Banc d'essai : LimeSDR Mini – émetteur-récepteur SDR de poche

14 août 2019, 10:52

Premier essai avec le LimeSDR Mini

Quand vous travaillez sur un projet, il arrive que vous souhaitiez voir le spectre produit par votre propre circuit. D'autres fois, on voudrait s'assurer que le récepteur intégré est en mesure de recevoir un signal donné. On apprécie aussi de disposer d'un bon outil chaque fois que l'on essaye d'analyser des perturbations afin de mieux les supprimer.
C'est pour ce genre de tâches que l'on utilisera volontiers un outil du genre SDR RTL.
Cette solution réputée polyvalente et bon marché fonctionnera, selon le tuner utilisé, entre 24 MHz et 1700 MHz. C'est assez flexible mais trop limité pour l'expérimentation. La bande passante, ou ici le taux d'échantillonnage, est aussi généralement de l'ordre de 2,4 MS/s et couvre donc un spectre maximum de 2,4 MHz.
Outre la relative surdité du SDR RTL que je viens de signaler, il faut préciser qu'il vous limite à la seule réception ; pas d'émission de signaux possible, alors qu'elle serait pourtant souhaitable lors du test de certains projets en cours d'étude.
 
LimeSDR-Mini Box content
LimeSDR Mini sorti de sa boîte
Comparé au SDR RTL, le LimeSDR Mini n'est certainement pas un jouet ! Il opère dans une tout autre classe de radio logicielle. Son prix s'en ressent par rapport à celui du SDR RTL, mais la différence est logique puisque le LimeSDR Mini est aussi un émetteur. Il convient d'ailleurs de se conformer aux règles en vigueur dans le pays où vous l'utilisez. En cas de doute, contactez une radio-amateur près de chez vous qui vous renseignera.

Le matériel

LimeSDR Mini im Gehäuse
LimeSDR Mini in its case
Le LimeSDR Mini se présente sous forme d'une clé USB (3.0) livrée sans boîtier ni accessoires. Il existe aussi une version avec boîtier, dont nous avons aussi pu disposer pour nos tests. Un tel boîtier protège non seulement l'électronique, mais contribue, s'il est bien conçu, à une meilleure dissipation de la chaleur des circuits intégrés. En pratique, il est conseillé d'installer la clé USB dans un boîtier bien ventilé, car le LimeSDR Mini doit être bien refroidi pour éviter la dérive des oscillateurs.
Le cœur de cette radio logicielle est l'émetteur-récepteur LMS7002M, équipé pour le traitement du signal de convertisseurs NA/AN à 12 bits. La puce elle-même devrait couvrir une gamme théorique de fréquences de 100 kHz à 3,8 GHz, limitée en pratique entre 10 MHz et 3,5 GHz, avec une bande passante de 61,44 MHz à 30,72 MHz. En tant qu'émetteur-récepteur, le LimeSDR Mini peut émettre et recevoir des signaux en mode "large bande". La puissance d'émission disponible à la sortie peut atteindre 10 dBm.
 
LimeSDR_Mini_SMA
Les deux connecteurs SMA

Pour connecter vos propres antennes, il y a deux connecteurs SMA  marqués 'RX' et 'TX'. Pour réduire les coûts de production de la carte, la connexion de plusieurs antennes d'émission et de réception n'a pas été implémentée ici contrairement au grand frère, le LimeSDR.
Outre l'émetteur-récepteur et la passerelle USB, il y a au centre un FPGA MAX10, qui régit la communication entre l'émetteur-récepteur et la passerelle USB. Le flux binaire requis pour le FPGA peut être obtenu avec la version gratuite d'Intel Quartus et chargé dans le FPGA avec l'outil approprié.

FPGA MAX10 et passerelle USB FTDI

En vous basant sur les fiches techniques et les schémas, vous pouvez reconfigurer le FPGA afin d'adapter le matériel à vos propres besoins, comme le montre Gaspar Karm. Pour la stabilité de sa fréquence, la qualité du signal que vous produisez est tributaire de la qualité de l'horloge de référence. Sur la carte se trouve un VCTCXO 40 MHz de Rakon avec +/-1 ppm (RTX5032A). Si vous ne souhaitez pas ou ne pouvez pas l'utiliser pour vos applications, connectez votre propre référence. Sur la carte, des connecteurs UL.F appropriés sont fournis pour mesurer la référence interne ou pour appliquer un signal d'horloge différent à partir d'une source externe (dans ce dernier cas, une paire de résistances doit être ôtée). Les données techniques du SDR sont certes importantes, mais le support logiciel l'est aussi.

Pilotes et logiciels

LimeSDR_FPGA_Bridge
FPGA MAX10 & passerelle USB FTDI 
Les pilotes Windows 10 de la passerelle USB3.0 FTDI FT601 sont disponibles automatiquement, mais parfois il faut encore lancer la recherche à la main. Pour Windows 7, il faut probablement télécharger les pilotes chez FTDI. Le "Pothos SDR dev dev enviroment" est un bon paquet pour une première approche, permettant d'installer GNUradio/GRC/OsmoSDR, GQRX et CubicSDR avec les plugins nécessaires pour le LimeSDR Mini. Sous Windows, c'est une boîte à outils bien équipée, y compris la suite LimeSDR Suite pour le diagnostic et la configuration du matériel. La prise en charge de GNUradio rend très polyvalentes la production et la réception de signal. L'émission d'un signal DVB-T, la transmission et la réception de la FM ainsi que de la FM + RDS sont des fonctions données à titre d'exemple. Avec un plugin approprié, SDR# peut également être utilisé avec le LimeSDR Mini.

En examinant le logiciel, vous remarquerez que beaucoup d'outils ont été portés du monde Linux sur Windows. Les outils mentionnés, ainsi que d'autres, sont disponibles pour les distributions Linux courantes et peuvent généralement y être installés directement en utilisant la gestion standard des paquetages.
Ceux-ci ne se limitent pas non plus à l'architecture X86/AMD64, l'utilisation du LimeSDR Mini sur le Raspberry Pi 3B+ est possible, ce qui a déjà fait ses preuves avec l'installation des stations de base GSM .
Et ceux d'entre nous qui sont sur Mac et ne souhaitent pas se passer du MacOS, disposent d'un catalogue de logiciels appropriés, même si dans certains cas il leur faudra compiler le code eux-même.

Test de fonctionnement

Au labo d'Elektor, les conditions de réception radio ne sont pas fameuses, ce que nous avons déjà constaté lors de la mise au point de la piRadio. Cependant, en plus du test de réception, un test de transmission succinct a pu être effectué dans des conditions de laboratoire.

 

Réception radio avec GNU Radio
L'exemple de la DVB-T a été utilisé, avec SDR RTL comme récepteur. Le signal a été obtenu avec succès, et le flux de données a été reproduit sur un autre ordinateur. Il est possible d'émettre un signal pour différents tests, avec, par exemple, GNUradio sous Windows. En plus de la DVB-T, il est possible d'expérimenter d'autres transmissions dans un labo  adéquat. La DAB+ ou la DAB ne sont qu'une possibilité. À condition de disposer des bons outils, même la FM avec RDS 2.0 ou la modulation d'amplitude ou SSB classique sont possibles.
Du fait de la bande passante supérieure à 30 MHz, les possibilités sont nombreuses.
 
DVB-T avec GNU Radio
L'encombrement réduit facilite l'installation du SDR dans un boîtier en tôle, mais présente l'inconvénient d'une très forte densité de composants. Cette promiscuité des composants entre eux gêne le blindage contre les interférences indésirables. Certains compromis ont été inévitables en termes de prix, de taille et de performance. Certains de ces effets secondaires sont discutés dans le forum myriadrf.

Conclusion

Avant de la mettre en service, il est conseillé d'examiner de plus près les particularités de la version miniaturisée. On peut modifier le LimeSDR Mini pour réduire les effets secondaires de la miniaturisation. Toujours est-il qu'au prix de 180 €, le LimeSDR Mini est une base matérielle intéressante qui se démarque par sa large gamme de fréquences et sa bande passante en émission et réception. Pour ceux qui cherchent un moyen de produire des signaux de test dans leur labo en bande large et au-delà de 900 MHz, le LimeSDR donne satisfaction à un prix avantageux.
 
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