SDR-1000 ARRL Product Review

QST誌の4月号にSDR-1000のレビューが掲載されました。簡単に内容を紹介してみます。

「SDR-1000のデビューはアマチュア無線の歴史に新しい1章を開いた。SDR-1000は既成品としてはじめてのHFおよび6m用のソフトウェアラジオである。」

という書き出しではじまり、最後は、

「現段階ではまだ万人向きとは言えないが、これは新時代の第一歩であって、今後世界中の知恵を集めることによって(ソフトウェアを改良していけば)可能性は無限である。」

と結んでいます。まとめ(Bottom Line)としては、

「SDR-1000はアマチュア無線機の新世代のはじまりとなるだろうが、それに挑むパイオニアには若干のフロンティアスピリットが必要である。」

とのことです。

ここで「フロンティアスピリットが必要」と言っているのは、本文中に出てくるように、ソフトウェアのインストールや設定に結構とまどったということを指しているのではないかと思います。

気になる性能ですが、一番関心がありそうな受信性能の一部を示すと、

14MHz

Preamp off MDS=-127dBm BDR=93dB IMDDR=87dB IP3=0dBm
Preamp on MDS=-134dBm BDR=90dB IMDDR=85dB IP3=-3dBm

となっています。テストにはサウンドカードとして16bit/48kHzのTurtleBeach Santa Cruzを使っているようです。Preamp on/offというのは実際にはないので、ATTのoff/onではないかと思われます。それと上記のDR/IP3の値は20kHz間隔でのテスト値ですが、5kHz間隔の数値もほとんど変わりありません。ここは通常のラジオと違うところですね。

運用上の一番の問題と指摘しているのは、SDR-1000にパドルをつないでCWを送信するときのタイミングで、サイドトーンに気が狂うほどのディレイがあるということと、セミブレークイン時に最初の符合が短くなってしまうことのようです。現状では外部キーヤかPCのキーボードを使った方が良いと書かれています。私はまだこの機会で送信したことがないので全くわかりませんが。

それと、AMの同期検波は素晴らしいと評価されています。私が感じるようなAGCに起因すると思われる「プツップツッ」という音については特に書かれていません。私だけなのかなあ。

ひとまずはこんなところで。

SDR-1000用Linuxコード

ちょうど昨日くらいに、AB2KTとN4HYの両氏が中心となって開発しているLinuxのコードが公開されました。PowerSDRの様なユーザ向けに完成されたプログラムではなく、動作の核となるいくつかのプログラムです。信号処理のプログラムでは、サウンドカードとの入出力はjack(http://jackit.sourceforge.net/)、fftはfftw2を用いているようです。また、SDRー1000のハードウェアとのやりとを行なうhwというプログラムと、それのpythonラッパーが公開されています。
こういうのが公開されてうれしい反面、これが出る前に自分である程度動くものを作っておきたかったというちょっと悔しい思いがありますが、最近これにさいている時間も能力も足りなかったので仕方ありません。公開されたコードを見させてもらって勉強したいと思っています。
あと、最新号のQSTのプロダクトレビューにSDR-1000のレビューが掲載されたようですが、中身を読んだらまた紹介してみたいと考えています。

Griffin PowerMateの指穴

前にGriffin PowerMateは指穴(くぼみ)が無くてぐるぐる回すのに向いていないというようなことを書きましたが、フォーラムを見てると同じようなことを感じている人がやはりいて、なんと自分でアルミを削ってPowerMateのツマミ部分の代わりを作ってしまった人がいました。これはすごく美しいしあがりですが、誰でもできるわけではないと思っていたら、その書き込みに対して、FingerDimpleっていうのが売られているよという反応がありました。くぼみの部分だけをノブに張り付けるもののようで、これなら簡単に使えそうではあります。

hamlib

FlexRadio社から提供されるソフトェウアはいずれもWindowsで動くものです。私は普段Linuxを使っていることが多いこともあり、また自分で信号処理の勉強をしたいと思ってLinuxからSDR-1000を動かして実験したいなと思っています。
世の中にはhamlibというオープンソースライブラリがあって、これを使うと、いろんなリグのPCによる制御を、統一したAPIで行なえます。そのライブラリはなんとSDR-1000をサポートしているので、これと自分のDSPのライブラリを組み合わせてLinux上でSDR-1000を動かすプログラムを作って使っていました。GUI(と言ってもごく簡単なものですが)もWideStudioというオープソースの開発環境を使って作っています。
ところが、オプションのRFEボードを追加したところ、BPFの選択の方法が変更されたので動かなくなってしまったのです。BPFの数が増えたため、信号線が足りなくなり、BPFのデータをシリアル化して順に送るように変更されているのが原因のようです。
でももうこのオプションも出てから半年くらい経ってるし、もしかしたらもう誰かがパッチを配布してるんじゃないかと思って色々検索したのですが、見つかりません。で、ちょっと自分でやってみるかと思ってここ3,4日hamlibのソースと、すでにRFEオプションに対応しているflexradio製のVB 版のコソールプログラムのソースを眺めて対応を考えました。きのう基本的なところを書いてみたらなんとなく動いたので、気をよくして今日はその他の、アッテネータのon/offとかにも対応してみました。もっともVBのコードをほとんどそのまま借りてきてCにしただけのようなものなんですが。もうちょっとコードをきれいに整理してhamlibプロジェクトにパッチを送れればいいのですが。

WAVEファイルへの録音はできたのですが

録音ボタンを押しても特にメッセージ等表示されないので何が起こっているのかよくわからなかったのですが、昨日ふとPowerSDRのインストールディレクトリを除いていたら、見知らぬwaveファイルが出来ているではないですか。どうやらデフォルトではPowerSDRのインストールディレクトリにファイルをつくるようです(再生のときにディレクトリを変更すると、次からはそのディレクトリに録音ファイルをつくる)。また、ファイル名としては日付+時刻を表す名前が勝手につけられます。たとえば"2004-11-23 23 59 36.wav"などです。

最初は復調した出力がファイルとして記録されるものとばかり思ったのですが、WaveSpectraなどでファイルを調べたところ、受信時にサウンドカードに入力されたものがそのまま記録されているようです。つまり、それを普通のプレーヤにかけても希望の復調音は聞こえず、PowerSDRのWAVEメニューの再生(play)機能で再生する必要があります。つまり、そのWAVEファイルをもう一度復調アルゴリズムを通して再生しているわけで、元の受信時とは異なるモードやフィルタで復調することができます。ということは、サウンドカードの帯域(+-20kHz)内にある他の信号もあとから復調できるのではないかと思ったのですが、再生時に中心周波数を変えることはいまのところできないみたいで残念です。でもそのうちそういう機能も追加されるような気がします。

自動キャリブレーション

PowerSDRではsetupメニューで色々な設定ができるのですが、その中でいくつか自動でキャリブレーションを取ってくれるものがあります。図はsetupメニューのGenralという項目の画面で、右上の囲みの部分が、周波数、信号レベル表示(Sメータ)、IQバランスの補正の3つに関するキャリブレーションを行なうところです。
いずれも、SSGのような周波数、レベルのわかっている信号源があることが望ましいです。
SGの信号の周波数、レベルをキーボードから入力し、Startボタンを押すとそれぞれの項目について自動でキャリブレーション(調整)を行なってくれます。

周波数に関してはすぐに調整は終りますが、どうもぴったり周波数が合うということでもないようです。その場合は、その左側のDDSのClock Offsetを手動で上下することで微調整を行ないます。DSBモードにしてヘッドフォンで聞くとゼロビートがわかりやすいと思います。周波数の調整はSGがなくても、それなりに強力な放送波(もちろん周波数がわかっているもの)を用いて行なうことができます。

信号レベルの表示については数十秒くらいで終ります。SGがない場合は、無信号の状態でレベルのところに-140(dBm)と入れてキャリブレートすれば、だいたい10dB以下の誤差で調整されるとドキュメントには書かれています。

SDR-1000では、TayloeディテクタとDSPによる処理でイメージキャンセルミキサのような動作を行なっているわけですが、アナログ部のバランスが完全ではなく、結果としてイメージ信号が受信されてしまいます。IFが11.025kHzですので、イメージ信号は22.05kHz上に現れます。PoserSDRでは、ソフトウェア側でレベルと位相の補正を行なうことによってイメージをNullに追い込むことが出来るようになっています(Image Null)。この自動調整は結構時間がかかります。数分くらいでしょうか。この調整はSetupメニューのDSPというタブの中にあるスライドバーを使って手動で行なうこともできます。また、SGがなくても、やはり強力な放送波等を使って、その22.05kHz上にチューニングし、イメージ信号レベルを最小にするように調整すればOKです。
ちなみに私の場合は、調整前にはイメージ信号は本来の信号のレベルに対して-35dB程度でしたが、調整後は-70dB以下になりました。

WAVEファイルへの録音

PowerSDRの左上のメニューに"WAVE"というのがあるので、何か受信音を録音して聞いていただこうかと思ったのですが、どうもうまくいきません。
WAVEファイル関連の機能についてはスタートガイドにも記述がないので、またフォーラムの中を探していたら、開発者による「まだこの機能は本当に初期のテスト段階なんだ」という書き込みがありました。次のバージョンに期待というところでしょうか。

コメント等お待ちしております

つたない文章を御覧いただきありがとうございます。もし、読んでSDR-1000に興味を持ったとか、ここはどうなっているのか? などの質問等ありましたらコメントいただければ幸いです。また、他のソフトウェアラジオ(にも限りませんが)の話題等でも結構です。私もRF SpaceのSDRー14やWinRadioの最近の製品等にも興味を持っています。

問題点をいくつか

現在感じている(ソフトウェア以外の)問題点をひとつふたつ。一つめは、PIOボードについている5VのレギュレータIC(7805)がかなり熱くなることです。このレギュレータは電源電圧13.8Vから5Vに落すので電圧差が大きく、DDS等のそれなりに電流を食うパーツに電力を供給するので発熱が大きいようなのです。
PIOボードは3枚スタックの一番下に位置していてしかもその裏側(というか下側)にICがついているので、熱が逃げにくそうなのと、基板や他の部品にもあまりよくない気がします。もともとバラックのときには、2cm x 2cm x 4cmくらいのU字型の放熱板がついていたのですが、しばらくすると触れないくらいに熱くなっていました。
現在出荷されているバージョンでは、PIOボードの下に基板と同じサイズのアルミ板を配置し、そこにICが取り付けられています。FlexRadioの純正のケースに入れるためにはこの変更が不可欠なので、ケースキットには現行バージョンと同じ放熱方式にするためのパーツキットが入っていました。またこれがうまくICをアルミ板に密着させるのが面倒だったりするのですが、それは置いておくとしても、このアルミ板が以前のU字型の放熱板より格段に効果があるとは思えないですし、実際やはりそれなりに熱くなっているようです。一応アルミ板をケースの底にネジ止めするところに放熱グリスを塗ったりして、ケースにも熱を逃がすようにはしているのですが、いまいち不安です。本来ならケースに直接それなりの放熱器をつけてそこにマウントするか、そもそも13.8Vから直接ドロップするのではなく、もう少し低い電圧を供給するのが筋のような気もするのですが。

それから、TRXボードに載っているDDSチップもかなり熱くなります。最近のロットではチップの上に貼りつけるタイプの放熱フィンが取り付けられて出荷されているようです。私も適当なものをPCパーツ屋で買ってきてとりつけました。

純正ケースには、前面にオプションでファンを取り付けられるようになっていて、100WのPAを買うとファンもついてくるのですが、PAなしの場合でもファンを取り付けることが推奨されています。私も放熱が若干不安なのでファンを取り付けることにしました。取り付けられるファンは80mm角のものです。PCパーツ屋に行くと超静音とか強力なやつとかいろんなのが売っていますが、たまたま安売りしていたPAPST 8412NMLというのを買ってみました。「静音と風量のバランスの取れたもの」という宣伝文句だったのですが、実際取り付けて回してみるとかなりうるさいです。100W PAオプションについてくるファンは「すごく静か」ということなのでその型番を調べてみたら Panaflo FBA08T12L (2000rpm,23dB, 流体軸受け)というもののようです。やっぱり流体軸受けは静かなんでしょうか。今度またパーツ屋で物色してみようと思っています。しかし、そもそも13.8Vで回してるのがいけないのかも。もう少し電圧を下げるとか、マウントの仕方によっても改善できるかも知れません。

もう一つの問題は、PTTをOFFにしている状態でも勝手に送信状態になってしまうことです。PTTのON/OFFの状態はパラレルポートのある信号をコンソールソフトが見て判断しています。受信時はこの信号がLowになっていないといけないのですが、接続するPCのパラレルポートによっては電圧が落ち切らないようで、Highだと判断されてしまうのです。とりあえずはソフトの設定で「Disable PTT」というところをチェックしておけばいいのですが、最初はそれ(勝手に送信状態になっていること)に気付かず、それでもなんとなく受信音が聞こえてくるので何がおかしいかわからず、しばらく悩みました。
で、これの対処方法ですが、PIOボードのR9という抵抗の値を低くすれば良いようです。最初は1kがついていましたが、今では470オームに変更されているそうです。ケースに組み込むときに私も500オームくらいに変更したのですが、残念ながらやっぱりだめでした。最近フォーラムに同様の書き込みがあって、もう半分に抵抗値を減らしたらうまくいったという報告があったので、次にバラしたときに変更してみようかと思っています。

性能は?

FlexRadioから公表されているスペックとしては、感度が -140dBm@500HzBW、SFDRが約90dBということです。SFDRの定義は特に書かれていないのですが、FlexRadioのサイトのフォーラムの情報などからすると、いわゆる3rd IMDダイナミックレンジのことではないかと思います。また、この値は妨害信号がサウンドカードの帯域内にある状態で測った値のようです。通常IMD DRは20kHzや50kHz間隔で測定された値が示されますが、SDR-1000の場合はもっと狭い間隔でもこの90dBという値をキープするのではないかと思います(違うかな?)。
なお、これらの値はもちろんサウンドカードの性能によって変わってきます。上にあげたスペックはM-AudioのUSB Audiophileを16bitモードで使用した場合の値です。また、フォーラムに書かれた測定結果では、同じUSBサウンドインタフェースを24bitモードにした場合に、MDSは-142dBm@500HzBW、 IMD DRは100dB@5kHz間隔であったと報告されています(ただし、IMD DRの値はローゲインの設定の場合で、このときのMDSは-129dBm)。これは一つの個体で一つの周波数(14MHz帯)のみの測定なのですが、コンスタントにこの値なら非常に素晴らしいですね。一方ブロッキングダイナミックレンジの方は 105kHz@5kHz、125dB@20kHzという結果で、予想よりも低かったので原因を考えているというような記述がありました。

さて、実際に使ってどうかということなのですが、現在の私のところには小さいアンテナしかなく、特にDXを追いかけているわけでないのでたいしたことは書けないのですが、感度についてはAR7030やNRD-515と同程度という印象です。手持ちの古いSG(校正されてません)の最低出力レベルが-133dBmなのですが、この信号のトーンははっきり聞こえます。フィルタの切れも悪くないと思います。ただ、それなりに弱くて横から混信を受けているような信号(SSB)をいくつか聞いてみたのですが、なんとなく7030や515の方が聞き易いような気がしました。また、これはRFEボードを追加する前に特に顕著だったのですが、特定の範囲の周波数においてノイズフロアが20dBくらい上がってしまうところがあります。たとえば3540kHz前後の数kHzくらいがそうなのですが、ローカル発振の周波数が整数倍の関係にある受信周波数でも同様の現象があるのでローカル発振器(DDS)の問題なのかも知れません。RFEボードを入れたあとは前ほどは気にならなくなりましたが。これから使っていくなかで気付いたことがあればまた報告したいと思います。あ、ちなみに私はTurtle Beach のSanta Cruzという16bitのサウンドカードを使っています。最初はintelのチップセット内蔵のものを使っていましたが、あまり良くない感じだったので変更しました。