[HAM] 대중을 위한 소프트웨어 정의 라디오(SDR), 1부 (8/8)
A Software-Defined Radio for the Masses, Part 1 - ARRL [Link]
By Gerald Youngblood, AC5OG
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주) 아래 번역 중 [] 안의 내용은 제가 부연설명 삼아 추가한 것입니다. 틀릴 수 있으니 미리 양해를 구합니다. 오류나 미진한 부분이 있다면 기탄없는 지적 바랍니다. -역자-
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<이전>
PC SDR Transceiver Hardware
PC 기반 SDR 송수신기 회로
The Tayloe detector therefore provides a low-cost, high-performance method for both quadrature down-conversion as well as up-conversion for transmitting. For a complete system, we would need to provide analog AGC to prevent overload of the ADC inputs and a means of digital frequency control. Fig 14 illustrates the hardware architecture of the PC SDR receiver as it currently exists. The challenge has been to build a low-noise analog chain that matches the dynamic range of the Tayloe detector to the dynamic range of the PC sound card. This will be covered in a future article.
I am currently prototyping a complete PC SDR transceiver, the SDR-1000, that will provide generalcoverage receive from 100 kHz to 54 MHz and will transmit on all ham bands from 160 through 6 meters.
현재[이 기사가 씌여진 2002년] 기본형 PC SDR 송수신기 SDR-1000 은 100 kHz에서 54 Mhz 까지 전 주파수 구간에 걸쳐 수신이 가능하며 1.8Mhz 에서 28Mhz 까지 아마추어 무선 주파수 구간에서 송신이 가능하다.
SDR Applications
SDR의 활용처
At the time of this writing, the typical entry-level PC now runs at a clock frequency greater than 1 GHz and costs only a few hundred dollars. We now have exceptional processing power at our disposal to perform DSP tasks that were once only dreams. The transfer of knowledge from the academic to the practical is the primary limit of the availability of this technology to the Amateur Radio experimenter. This article series attempts to demystify some of the fundamental concepts to encourage experimentation within our community. The ARRL recently formed a SDR Working Group for supporting this effort, as well.
이글을 쓰는 시점에 기본형 PC는 1Ghz 이상의 클럭 속도로 작동하며 수십만원이면 구입할 수 있다. 한때 꿈만 꿔오던 DSP 수행이 눈앞에서 실현될 만큼 막강해졌다. 학술논문의 이론에서 현실의 기술로 전환됨에 따라 아마추어 무선사의 실험정신에 불을 짚혔다. 이번 연재 기사는 몇가지 기본 개념을 드러내 설명하여 우리 아마추어 무선사들에게 도전해 보라고 독려하고자 한다. 미국 아마추어 무선사 연맹 ARRL은 최근 SDR 작업 그룹을 구성하고 이를 지원하기 위한 노력도 하고 있다.
Fig 14—PC SDR receiver hardware architecture: After band-pass filtering the antenna is fed directly to the Tayloe detector, which in turn provides I and Q outputs at baseband. A DDS and a divide-by-four Johnson counter drive the Tayloe detector demultiplexer. The LT1115s offer ultra-low noise-differential summing and amplification prior to the wide dynamic-range analog AGC circuit formed by the SSM2164 and AD8307 log amplifier.
The SDR mimics the analog world in digital data, which can be manipulated much more precisely. Analog radio has always been modeled mathematically and can therefore be processed in a computer. This means that virtually any modulation scheme may be handled digitally with performance levels difficult, or impossible, to attain with analog circuits. Let’s consider some of the amateur applications for the SDR:
SDR은 디지털 데이터를 가지고 훨씬 정밀하게 아날로그 회로에서 수행하던일을 대신한다. 아날로그 무전기가 하던일 들을 수학적으로 해석하여 컴퓨터에서 수행 할 수 있다. 아날로그 회로로는 어렵거나 불가능한 다양한 변조를 수행할 수 있게 됐다는 의미다. SDR이 아마추어 무선에 끼친 의미를 꼽자면 다음과 같다.
• Competition-grade HF transceivers
전문 장비에 버금가는 단파대 송수신기의 구현
• High-performance IF for microwave bands
마이크로 파 대역의 고성능 IF 역활 수행
• Multimode digital transceiver
다양한 형식의 디지털 송수신기
• EME and weak-signal work
월면 반사 통신과 초 미세신호 통신
• Digital-voice modes
디지털 음성 통신
• Dream it and code it
꿈꾸던 것의 실현
For Further Reading
추천도서
For more in-depth study of DSP techniques, I highly recommend that you purchase the following texts in order of their listing:
DSP 기술에 대해 더 알고 싶다면 아래에 열거한 도서들을 추천한다.
Understanding Digital Signal Processing by Richard G. Lyons (see Note 6). This is one of the best-written textbooks about DSP.
Understanding Digital Signal Processing, 리차드 라이온스가 쓴 이 책은 DSP에 관한 최고의 교과서다.
Digital Signal Processing Technology by Doug Smith (see Note 4). This new book explains DSP theory and application from an Amateur Radio perspective.
Digital Signal Processing Technology, 더그 스미스가 쓴 이 책은 DSP의 이론과 응용을 아마추어 무선사의 시각으로 새롭게 접근한 책이다.
Digital Signal Processing in Communications Systems by Marvin E. Frerking (see Note 3). This book relates DSP theory specifically to modulation and demodulation techniques for radio applications.
Digital Signal Processing in Communications Systems, 마빈 프레킹이 쓴 이책은 특히 무선통신에 응용되는 변조와 복조에 관한 DSP 이론을 설명한다.
Acknowledgements
도움 주신 분들
I would like to thank those who have assisted me in my journey to understanding software radios. Dan Tayloe, N7VE, has always been helpful and responsive in answering questions about the Tayloe detector. Doug Smith, KF6DX, and Leif Åsbrink, SM5BSZ, have been gracious to answer my questions about DSP and receiver design on numerous occasions. Most of all, I want to thank my Saturday-morning breakfast review team: Mike Pendley, WA5VTV; Ken Simmons, K5UHF; Rick Kirchhof, KD5ABM; and Chuck McLeavy, WB5BMH. These guys put up with my questions every week and have given me tremendous advice and feedback all throughout the project. I also want to thank my wonderful wife, Virginia, who has been incredibly patient with all the hours I have put in on this project.
소프트웨어 라디오를 이해하는데 도움을 주신 분들에게 감사드린다. 댄 테일로, 호출부호 N7VW는 테일로 검파기에 대하여 도움과 질문에 대해 지속적인 답변을 주셨다. 더그 스미스, KF6DX 와 레프프 애스브링크, SM5BSZ는 DSP 관련 질문에 수신기 설계에 대해 수차례 질문에 친절히 답변해 주셨다. 무엇보다도 내 글을 검토해 준 '토요일 조찬 모임'의 회원들에게 감사핟. 마이크 팬들리, WA5VTV, 켄 스미스, K5UHF, 릭 커쵸프, KD5ABM 그리고 처크 맥리비, WA5BHM 이 그분들이다. 이들은 매주 나의 질문을 받아주고 이번 기획을 수행하는 동안 내내 엄청난 회신을 주셨다. 아울라 나의 멋진 아내 버지니아는 내가 이번 기획을 수행하는 동안 많은 시간을 끊기있게 지켜봐줬다.
Where Do We Go From Here?
향후 계획
Three future articles will describe the construction and programming of the PC SDR. The next article in the series will detail the software interface to the PC sound card. Integrating fullduplex sound with DirectX was one of the more challenging parts of the project. The third article will describe the Visual Basic code and the use of the Intel Signal Processing Library for implementing the key DSP algorithms in radio communications. The final article will describe the completed transceiver hardware for the SDR-1000.
PC SDR을 구현하고 프로그램 작성에 관해 앞으로 세편의 기사를 더 연재하겠다. 이어질 기사에서 PC의 사운드 카드를 구동하는 소프트웨어에 대해 자세히 다룰 것이다. DirectX를 가지고 전이중 방식 음성처리를 통합하는 것이 이번 기획의 과제가 될 것이다. 세번째 연재에서 소프트웨어는 비쥬얼 베이직 VisualBasic으로 작성하고 무선통신에 필요한 SDR에 사용할 주요 알고리즘들은 인텔의 시그널 프로세싱 라이브러리[현재 IPP, Integrated Performance Primitives]를 활용한다. 마지막 편은 SDR-1000으로 명명된 송수신기의 완성품을 기술할 것이다.
Notes
참고 문헌
1] D. Smith, KF6DX, “Signals, Samples and Stuff: A DSP Tutorial (Part 1),” QEX, Mar/Apr 1998, pp 3-11.
2] J. Bloom, KE3Z, “Negative Frequencies and Complex Signals,” QEX, Sep 1994, pp 22-27.
3] M. E. Frerking, Digital Signal Processing in Communication Systems (New York: Van Nostrand Reinhold, 1994, ISBN: 0442016166), pp 272-286.
4] D. Smith, KF6DX, Digital Signal Processing Technology (Newington, Connecticut: ARRL, 2001), pp 5-1 through 5-38.
5] The Intel Signal Processing Library is available for download at developer.intel.com/software/products/perflib/spl/.
6] R. G. Lyons, Understanding Digital Signal Processing, (Reading, Massachusetts: Addison-Wesley, 1997), pp 49-146.
7] D. Tayloe, N7VE, “Letters to the Editor, Notes on‘Ideal’ Commutating Mixers (Nov/Dec 1999),” QEX, March/April 2001, p 61.
8] P. Rice, VK3BHR, “SSB by the Fourth Method?” available at ironbark.bendigo.latrobe.edu.au/~rice/ssb/ssb.html.
9] A. A. Abidi, “Direct-Conversion Radio Transceivers for Digital Communications,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol 30, No 12, December 1995, pp 1399-1410, Also on the Web at www.icsl.ucla.edu/aagroup/PDF_files/dir-con.pdf
10] P. Y. Chan, A. Rofougaran, K.A. Ahmed, and A. A. Abidi, “A Highly Linear 1-GHz CMOS Downconversion Mixer.” Presented at the European Solid State Circuits Conference, Seville, Spain, Sep 22-24, 1993, pp 210-213 of the conference proceedings. Also on the Web at www.icsl.ucla.edu/aagroup/PDF_files/mxr-93.pdf
11] D. H. van Graas, PA0DEN, “The Fourth Method: Generating and Detecting SSB Signals,” QEX, Sep 1990, pp 7-11. This circuit is very similar to a Tayloe detector, but it has a lot of unnecessary components.
12] M. Kossor, WA2EBY, “A Digital Commutating Filter,” QEX, May/Jun 1999, pp 3-8.
13] C. Ping, BA1HAM, “An Improved Switched Capacitor Filter,” QEX, Sep/Oct 2000, pp41-45.
14] P. Anderson, KC1HR, “Letters to the Editor, A Digital Commutating Filter,” QEX, Jul/Aug 1999, pp 62.
15] D. Smith, KF6DX, “Notes on ‘Ideal’ Commutating Mixers,” QEX, Nov/Dec 1999, pp 52-54.
16] P. Chadwick, G3RZP, “Letters to the Editor, Notes on ‘Ideal’ Commutating Mixers” (Nov/Dec 1999), QEX, Mar/Apr 2000, pp 61-62.
저자에 대해,
Gerald became a ham in 1967 during high school, first as a Novice and then a General class as WA5RXV. He completed his Advanced class license and became KE5OH before finishing high school and received his First Class Radiotelephone license while working in the television broadcast industry during college. After 25 years of inactivity, Gerald returned to the active amateur ranks in 1997 when he completed the requirements for Extra class license and became AC5OG.
제랄드는 고등학교 학생이던 1967년에 처음으로 초급 자격을 취득했고 이어 일반급 자격을 가지고 WA5RXV로 무선국을 운영했다. 고등학교를 졸업하기 전에 상위급 면허로 갱신하고 KE5OH 라는 콜사인으로 운용했고 대학시절 텔레비젼 방송 업계에서 일하며 1급 무선통신 자격을 취득했다. 그후 25년간의 [아마추어 무선의] 휴지기를 가진 후 1997년에 다시 아마추어 무선사로 활동을 재개했다. 최상위급 면허의 요건을 갖춘 후 AC5OG 라는 콜사인을 받았다.
Gerald lives in Austin, Texas, and is currently CEO of Sixth Market Inc, a hedge fund that trades equities using artificial-intelligence software. Gerald previously founded and ran five technology companies spanning hardware, software and electronic manufacturing. Gerald holds a Bachelor of Science Degree in Electrical Engineering from Mississippi State University.
제랄드는 텍사스 주 오스틴에 거주하며 인공지능 소프트웨어를 이용해 자산을 거래하는 헤지 펀드사 Sixth Market Inc 의 대표이사로 있다. 이전에도 소프트웨어와 전자기기 생산을 아우르는 다섯개의 기술전문 회사를 설립하고 운영했었다. 제랄드는 미시시피 주립대에서 전기공학으로 이학사 학위를 취득했다.
Gerald is a member of the ARRL SDR working Group and currently enjoys homebrew software-radio development, 6-meter DX and satellite operations.
제랄드는 ARRL의 SDR 작업그룹의 회원이며 자작 소프트웨어 라디오의 개발과 28 메가헤르츠 에서 원거리 통신, 위성통신 등을 즐기는 중이다.
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