- Software-defined Radio (SDR) ist eine Form von Digitalradio, bei der der Computer den Großteil der Signalverarbeitung übernimmt
- Mit SDR sind sehr vielfältige Experimente möglich, etwa FM-Radio hören, Flugzeug-/Schiffs- und Wetterinformationen empfangen oder IoT-(Sensor-)Signale decodieren
- Schon mit einem günstigen USB-Dongle und einem Antennen-Kit lässt sich das Potenzial von SDR leicht selbst ausprobieren
- Durch die Kombination verschiedener Frequenzen und Modulationsarten sowie Open-Source-Software können Nutzer die Welt analoger und digitaler Signale umfassend erkunden
- Beim Beobachten alltagsnaher Kommunikationssignale kann man die Prinzipien des Funkverkehrs und den aktuellen Stand der Kommunikationstechnik direkt erleben
Einleitung und SDR-Grundlagen
- Software-defined Radio (SDR) ist eine digitale Funktechnik, bei der die Signalverarbeitung per Computersoftware statt mit analoger Hardware erfolgt
- Im Vergleich zu klassischem Analogradio kann SDR einen deutlich breiteren Frequenzbereich erfassen und bietet damit eine vielfältige Experimentierumgebung
- Ein beliebtes Gerät ist der etwa 30 $ teure RTL-SDR Blog V4 USB-Dongle, der zusammen mit einem Antennen-Kit für viele verschiedene Experimente eingesetzt werden kann
- Beim Einsatz von SDR kann man mit Software wie SDR++ das Frequenzspektrum erkunden und Signale decodieren
- Es gibt auch öffentliche SDR-Karten mit Fernzugriff über das Internet, sodass Experimente sogar ohne eigene Hardware möglich sind
Aufbau einer SDR-Umgebung
Hardware vorbereiten
- Häufig werden Dipol- und Teleskopantennen verwendet, um mit verschiedenen Frequenzeinstellungen zu experimentieren
- Die zur jeweiligen Frequenz passende Antennenlänge kann grob mit der Formel „72 ÷ (MHz)“ bestimmt und angepasst werden
- Für bestimmte Szenarien wie Satelliten- oder Flugzeugempfang ist eine separate Antennenkonfiguration nötig
Software nutzen
- SDR++: ermöglicht eine flüssige Erkundung des Frequenzspektrums und bietet eine moderne Benutzeroberfläche
- Mit Open-Source-Software wie SDRangel, rtl_433, WSJT-X, fldigi lassen sich verschiedene Funk- und Digitalsignale decodieren und analysieren
Verschiedene SDR-Experimente (wichtige Tagesbeispiele)
Montag
- FM-Radio (87.5-108 MHz): Empfang verschiedener regionaler Radiosender mit starken Signalen
- Freenet (149.01-149.11 MHz): Empfang von Nahbereichs-Kommunikationssignalen in Deutschlands frei nutzbarem Open Channel
- Flughafen-ATIS (je nach Frequenz, AM): Empfang automatischer Wetterdurchsagen mit realen Wetterdaten
- ADS-B (1090 MHz): Empfang und Analyse von Flugüberwachungssignalen mit einer selbstgebauten Antenne zur Anzeige von Flugzeugpositionen in Echtzeit
- Analyse der FM-Stereostruktur: visuelle Untersuchung des Stereo-Signalaufbaus von FM-Radio (Piloton, L+R-/L−R-Informationen)
- RDS & Verkehrsinformationen: Decodierung von Straßenverkehrsdaten über digitale Daten im Radio Data System auf der dreifachen Pilotonfrequenz
- Amateurfunk (144-146 MHz, FM): Beobachtung von Fernkommunikation über Repeater und verschiedensten Gesprächen im Hobbyfunk
- Digitalradio (DAB): Empfang rauschfreier digitaler Sendungen inklusive zusätzlicher Coverbilder
- PMR446 (446.0-446.2 MHz): Mithören von Kurzstrecken-Funksignalen in der Stadt und Erkennen vorhandener Digitalsignale
Dienstag
- Sensorerkennung im 433-MHz-Band: Empfang verschiedenster Signale im industriellen, wissenschaftlichen und medizinischen ISM-Band, darunter Temperatur-/Feuchtigkeitssensoren und Beacons des öffentlichen Verkehrs
- AIS-Schiffspositionen: Erfassen von Kennung und Status vieler Schiffe im Hafen und Erstellen einer Schiffsübersicht in Echtzeit
- GSM (876-959 MHz): Visualisierung von Signaländerungen bei Handygesprächen und abhängig von der Lautstärke
Mittwoch
- Satellitensignale (137 MHz): Direkter Empfang von Signalen von Satelliten wie NOAA und Beobachtung von Frequenzverschiebungen durch den Doppler-Effekt
- TETRA (digitales Funksystem): Beobachtung der Spektralstruktur verschlüsselter Kommunikationssignale von Polizei und öffentlichen Einrichtungen
- Taxifunk und unbekannte Signale: Erkennen anonymer/nicht öffentlicher Kommunikationssignale und Spekulation über einige unbekannte Quellen
- Tracking von Wetterballons: Empfang echter Radiosonden-Signale und Decodierung von Positions- und Temperaturdaten in Echtzeit
- Erfahrung beim Ballon-Hunting: Austausch mit der SDR-Community und Wissenserwerb beim realen Verfolgen und Suchen
- Amateur-Paketfunk (Automatic Packet Reporting System): Automatische Kartenerstellung aus Paketsignalen und Beobachtung eines Kommunikationsnetzes in Echtzeit
Donnerstag
- Bau einer Longwire-Antenne und Experimente im Niederfrequenzbereich: Deutlich höhere Empfindlichkeit im unteren Frequenzbereich mit einer provisorischen 21,6-m-Antenne
- Internationale CW-(Morsecode-)Kommunikation: Direktes Decodieren europäischer Rufzeichen im Bereich 10.1-10.13 MHz
- Maritime Wetterübertragungen (RTTY): Erfolgreiche Decodierung von Kurzwellen-RTTY-Signalen und Empfang von Wettervorhersagen für wichtige Seegebiete
- FT8 (digitale Funkverbindungen): Empfang kurzer Nachrichten in Echtzeit über das moderne digitale Amateurfunkprotokoll aus aller Welt
- Elektromagnetische Störungen durch Laptop-Netzteile: Erkennen der Rauschursache im Niederfrequenzempfang und einer einfachen Lösung (Stecker ziehen)
- Ionosonden- und CODAR-Radar: Einblicke in Signale wissenschaftlicher Systeme zur Ionosphärenforschung und Küstenradarerkennung
- SSB-Sprachkommunikation: Direkter Empfang weitreichender Amateurfunkgespräche im Niederfrequenzbereich und praktisches Erleben der Modulationsart
- Nächtlicher AM-Kurzwellenrundfunk: Empfang interkontinentaler Sendungen am Abend, darunter auch weit entfernte chinesische Sender
Freitag
- CB-Funk (26.965-27.405 MHz): Einblick in den internationalen Bürgerbandfunk von Lkw-Fahrern und anderen trotz hoher Störkulisse
- International Beacon Project: Diagnose aktueller Funkwellenausbreitungsbedingungen anhand von Kurzwellen-Beacon-Signalen
- Zeitsignal (RWM, 9996 kHz): Empfang periodischer Signale aus Russland zur Erkundung einfacher Uhrkorrekturen
- Wetterfax (WEFAX): Echtzeit-Decodierung ausgestrahlter Wetterkartenbilder mit fldigi und Erhalt tatsächlicher Wetterkarten
- Satellitenbilder (137 MHz): Erfolgreiche Decodierung von in Echtzeit übertragenen Infrarot-Erdaufnahmen von NOAA-Satelliten
- Beobachtung des Doppler-Effekts: Experiment zur Frequenzverschiebung von Satellitensignalen und Berechnung realer Relativgeschwindigkeiten
- Nummernsender (5-30 MHz): Mithören verschlüsselter russischer Spionagesendungen und eines berühmten nicht öffentlichen Kommunikationskanals
Samstag
- Amateur-SSTV (Slow-Scan TV): Echtzeit-Rekonstruktion drahtlos übertragener Bilder (Postkarten) und Einblick in Bildkommunikation zwischen Rundfunk und Amateurfunk
- The Buzzer (4625 kHz): Empfang eines mysteriösen Signals und Beobachtung einer Frequenzbelegung durch Signale in Sekundenabständen
- LoRaWAN (868 MHz): Visualisierung der Ausbreitungseigenschaften und Signalstruktur eines stromsparenden Weitbereichsprotokolls für das Internet der Dinge
- Utility-Meter (Wireless M-Bus): Decodierung von Signalen drahtloser Zähler in der Stadt und Anzeige von Raum-/Heizkörpertemperaturen in Echtzeit
- Beobachtung des Spektrums von DVB-T/T2-TV-Kanälen: Nur Untersuchung der Spektralstruktur klassischer TV-Signale (keine Bildwiederherstellung möglich)
- IBIS-Beacons von Autos und Bussen: Echtzeiterkennung und Datenanzeige verschiedenster Signale aus öffentlichem Verkehr und Fahrzeugen, etwa zum Reifendruck
- Signalverzerrungen durch Batteriestand/Temperaturänderungen: Vermutungen zu den Ursachen ungewöhnlicher Signalphänomene bei verschiedenen Geräten
- Satelliten-Morse-Beacons (145.860/145.960 MHz): Empfang von Morsecode-Beacons kleiner Satelliten und direktes Decodieren von Satellitennamen und Rufzeichen
- Pager (POCSAG-Format): Empfang in Deutschland nicht öffentlich zugänglicher verschlüsselter Signale mit sehr knappen Inhalten
Sonntag
- NFC-Signalerkennung (13.56 MHz): Erkennen des Ein-/Aus-Zustands des NFC-Transceivers eines Smartphones und Beobachtung des charakteristisch starken Signals beim Entsperren
- Funkkommunikation mit Smartphone und Buch: Mini-Morse-Experimente mit NFC und einem Buch sowie praktische Echtzeit-Visualisierung der Signale
- Luftfahrt-Navigationsbaken (108.00-117.95 MHz): Decodierung von Winkelmesssignalen bodengestützter Flughafensysteme und Positionsschätzung durch reale Winkelberechnung
- Versuch mit Signalverarbeitungstools wie GNU Radio: Praktische Anwendung eines Open-Source-Toolsets zur Signalzerlegung/-analyse (niedrige Einstiegshürde, hohe Anforderungen an die Fähigkeiten)
Fazit und Tipps
- SDR-Experimente sind eine ideale Plattform, um zahllose Funksignale und Realdaten zu sammeln sowie Werkzeuge und Algorithmen zu lernen
- Schon mit günstiger Hardware und frei verfügbarer Software lassen sich Funkumgebungen, Kommunikationstechniken und Datenflüsse weltweit direkt erkunden
- Durch vielfältige Erfahrungen kann man ein praxisnahes Gespür für Funkkommunikation, Signalverarbeitung, digitale Modulation und verschiedenste Standards entwickeln
- Es gibt zwar viele Versuche und Irrtümer, doch durch wiederholtes Experimentieren und den Austausch mit der Community erweitert sich das Wissen kontinuierlich
- Mit eigener Neugier und Kreativität kann man neue Funksignale und mögliche Anwendungen selbst entdecken
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