Computer & RF Technology

RTL2832Uダイレクトサンプリングのスプリアス

ダイレクトサンプリングで信号を受信しているとたくさんのスプリアスが見えてしまいます。どんなふうにスプリアスが出るのかをまとめておきます。

まずSGから10MHzの信号を入力してみました。

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もちろん10MHzに信号が見えます。

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ところが18.8MHzにも信号が見えています。これはRTL2832Uのサンプリング周波数が28.8MHzであることにより、28.8 - 10 = 18.8MHzに折り返し(エイリアス)の周波数で信号が見えているのです。14.4MHzから28.8MHzの周波数は第2ナイキスト領域と呼びます。10MHzとほぼ同程度の強度で見えています。

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同様に第3ナイキスト領域の38.8MHz(= 28.8 + 10.0)でも見えます。

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折り返しの周波数で見えることは、ナイキスト周波数14.4MHz付近の信号を入力するとよくわかります。例えば14.0MHzの信号を入力してみます。

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そうすると14.4MHzを中心にして、両側の14.0MHz, 14.8MHz (28.8 - 14.0)に信号が見えます。

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以上はナイキスト周波数以下の信号を入力した場合に、上の周波数でも信号として見えてしまうスプリアスです。

今度はナイキスト周波数よりも高い周波数の信号を入力した場合です。67.6MHzを入力してみます。

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そうすると67.6 - 28.8 * 2 = 10.0MHz に信号が見えます。サブナイキストサンプリングによりちゃんと信号が取り込まれているのがわかります。

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さらにもっと上の周波数、例えばアマチュアバンドである145MHzを入力してみます。

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そうすると145.0 - 28.8 * 5 = 1.0MHzに信号が見えます。強度的に下の周波数と遜色無いありません。BPFとプリアンプを付加すれば十分受信できそうです。アマチュアバンド144-146MHzが0-2MHzに見えるはずですが、中波放送やFM放送など他の強い信号がひしめいていますので実用は難しいかもしれません。ちなみにちょっと上の1.2MHzのところに見えているのは85.2MHzのNHK-FMです。(28.8 * 3 - 85.2 = 1.2MHz)

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他にもFM放送は帯域内いたるところに見えます。これは80.4MHzの放送が6MHzに見えている様子です(28.8 * 3 - 80.4 = 6.0MHz)。FM放送はスペクトルが幅広く特徴的なので一目でわかります。

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さて他に見えるスプリアスですが、28.8MHzにサンプリング周波数そのもののスペクトルが見えています。これは信号を入れていなくても常に強く出てきます。

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ダイレクトサンプリングに関係ないスプリアスもあります。RTL2832Uが出力する取り込みレートに関するものです。以下は11.2MHを入力した場合です。

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RTL2832Uのチューニングは10MHzとし、取り込みレートは2.048Mspsに設定しています。

この状態で9.152MHz(= 10.0 - 0.848)に信号が見えます。これは11.2 - 2.048 = 9.152MHzの周波数です。これの特徴は、チューニング周波数10MHzをずらすと強度が大きく変化することです。残念ながらRTL2832Uはサンプリング帯域内で特性がフラットではなく、両端が下がっています。さらに端からいきなりゼロになるわけではなく、帯域内に折り返して漏れてきます。この9.152MHzはその漏れです。バンドの端で強いですが中央付近ではゼロになります。グラフにしたいのですが、容易ではないのでこんな説明でご容赦ください。実際にチューニング周波数をスイープさせるとよくわかります。2.048MHzの帯域幅があるとはいえ、その全域を特性良く使えるわけでは無いことに注意が必要です。

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以上のようにいろいろなスプリアスが見えていることがわかります。目的の信号かどうかは、周波数をずらしてみると判断が付くことが多いです。特にダイレクトサンプリングを活用する際には、RTL2832Uドングルのサンプリング周波数が28.8MHzであることに注意する必要があります。

ダイレクトサンプリングに関して言うと、ADCの帯域幅は十分に広いのでVHFあたりの信号は直接取り込めます。ただし、ドングルの改造という手段では信号線を外部に引き出すため、どうしても飛び込みの信号が入ってしまいます。 中波やFM放送は特に強力ですので、ダイレクトサンプリングでは使える周波数が限られてくるのが欠点です。

実装をきちんとすれば問題にはならないのですが、改造という手段ではいかんともしがたいです。aitendoさんでチップ単体の販売がされているので、やろうとと思えばやれないことはない「はず」ですが、かかる手間を考えると悩ましいです。

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