Software Defined Radio – SDR erklärt

Durch technische Weiterentwicklungen und Neuerungen wird der Alltag bereichert und erleichtert, das gilt für viele verschiedene Bereiche. Denn die Nutzung von GPS ist bereits lange ein Thema, GPS offeriert vor allem Flexibilität. Dieses System basiert auf Signalen, die von entsprechenden Satelliten ausgesendet werden, der GPS-Tracker kann diese in Echtzeit empfangen, auswerten und weiterleiten. Eine Vielzahl moderner Geräte nutzt diese Technik, basierend auf Ein- und Ausgangssignal, hochwertige Funkgeräte setzen zudem teilweise auf SDR.

Wie SDR funktioniert und welche Vorteile es bietet

Das Kürzel SDR steht für den Begriff Software radio defined und beschreibt eine Technik für Hochfrequenz-Sender und -empfänger, in deren Zusammenhang der Großteil der Signalverarbeitung digitalisiert wird, hierzu wird eine spezifische Software genutzt. Die digitalisierten Daten werden anschließend mittels Software übermittelt. Für das reine Senden und Empfangen der beiden Signale benötigt man zusätzliche Hardware, unter anderem eine eine Antenne und einen Empfänger gemäß SDR-Technologie, weitere Funktionen werden über digitale Signalprozesse verarbeitet. So wurde es erstmals möglich nicht nur eine einzelne Frequenz zu sichern, sondern ein ganzes Frequenzband digital zu speichern, um es zu einem späteren Zeitpunkt wieder zu empfangen oder abzuspielen.

Die Frequenzen, die zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgespielt werden sollen können im Nachgang differenziert gespielt werden, so hat man die Wahl, welches Signal tatsächlich angehört wird und welche Betriebsart eingesetzt werden soll. Das ermöglicht eine bessere Kompensation, mögliche Verzerrungen, die aufgenommen wurden, können mithilfe der Software entfernt werden. Durch die digitale Verarbeitung der Aufnahmen wird die Qualität verbessert.

Im Amateurfunk wird SDR ebenso eingesetzt wie in professionellen Bereichen, vor allem aber beim Militär wird die Technik vorwiegend genutzt. Zusätzlich ist eine Implementierung bei digitalen Funkempfängern, in modernen Smartphones und im Mobilfunk ein bevorzugtes Einsatzgebiet von software defined radio. Jedes Mobilfunktelefon ist mit einem Transceiver ausgestattet, nach dem SDR-Direktmischkonzept.

Die Daten werden zunächst analog benötigt, das Eingangssignal wird direkt digitalisiert und so sparsam wie möglich verarbeitet. Hierzu werden Dämpfungsglieder und geringe Filter eingesetzt, der Empfänger unterscheidet sich in diesem Fall nur gering von einem regulären Überlagerungsempfänger. Ein analoger Filter wird hierbei für die Nutzsignal-Bandbreite ausgelegt. Durch die Anforderungen, die an die Großsignalfestigkeit gestellt werden, lässt sich die darauffolgende Verarbeitung nachweislich reduzieren, das ermöglicht eine Verringerung der Ablastfrequenz. Die Zwischenfrequenzbreite von rund 10 kHz reicht für eine Ablastfrequenz von 20 kHz aus. Der Einsatz von SDR ist kostengünstig, ermöglicht die Verarbeitung anspruchsvoller Informationen und die Aufbereitung von Daten auf verschiedenen Bandbreiten. Da die Signale umgehend digital verarbeitet werden, lassen sich die Informationen im Nachgang bearbeiten und verwendbar aufwerten. Ohne große Kosten ermöglicht Open-Source-Software die Nutzung von SDR für jedermann, sodass man keine hochwertige Ausrüstung benötigt, die meist sehr teuer ist.

Einsatz des Direktmischerkonzepts von SDR-Systemen

Die Technik gemäß Direktmischer wird regelmäßig genutzt, hierbei wird das Eingangssignal mithilfe eines Oszillatorsignals auf der gleichen Oszillatorfrequenz der gleichen Trägerfrequenz kombiniert, das ermöglicht eine Demodulierung, lediglich die Signalfrequenzunterdrückung fehlt in diesem Zusammenhang. Ein SDR hat die Möglichkeit diese Problematik mithilfe der komplexen Signalverarbeitung zu beheben, in diesem Fall erfolgt das durch die Rechnung mit Real- und Imaginärteilen. Zu Beginn nutzt das System zwei parallele Mischstufen, die durch Digitaltechnik erzeugt werden, das Ausgangssignal wird zeitgleich digitalisiert und kann dann verarbeitet werden.

Empfänger von SDR einsetzen

Das Einsatzgebiet von SDR ist vielfältig, so wird diese Technik für Datenfunknetze, Messtechniken, Mobilfunktelefone, Rundfunkempfangsgeräte und innerhalb der Forschung genutzt. Mittels SDR ist die Kommunikation im militärischen Zusammenhang erst ermöglicht worden. Software defined radio wurde in den letzten Jahren mittels verschiedener Implementierungen erst etabliert, neben der Nutzung in DVB-T-Sticks, über RTL-SDR, hier existieren noch viele weitere Nutzungen in diesen Bereichen. Mit der passenden Software ist es möglich, eine PC-Soundkarte als SDR im Längstwellenbereich nutzbar zu machen, dabei wird das Signal ohne Hardware nur mit der Soundkarte verarbeitet, um es nutzbar zu machen.

Digitale Innovation für Technik

Der Einsatz von SDR ist besonders günstig und erfreut sich großer Beliebtheit, denn nicht nur ein Funkamateur greift auf SDR zurück, auch im militärischen Bereich und modernen technischen Gadgets werden SDR-Empfänger eingesetzt. Der Einsatz ist zwischenzeitlich extrem verbreitet, da der hinreichend leistungsfähige digitale Signalprozessor, kurz DSP günstiger ist, als diverse Quarzfilter mit den geforderten Bandbreiten.

SDR, GPS und deren Bedeutung

Der Einsatz von GPS-Geräten im Alltag ist keine Seltenheit mehr, sie erleichtern vieles, wie beispielsweise Arbeitsabläufe in verschiedenen Sektoren. Hierzu werden GPS-Signale von GPS-Satelliten genutzt, um Standorte und Bewegungen zu berechnen und weiterzugeben. Die Satelliten senden ihre individuellen Signale in bestimmten Rhythmen aus und ermöglichen so eine sehr genaue Berechnung von Positionen.

In diesem Zusammenhang sind SDR-Systeme besonders wichtig, denn sie können zum Test eines GPS-Empfängers eingesetzt werden. Zusätzlich bieten sie die Möglichkeit Angriffe durch Spoofing oder Störungen zu unterbinden. Falsche Empfangsfrequenzen lassen sich in diesem Zusammenhang ebenfalls korrigieren, das ermöglicht korrekte Berechnungen. Zeitgemäße Technik verbessert das System rund um GPS stetig und gewährleistet somit eine exakte Berechnung von Positionen und Geschwindigkeiten. Ebenso lassen sich SDR-Systeme immer wieder anpassen und verbessern, um dem aktuellen Stand der Technik zu entsprechen. Durch die Anwendung dieser flexiblen Konzepte und der günstigen Hardware offerieren SDR-Konzepte viele Vorteile für Anwendungen, die mit GPS-Technologie arbeiten.