SDR přijímač AirSpy (Revize 2017)

O SDR přijímačích jsem na těchto stránkách již psal několikrát. Neměl jsem tedy náladu psát o nejlevnější variantě RTL-SDR, jelikož tento přijímač nepovažuji za něco extra vhodného pro vážnější monitoring kmitočtových pásem i když jako experimentální zařízení a seznámení s tím, co to vlastně je SDR přijímač, jej mohu doporučit. Bohužel je na internetu k dispozici spousta různých SDR přijímačů různých názvů (DX Patrol, Quantum, GoldenEye, Pandatron SDR5 apod.), ale většina z nich na této platformě. Dnešní nabídka SDR přijímačů je tedy téměř monotónní, buď si koupíte levný přijímač na koncepci RTL-SDR a nebo „dospělý“ přijímač s pořádným DSP procesorem, ale samozřejmě za mnohonásobnou cenu.

Naštěstí se ovšem objevují i výjimky potvrzující pravidlo. Jednou z nich je AIRSPY. Pamatuji si, že byl u tohoto přijímače velmi dlouho dopředu anoncován vývoj a pak se dlouho čekalo na poslední úpravy, než se rozjela sériová výroba. Myslím si ovšem, že se to čekání nakonec vyplatilo. Po dvou letech navíc vyšla vylepšené verze s označením R2. Já jsem měl možnost vyzkoušet jej v polovině roku 2015 a to přímo na DX Campu, který tím pádem sloužil také jako jeho zatěžkávací zkouška. Ve zkoušce nakonec nejen obstál, ale na podzim téhož roku jsem si jej také objednal přímo u výrobce v Číně a od té doby jej používám a postupem času se z něj nakonec stal primární přijímač na DX Campech.

AirSpy má v základu na vstupu analogový obvod R820T2, který v sobě integruje laděný vstupní obvod, mixer a výstup I/Q. Výstup ovšem nezpracovává osmibitový RTL převodník, ale více-jádrový 12bitový ARM procesor Cortex M4 LPC4370. Jako zdroj velmi stabilního referenčního kmitočtu slouží integrovaný obvod Si5351. Uvnitř je navíc integrován volitelný napáječ 5V pro případný předzesilovač nebo krátkovlnný konvertor z dílny téhož autora jako AirSpy (i ve stejné krabičce a lze ho koupit jako sadu).

Mechanické provedení

Když se podíváte na AirSpy, je to po mechanické stránce pěkná práce. Přijímač posazen do pěkné malé hliníkové krabičky. Uvnitř naleznete čistě osazenou vícevrstvou desku DPS. Interní oscilátory jsou oddělené mechanicky a odstíněné od procesoru a směšovače. Připojení antény je klasický SMA konektor, pro připojení PC je zde klasický Micro-USB konektor, který slouží současně jako napájení. Navíc je zde možnost připojení externího oscilátoru, k dispozici jsou přímo na desce přijímače programovatelné GPIO piny procesoru. AirSpy R2 se od starší verze liší další přidanou stínící vrstvou pro oddělení lokálního oscilátoru a tím další snížení vlastního šumu přijímače, dále náhradou vstupní cívky proti statické elektřině u původní verze za sadu vysokonapěťových ochran.

Software

Primárním softwarem, který je vyvíjen přímo výrobcem hardwaru je známý modulární program SDR sharp (SDR#), který má asi nejlépe zvládnuté ovládací prostředí pro VKV SDR přijímače vůbec. Díky možnosti instalace modulů do základního ovládací prostředí je navíc celý program rozšiřitelný o velice zajímavé ale hlavně užitečné funkce. AirSpy můžete ovšem ovládat většinou v současné době vyvíjených SDR aplikací (HDSDR, SDR Console, SDRCube, GNU Radio, OsmoSDR, SDRangel apod.) Velmi výhodné je , že je možné tento přijímač bez zásadních problémů nainstalovat a provozovat jak pod Windows, tak pod Linuxem s tím, že pod Windows je výborný program SDR Sharp pro sledování a vyhledávání stanic, ale omezený počet dekódovacích programů, kdežto pod linuxem je tomu naopak – každý si přijde na své. Pokud používáte windows, ovladače si můžete stáhnout přímo z webu “airspy”, pod linuxem stačí jen nainstalovat balíček “host” pro AirSpy a vše funguje. Jediný drobný problém je v tom, že pod linuxem není úplně optimálně naprogramované ovládání a není možné nastavovat všechny parametry (chybí ovládání jednoho stupně zesílení).

AirSpy můžete samozřejmě připojit i mini počítači typu Raspberry PI, nastavit zpracovávané pásmo na 2,5 MHz a použít nějakou dekódovací aplikaci (ACARS, VDL, ADS-B apod.) a po síti sledovat výsledky (online nebo pomocí ukládání do souboru). Další možností je nainstalovat SpyServer a přistupovat k přijímači jako “remote” radio. SpyServer dokonce umožňuje současné připojení několika uživatelů.

Přijímací vlastnosti

AirSpy je přijímač, který je primárně určený pro sledování pásem VKV. I když autor nabízí i doplňkový konvertor (s označením SpyVerter) pro pásma DV až KV, přiznám se, že jsem neměl s touto kombinací příliš dobré zkušenosti, mám ale podezření, že byl problém na straně konvertoru a nikoliv AirSpy. Levné SDR klíčenky RTL-SDR jsou již několik let velmi vyhledávanou komoditou mezi radioamatéry, posluchači, ale i “civilisty” na hraní s jednoduchým a levným spektrálním analyzátorem. Kdo těmto přijímačům “propadl” ovšem velmi záhy zjistil, že tyto levné přijímače jsou použitelné jen do určitých mezí. V momentě, kdy je chcete připojit na velkou anténu nebo potřebujete luštit nějaká data slabých stanic, není šance z tohoto přijímače bez náročných úprav signálu (zesílení, filtrace apod.) dostat kloudné výsledky. Řešením je nákup lepšího SDR přijímače, tj. přijímače ,který bude mít výrazně větší dynamický rozsah, aby zvládl i velmi silné signály resp. poslouchal i slabé signály vedle silných stanic, kmitočtově stabilní a neméně důležitá je i úroveň vlastního šumu přijímače – přesněji šum vlastního základního oscilátoru. Ve všech těchto parametrech přijímač AirSpy opravdu vyniká. Ačkoliv není konstrukce přijímače v základu nijak složitá, je provedená velmi dobře a já jsem to zjistil již při prvním seznámení na DX Campu před dvěma lety.

Na tomto Dx Campu jsem jej připojil bez jakýchkoliv útlumových článků na hlavní rozvod signálu (to je úroveň, kdy přijímače typu UNIDEN “skáčou po stole” a na každé druhé frekvenci slyší mix různých stanic) a děj se vůle boží. A ono se nic nedělo… tedy dělo, přijímač úplně normálně poslouchal stanice bez problémů. Ano musel jsem si trochu pohrát s nastavením zisku, protože jsem vůbec netušil, jak jej vlastně mám nastavit, abych slyšel ty stejně slabé stanice jako na ověřených komunikačních přijímačích. A ono to nejen šlo, ale díky zajímavým doplňkům je i velmi hravě předčil.

První základní vlastností je kmitočtová stabilita. Pro nás, posluchače NFM vysílání je stabilita 0.5ppm naprosto dostačující a nemáte naprosto žádný problém na obrazovce spektrálního analyzátoru odečíst kmitočet ATIS Praha na kmitočtu 122.15833 MHz a když se objeví stanice v leteckém pásmu, které používají více vysílačů s kmitočtovým offsetem, bez problémů je na vodopádu oddělíte, uvidíte a s vhodně nastaveným filtrem i uslyšíte.

Jelikož je u tohoto přijímače možné nastavovat tři různé parametry zisku tří různých částí přijímače (vstupní LNA, zisk směšovače a zisk DSP), máte poměrně velkou variabilitu nastavení chování přijímače. Při použití v různých podmínkách rušení, na různě ziskových anténách s různou skladbou rušení je možné libovolně nastavovat přijímač tak, že buď lovíte signály o velmi nízkých úrovních (v případě neziskové antény), nebo naopak velmi lehce snížíte zisk vstupní části přijímače tak, že i při použití předzesilovače je možné hledat v pásmech slabé užitečné signály. V případě, že nevhodně nastavíte zisk vstupní části, můžete samozřejmě přijímač zahltit, čímž uvidíte ve spektru spoustu zrcadel a nosných. Autoři programu SDR Sharp, který je přímo určen pro ovládání tohoto přijímače kvůli usnadnění optimálního nastavení přijímače vytvořili tři základní režimy zisku.

  • režim vysoké citlivosti – v případě neziskové antény, nebo velmi dobře filtrovaná anténa pro vyhledávání velmi slabých stanic
  • režim vysoké odolnosti – v případě ziskové antény nebo soustavy antén s aktivním předzesilovačem pro vyhledávání stanic při zvýšené úrovni rušení
  • uživatelský režim – pro zkušenější uživatele, kteří si chtějí nastavovat všechny tři parametry zisku

Ohromnou pomůckou při používání AirSpy přijímače jsou pluginy určené pro program SDR Sharp. Pomocí nich je možné dekódovat subtóny CTCSS/DCS, nahrávání zvuku či spektra do souboru, posílat zvuk do DMR dekodéru apod. Nejzajímavějším pluginem je ovšem “frequency scanner”, který dokáže prolaďovat uživatelem definované pásmo tak rychle, že by se nemusel stydět ani lecjaký profesionální odposlechový přijímač. V tomto směru je právě výhoda přijímače AirSpy v tom, že je možné sledovat provoz v šířce pásma až 8 MHz tj. provoz v celém rozsahu najednou. Při vhodně rychlé detekci nosné je tedy možné velmi rychle přijímač přelaďovat o dalších 8 MHz. V praxi to tedy vypadá tak, že můžete skenovat druhé letecké pásmo široké 150 MHz v taktu 2-3 vteřiny. Pokud se prohledávané pásmo “vejde” do šířky pásma, přijímač samozřejmě není nijak přelaďován a v reálném čase hledá nosné, které překonají stanovenou hranici. Výhodné je i to, že tento plugin respektuje již uložené frekvence a pokud se objeví provoz na známém kmitočtu, přímo v okně pluginu vidíte skupinu a název paměti a vy si můžete zvolit, zda chcete kmitočet prohledávat dále, nebo zda se má vynechávat. Rychlost detekce je tak vysoká, že je možné zaznamenat i signály stanic používající frekvenčního skákání (frequency hopping) o detekci direktních stanic DMR nebudu hovořit, protože to je samozřejmostí.

Velmi zajímavým pluginem, který se stal základní výbavou ovládacího programu je “Bandplan” tj. uživatelem definované rozsahy pásem, ve kterých si každý uživatel definuje rozsahy profesionálních pásem, druh provozu a krok. Když je tento plugin aktivní, během kliknutí nebo plynulého prolaďování pásem jsou tato nastavení respektována. Je tedy možné nastavit například 144.000-144.150 CW, krok 50 Hz / 144.150-144.500 USB, krok 100 Hz / 144,500 – 146,000 NFM krok 12,5 kHz. Rozsahy je navíc možné pojmenovat, takže neustále vidíte v jakém rozsahu se pohybujete a když si je vhodně pojmenujete, tak i uvidíte parametry přímo v rozsahu.

Abych ale nepěl jen samou chválu, musím uznat, že v pásmech nad 1 GHz je přijímač méně citlivý a potřebuje laděnou anténu a ideálně i předzesilovač, pokud tedy budete chtít AirSpy používat pro dekódování ADS-B nebo INMARSAT, musíte počítat s adekvátním anténním vybavením. Dalším problémem jsou zrcadla silných vysílačů LTE do prvního leteckého pásma. Pokud nepoužíváte vůbec žádné anténní filtry, může se stát, že uvidíte v prvním leteckém pásmu zrcadla silných LTE vysílačů (známé širokopásmové “hrábě”) především z pásma 700 MHz. Pomoc je samozřejmě jednoduchá. Pokud vás pásma nad 500 MHz nezajímají, koupíte jakoukoliv televizní zádrž LTE a nebo jako třeba v mém případě přímo v TEROZu vyrobenou zádrž na přání, která ořízne všechno nad 470 MHz. Pak vás tento problém nebude zajímat. V poslední řadě bych rád upozornil na možnost tvoření zrcadlových příjmů při nevhodném nastavení dělení pásma (vzorkování dělené definovaným dělitelem). To se objevuje nejčastěji při volbě nižšího vzorkování 2,5 MHz. Obecně je tato šířka pásma vhodná jen pro jednoúčelové dekódování na poslech jednoho kmitočtu s tím, že pásmo dále vydělíte, čímž nejen zvětšíte odstup signál/šum ale hlavně odsunete zrcadlové signály mimo sledované pásmo. Pro všeobecné prohledávání pásem je tedy mnohem vhodnější základní šířka pásma 10 MHz. Znamená to ovšem, že musíte mít k dispozici i trochu větší výkon počítače, ale všechny současné notebooky, které používají procesory typu Intel i3, i5 nebo ideálně i7 mají dostatečný výkon i ve verzi pro notebooky (typy “vPRO” procesory Intel s označením “U”).

AIRSPY výhody:

  • výborná citlivost (nastavitelná uživatelem)
  • výborná odolnost (nastavitelná uživatelem)
  • výborná kmitočtová stabilita
  • velmi nízká úroveň vlastního šumu
  • široký rozsah 25-1800 MHz
  • maximální šířka zobrazeného pásma až 10 MHz

AIRSPY nevýhody:

  • vyšší cena (cca 5000 Kč)
  • vyšší nároky na výkon PC při zobrazení celého spektra (10 MHz)

Závěr

Pokud bych měl jmenovat přijímač, který přesně splňuje definici softwarově definovaného přijímače, tak je AirSpy naprosto jasnou volbou. Uživatel si volí, jak se má přijímač chovat dle situace a přijímacího vybavení. Nevýhoda SDR přijímače je jasná, musíte mít k dispozici počítač a to pokud možno s dobrým výkonem a slušným rozlišením displeje. Oplátkou vám bude skvělý monitorovací nástroj a spektrální analyzátor s mnohými dekódovacími nástroji, který zachytí jakýkoliv provoz v reálném čase. Pokud se chcete jen s SDR přijímači seznámit, doporučuji koupi jen levné klíčenky RTL-SDR, která vám bude také dobře sloužit, pokud se chcete zaobírat sledováním profi pásem trochu vážněji, je investice 4-5 tisíc Kč pakatel a výsledek stojí za to.

Celkové hodnocení bez váhání ***** protože poměr cena / výkon je skvělý.