete les capteur de temperature ...

parlent de carte mere dordinateur  les apache lab et Flex 6000 font partie de ce quit apelle la 4e genration de SDR   ( DUC/DDC )
il sont limiter par la liaison entre le ADC et le CPU/DSP  sur un ANAN ses +/- 1meg  sur un Flex es 14meg  se quit nesesite une  bande pasente de > 800Mbit

la genreation 5 et apeller (DFC) Direct Fourier Conversion  ,la totaliter du specre radio et traiter en simultaner donk  ,ont peux "voir"  0- 70mhz de large
et un nombre de "slice" presque infinit ....  sela nesecite par contre une bande pasente pret de 3G/bit et une vitesse de CPU alucinante  le tout et posible grace a lutilisation
de GPU de carte graphique et de system en tache parallel  , les premier prototype  etait sur un carte jetson TK1 de nvidia avec 192 core 
les dernier prototype sont en fait une carte PCI espress 4 lane  ,ce quit permet dutiliser la totaliter des resource du PC avec un bus de 4G/bit seconde  le tout programenr en open GL
pour linsten ses un developement tres fermer ,mait je suit pret a parier que dans queuqe aner la prochaine generation comercialle vas venir du coter de flex  vu les resource nessesaire requise pour se genre de project ..



a+

[VA2JOT Jacques]

Donc, si l’expression SDR à 100% signifie qu'il n'y a aucune composante analogique dans le circuit, ce n'est certainement pas le cas ... Qui à dit ça? J'ai toujours soutenu que dans des radios qui sortaient la moindre haute puissance (disons 10W et +) qu'il y avait des fonctions (comme le filtrage) dans la section haute puissance que le software n'était pas en mesure d'assumer. Cela ne change pas le fait que ce soit un SDR.

Par contre, y'a des radios qui sont sortis vers l'an 2000 comme le TS-2000 qui faisait usage d'un DSP pour éliminer le bruit en phonie ou exclure automatiquement une tonalité interférente (auto-notch). Cela entre dans la définition de ""Radio in which some or all of the physical layer functions are software defined" mais je doute qu'il existe un radioamateur familier avec le TS-2000 qui oserait prétendre (incluant le manufacturier) qu'il fait partie de la famille des premiers SDR.

Je trouve la définition de la IEEE passablement nébuleuse. C'a dû être écrit par des PhD en Software Engineering

Pour moi, une radio HF contemporaine est soit dans la famille des superhétérodynes ou des SDR. C'est le traitement des signaux qui fait que les SDR puissent (entre-autres) exhiber autant de capacité à être insensibles envers la présence de forts signaux dans les canaux adjacents sans que leur prix voisine celui d'instruments des laboratoires et qui fait que présentement, les SRD commencent à déplacer les radios à architecture plus classique. Même les modèles hauts en gamme commencent à pâlir.

... 

[VE2UGO Hugo]

(...)
Pour moi, une radio HF contemporaine est soit dans la famille des superhétérodynes ou des SDR. C'est le traitement des signaux qui fait que les SDR puissent (entre-autres) exhiber autant de capacité à être insensibles envers la présence de forts signaux dans les canaux adjacents sans que leur prix voisine celui d'instruments des laboratoires et qui fait que présentement, les SRD commencent à déplacer les radios à architecture plus classique. Même les modèles hauts en gamme commencent à pâlir.

...

Il semble que Elecraft positionne son K3s dans une catégorie mixte Hétérodyne ET SDR!

[VE2PID Pierre]

.. Epi (pas de maïs) un K2 qui est un superhet standard devient-il un SDR quand on ajoute l'option DSP comme dans mon #5170.
Et sinon, pourquoi ?

[VE2OLM]

dapres le shematic du KDSP2  l'entre /sortie du SDP et audio 

meme avec une defenition tres elastique du SDR  ,je voit mal mal comemt il pourait etre un SDR
car le signal audio et deja  demoduler quelque pard  ,donk sa devien imposible de change les carecteristique de modulation  par exemple ecouter du FM

par contre si tu te "tape" sui le IF avec un dongel de tuneur TX USB   las tu devien SDR ,car tu peux faire ce que tu veux du signal pour auten que il fit dans la bande pasente de ton IF

je coit que faux inlcure aussit dand la definition le desir du manufacturier de changer/evoluer le code et feature
sinon un radio moderne avec un IF DSP pourait etre un SDR , mait  a 99.999% du temp le MFG fait des bug fix ,et ajoute jamait de nouvelle feature au radio
je foit mal un ancien IC-756 faire du D-STAR avec un update logicielle de Icom       ,par contre Flex et sur un cout de tete lont fait 

p.s. jen profite pour dire que jenten sur les onde des complaite sur les performance des SDR quit sont pas au rendez-voue
si tu compare un SDR dentre de Game avec un radio conventionel  haux de game ses normal que la diferece soit subtil 
le ADC et le DAC dun SDR a une Repercusion enorme sur le traitement du signal

ANAN\ Flex 6300  = 16 bit   122MSP
Flex 6500/6700    = 16bit  245MSP
KX3  24bit  96/44Khz

malgre les tres bas sampling rate du KX3 le 24Bit luit donne un tres bon classement sur la liste de sherwood
pour le 6300/ANAN  il sont pas lister mait ses sur que la baise de regime du ADC  leur nuit un peux

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_software-defined_radios     une liste interesente ...


domage que le soft soit pas tres elaborer   http://www.pervices.com/noctar/ mechant radio 

a+

[VA2JOT Jacques]

 Epi (pas de maïs) un K2 qui est un superhet standard devient-il un SDR quand on ajoute l'option DSP comme dans mon #5170.
Et sinon, pourquoi ?

Ca dépend quoi fait le DSP et quelle définition de ce qu'est un SDR on utilise.

Si le DSP sert à rendre agile des paramètres qui seraient autrement "coulés dans le béton" dans un design classique à hétérodynes, on peut l'inclure dans la famille des SDR ou du moins, des radios hybrides. Par contre, pour moi, faudrait que ce traitement se fasse en amont de la section audio. Au moins, en FI, préférablement en direct (F d'exploitation).

On a implanté des DSP dans la section audio pour réduire le bruit et canceller les monotones au début des années 90 dans certains modèles haut en gamme, faudrait pas prétendre que ce sont des SDR.

P.S.: un RX a crystal c'est a conversion directe ;-)