Как упоминалось в предыдущем посте на прошлой неделе, UUGear недавно выпустила расширительную плату VU GPSDR для их одноплатного компьютера Vivid Unit с сенсорным экраном. В сочетании это образует портативную систему на базе Linux, с встроенным RTL-SDR и верхним преобразователем частоты.
У VU GPSDR есть некоторые интересные особенности, включая:
- GPS-синхронизированный 24 МГц тактовый генератор для повышения точности и стабильности частоты
- Интегрированный 108 МГц верхний преобразователь частоты для приема в диапазоне HF (ниже 30 МГц)
- Два программируемых вращательных энкодера для тактильного управления
- Порт частотного вывода, управляемый программным обеспечением, для экспериментов
- Функции программного обеспечения, включая интеграцию OpenStreetMap и ADS-B отслеживание воздушных судов
Assembly
Мы не будем повторять шаги сборки — инструкции показывают всё ясно, но можно сказать, что этапы сборки были понятны, и сборка прошла легко. Это сводилось к подключению нескольких перемычек между Vivid Unit и платой расширителя VU Extender, закрутке пластины расширителя и затем вставке VU GPSDR в мини-PCIe слот платы расширителя, после чего GPSDR закреплялся. Сборка заняла менее 10 минут.
Physical Design Review
Система собирается как бутерброд. Сверху — экран и Vivid Unit, затем плата Extender и, наконец, VU GPSDR снизу.
Vivid Unit и GPSDR по сути являются голыми печатными платами, которые соединяются друг с другом через слот PCIe на плате Vivid Extender. Это означает, что корпуса нет, и вы фактически обращаетесь с PCB-деталями в их сыром виде. В будущем хотелось бы увидеть опциональный корпус, который лучше защищал бы устройство.
Открытый дизайн приводит к некоторым недостаткам, на которые стоит обратить внимание. Экранирующие кожухи на устройстве VU GPSDR расположены на задней части системы, и во время работы они становятся очень горячими на ощупь. Настолько, что обращение с устройством требует осторожности, чтобы не обжечься в горячих точках. Большая часть тепла, по-видимому, исходит от AMS1117 LDO на задней панели, который достигает до 80 °C, поэтому будьте осторожны, чтобы не коснуться его случайно. По фотографиям видно, что RTL2832U и R860 имеют теплоотводы, присоединённые к экрану. Это хорошая идея — держать чипы холодными, но это также означает, что металл становится довольно горячим на ощупь. Поэтому рекомендуется держать устройство только за края.
Во-вторых, поскольку Vivid Unit не имеет встроенного аккумулятора, его нужно питать отдельно через порт USB-C на боковой стороне. Это делает эргономику использования устройства немного усложненной, так как выходит кабель.
UUGear отметил, что они работают над аккумуляторной сборкой на 18650, так что эта проблема может быть решена в будущем.
Наконец, «GPS» в GPSDR связан с тем, что на плате есть GPSDO с встроенной GPS-патч-антенной. При активной работе GPSDO обеспечивает отличную устойчивость частоты, что означает, что сигналы будут соответствовать частоте и не будут дрейфовать.
В помещении, конечно, GPS-пикс получить невозможно. Но используемый в GPSDR модуль GPS uBlox NEO-M8N также имеет запасной TCXO, поэтому даже без GPS-пика точность частоты системы остаётся хорошей. UUGear также отметили, что GPSDO автоматически активируется после достижения GPS-пика, поэтому никаких действий не требуется при выносе устройства на улицу.
Практически дизайн проблемы с GPS-патчем в любом случае не имеет значения. Для большинства сценариев портативной эксплуатации встроенный TCXO будет достаточным. Любой сценарий, требующий экстремальной точности GPSDO, вероятно будет включать монтаж устройства в перевёрнутом виде и удалённое использование.
Экран ясный и яркий, два колеса энкодера не имеют углублений и расположены в хорошем месте, и разъем SMA антенны тоже удобен, хотя штекер USB-C от VU Extender может закрывать разъем SMA антенны, если используется очень толстый штекер (обычные USB-C штекеры подходят). Экран большой и имеет высокое разрешение, что позволяет использовать экранную клавиатуру. Однако набор текста и клики всё еще несколько неудобны, поэтому мы подключили небольшую беспроводную клавиатуру.
Software Setup
Вам нужно подключить систему к сети, чтобы скачать программное обеспечение и обновить системное время. К сожалению, мы столкнулись с проблемой со старым WiFi-модулем, установленным в VU Unit. WiFi-модуль не поддерживает 5 ГГц или WPA3, а наша тестовая сеть WiFi достаточно современная и использует WPA3. Изначально мы просто подключили Ethernet-кабель, чтобы начать работу, но позже UUGear предложила несколько команд в терминале, которые принудительно заставили WPA2-соединение к нашему WiFi, и это заработало.
sudo nmcli connection add type wifi ifname wlan0 con-name mywifi-wpa2 ssid "your_ssid" sudo nmcli connection modify mywifi-wpa2 wifi-sec.key-mgmt wpa-psk sudo nmcli connection modify mywifi-wpa2 wifi-sec.psk "your_password" sudo nmcli connection up mywifi-wpa2
Как только соединение установлено, инструкции по настройке ПО просты — они включают несколько команд для загрузки ПО для расширителя и для gpsdrpp, их форка SDR++. Они также предоставляют однострочную команду для активации ускорения GPU на устройстве, что делает gpsdrpp намного плавнее.
Однако, несмотря на актуальное системное время, мы обнаружили, что сначала нужно выполнить «sudo update-ca-certificates» для обновления сертификатов. Это было необходимо до того, как какие-либо команды apt начнут работать, и это не упоминалось в инструкциях.
Testing
Powering
Изначально мы столкнулись с проблемой, когда иногда GPSDR-установка не обнаруживалась Vivid Unit. Мы в конце концов выяснили, что это связано с тем, что мы использовали неправильную кнопку питания для включения системы. Когда плата VU Extender подключена, пользователь должен использовать кнопку питания на плате VU Extender для подачи питания на систему. Если кнопка питания на Vivid Unit используется, то плата Extender, а значит и VU GPSDR, не будет запитана. Как только мы это выяснили, мы смогли подключаться к VU GPSDR каждый раз успешно.
Вторая проблема возникла с тестированием аккумулятора. UUGear рекомендует питать систему через USB-C-порт VU Extender. Однако при питании от аккумуляторного пакета USB-C-порт Extender не работает.
Подключение к USB-C-порту самого Vivid Unit также оказались нестабильными при работе от аккумулятора. Примечательно, что примерно в 50% случаев запуск gpsdrpp при работе от батареи приводил к неожиданному выключению всей системы. Мы предполагали, что наш аккумулятор 5V, 3A не может обеспечить начальный всплеск тока, который происходит при загрузке gpsdrpp. UUGear подтвердили, что пик тока может превышать 3A иногда. Как упоминалось ранее, UUGear работает над официальным аккумуляторным блоком, который может решить эту проблему.
Всё нормально работало, когда питание подавалось от внешнего USB-C PD-пакета.
gpsdrpp
UUGear создали свою собственную open source-ветку SDR++ под названием gpsdrpp. Ветка добавляет несколько функций, таких как возможность переключать режимы между функциями GPSDR, например стандартный режим SDR, ADS-B Mapper, GPS и генератор сигнала clock-out.
Мы запустили gpsdrpp и сразу смогли принимать и прослушивать вещание FM, как только мы поймали сигнал и установили режим демодуляции в WFM. Чувствительность была хорошей, сопоставимой со стандартным RTL-SDR, а звук через динамик был чистым, хотя звучал немного тинно.
ADS-B
Затем мы переключились в режим ADS-B и сразу начали видеть данные, мигающие в боковой панели. Режим ADS-B также имеет встроенную карту, основанную на OpenStreetMap (для загрузки тайлов требуется подключение к интернету). Так как мы тестировали в помещении, кнопка центрирования GPS не работала, и нам пришлось использовать кнопки зумирования +/- и перетаскивать карту, чтобы найти наше местоположение. Делать это было немного сложно, потому что жеста pinch-to-zoom нет, и каждое нажатие кнопки увеличения перемещало карту.
GPS
Затем мы переключились в режим GPS и вышли на улицу, чтобы проверить, можно ли принять спутники. Через несколько минут, экраном, обращенным к нам, и антенна GPS лицевой стороной вниз, мы приятно удивились, что патч-антенна всё ещё работает в этой конфигурации. Было принято несколько спутников со средней силой сигнала, что было достаточно для получения фикса. При наклоне патч-антенны к небу было принято ещё несколько спутников, и все они имели зелёный уровень сигнала.
Upconverter
Наконец, мы протестировали HF верхний преобразователь. В gpsdrpp программное обеспечение автоматически активирует верхний преобразователь, когда выбрана частота ниже 30 МГц. Сначала мы активировали встроенную настройку «VU GPSDR» в Offset, а затем настроились на 1 МГц, чтобы искать вещательные станции AM. К сожалению, мы не смогли принять такие же станции, какие мог Blog V4. Похоже, что сигналы ниже 2 МГц подвергаются фильтрации, поскольку при использовании генератора сигнала мы смогли принимать примерно с 2 МГц и выше. Однако спектр был поражён сильными пиками LO, о чем мы поговорим ниже в разделе Spectrum Quality.
Encoders
Программное обеспечение gpsdrpp также использует встроенные колеса энкодера, которые по умолчанию настроены на зум и настройку частоты. Нажатием кнопки рядом с каждым энкодером можно изменить функциональность энкодера. Настройка частоты может быть немного медленной при выборе узкой полосы пропускания, так как требуется много оборотов, чтобы пройти по спектру. В будущем, возможно, хотелось бы увидеть ускорение или нелинейную настройку.
Screen Size
SDR++ не оптимизирован для маленьких экранов; однако в форке UUGear добавлены более крупные элементы управления настройками усиления RTL-SDR и демодулятором, которые легко нажимать. Но изменение более продвинутых настроек требует открытия стандартной боковой панели SDR++, где элементы управления очень маленькие. Странно, что опцию High-DPI scaling в этой версии не удалось заставить работать.
Other RTL-SDR Software
Мы также установили и протестировали rtl_tcp и rtl_433, чтобы убедиться, что другие программы могут получить доступ к RTL-SDR на Vivid Unit. У нас не возникло проблем с запуском различного ПО. Отмечаем, что сначала необходимо открыть gpsdrpp, затем закрыть его, прежде чем запускать другое ПО. Причина в том, что открытие gpsdrpp активирует аппаратное обеспечение VU GPSDR, делая его доступным для использования.
Bugs
Мы столкнулись с несколькими багами во время тестирования системы.
Первый баг затрагивал gpsdrpp. После переключения между различными режимами gpsdrpp (Тюнер/GPS/ADS-B и т.д.) мы иногда попадали в состояние, когда полоса настройки и режимы демодуляции исчезали из интерфейса, что делало невозможным прием сигналов. Единственное исправление, которое мы нашли, — удалить данные в ~./config/gpsdrpp.
Второй баг заключался в том, что аппаратное ускорение, которое инструкции заставляют включать при установке GPSDRPP, часто возвращалось к softpipe после перезагрузки (используя CPU вместо GPU). Когда используется softpipe, gpsdrpp работает очень медленно. Исправление состояло в повторном выполнении однострочной команды установки для активации ускорения GPU.
Spectrum Quality
VU GPSDR, похоже, обладает чувствительностью примерно на уровне стандартного RTL-SDR для широкополосных сигналов. Однако мы столкнулись с двумя относительно значимыми проблемами с качеством узкополосных сигналов.
Первая проблема — пики локального генератора 28,8 МГц довольно значительны. У RTL-SDR небольшие пики через каждые 28,8 МГц распространены и вызваны гармоническим утечкой из локального генератора 28,8 МГц. Однако на VU GPSDR эти пики намного больше, чем ожидалось, и они содержат много фазового шума вокруг. Вероятно, это связано с тем, что VU GPSDR использует Si5351 и GPSDO в качестве осциллятора, и мы подозреваем, что уровень сигнала LO и утечка более крупные. Поэтому на VU GPSDR следует ожидать довольно больших пиков каждые 28,8 МГц, что может мешать легитимным сигналам.
Вторая связанная проблема заключается в том, что высокий уровень LO-усиления, вместе с другими факторами, вызывает значительный фазовый шум, заметный на узкополосных сигналах. Этот фазовый шум увеличивает уровень шума вокруг сигнала, снижая SNR самого сигнала и любых близлежащих сигналов в частотном спектре.
UUGear подтвердили данную проблему и активно работают над тем, чтобы определить, можно ли снизить уровень LO-входа в программном обеспечении. Однако может потребоваться изменение аппаратной части.
Conclusion
Мы рады тому, что в пространстве сочетания SDR и вычислений появляются инновации, и Vivid Unit — отличный первый шаг для UUGear. Наличие простого в использовании RTL-SDR с встроенным вычислительным устройством — это изменитель правил игры для тех, кто любит эксперименты с RF в полевых условиях. Существует огромное количество программного обеспечения RTL-SDR, доступного почти для любой задачи, поэтому упрощение запуска различных декодеров в полевых условиях — всегда выигрыш.
Однако мы определённо нашли некоторые проблемы в дизайне и производительности, поэтому надеемся, что UUGear сможет устранить их через обновления программного обеспечения и новую ревизию аппаратного обеспечения.
Также будет интересно увидеть, будут ли работать другие SDR на базе mini-PCIe, такие как LimeSDR XTRX и Sidekiq Mini PCIe, на слоте mini-PCIe расширителей Vivid Extender.
На данный момент для портативных SDR-устройств для RF-экспериментов королём остаётся HackRF H4M Portapack со своим удобным интерфейсом, вращающимся колесом, встроенным аккумулятором и TX-возможностью. Однако H4M Portapack ограничен установленной прошивкой и, следовательно, упускает богатство RTL-SDR-совместимого ПО для Linux.
В будущем, когда он будет в наличии, мы также протестируем расширительную плату uConsole RTL-SDR, которая является ещё одной попыткой добавить RTL-SDR для портативного вычислительного устройства. Сам uConsole, похоже, довольно надёжен, так как основан на Raspberry Pi CM4/CM5 и включает встроенную физическую клавиатуру, трекпойнт мыши и корпус, поэтому будет интересно сравнить его с Vivid Unit.
Disclaimer: Это был бесплатный образец для обзора, предоставленный нам UUGear для честного обзора. У нас нет финансовых или иных интересов в продуктах UUGear или любых других сторонних продуктах, упомянутых в этом посте.
Источник:
