说说RTL-SDR PART II玩得转的电视棒_暗记_旗子

软件无线电观点框图

但是在后续章节中，小哥将连续“缺点的”用它来称呼包含射频前端和数字旗子暗记处理的硬件，也便是我们最感兴趣的部分。
一种广泛利用的SDR硬件利用了Realtek公司的RTL2832U芯片来实现DSP部分，以是这种设备被称为RTL-SDR。

RTL-SDR棒

市场上有各种通用的SDR，但是都非常昂贵（吸收机500块以上，收发一体2000块以上）。
小哥这里先容的是基于RTL2832U芯片的DVB-T电视棒（万能淘宝在50块旁边，小哥手头便是这个，全套的图片如下）。
它本来是用来吸收DVB-T电视旗子暗记的，但是Osmocom的大神黑了它的驱动程序，使它变成了一个宽带SDR吸收机。

电视棒全套

小哥的全套包括一个带MCX天线接头的电视棒、一个鞭状天线、一个遥控器、一个驱动光盘。
由于小哥要用它来进行飞机追踪，以是对小哥来说，有用的只有个中的电视棒，然后小哥自己做了两个利用了SMA接头的天线，以是小哥把电视棒的射频接头焊成了SMA接头。
以是小哥终极的套装如下：

小哥的电视棒

上图左侧为两条小哥做的用来吸收飞机ADSB旗子暗记的天线。
飞机在翱翔的过程会利用应答机在1090MHz的频率上自动广播飞机的各种状态信息，个中包括飞机的速率、位置、识别旗子暗记等等，广播的速率大约为每秒一次。
往后有机会小哥会专门说说ADSB!现在说回小哥做的天线，左边一条为串行整列天线，右边一条为J形杆状天线。
小哥的一个感想熏染是做天线的时候波长匹配是最主要的，然后便是天线的极化办法，末了便是焊接的功底啦！
小哥爬到房顶上，利用右边的天线最远能吸收到450KM远处的飞机如下图：

ADSB吸收试验

RTL-SDR棒基于超外差吸收机架构（一种常用吸收机设计，在宽频带内处理并隔离其他旗子暗记，并对旗子暗记进行放大）。
超外差吸收机的范例例子是常规的AM/FM收音机，用户通过调谐到相应载波频率来选择频道。

来自天线的吸收旗子暗记解调之前前辈行滤波，利用频率选择性足够好的滤波器滤除其他旗子暗记和带外噪声。
为达到上述目的，滤波器的中央频率须要可调谐，这实现起来很麻烦。
超外差架构办理了这个问题，首先将射频转换为一个预先设定的固定中频，在该固定中频部分可以进行更风雅的旗子暗记滤波和放大（拜会下图中的范例设置）。

超外差吸收机示意图

下变频通过与本振（LO）产生的正弦波混频实现。
当用户选择要调谐的频率fc时，本振产生fLO=fc-fIF或fLO=fc+fIF的正弦波（fLO=fc-fIF为低侧注入，fLO=fc+fIF为高侧注入，高侧注入时得到的旗子暗记频谱将在频率上反转）。
这种混频的副浸染是在fc和fc±2fIF（分别对应于低/高侧注入）的旗子暗记在和本振混频之后都进入了中频。
个中第一个为目标频率，另一个便是所谓的镜像频率。

下变频以及镜像频率示意图

因此在该镜像频率处滤除旗子暗记的初始射频滤波器很主要，该滤波器常日具有可变的中央频率，调谐与本振联动。
另一个吸收机射频部分常见部件是低噪声放大器（LNA）。

传统上中频旗子暗记的处理部分是仿照的，但随着集成电路的遍及以及设备对微处理器的利用（如手机），对中频进行数字化处理变成了一种趋势。
这种情形下，超外差架构的上风就显现出来了，它将不易采样的高频通带旗子暗记（高频采样须要非常高的采样率）下变频到了易于采样的低频通带旗子暗记。

在RTL-SDR棒中，旗子暗记在仿照滤波和放大之后，在低中频上进行采样，并进行进一步的数字处理。
RTL-SDR棒中包含了两个非常主要的集成电路（IC），实现了超外差吸收机的相应功能：

R820T调谐器：吸收机射频前端，用来进行仿照旗子暗记处理以及将旗子暗记下变频到中频；

RTL2832U解码器：对旗子暗记进行采样以及数字处理，比如“十抽一”降采样，同时处理USB掌握。

DVB-T电视棒

芯片详细照片

现有SDR棒利用的调谐器紧张有两个系列，一个是已停产的Elonics E4000，另一个是Raphael Micro的R820T/R820T2，个中R820T便是我们要谈论的重点，R820T2在其根本长进步了灵敏度。

网上流出了R820T的芯片资料，因此我们可以得知很多其内部的事情事理。
还有一个R820T2的寄存器解释文件，详细解释了可以从外部进行设置的调谐器的内部参数。
基于芯片资料得出的框图如下：

R820T调谐器框图

来自天线接口的吸收旗子暗记首先通过低噪声放大器（LNA）放大，然后通过带通滤波器和镜像抑制滤波器进行滤波。
芯片资料给出的镜像抑制达到了65dBc。

一个基于部分锁相环电路的频率合成器用来产生本振旗子暗记，该本振旗子暗记用来与滤波后的旗子暗记进行下变频混频，以得到一个低中频旗子暗记。
用户通过改变频率合成器的参数可以直接掌握本振的频率。
不管是低端还是高端注入，这实际上都间接地设置了中频频率。
R820T范例的中频值是3.57MHz和4.57MHz，但实际上详细选用哪个中频取决于所利用的驱动程序（受合成器和中频滤波器参数限定）。

芯片内部的频率合成器可产生的频率范围决定了RTL-SDR能够进行调谐的频率范围。
芯片资料中官方给出的R820T的调谐频率范围是[42MHz，1002MHz]，分辨率为1Hz，但是经RTL-SDR社区测定的实际调谐范围是[24MHz，1766MHz]，该范围也得到了普遍的认可。

末了中频旗子暗记再次经滤波并进行可变增益放大器（VGA）放大。
中频滤波器常日比射频滤波器选择性好，这也是超外差架构的上风。
在R820T中，由一个低通和一个高通滤波器组成，它们的最低带宽可以调到300kHz。
但是常日其带宽“标准值”为6MHz、7MHz或8MHz，由于这是DVB-T旗子暗记利用的标准带宽。

调谐器内部3个地方的增益可通过外部来掌握：低噪放、混频器和可变增益放大器。
虽然资料没有给出相应设定的精确数值关系，但仍可以进行人为的设定。
也可以通过自动增益掌握来进行自动设定以达到最优信噪比（SNR）。
低噪放和混频器输出端都有一个功率检测器来掌握它们相应的增益。
可变增益放大器的自动增益掌握通过来自调谐器输入真个仿照旗子暗记来实现，该旗子暗记来自于RTL2832U的功率检测器。

与调谐器不同，网上并没有免费的芯片资料（须要签署不表露协议NDA才能得到干系资料）。
已知的芯片内部细节都是RTL-SDR社区通过逆向工程得出的。

从Realtek公司对中可以看出该芯片是一种高性能DVB-T解码芯片（额外支持FM和DAB）。
以是它的内部包含一个模数转换器（用来采样调谐器输出的中频旗子暗记）、专用DSP（用来解码DVB-T旗子暗记）和USB掌握器（用来支持USB2.0接口）。
作为SDR利用时利用了芯片中的“调试”模式，直接通过USB输出复数表示基带旗子暗记的数字化采样。

下面的框图是小哥对利用非零中频架构时RTL2832U功能的理解：

非零中频RTL2832U功能

首先，对调谐器输出的旗子暗记利用28.8MHz的采样率进行8位的模数采样。
如果中频滤波器的选择性足够好，可以肃清带外所有的强旗子暗记，那么在须要的低中频上就不会发生明显的混叠。

数字下变频器（DDC）卖力将数字旗子暗记下变频到基带的复数形式。
基带复数形式的获取过程类似于仿照旗子暗记的情形：与正弦波复数混频将会周期性的把中频旗子暗记下变频到基带旗子暗记。
然后对该旗子暗记进行低通滤波和降采样，以避开被搬移到高频的无用频谱，由于有用旗子暗记已经被限定在一个低频带宽内。
外部配置参数会奉告DDC相应的中频频率以及频谱是否被反转了（如果调谐器是从高侧注入的）。

末了利用抽取（通过利用FIR低通滤波器和降采样实现）技能将旗子暗记的采样率降落到[225kHz，300kHz]∪[0.9MHz，3.2MHz]之间。
不过普遍认可的芯片不丢弃采样旗子暗记的最高安全采样率为2.56MHz（采样仍可能被USB丢弃）。
这种抽取常日设定带宽上的采样旗子暗记上限（除非用于采样的中频滤波器带宽设定特意低于奈奎斯特频率）。

然后，用8位无符号整数表示的I和Q基带复数旗子暗记采样通过USB端口进行交错传送。

一个简化的RTL-SDR模型是很有用的。
模型不须要描述非常准确的硬件事情情形，也可以隐蔽一些繁芜性：

RTL-SDR模型

实际上RTL-SDR为我们供应了一个数字化基带复数形式表示的旗子暗记，支持我们想调谐的任何频率。
肃清了超外差架构带来的繁芜性，RTL-SDR的功能可以归结为：

旗子暗记放大；

通过和正弦复数旗子暗记混频和低通滤波给出基带旗子暗记的复数表示形式；

旗子暗记采样。

这也是图中所示基本的旗子暗记处理步骤。
我们能够改变的四个基本参数是：

增益值（以及可能的AGC）；

调谐的中央频率；

可高达2.56MHz而不丢失采样的高采样率；

对指定采样率（限定紧张来自RTL2832U内部的抽取滤波器），滤波器带宽从300kHz（设定调谐器内部中频滤波器）到奈奎斯特频率可调。

好的，小哥本日的第二部分硬件就说到这里了，接下来便是讲软件啦……