SDR – Software Defined Radio erklärt

Große technische Neuerungen bereichern das Leben und vereinfachen viele Bereiche. Schon lange ist GPS ein großes Thema, das System basiert auf Signalen, die von der Antenne des GPS-Trackers in Echtzeit empfangen und ausgewertet werden. Viele weitere Geräte des alltäglichen Lebens arbeiten mit Ein- und Ausgangssignal, hochwertige Funkgeräte verwendet meist teilweise SDR.

Funktion von SDR – Software defined radio

Die Abkürzung SDR steht Software defined radio, diese Bezeichnung beschreibt Technologien für Hochfrequenz-Sender und -empfänger, bei denen die Mehrheit der Signalverarbeitung mittels Software digitalisiert und somit übermittelt werden. Zum Senden und Empfangen der Signale wird Hardware benötigt, jedoch werden bestimmte zusätzliche Funktionen über digitale Signalprozesse abgewickelt. So ist es möglich, nicht nur eine Frequenz, sondern ein ganzes Frequenzband digital zu sichern und später wieder abzuspielen, bzw. zu empfangen. 

Werden die Frequenzen später abgespielt, kann man entscheiden, welches der Signale wirklich angehört wird und welche Betriebsart gewünscht wird. Für die Kompensation von eventuellen Verzerrungen, die bereits im Vorfeld aufgenommen wurden, dient die Software, die alles digital verarbeitet.

SDR wird nicht nur im Amateurfunk, sondern beispielsweise auch im Militär eingesetzt. Ebenso findet die Nutzung bei digitalen Funkempfängern, im Mobilfunk und in modernen Mobiltelefonen statt. Praktisch jedes Handy ist ein Transceiver gemäß dem SDR-Direktmischkonzept.

Da die sofortige Digitalisierung des Eingangssignals direkt ermöglicht wird, benötigt der Empfänger die Daten zunächst analog. Diese Daten werden so sparsam wie möglich verarbeitet, es werden geringe Filter oder Dämpfungsglieder eingesetzt. 

Innerhalb der ersten Stufen unterscheidet sich der Empfänger nur wenig von einem herkömmlichen Überlagerungsempfänger, analoge Filter werden hierbei für die Nutzsignal-Bandbreite ausgelegt. Dadurch werden Anforderungen an die Großsignalfestigkeit für die weitere Verarbeitung deutlich reduziert, zusätzlich ist eine enorme Verringerung der Abtastfrequenz möglich. Eine Zwischenfreqenzbreite von 10 kHz ist ausreichend für eine Ablastfrequenz von rund 20 kHz. 

Auch das Konzept gemäß Direktmischer wird häufig eingesetzt, in diesem Fall wird das Eingangssignal mit einem Oszillatorsignal auf der Oszillatorfrequenz der gleichen Trägerfrequenz vermischt und kann damit demoduliert werden. Hier fehlt jedoch die Signalfrequenzunterdrückung, ein SDR kann diese Problematik mittels komplexer Signalverarbeitung lösen, also durch Rechnen mit Real- und Imaginärteilen. Eingangs werden zwei parallele Mischstufen genutzt, die mittels Digitaltechnik erzeugt werden können. Die Ausgangssignale werden zeitgleich digitalisiert und verarbeitet.

Digitale Neuerung der Technik für Empfänger und Sender

Die Anwendung von SDR ist kostengünstig und somit beliebt, nicht nur der Funkamateur greift auf diese Technologien zurück, auch das Militär und moderne Gerätschaften nutzen SDR.

Wo SDR-Empfänger eingesetzt werden

Sendeempfänger mit SDR-Technologie werden für Mobiltelefone, Rundfunkempfangsgeräte, Datenfunknetze, Amateurfunk, Messtechnik und in der Forschung eingesetzt, das Gebiet ist vielfältig. 

Für die militärische Kommunikation bildet SDR-Technik die Grundlage vieler militärischer Funkgeräte. Funkamateure nutzen SDR ebenfalls, in den vergangenen Jahren wurde eine Reihe verschiedener Implementierungen von Software defined radios etabliert, neben bekannten Anwendungen wie DVB-T-Sticks, via RTL-SDR, existieren weitere Varianten in diesem Bereich. So wird PC-basierte Software eingesetzt, die zur Implementierung eines Software defined radio genutzt werden kann. Eine weitere Variante ist die frei zugängliche Lösung im Internet, beispielsweise WebSDR.

Mittels geeigneter Software kann man zusätzlich eine PC-Soundkarte als SDR für den Längstwellenbereich einsetzen. Hierbei kann das Signal ohne entsprechende Hardware mit einer Soundkarte verarbeitet und genutzt werden. 

Digitale Signalverarbeitung spielt auch bei günstigen Kurzwellenradios eine Rolle, diese werden vermehrt in China produziert und exportiert. 

GPS und SDR

In der modernen und vernetzten Welt werden vermehrt GPS-Geräte eingesetzt, sie erleichtern den Alltag und die Arbeitsabläufe in unterschiedlichen Bereichen. Hierzu werden ebenfalls Signale genutzt, im Weltall befinden sich GPS-Satelliten, die rhythmische Informationen aussenden, anhand derer Standorte und Bewegungen berechnet werden können. 

In dieser Konstellation sind SDR-Systeme ebenfalls relevant, sie können zum Test eines GPS-Empfängers genutzt werden, ebenfalls bieten sie die Möglichkeit, Spoofing- und Störungsangriffe zu vermeiden. Eine falsche Empfangsfrequenz kann somit gelöscht und korrigiert werden.  Moderne Technik verbessert GPS stetig und ermöglicht so eine genauere Berechnung, in dieser Situation lassen sich SDR-Systeme stetig anpassen, um der Verbesserung gerecht zu werden. Durch die Nutzung flexibler, programmierbarer und kostengünstiger Hardware bieten SDR-Konzepte Vorteile für Anwendungsentwickler, die basierend auf GPS-Technik arbeiten.