Những điều có thể làm với radio định nghĩa bằng phần mềm (SDR) (2024)

• Radio định nghĩa bằng phần mềm (SDR) là một dạng radio số trong đó máy tính đảm nhiệm phần lớn việc xử lý tín hiệu
• Với SDR, có thể thực hiện rất nhiều thử nghiệm đa dạng như nghe radio FM, thu thông tin máy bay/tàu thuyền và thời tiết, giải mã tín hiệu Internet vạn vật (cảm biến), v.v.
• Chỉ cần một USB dongle giá rẻ và bộ kit ăng-ten, bạn đã có thể dễ dàng trải nghiệm tiềm năng ứng dụng của SDR
• Bằng cách kết hợp nhiều dải tần, phương thức điều chế và phần mềm mã nguồn mở, người dùng có thể khám phá sâu rộng thế giới tín hiệu tương tự–số
• Quan sát các tín hiệu liên lạc gắn với đời sống thực, bạn có thể trực tiếp trải nghiệm nguyên lý của truyền thông vô tuyến và hiện trạng công nghệ giao tiếp

---

Giới thiệu và kiến thức cơ bản về SDR

• Radio định nghĩa bằng phần mềm (SDR) là công nghệ radio số thực hiện xử lý tín hiệu bằng phần mềm máy tính thay cho phần cứng tương tự
• Nó có thể phát hiện dải tần rộng hơn nhiều so với radio tương tự truyền thống, từ đó mang lại môi trường thử nghiệm phong phú
• Một thiết bị phổ biến là RTL-SDR Blog V4 USB dongle giá khoảng $30; khi mua kèm bộ kit ăng-ten có thể dùng cho nhiều thí nghiệm khác nhau
• Khi dùng SDR, có thể tận dụng nhiều phần mềm như SDR++ để khám phá phổ tần số và giải mã tín hiệu
• Trên Internet cũng có các bản đồ SDR công khai có thể truy cập từ xa, cho phép thử nghiệm mà không cần mua phần cứng riêng

Thiết lập môi trường thực hành SDR

Chuẩn bị phần cứng

• Chủ yếu sử dụng ăng-ten dipole và ăng-ten telescopic để thử nghiệm với nhiều thiết lập tần số khác nhau
• Chiều dài ăng-ten phù hợp cho từng dải tần có thể được ước tính và áp dụng gần đúng bằng công thức “72 ÷ (MHz)”
• Trong một số trường hợp cụ thể như thu vệ tinh hoặc máy bay, cần có cấu hình ăng-ten riêng

Cách dùng phần mềm

• SDR++: cho phép khám phá phổ tần số mượt mà và có giao diện người dùng hiện đại
• Với các phần mềm mã nguồn mở như SDRangel, rtl_433, WSJT-X, fldigi, có thể giải mã/phân tích nhiều loại tín hiệu vô tuyến và tín hiệu số khác nhau

Các ví dụ thí nghiệm SDR đa dạng (các ví dụ chính theo từng ngày)

Thứ Hai

• Radio FM (87.5-108 MHz): thực hiện thử nghiệm nghe nhiều đài phát thanh địa phương nhờ tín hiệu mạnh
• Freenet (149.01-149.11 MHz): trải nghiệm thu tín hiệu liên lạc tầm gần từ kênh mở của Đức có thể sử dụng tự do
• ATIS sân bay (tần số khác nhau, AM): thu bản tin thời tiết tự động để kiểm tra dữ liệu thời tiết thực tế
• ADS-B (1090 MHz): dùng ăng-ten tự chế để thu và phân tích tín hiệu giám sát máy bay, từ đó xác định vị trí máy bay theo thời gian thực
• Phân tích cấu trúc FM stereo: khám phá trực quan định dạng tín hiệu stereo của radio FM (pilot tone, thông tin L+R/L−R)
• RDS & thông tin giao thông: giải mã dữ liệu số (Radio Data System) ở tần số gấp 3 lần pilot tone để lấy thông tin tình trạng đường sá
• Radio nghiệp dư (144-146 MHz, FM): quan sát các ví dụ liên lạc từ xa với repeater, và theo dõi nhiều cuộc trò chuyện khác nhau trong giới vô tuyến nghiệp dư
• Radio số (DAB): thu phát sóng số không nhiễu, kể cả hình ảnh bìa bổ sung
• PMR446 (446.0-446.2 MHz): nghe tín hiệu bộ đàm cá nhân tầm ngắn trong đô thị và xác nhận sự hiện diện của tín hiệu số

Thứ Ba

• Phát hiện cảm biến băng tần 433 MHz: thu nhiều loại tín hiệu trong băng ISM công nghiệp/y tế như cảm biến nhiệt độ-độ ẩm hoặc beacon của giao thông công cộng
• Xác định vị trí tàu bằng AIS: thu thập danh tính/trạng thái của nhiều tàu trong cảng, tạo bản đồ tàu theo thời gian thực
• GSM (876-959 MHz): trực quan hóa sự thay đổi tín hiệu khi gọi điện thoại di động và sự khác biệt theo mức âm lượng

Thứ Tư

• Tín hiệu vệ tinh (137 MHz): thu trực tiếp tín hiệu từ các vệ tinh như NOAA, đồng thời quan sát sự dịch tần do hiệu ứng Doppler
• TETRA (hệ thống bộ đàm số): quan sát cấu trúc phổ của các tín hiệu liên lạc mã hóa từ cảnh sát và cơ quan công cộng
• Bộ đàm taxi và tín hiệu chưa xác định: phát hiện tín hiệu liên lạc ẩn danh/không công khai và suy đoán nguồn gốc của một số tín hiệu
• Theo dõi bóng thám không khí tượng: thu tín hiệu radiosonde khí tượng thực tế, giải mã dữ liệu vị trí và nhiệt độ theo thời gian thực
• Trải nghiệm săn bóng thám không: trong quá trình theo dõi-tìm kiếm thực tế, giao lưu với cộng đồng SDR và tích lũy kiến thức
• Radio gói nghiệp dư (Automatic Packet Reporting System): tự động tạo bản đồ tín hiệu gói và quan sát mạng liên lạc theo thời gian thực

Thứ Năm

• Chế tạo ăng-ten longwire và thử nghiệm tần số thấp: với ăng-ten tạm dài 21.6 m, độ nhạy ở dải tần thấp được cải thiện đáng kể
• Liên lạc CW (mã Morse) quốc tế: trực tiếp giải mã callsign từ nhiều nước châu Âu trong dải 10.1-10.13 MHz
• Phát thanh thời tiết hàng hải (RTTY): giải mã thành công tín hiệu RTTY sóng ngắn và nhận dự báo thời tiết cho các vùng biển chính
• FT8 (liên lạc số): thu theo thời gian thực các tin nhắn ngắn toàn cầu bằng giao thức liên lạc số nghiệp dư hiện đại
• Vấn đề nhiễu điện từ từ bộ sạc laptop: xác định nguyên nhân gây nhiễu khi thu tần số thấp và giải pháp đơn giản (rút phích cắm)
• Radar ionosonde và CODAR: trải nghiệm các tín hiệu từ hệ thống nghiên cứu khoa học như nghiên cứu tầng điện ly và phát hiện tín hiệu radar ven biển
• Liên lạc thoại SSB (đơn biên): trực tiếp thu tín hiệu liên lạc nghiệp dư đường dài ở tần số thấp và trải nghiệm phương thức điều chế
• Phát thanh AM sóng ngắn ban đêm: vào buổi tối có thể thu phát thanh xuyên lục địa, bao gồm nhiều tín hiệu như phát thanh từ Trung Quốc ở khoảng cách xa

Thứ Sáu

• CB radio (26.965-27.405 MHz): trải nghiệm liên lạc vô tuyến băng dân dụng quốc tế của tài xế xe tải, v.v. và vượt qua môi trường nhiều nhiễu
• International Beacon Project: dùng tín hiệu beacon sóng ngắn để chẩn đoán tình trạng lan truyền sóng vô tuyến hiện tại
• Tín hiệu thời gian (RWM, 9996 kHz): thu tín hiệu định kỳ từ Nga để khám phá khả năng hiệu chỉnh đồng hồ đơn giản
• Fax thời tiết (WEFAX): dùng fldigi để giải mã theo thời gian thực hình ảnh bản đồ thời tiết được phát đi, thu được bản đồ thời tiết thực tế
• Ảnh vệ tinh (137 MHz): giải mã thành công ảnh Trái Đất hồng ngoại theo thời gian thực do vệ tinh NOAA truyền xuống
• Quan sát hiệu ứng Doppler: thử nghiệm đặc tính dịch tần qua tín hiệu vệ tinh và tính toán vận tốc tương đối thực tế
• Number station (dải 5-30 MHz): nghe các phát sóng mật mã dùng cho gián điệp của Nga, trải nghiệm một kênh liên lạc bí mật nổi tiếng

Thứ Bảy

• SSTV nghiệp dư (slow-scan TV): khôi phục theo thời gian thực các hình ảnh (bưu thiếp) truyền qua sóng vô tuyến, trải nghiệm liên lạc hình ảnh giữa phát thanh và radio nghiệp dư
• The Buzzer (4625 kHz): thu tín hiệu bí ẩn, phát hiện hiện tượng chiếm dụng tần số bằng tín hiệu lặp lại vài giây một lần
• LoRaWAN (868 MHz): trực quan hóa đặc tính lan truyền và cấu trúc tín hiệu của giao thức liên lạc diện rộng công suất thấp cho Internet vạn vật
• Đồng hồ tiện ích (Wireless M-Bus): giải mã tín hiệu công tơ không dây khắp thành phố, kiểm tra nhiệt độ phòng/bộ tản nhiệt theo thời gian thực
• Quan sát phổ kênh TV DVB-T/T2: chỉ xác nhận cấu trúc phổ của tín hiệu TV truyền thống (không thể khôi phục hình ảnh)
• Tín hiệu beacon IBIS của ô tô/xe buýt: phát hiện theo thời gian thực và kiểm tra dữ liệu của nhiều loại tín hiệu như giao thông công cộng hoặc áp suất lốp xe
• Biến dạng tín hiệu do pin yếu/thay đổi nhiệt độ: suy đoán nguyên nhân gây ra các hiện tượng bất thường trong tín hiệu của nhiều thiết bị
• Beacon Morse vệ tinh (145.860/145.960 MHz): thu beacon mã Morse của vệ tinh cỡ nhỏ, trực tiếp giải mã tên vệ tinh và callsign
• Pager (định dạng POCSAG): thu tín hiệu mã hóa không được công khai theo quy định tại Đức, nội dung rất ngắn gọn

Chủ Nhật

• Phát hiện tín hiệu NFC (13.56 MHz): phát hiện trạng thái ON/OFF của bộ thu phát NFC trên smartphone, quan sát tín hiệu mạnh đặc trưng khi mở khóa
• Liên lạc vô tuyến bằng smartphone và sách: thử nghiệm liên lạc Morse mini bằng NFC và sách, thực hành trực quan hóa tín hiệu theo thời gian thực
• Beacon dẫn đường hàng không (108.00-117.95 MHz): giải mã tín hiệu đo góc từ trạm mặt đất sân bay, thử nghiệm ước lượng vị trí bằng tính toán góc thực tế
• Thử thực hành công cụ xử lý tín hiệu như GNU Radio: trải nghiệm áp dụng thực tế bộ công cụ mã nguồn mở để phân rã/phân tích tín hiệu (rào cản gia nhập thấp nhưng cần năng lực cao)

Kết luận và mẹo

• Thử nghiệm SDR là nền tảng tối ưu để thu thập vô số tín hiệu vô tuyến và dữ liệu thế giới thực, đồng thời học công cụ và thuật toán
• Chỉ với thiết bị giá rẻ và phần mềm công khai, bạn có thể trực tiếp khám phá môi trường sóng vô tuyến, công nghệ truyền thông và dòng dữ liệu trên toàn thế giới
• Thông qua nhiều trải nghiệm khác nhau, có thể tích lũy cảm quan thực tiễn về truyền thông vô tuyến, xử lý tín hiệu, điều chế số và nhiều tiêu chuẩn khác nhau
• Dù có nhiều thử-sai, việc lặp lại thí nghiệm và giao lưu cộng đồng sẽ giúp tiếp tục mở rộng kiến thức mới
• Bạn có thể phát huy sự tò mò và sáng tạo của mình để tự khám phá các tín hiệu vô tuyến mới và những khả năng ứng dụng mới