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Le Software Defined Radio AirSpy
Par Michel Vonlanthen HB9AFO

Le récepteur AirSpy est intimement lié au logiciel SDR# (SDRSharp) et a été développé par une équipe française composée de Youssef Touil et de Benjamin Vernoux. Il est commercialisé par une structure commerciale non radioamateur contrairement à son prédécesseur Funcube, développé pour les bandes amateur et commercialisé par l'AMSAT UK.

 

"L'AirSpy est le récepteur SDR en open source qui a la plus haute gamme dynamique de sa catégoeir de prix. Il a été conçu pour surpasser toutes les clés dongle bon-marché. Avec sa précision digne des meilleurs instruments , sa puissante architecture et de sa bibliothèque logicielle ouverte, l'AirSpy est une arme de choix pour les professionnels et les radioamateurs avancés désirant obtenir ce qu'il y a de mieux pour un prix minimum."

 

Voilà ce que dit la pub d'AirSpy.

 

 



 

On peut le commander chez Sequest pour 222 US Dollars port compris. Il est livrable du stock (arrivé en moins de 2 semaines dans mon cas).

 

 

 

  • Couverture continue 24-1800 MHz
  • ADC (Analog-Digital Converter)  12 bits @ 20MSps, 80dB de dynamique, 64dB de s/b, 10.4 Enob à une bande passante de 10MHz
  • 3.5 dB de NF (Noise Figure) entre 42 et 1002 MHz
  • Filtres HF sélectifs automatiques
  • IIP3 de 35dBm en entrée
  • Jusqu'à 80 MSPS pour des applications particulières
  • Cortex M4F @ jusqu'à 204MHz avec support multi coeur (double M0)
  • Horloge PLL à faible bruit de haute précision: 1.5 ppm
  • 2 horloge RTC (for packet time-stamping)
  • Entrée horloge externe (de 10 MHz à 100 MHz via une prise MCX)
  • Spectre panoramique de 10MHz avec 9MHz d'image sans pixellisation)
  • IQ or Real, 16bit fixed or 32bit float output streams
  • Pas de déséquilibre IP, de l'offset DC et du bruit 1/F au centre du spectre
  • Ports d'extension: 16 cx SGPIO
  • 1 entrée HF par prise SMA
  • 1 x sortie RF (Loopthrough, U-FL)
  • 2 x entrées haute-vitesse de l'ADC (jusqu'à 80 MSPS, U-FL)
  • 4.5v / 50mA commutable par logiciel pour alimenter un LNA ou un convertisseur

 

Schéma-bloc

 

 

Circuit-imprimé

 

 


Comparaisons faites par SM5BSZ

 

 

 

 

C'est SDR# (sous Windows) nouvelle version, qui contient directement le driver pour l'AirSpy:
http://sdrsharp.com/#sdrsharp

 

Un logiciel, le AirSpy Host Tools  permet de contrôler que le PC est suffisamment rapide:

https://github.com/airspy/host/releases

 

Et le AirSpy Quick start, Mise en service rapide pour terminer (en anglais)

http://airspy.com/index.php/quickstart/

 

 

Plug-ins

 

http://sdrsharp.com/#sdrsharpplugins

 

Plug-ins russes (activer la traduction)
http://www.rtl-sdr.ru/home/next/5

 

Pour activer un plug-in, il faut mettre la DLL téléchargée dans le répertoire de SDR# et ensuite insérer la ligne trouvée dans MagicLine.txt dans le fichier plugins.xml. L'ordre des lignes détermine l'ordre dans le menu.

 

 

 

1. Réception des canaux aviations

 

A noter que je suis à 60km de l'aéroport de Genève. Il suffit de définir le step size à 25kHz (espacement des canaux aviation) et de cocher snap to grid (se fixe sur la grille). Dès qu'on clique sur une fréquence, une ligne rouge verticale apparaît et affiche la fréquence et le niveau. On entend la conversation si on est en AM (modulation d'amplitude).

 

L'avantage, c'est qu'on a une bande de 9 MHz de large visible d'un seul coup d'oeil sur l'écran, une bonne partie de la bande aviation.

 

2. Canal FM

 

Centré sur 102.600 MHz
On entend le signal en position WFM

 

Notez le texte en haut de l'écran. C'est ce qui apparaît sur l'affichage LCD d'un récepteur FM

 

 

3. Canal radio DAB

 

Centré sur 211.65 MHz

1.55 MHz de large

Niveau 56 dB au-dessus du bruit

 

On n'entend rien mais il suffirait d'un plug-in "DAB+"...

 

 

4. Canal TV DVB-T

 

Centré sur 577.400 MHz
7.6 MHz de large
Niveau 35.5 dB au-dessus du bruit

 

On ne voit rien mais il suffirait d'un plug-in "DVB-T"...

 

 

5. Signal APRS

 

Centré sur 144.800 MHz
Niveau 35 dB au-dessus du bruit

 

On entend le signal en position NFM

 

 

 

6. Trafic 50 MHz

Excellente sensibilité
en ajustant les gains du LNA, de l'ampli IF et du mixer (menu "setup"). Reçu des stations européennes en CW et SSB dans de parfaites conditions. Lorsque le curseur est sur une fréquence, on peut la varier avec la roulette de la souris selon le "step size". C'est le pas d'incrémentation qui varie automatiquement en fonction du mode ou qu'on peut modifier à la main.

 

 

7. Trafic 10GHz derrière le transverter 10GHz/432MHz (JA F6BSJ du 12 juillet 2015)

 

J'ai fait une constatation intéressante quoique désagréable au sujet de l'AirSPy. Pendant le trafic, j'aime bien sauvegarder une tranche de trafic visible sur le récepteur SDR. C'est un fichier .WAV qu'on peut recharger dans le SDR après-coup et re-écouter tout le trafic qui s'est déroulé pendant l'enregistrement, y compris les stations qu'on a raté. Car cela mémorise d'un coup 190kHz de la bande écoutée, de la durée du fichier enregistré. C'est spectaculaire et très pratique.

Donc hier soir mon Funcube tombe en panne (température peut-être, je ne sais pas, parce que ce matin il est reparti comme en 14) et je le remplace par le tout neuf AirSpy. Fonctionnement impeccable, 80dB de dynamique. Mais en enregistrement, je me suis aperçu que les Mbits valsaient à toute vitesse. Après contrôle, je me suis aperçu que l'AirSPy sauvegardait l'entier de sa bande passante, soit 8MHz, et pas la partie de bande que j'avais zoomée à l'écran, soit environ 200kHz (10'368.0 à 10'368.200). A ce tarif, le fichier se remplit très vite et le maximum, 2GB, est très rapidement atteint.

Conclusion: Le Funcube Pro+ mémorise une bande de 190kHz de large alors que l'AirSpy 8MHz. Le premier peut mémoriser plusieurs dizaines de minutes avant de buter sur le fichier plein, alors que l'AirSpy c'est une minute. Par contre, avec l'AirSPy je pourrai mémoriser des images TV (lorsque le plug-in sera disponible). Avantages, inconvénients, tout s'équilibre...

Le plug-in ci-dessous est censé corriger ce défaut et autoriser un enregistrement de durée infinie car, lorsque le maximum de 2GB est atteint, le plug-in ouvre automatiquement un nouveau fichier. Mais cela ne fonctionne pas avec SDR# dont la limite en enregistrement et en lecture est de 2048MB. Les autres formats proposés par le plug-in (WAV FULL et WAV RF64) ne peuvent pas être lus par SDR# et sont donc inutilisables. Dommage... Ce plug-in a cependant l'avantage de pouvoir planifier un enregistrement dans le temps.

http://www.rtl-sdr.ru/page/obnovlen-baseband-recorder
(activer la traduction en français car le document est en russe)


 

Il est très important de bien paramétrer l'AirSpy faute de quoi le récepteur ne sera pas assez ou trop sensible. J'ai mis en évidence cette obligation en ayant été écouter dans un endroit où un émetteur très puissant me saturait le récepteur et me donnait des pics parasites (spikes) sur la ligne de base.

On ouvre la fenêtre du paramétrage en cliquant sur la roue dentée en haut à gauche du menu de SDR#. La capture d'écran  ci-contre indique le positionnement de mes propres paramètres. On y voit que la device sample rate (vitesse d'échantillonnage de l'AirSpy) est de 10MSPS (320Mbit/s) ce qui indique que mon ordinateur n'est pas assez puissant pour afficher un flux de sortie maximum 20MSPS. Là il n'affiche que 10MPS mais tout de même une largeur de bande de 10MHz.

 

On pourrait descendre à 2,5MHz en choisissant 2.5MSPS. L'avantage serait qu'on pourrait enregistrer pendant 4 minutes au lieu d'une avec 10MHz. Au-delà le fichier .WAV devient supérieur à 2GB et il est refusé par Windows.

 

On pourrait descendre encore plus bas en augmentant la Decimation (vitesse d'échantillonnage).

 

Ensuite il faut régler le niveau d'amplification des différents étages. Mettre tout d'abord les curseurs à mi-course. Ensuite il faut se syntoniser sur une station faible CW, par exemple une balise. Dans mon cas j'utilise HB9HB sur 144,440 MHz. L'idée est de positionner les curseurs pour obtenir le maximum de sensibilité sans toutefois élever le niveau du bruit de base.

 

Pour cela, commencer avec le LNA gain (gain du préamplificateur) et augmenter le gain en observant l'amplitude de la balise. Il faut obtenir la hauteur maximum du signal reçu sans faire monter la ligne de base du bruit, à 70-75dB dans mon cas.

 

Ceci fait, procéder de même avec l'IF gain (fréquence intermédiaire) et le Mixer gain (gain du mélangeur). Au final, on obtient un paramétrage qui met le récepteur au maximum de sa sensibilité et de sa tenue aux signaux forts. Si on est en-dessous de ce niveau, le récepteur ne sera pas assez sensible. En-dessus il pourra être saturé par des signaux forts ce qui fera monter la ligne de base du bruit et peuplera la bande passante de pics parasites indésirables.

 

L'AirSpy a une bande passante bien plus large que celle du Funcube ce qui lui impose d'utiliser des filtres plus larges, qui laissent passer plus de signaux indésirables. Il est donc plus sensible aux émetteurs locaux puissants que le Funcube dont les filtres sont optimalisés pour les bandes amateur (bande passante de 190kHz)


 

Le manuel de mise en service rapide conseille la méthode suivante pour contrôler que le PC sur lequel tourne SDR# est suffisamment rapide pour pouvoir faire fonctionner l'AirSpy. Voici ce que j'ai fait:


1. Télécharger l'outil de tests: https://github.com/airspy/host/releases

2. Le décompresser dans un sous-répertoire de celui où se trouve SDR#. Dans mon cas: C:\airspy.
SDR# se trouve dans le sous-répertoire C:\airspy\sdr-instal.
En demandant la décompression dans C:\airspy, le répertoire
C:\airspy\airspy_host_tools_win32_x86_x64_v1_0_5 est créé et les fichiers décompressés.

3. Pour simplifier le chemin (ce qui évite de le taper à chaque fois), j'ai recopié tous les fichiers contenus dans le sous-répertoire \x86 dan la racine C:\airspy.

Note:

\x86 = pour PC 32 bits, \x64 = pour PC 64 bits. Choisir celui qui convient à votre PC.
Le version de Windows est indiquée dans le Panneau de configuration, Système.

4. Ouvrir la console d'exécution en cliquant sur le bouton Démarrer, puis Tous les programmes, Accessoires, Executer

5. Taper CMD [Enter]

6. Taper airspy_rx -r NUL -t 0 [Enter]

Laisser tourner 30 secondes puis taper [CTRL] C

Pendant le fonctionnement, la vitesse d'échantillonnage est affichée, dans mon cas: Streaming at 10.00 MSPS
C'est la vitesse max à laquelle l'AirSpy peut fonctionner sur ce PC. Cela varie d'un PC à un autre bien-sûr.

Ne pas oublier de connecter l'AirSpy au PC à l'aide du câble USB avant de faire le test!

 

Pour sortir de la fenêtre "Exécuter", taper Exit [Enter]

 

 

Une commande des Airspy_host_tools permet d'obtenir des informations sur l'AirSPy actuellement connecté:

Dans la fenêtre "Exécuter", taper airspy_info [Enter]
 

Ce que j'ai obtenu:

 

 

  • Les ordinateurs lents ne peuvent par faire fonctionner l'AirSpy à 10MSPS sans pertes d'échantillons (samples). Il y a beaucoup de processus qui travaillent en temps réel. Soyez sûr de faire fonctionner votre AirSPy sur un PC moderne qui ait les caractéristiques adéquates.
     

  • Dans une installation récente de Windows 7/8, Windows Update installe automatiquement le driver USB générique. il peut être inadéquat pour des opérations à grande vitesse de donnéeset il est conseillé de le mettre à jour avec la dernière version de votre fournisseur (OEM). Par exemple, le plus récent driver USB 3.0 d'Intel transforme lwe streaming du PC d'erratique à parfaitement fluide.
     

  • Certains contrôleurs USB 3.0 de l'ancienne génération ne sont pas compatibles avec les USB 2.0 à haute vitesse. Changer de port USB peut être suffisant pour résoudre ce problème. Et à nouveau, soyez sûr d'utiliser un PC suffisamment moderne et puissant.
     

  • Dans certains PC, le mode 2,5MSPS est vulnérable au bruit charrié par le port USB. Ceci sera amélioré lors d'une future mise à jour du firmware. La méthode recommandée pour obtenir une vitesse d'échantillonnage inférieure est d'utiliser la décimation avec un flux de 10MSPS (plutôt que 2.5MSPS sans decimation)
     

  • Les hubs USB ne fonctionnent pas à la vitesse maximale d'échantillonnage. Ne les utilisez pas.
     

  • Attention au sur échauffement. Gardez votre AirSPy dans un environnement bien dégagé lorsqu'il est en service


 

 

J'ai acquis cet atténuateur afin de faire des mesures sur mon SDR.

 

 

Prix 88 Dollars, port gratuit. Livré en 3 semaines.

 

Il est donné pur DC-2,5GHz par pas de 1dB.

Je l'ai contrôlé au générateur et analyseur de spectre à 990 MHz : Il est OK.
 

 

 


 

Test de 2 filtres de bande devant le récepteur SDR AirSpy avec la réception du signal DVB-T/2MHz de F5DB (437.0 MHz).

 

 

Configuration de départ:

Antenne 430MHz horizontale Wimo de 19 éléments

Préampli 430MHz SSB Electronic

12 m de câble TV-sat 75 Ohms

Splitter TV-sat

AirSpy + notebook HP

 

Fig 1
Montre l'entier de la bande 430MHz avec le préampli de mât déclenché.

 

 

 

 

 

 

 

Fig 2
Idem mais avec le préampli enclenché. La pente du bruit de fond est le résultat de la sélectivité du filtre du préampli. On voit que le niveau du bruit de base est très légèrement supérieur à celui dê l'AirSpy ce qui est l'optimum des réglages du SDR.

 

 

 

 

 

Fig 3
Un amplificateur de ligne TV-sat Fuba a été inséré devant le splitter. Le préampli de mât est bien-sûr enclenché (sinon le Fuba ne serait pas alimenté puisqu'il l'est via le coax).

La forme de la ligne de base du bruit est celle du filtre du préampli de mât. On constate que l'adjonction du Fuba n'améliore en rien le rapport signal/bruit de la réception. On a simplement rajouté du bruit avec le Fuba.

 

 

 

Pour la suite, l'amplificateur Fuba est enlevé.

 

 

Fig 4 et 5
 

Un filtre Foxtech 433MHz band pass filter, à onde de surface, est inséré entre le splitter et l'AirSpy. Sa bande passante est assez large: 17MHz à -3dB et 28MHz à -30dB.

 

On voit qu'il n'a pas d'influence sur l'intérieur de la bande 430-440MHz puisqu'il est plus large.

 

 

Fig 6 et 7

 

Un filtre sélectif très étroit centré sur 437MHz est inséré devant l'AirSpy. Il fait 3MHz à -3dB, 11MHz à -30dB

 

La bosse sur la base de bruit est due à ce filtre.

 

 

Fig 8, 9 et 10

 

C'est le signal DVB-T/2MHz reçu de F5DB.
 

 
Sans filtre, préampli ON                        Filtre SAW, préampli ON                      Filtre sélectif, préampli ON

 

 

En conclusion, on voit que des filtres devant le récepteur l'AirSpy sont utiles car les 10MHz que reçoit ce récepteur peuvent contenir des signaux perturbateurs très forts. Lorsque cela arrive, la ligne du bruit de fond remonte, ce qui diminue la dynamique et donc la sensibilité du récepteur.

 

Les filtres internes du SDR Funcube, dont la bande passante est de 192kHz, sont plus efficaces que ceux de l'AirSpy (bande passante 10MHz) puisqu'ils sont centrée sur les bandes amateur, ce qui n'est pas le cas de l'AirSPy. Ce dernier  est plus sensible à la présence de signaux forts hors bande. C'est l'inconvénient de pouvoir recevoir 10MHz d'un coup, mais c'est contrebalancé par l'avantage de voir tout ce qui se passe dans cette bande de 10MHz, dont entre autres, les signaux TV.

 

C'est ce que je voulais contrôler en faisant cet essai avec le signal DVB-T/2MHz de F5DB.

 

 

Dernier détail:

 

Pourquoi la courbe du signal DVB-T/2MHz de F5DB n'est pas parfaitement rectangulaire comme elle l'est à la sortie de l'émetteur ?

Sur la figure ci-contre, on voit que sa partie supérieure n'est pas parfaitement plane mais constellée de "crevasses".

 

 

 

 


 

Le connecteur USB de l'AirSpy est très fragile!

En théorie il peut supporter jusqu'à 10'000 manipulation (ce qui est supérieur aux connecteurs USB plus anciens) mais le problème c'est sa sécurisation mécanique. Dans mon cas, à force d'enficher et de retirer le câble USB, la fixation mécanique de la prise USB sur le circuit-imprimé s'est dessoudée. Peut-être était-elle mal soudée au départ, je ne le sais pas. Toujours est-il que le boîtier métallique de la prise USB a pu légèrement se tordre ce qui a décollé (dessoudé) les 5 pins USB soudés en surface.

 

 

Dans un premier temps il me faut ressouder la patte de masse et la sécuriser. Il faut légèrement plier la partie arrière du boîtier de la prise et souder le tout. Ce sera déjà plus solide.

 

Ensuite il faudra ressouder les 5 pins USB ce qui n'est pas une mince affaire car c'est tout juste si on peut les voir à la loupe. Le fer à souder le plus fin que je possède, un Weller à panne pointue, est plus large que deux de ces pins! Ce ne sera donc pas facile...

 

Mais possible! Je l'ai fait en ayant monté une fixation mécanique sérieuse du câble USB au préalable:

 

AirSpy 2 le retour !

 

 

 

Voilà le signal 437 reçu de Bernard F5DB après dépannage du SDR:

 

 


 

Afin d'étudier l'apparition de crevasses sur la courbe d'un signal DVB-T, F5DB est monté de 1MHz, passant de 437MHz à 438MHz. Nous nous sommes alors aperçus qu'il y avait un signal DMR très fort sur 438.250MHz et qu'il empêchait le décodage du signal DVB-T. On voit ce signal ci-dessous.

 


DVB-T de F5DB sur 438MHz et signal DMR perturbateur sur 438.250MHz

 

Ce relais DMR appartient à l'association IAPC de Genève, dont l'ancien SWISSATV fait partie. J'ai demandé à HB9DUG, son responsable ATV, de faire passer ce relais sur une fréquence la plus éloignée possible du 437 MHz, la fréquence centrale de la portion de 3MHz encore libre sur cette bande, que nous utilisons pour nos liaisons DATV en DVB-T ou DVB-S.

 

La bande 70cm est la bande la plus basse que nous puissions actuellement utiliser pour de l'ATV. Il est important de conserver ce segment de 3 MHz aussi libre que possible. Il reste 7 MHz dans cette bande à disposition des modes à bande étroite, qui peuvent, eux, se placer n'importe-où sans problème.

 

 

Forme de la  crevasse

 

On voit ci-dessous que le fait de changer de fréquence déplace ou même élimine la crevasse. Cette dernière est créé par les réflexions des ondes. Contrairement au DVB-S, le DVB-T a la particularité de plus ou moins compenser ces pertes de signal.

 

      
436.5 MHz                                             437 MHz                                                      438 MHz

 


2017.03.13_Conférence sur les SDR de F4GKR

 

Le père du logiciel gkSDR, Sylvain Azarian F4GKR, a donné une conférence au radioclub F8KCF d'Annemasse le 11 mars.

 

 

 

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Matériel :


 

A suivre...

 

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