Cheat Sheet: Software Defined Radio (SDR)📡

🔍 Grundlagen

  • SDR ist ein FunkempfĂ€nger/-sender, bei dem möglichst viele Signalverarbeitungsschritte per Software statt Hardware erfolgen.
  • Typische GerĂ€te: RTL-SDR (500 kHz – 1.7 GHz, nur Empfang), HackRF One (1 MHz – 6 GHz), Airspy, LimeSDR (Vollduplex)

đŸ§ŸTypische Anwendungen

  • Funkempfang: Flugfunk, Amateurfunk, Marinefunk
  • Datenanalyse: ADS-B (Flugzeuge), AIS (Schiffe)
  • Sicherheit: DECT, Pager, POCSAG, TĂŒröffner, Wettersonden
  • Wissenschaft: Spektrumanalyse, Radioastronomie

🔌Komponenten:

  • Antenne: EmpfĂ€ngt/Sendet elektromagnetische Wellen.
  • RF-Frontend: VerstĂ€rkt und mischt das Signal auf eine Zwischenfrequenz oder direkt auf eine digitale Samplingfrequenz.
  • ADC (Analog-Digital-Wandler): Wandelt analoge Signale in digitale.
  • DSP (Digital Signal Processing): Signalverarbeitung in Software (z. B. GNURadio, SDR#).

✅ Sampling / Abtastrate

  • Gibt an, wie oft pro Sekunde das analoge Signal abgetastet wird (Hz).
  • Nyquist-Shannon-Theorem: Um ein Signal korrekt zu digitalisieren, muss die Sampling-Rate mindestens 2× die höchste Frequenzkomponente des Signals betragen:
    f_sampling ≄ 2 × f_max

🚹 Aliasing

  • Tritt auf, wenn ein Signal mit zu geringer Samplingrate abgetastet wird.
  • Höhere Frequenzen «falten» sich in den Basisbereich zurĂŒck → Verzerrungen.
  • Lösung: Anti-Aliasing-Filter vor dem ADC.

đŸŽšïž Bandbreite

  • Der Frequenzbereich, den der SDR gleichzeitig verarbeiten kann (z. B. 2 MHz).
  • Begrenzend fĂŒr die Anzahl paralleler KanĂ€le.

🔧 Digitale Signalverarbeitung

đŸŽ›ïž Filterarten

  • Low-/High- Pass Filter (Tiefpass): LĂ€sst nur tiefe/hohe Frequenzen durch (z. B. zur Entstörung).
  • Bandpass Filter: LĂ€sst nur bestimmte Frequenzbereiche durch (z. B. 88–108 MHz fĂŒr UKW-Radio).
  • Notch Filter (Kerbfilter): UnterdrĂŒckt gezielt einzelne Störfrequenzen.
  • Einsatz vor oder nach dem Sampling möglich (Anti-Aliasing-Filter analog, Softwarefilter digital).

🧼 IQ-Daten (In-Phase & Quadrature)

  • SDRs digitalisieren typischerweise komplexe Signale (IQ-Samples), um Amplitude und Phase zu erfassen.
  • Ermöglicht das Dekodieren von AM, FM, SSB, PSK, QAM etc.

⚙ Demodulation

  • Wandelt modulierte Signale in hörbare/audio-digitale Daten um (z. B. FM → Audio).
  • Typische Methoden:
    • AM (Amplitudenmodulation)
    • FM (Frequenzmodulation)
    • SSB (Einseitenband)
    • QAM / PSK (digitale Modulationen)

📊 FFT (Fast Fourier Transform)

  • Zeigt Frequenzanteile eines Signals.
  • Basis fĂŒr das Wasserfall-Spektrum in SDR-Software.
  • Ermöglicht visuelle Analyse von Frequenzspektren.

🧰 Typische Tools & Software

ToolBeschreibung
SDR#Einfaches Windows-Tool fĂŒr RTL-SDR
GQRXGUI-basierter SDR-EmpfĂ€nger fĂŒr Linux/macOS
CubicSDRPlattformĂŒbergreifend, einfache OberflĂ€che
GNU RadioModulares DSP-Framework fĂŒr SDR (Linux/Win)
URHUniversal Radio Hacker fĂŒr digitale Protokolle

đŸ§Ș Wichtige Begriffe

BegriffBeschreibung
GainVerstÀrkung des Signals (AGC = Automatic Gain Control)
BandwidthBandbreite des Empfangs
AmplitudeMass dafĂŒr, wie stark ein Signal ausschlĂ€gt (höhe der Welle)
FrequenzWie oft sich ein Signal in einer Sekunde wiederholt (Hz).
PhaseZeitliche Verschiebung zur Referenz
LO (Local Oscillator)Interne Mischfrequenz zur Verschiebung auf Zwischenfrequenz (IF)
DecimationReduzieren der Samplingrate durch Filterung & Downsampling
InterpolationErhöhen der Samplingrate durch EinfĂŒgen & GlĂ€tten
Dynamic RangeVerhÀltnis zwischen stÀrkstem und schwÀchstem erfassbarem Signal

📐Praktische Tipps

  • Störungen vermeiden: Laptop-Netzteile, USB 3.0, Monitore erzeugen oft Störungen.
  • Abschirmung & Antennenwahl sind entscheidend fĂŒr SignalqualitĂ€t.
  • Narrowband vs. Wideband: Je schmaler das Band, desto weniger Störungen – aber auch weniger Inhalt.
  • Gute Antennen bringen mehr als hohe VerstĂ€rkung!

Frequenzbereiche

FrequenzbereichTypische Signale / DiensteBemerkung
< 30 kHzSubmarine Communication, Zeitzeichen (DCF77)Langwelle, große Reichweite
30 – 300 kHzNavigationsfunk (NDB), Zeitzeichen (z. B. MSF, DCF77)Langwelle
300 – 500 kHzMaritime Navigation, Wetterdienste (RTTY, CW)Grenzwelle
500 – 1600 kHzAM-RundfunkMittelwelle, schwĂ€chelt heute
1.6 – 3 MHzAmateurfunk 160 m (z. B. 1.8 MHz), SeefunkKurzwelle beginnt
3 – 30 MHzAmateurfunk (80 m, 40 m, 20 m, …), Wetterfax, Flugfunk international, MilitĂ€rWeltweiter Empfang bei guten Bedingungen
30 – 50 MHzBOS-Funk (frĂŒher), Amateurfunk 6 m, PagerTeilweise abgeschaltet, regional
50 – 88 MHzAmateurfunk 4 m, Wettersonden RS41 (z. B. 403 MHz), TV (alt)Regional unterschiedlich
88 – 108 MHzUKW-Radio (FM-Radio)Ideal fĂŒr SDR-Einstieg
108 – 137 MHzFlugfunk (AM), ATIS, Tower, GroundKlarer Empfang möglich
137 – 144 MHzNOAA Wetter-Satelliten (APT/BPSK, 137.1–137.9)Polarumlaufende Satelliten
144 – 146 MHzAmateurfunk 2 m (VHF), APRS, SprachverkehrGut mit kleinen Antennen
150 – 154 MHzWetterstationen, Telemetrie, AlarmeDiverse kleine GerĂ€te
154 – 156 MHzBOS- & Betriebsfunk (frĂŒher analog)Teilweise digitalisiert
156 – 174 MHzSeefunk, Wetterdurchsagen, AIS (162 MHz)Schiffsfunk weltweit
174 – 230 MHzDAB / DAB+ Digitalradio (Band III)Digitalradio in Europa
300 – 400 MHzMilitĂ€rfunk, Wetterballons (RS41: ca. 403 MHz)Spannend fĂŒr SDR-Tracking
400 – 470 MHzPMR-Funk (433 MHz), Garagentoröffner, Sensoren, FernbedienungenISM-Band, sehr SDR-tauglich
470 – 790 MHzDVB-T / T2 (Digitales Fernsehen)Teilweise fĂŒr Mobilfunk umgewidmet
800 – 1000 MHzGSM (Handy), LTE, DECT-TelefoneMobilfunk, nur passiv mit SDR
1.2 – 1.3 GHzAmateurfunk (23 cm), Satelliten (GPS nahe 1.5 GHz)Weniger ĂŒberfĂŒllt
1.6 – 2.4 GHzGPS (1.575 GHz), Iridium, SatellitenSchwaches Signal, aber spannend
2.4 – 2.5 GHzWLAN, Bluetooth, Zigbee, MikrowelleÜberfĂŒllt, aber SDR möglich
5.8 GHzWLAN, Drohnen, ISM-BereichMeist außerhalb gĂŒnstiger SDR-GerĂ€te
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