De Basis van SDR: Wat zijn I/Q-signalen en hoe werken ze?
Tijdens de komende presentatie op dinsdag 2 juni bij VERON Afdeling A41 Flevoland is er een interessante lezing over een SDR project. Wie zich bezighoudt met Software Defined Radio (SDR), komt de term al snel tegen: I/Q-signalen. Ze vormen het absolute fundament van moderne digitale radio-ontvangst. Maar wat betekenen die letters ‘I’ en ‘Q’ nu eigenlijk, en waarom kan een computer niet simpelweg met een ‘gewoon’ radiosignaal uit de voeten? duiken we dieper in de SDR-techniek. In dit artikel duiken we alvast in de IQ signalen.
In een traditionele radio-ontvanger filteren en mengen we analoge signalen tot we audio overhouden. Een SDR gooit het over een andere boeg. Die digitaliseert de ether via een Analoog-naar-Digitaal-omzetter (ADC). Om de computer te laten begrijpen welke signalen zich links of rechts van de afstemfrequentie bevinden, is er echter iets speciaals nodig: kwadratuursampling.
In-Phase en Quadrature
De afkorting I/Q staat voor In-Phase (In fase) en Quadrature (Kwadratuur). In wezen splitsen we het binnenkomende radiosignaal in twee identieke paden. Het eerste pad (de I-component) mengen we met het signaal van een lokale oscillator. Het tweede pad (de Q-component) mengen we met exact diezelfde oscillator, maar dan 90 graden in fase verschoven.
Dit proces is te vergelijken met een klok met twee wijzers. Als je alleen weet waar één wijzer staat, kun je de exacte tijd of richting niet bepalen. Door twee signalen te gebruiken die loodrecht op elkaar staan (90 graden verschil), krijgt de software een tweedimensionaal beeld van het radiosignaal. We noemen dit ook wel een complex signaal.
Waarom zijn I/Q-signalen onmisbaar?
Door deze faseverschuiving van 90 graden kan de SDR-software direct de fase en de amplitude van het ontvangen signaal berekenen. Dit biedt gigantische voordelen voor de radiozendamateur:
- Geen spiegelfrequenties: Dankzij de wiskundige relatie tussen I en Q kan de software ongewenste zijbanden of spiegels feilloos wegfilteren.
- Universele demodulatie: Of je nu AM, FM, SSB of complexe digitale modi zoals FT8 wilt ontvangen; de software berekent de modulatie direct uit de I/Q-datastroom. Er zijn geen aparte fysieke detectoren meer nodig.
- Visuele waterval: De volledige bandbreedte die door de I/Q-data wordt bestreken, kan direct als een visueel spectrum of waterval op je scherm worden getoond.
Van Soldeerbout naar Code
Zelfbouwprojecten zoals de bekende Tayloe Detector (gebruikt in de Lima SDR of de mcHF) maken slim gebruik van dit principe door met analoge schakelaars de HF-frequentie in vieren te delen, waardoor er direct vier fasen (0, 90, 180 en 270 graden) ontstaan. Deze stromen worden als de I- en Q-signalen naar de geluidskaart of microcontroller gestuurd.
Wil je live zien en horen hoe deze theorie in de praktijk werkt bij projecten? Kom dan op dinsdag 2 juni vanaf 20:00 uur naar onze verenigingsavond in De Blokhut Bramzijger te Lelystad. Paul PA0PHH neemt ons dan mee in de wondere wereld van SDR-zelfbouw!
Paul PA0PHH
Wikimedia Commons