Emetteur BLU distant

Remote SDR – Chaine d’émission

Ci-après la présentation d’un émetteur BLU à base de SDR (Software Defined Radio) pilotable à distance sur votre réseau local, par un navigateur internet (Chrome). Il est le pendant du récepteur BLU distant décrit dans cet article.

C’est une solution intéressante lorsque l’antenne d’émission doit être installé loin de votre local radio. N’oubliez pas que le fonctionnement à distance d’une station de radio amateur via QO-100 n’est autorisé que si la station appartient à l’opérateur lui-même et est exploitée à son propre emplacement. Il doit toujours avoir un contrôle total sur la station et en particulier pouvoir l’éteindre immédiatement si, par exemple, des interférences se produisent.

Matériel

Pour la partie matériel , l’ensemble comprend principalement:

• un SDR, le HackRF One, capable d’émettre
• un nano ordinateur comme l’Orange Pi PC2 H5 ou l’Orange PI One Plus sous ARMBIAN

Dans le cadre d’une adaptation aux émissions vers le satellite QO-100 / Es’hail-2, on a la configuration ci-dessous. Néanmoins, on peut l’utiliser pour d’autres bandes amateur à condition d’adapter la chaîne de filtrage et d’amplification. Pour la mise au point, on peut émettre à faible niveau sans les amplificateurs de sortie sur 2M et s’écouter avec un autre transceiver.

On rajoute en sortie du SDR un filtre de bande 2.4 GHz, 2 amplificateurs linéaires bas niveau (SPF5189Z, gain de 8 à 11 dB) et un amplificateur normalement destiné au WIFI (EP-AB003) qui doit délivrer autour de 3 à 4W.

Le nano processeur de traitement est un modèle de la famille Orange PI. Il ressemble au Raspberry PI. J’ai testé le traitement proposé avec un Orange PI PC2 H5 et un Orange PI One Plus H6. C’est ce dernier que j’utilise quotidiennement, on le trouve pour moins de 30€ en chine (Ebay ou Aliexpress). Ces 2 processeurs sont des 4 cœurs 64 bits. Ils sont chargés à 50% avec la chaîne d’émission proposée ci-après. Ce sont les mêmes que j’utilise sur le récepteur BLU distant.

Logiciel

Pour la partie logiciel nous avons:

• un traitement du signal avec GNU-Radio en python2
• un simple serveur web en python3
• 2 petits modules en python3 d’interface entre GNU-Radio et les websockets d’échanges des données vers le navigateur web du PC ou de la tablette distante
• Le logiciel de visualisation et de génération audio « Remote SDR » écrit en HTML et Javascript pour piloter l’ensemble à distance depuis un navigateur Web comme Chrome.

Traitement du Signal

L’ensemble du traitement est réalisé par le logiciel « GNU Radio ». Il dispose d’un éditeur graphique « Gnuradio-companion » qui facilite la tâche car il fourni tous les blocs de traitement pour faire un émetteur sans écrire une ligne de code. C’est presque un jeu d’enfant…. L’installation de GNU Radio est décrite ici. Le fichier source du graphique de traitement est disponible sur Github F1ATB/Remote-SDR.

Traitement AUDIO

Le signal audio du microphone du PC ou de la tablette est dans un premier temps filtré par un traitement en Javascript au niveau du client web pour abaisser la fréquence échantillonnage afin de réduire le débit à transmettre. Les signaux audios en BLU étant inférieurs à 4 kHz, la fréquence d’échantillonnage choisie vers l’Orange PI est de 10 kHz ce qui est suffisant pour respecter le Théorème de Shannon. Chaque échantillon est défini sur 16 bits par 2 octets transmis par le protocole réseau websocket sur le port 8005. Pour accéder au module de traitement de GNU-RADIO, un petit module en python3 prend les échantillons sur le port 8005 et les passe en UDP sur le port 9005.

Les échantillons entiers sur 16 bits sont convertis en flottants puis une transformée de Hilbert permet la génération d’un signal réel et d’un signal imaginaire en quadrature de phase (déphasage de 90°). On sépare la partie réel et la partie imaginaire afin de faire tournée la phase de 180° ou pas d’une voie en multipliant par -1 ou 1. Cela permet de préparer la génération d’un signal en BLI (bande latérale inférieure) ou BLS (bande latérale supérieure). En sortie on recombine les 2 voies pour retrouver un signal complexe.

Traitement HF

Le signal audio complexe est ensuite filtré pour éliminer la bande non souhaitée:

• BLI: -2800 Hz à -200 Hz
• BLS: +200 Hz à +2800 Hz

Pour avoir un spectre propre en émission, il est obligatoire de faire travailler le HackRF One avec une fréquence d’échantillonnage en entrée de plus de 2 MHz. Ici j’ai choisi 2.4MHz comme sur le récepteur décrit par ailleurs.

Vu que l’audio est échantillonnée à 10kHz, on a un filtre interpolateur avec un rapport de 240 pour atteindre les 2.4 MHz. Le bloc Osmocom Sink permet de passer le flux audio et les paramètres au SDR, HackRF One.

Envoi des commandes

Pour piloter le SDR et le traitement du signal dans GNU Radio il faut recevoir un certains nombres de paramètres du client web distant. La liaison se fait par un websocket sur le port 8004 de l’Orange PI. A nouveau un petit module en Python3 convertit les messages websocket vers une interface XMLRPC sur le port 9004 qui permet de les passer à GNU Radio. Ce module est identique à celui utilisé sur le récepteur avec d’autres numéros de port.

SECURITE EMISSION

IL est impératif de mettre en place un dispositif pour éviter des émissions non désirées en cas de plantage du réseau, de l’orange pi etc….qui ne permettrait pas de passer les commandes.

Le module en Python3 qui reçoit les échantillons audio par paquets de 512 octets fait changer d’état la pin 26 du GPIO pour un Orange Pi One Plus (voir détail ici), la pin 26 d’un Raspberry Pi 4 ou d’un Orange pi zero 2 (depuis Remote SDR V3) , à chaque réception d’une trame. Cela crée un signal alternatif carré (0v,3.3v) que l’on passe par une capacité de 4.7uF à un dispositif redresseur diode et transistor de commutation comme un 2n2222. A chaque demi alternance, les relais sur le collecteur sont actionnés et maintenus par le condensateur de 47uF à 470uF jusqu’à la demi-alternance suivante. Ces relais commutent l’alimentation en 12v de l’amplificateur WIFI de sortie de l’émetteur et le 5v des pre-amplificateurs . Ainsi, si les trames audios sont reçues l’alimentation des amplificateurs est établie. Si les trames n’arrivent plus ou que le système est planté, pin 26 en position haute ou basse, l’alimentation est coupée.

Attention, une source de plantage du numérique qui peut faire des dégâts si on n’a pas mis ce type de coupure, c’est la HF des amplificateurs posés à côté de l’Orange/Raspberry PI et du SDR.

pilotage DE L’EMISSION à distance

Comme déjà mentionné le pilotage de l’ensemble se fait à distance dans une page web (chrome) fourni par le mini serveur web en python3 sur l’Orange Pi et le port 8000 (Remote SDR V1 uniquement).

http://adresse_IP_Orange_Pi:8000/remote_sdr.html

Cette partie en HTML et Javascript appelé « Remote SDR » fera l’objet d’un autre article.

Qualité du signal ÉMIS

Sans avoir fait de mesures précises sur la qualité du signal, j’ai pu observer :

• si l’on respecte une fréquence d’échantillonnage en entrée du SDR supérieure à 2 MHz, le signal en sortie est propre. Dans le cas contraire, il y a des repliements de spectre. On peut vérifier cela en utilisant le récepteur décrit ici.
• le waterfall observé sur QO-100 est très propre. Les bords de part et d’autre des 2.6kHz de bande sont nets et sans bavure.
• les reports de modulation sont bons
• Le TCXO du HackRF One fourni une fréquence bien stable dans le temps.

Transceiver distant

Cet émetteur fait partie d’un transceiver complet pilotable à distance comme présenté dans ces articles:

• Remote SDR v5