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2026-02-10T09:55:49Z

RTLSDR: form

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Unter '''Software Defined Radio''' ('''SDR''') fasst man Konzepte für [[Hochfrequenz]]-[[Sendeanlage|Sender]] und -[[Empfangsgerät|Empfänger]] zusammen, bei denen kleinere oder größere Anteile der [[Signalverarbeitung]] mit [[Software]] verwirklicht werden. Die Analogkomponente von SDR-Geräten kann ein [[Geradeausempfänger]] oder ein [[Überlagerungsempfänger]] (Superhet) sein. Vor allem Selektion und Modulation/Demodulation werden bei einem SDR mittels [[Digitale Signalverarbeitung|digitaler Signalverarbeitung]] (DSP) erreicht.

[[Datei:SDR HackRF one PCB.jpg|mini|Experimentierplattform eines Software Defined Radio, verwendbar als Sender und Empfänger von 1 MHz bis 6 GHz]]
[[Datei:AN-PRC-117G FALCON III manpack radio - National Cryptologic Museum - DSC07959.JPG|mini|Das [[AN/PRC-117]] ist ein ''Software Defined Radio'' ([[Funkgerät]]) des amerikanischen Herstellers [[Harris Corporation|Harris]]. Es ist besonders beim US‑Militär weit verbreitet. Durch seine Eigenschaft als SDR sind verschiedene [[Verschlüsselung|kryptografische Verfahren]] möglich.]]

== Allgemeines ==
[[Datei:FUNcube Dongle Pro.jpg|mini|SDR-Empfänger mit Antennenbuchse in Form eines [[USB-Stick]]s]]
Ein SDR-System führt einen Großteil der Signalverarbeitung mit einem [[Universalrechner]], bei Bedarf kombiniert mit dedizierter Hardware wie [[Signalprozessor (Hardware)|Signalprozessoren]] und/oder [[Field Programmable Gate Array|FPGAs]], aus. Empfängerbandbreiten von üblicherweise wenigen MHz lassen sich mit Universalrechnern wie PCs verwirklichen. Moderne SDR-Systeme können, selbst mit Bandbreiten von aktuell bis zu 245 MHz, noch mit handelsüblichen Laptops und PCs betrieben werden. Noch größere Bandbreiten und komplexere Verarbeitungsalgorithmen erfordern spezielle Prozessoren wie Signalprozessoren oder FPGAs. Wesentliche Eigenschaft ist, dass sich die unterschiedlichen Parameter des Funksystems wie die Modulation, unterschiedliche Bandbreiten, zeitliches Verhalten und unterschiedliche Kanalkodierungsverfahren durch alleinige Änderung der Software implementieren lassen.

SDR findet unter anderem im Bereich des [[Amateurfunkdienst|Amateurfunks]], des Militärs und im Mobilfunk Anwendung, aber auch zunehmend in zivilen Anwendungsbereichen wie in digitalen Rundfunkempfängern. Hier ist die Flexibilität und Implementierung unterschiedlicher Protokollwechsel in Echtzeit von besonderem Nutzen. Ein gutes und anschauliches Beispiel ist die Realisierung der Basisstationen zellularer Netze als SDR. Diese könnten somit innerhalb kürzester Zeit kostengünstig auf neue Standards aufgerüstet werden.

Die Hardware eines SDR besteht, wie in nebenstehender Abbildung zweier unterschiedlicher Typen von SDR, zumindest aus einem Sender- und Empfängermodul, sowie jeweils einem [[Analog-Digital-Umsetzer|A/D-]] und [[Digital-Analog-Umsetzer|D/A]]-Umsetzer und der dazwischenliegenden, softwarebasierten digitalen Signalverarbeitung. Die Signalverarbeitung ist dabei üblicherweise [[Komplexe Zahl|komplex]], im Sinne dass ein Signalpfad aus einem Paar von zwei parallel geführten [[Reelle Zahl|reellen Zahlenfolgen]] besteht, welche auch als [[I&Q-Verfahren|I/Q-Signal]] bezeichnet wird.

== Funktionsweise ==
[[Datei:SDR et WF.svg|mini|hochkant=2|Blockschaltbilder zweier SDR-Realisierungen]]
=== Ideal ===
Der einfachste und ideale SDR-Empfänger würde aus einem [[Analog-Digital-Umsetzer]] mit Antenne bestehen. Die ausgelesenen Daten würden dann direkt nach der Analog-Digital-Wandlung von einem digitalen Rechner verarbeitet.

Der ideale Sender sähe ähnlich aus: Ein Rechner erzeugt einen digitalen [[Datenstrom]] über einen [[Digital-Analog-Umsetzer]] und eine nachfolgende Antenne versendet diesen.

=== Funktionsprinzipien von SDRs ===
Heutige SDRs arbeiten nach einem von drei Funktionsprinzipien:

==== Direkte Digitalisierung des Eingangssignals ====
Nach einer möglichst sparsamen analogen Verarbeitung durch Filter und Vorverstärker oder Dämpfungsglieder wird das Eingangssignal direkt digitalisiert.

Nach dem [[Nyquist-Theorem]] muss das Eingangssignal zum Digitalisieren mit mindestens der doppelten maximalen Nutzfrequenz abgetastet werden, um das Signal rekonstruieren zu können. Mittlerweile gibt es A/D-Umsetzer mit Abtastfrequenzen bis zu 3,6 GSPS (Giga-Samples Per Second) bei 12 bit-Auflösung. Damit sind Empfangsbereiche bis zu 1500 MHz möglich.<ref>[https://www.ti.com/ww/en/analog/dataconverters/gigadc/index.shtml ''Ultra-High Speed ADCs Revolutionize Radio Architectures''.] Texas Instruments; abgerufen am 6. Mai 2013</ref>

==== Digitalisierung auf Zwischenfrequenzebene ====
Die ersten Stufen eines solchen Empfängers unterscheiden sich wenig von einem herkömmlichen [[Überlagerungsempfänger]]. Die analogen Filter werden dabei für die größte benutzte Nutzsignal-Bandbreite ausgelegt. Das reduziert nicht nur die Anforderungen an die Großsignalfestigkeit der weiteren Verarbeitung, es ermöglicht auch ein drastisches Verringern der Abtastfrequenz: Bei einer Zwischenfrequenz-Bandbreite von z. B. 10 kHz reicht eine Abtastfrequenz von gut 20 kHz ([[Unterabtastung]]).

Dieses Konzept ist mittlerweile weit verbreitet, weil ein hinreichend leistungsfähiger digitaler Signalprozessor (DSP) bedeutend billiger ist als diverse [[Quarzfilter]] mit den geforderten Bandbreiten. Zudem kann der DSP auch weitere Funktionen wie Verstärkungsregelung und Demodulation übernehmen – mit bedeutend besseren Eigenschaften und mehr Möglichkeiten als herkömmliche Analogtechnik.

==== Direktmischer nach dem I/Q-Verfahren ====
[[Direktmischempfänger]] ist ein Empfängerkonzept, bei dem das Eingangssignal mit einem Oszillatorsignal der gleichen Trägerfrequenz direkt gemischt und so demoduliert wird. So arbeitete schon ein [[Audion]] in den 1920er Jahren, wenn man Morsesignale empfangen wollte.

Das Problem herkömmlicher Direktmischer ist die fehlende Spiegelfrequenzunterdrückung, d. h. ein Sinussignal 1 kHz unter der Oszillatorfrequenz liefert genau das gleiche Ausgangssignal wie ein Sinussignal 1 kHz über der Oszillatorfrequenz. Dieses Problem löst ein SDR durch [[Komplexe Zahl|komplexe]] Signalverarbeitung, d. h. durch Rechnen mit Real- und Imaginärteil, welches auch als [[I&Q-Verfahren|I/Q-Signal]] bezeichnet wird. Das ''I'' steht dabei für ''In phase'' und den Realteil. ''Q'' steht für ''Quadrature'' und für den Imaginärteil des Signals.

Dazu nutzt man im Eingangsteil des Direktmischer-Empfängers zwei parallele Mischstufen, deren Oszillatorsignale um 90° phasenverschoben sind. Solche Oszillatorsignale sind mit Digitaltechnik sehr einfach zu erzeugen. Die Ausgangssignale der beiden Mischer werden parallel digitalisiert und dann digital verarbeitet, wobei die [[Hilbert-Transformation]] eine zentrale Rolle spielt.

Im Endeffekt bewirkt die Hilberttransformation eine frequenzabhängige Verzögerung ohne Beeinflussung der Signalamplitude, so dass das Signal um 90° in der Phase gedreht wird. Ein 1-kHz-Signal wird also um 250 µs verzögert, ein 10-kHz-Signal um 25 µs. Am Ende stehen zwei Direktüberlagerungssignale mit 0° Phasenverschiebung und mit 90° Phasenverschiebung zur Verfügung. Durch Addieren bzw. Subtrahieren der beiden Signale kann man zwischen den beiden Seitenbändern umschalten.

=== Praktisch eingesetzte SDR-Konzepte ===
Vor allem das Direktmischer-Konzept ist sehr weit verbreitet, weil es mit dem geringsten Elektronikaufwand auskommt. Praktisch jedes Handy ist ein Transceiver nach dem SDR-Direktmischerkonzept. Auch viele andere Funkanwendungen arbeiten so, z. B. mit dem Baustein CC1100 von [[Texas Instruments]],<ref>[https://www.ti.com/product/cc1100 ti.com]</ref> der sendeseitig konventionell arbeitet, aber empfangsseitig als SDR.

Viele billige Kurzwellenradios aus aktueller chinesischer Produktion verweisen auf ihre digitale Signalverarbeitung.

Auch die aufwändigeren Konzepte wie die Digitalisierung auf Zwischenfrequenzebene oder die direkte Abtastung des Eingangssignals funktionieren nach dem I/Q-Konzept. Nur verzichtet man dort auf möglichst viel der analogen Signalverarbeitung, um die höhere Genauigkeit der digitalen Verarbeitung nutzen zu können.

== Vor- und Nachteile ==
Der große Vorteil von Software Defined Radios besteht in der Flexibilität und den niedrigen Kosten bei der Erweiterung auf neue oder geänderte Übertragungsstandards durch Software-[[Upgrade]]s.

In der Produktion kann jedoch der Bau von speziell auf das Übertragungsverfahren zugeschnittenen Sendern und Empfängern signifikant kostengünstiger sein, so dass hier wirtschaftlich zwischen den Produktionskosten und den Kosten für künftige Erweiterungen und Neuentwicklungen abgewogen werden muss.

Ein Nachteil in der Anwendung bestand in der Anfangszeit in der benötigten [[Rechenleistung]] der eingesetzten [[Digitaler Signalprozessor|Signalprozessoren]] und der damit verbundenen hohen Leistungsaufnahme.

== Anwendungsbereiche ==
* Mobilfunk: [[Mobiltelefone]] (seit Mitte der 1990er Jahre) wie [[Smartphone]]s und [[Basisstation]]en
* Rundfunkempfangsgeräte wie beispielsweise [[Smart-TV]]
* Datenfunknetze wie beispielsweise [[WLAN]]-Module
* Militärische Kommunikationstechnik
* Amateurfunk
* Messtechnik
* Forschung

=== SDR in der militärischen Kommunikation ===
SDR-Technik bildet die Grundlage für viele ab den 2010er Jahren entwickelten militärische Funkgeräte. Für ihr Konzept der „Vernetzten Operationsführung“ („NetOpFü“) will die Bundeswehr ein „streitkräftegemeinsamen, führungsebenenübergreifenden und interoperablen Kommunikations- und Informationsverbund“ schaffen. Airbus Defence and Space, [[Hagenuk|Hagenuk Marinekommunikation]], Rohde & Schwarz, Rohde & Schwarz SIT, Thales Electronic Systems und [[Telefunken Racom]] entwickeln Geräte für das System.

Das [[Heer (Bundeswehr)|Heer]] beschafft seit 2017 SDR-Funkgeräte aus der SOVERON Familie von Rohde & Schwarz<ref>{{Internetquelle |url=https://www.bundeswehr-journal.de/2019/software-defined-radios-soveron-von-rohde-schwarz/ |titel=Software Defined Radios „Soveron“ von Rohde & Schwarz -... |werk=bundeswehr-journal |datum=2019-07-23 |abruf=2021-02-23 |sprache=en}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.hardthoehenkurier.de/index.php/news/9-news/2055-deutsches-heer-setzt-auf-rohde-schwarz |titel=Deutsches Heer setzt auf Rohde & Schwarz |werk=Hardthöhen-Kurier |datum=2019-07-22 |abruf=2021-02-23 |sprache=de}}</ref> und seit 2019 SDR-Funkgeräte aus der E-LynX Familie von Elbit (E-LynX PNR 1000).<ref name=":0">{{Internetquelle |url=https://www.bundeswehr-journal.de/2019/software-defined-radios-soveron-von-rohde-schwarz/ |titel=Software Defined Radios "Soveron" von Rohde & Schwarz |werk=bundeswehr-journal |datum=2019-06-23 |abruf=2020-11-26 |sprache=de}}</ref>

=== SDR im Amateurfunk ===
In den vergangenen Jahren hat sich eine Reihe verschiedener Implementierung von Software Defined Radios etabliert. Neben kommerziellen Anwendungen (wie beispielsweise DVB-T-Sticks) finden sich auch Varianten im Amateurfunkbereich. Daneben existiert PC-basierende Software wie beispielsweise [[GNU Radio]], welche zur Implementierung eines ''Software Defined Radio'' verwendet werden kann.

==== WebSDR und im Internet zugängliche SDR-Empfänger ====
Seit etwa 2005 gibt es auch SDR-Empfänger, wie den WebSDR,<ref>[http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/ freizugänglicher WebSDR] der [[Universität Twente]], betreut und kontinuierlich weiterentwickelt von Pieter-Tjerk de Boer.</ref> die im [[Internet]] frei zugänglich sind. Auch eine SDR-Variante für [[Apple iOS|iOS]] wurde veröffentlicht. Weitere SDR-Empfänger in einer Vielzahl von Ländern, die auch den [[Amateurfunkdienst|Amateurfunk]] empfangen, können ebenfalls über das Internet genutzt werden.<ref>[http://websdr.org/ websdr.org], Liste von frei zugänglichen WebSDR.</ref><ref>[http://kiwisdr.com/public/ rx.kiwisdr.com], Liste von frei zugänglichen KiwiSDR-Empfängern</ref>

==== HPSDR ====
[[Datei:SB-104hpsdr.JPG|mini|Amateurfunkgerät mit HPSDR-Baugruppen]]
[[Datei:Penny Mercury.jpg|mini|Empfänger mit Spektrum im [[160-m-Band]]]]

HPSDR (''High Performance Software Defined Radio'') ist eine Plattform für [[Funkamateur]]e zur Entwicklung [[Modularität|modularer]] [[Baugruppe#Elektronische Baugruppe|elektronischer Baugruppen]] in SDR-Technologie.

Das Projekt besteht seit 2005. Es wird [[Open-Source-Software]] und [[freie Hardware]] verwendet, die Baugruppen werden von der [[TAPR|Tucson Amateur Packet Radio Corporation]] vertrieben. Im Rahmen von HPSDR werden sowohl Empfänger als auch [[Transceiver|Sendeempfänger]] entwickelt und dokumentiert.

HPSDR hat sich zur führenden Plattform für nichtkommerzielle SDR-Entwicklungen entwickelt. Von der Website des Projekts können Schaltpläne, Baubeschreibungen, Firmware, Quellcode und Handbücher heruntergeladen werden, zudem gibt es ein Wiki, eine Diskussionsgruppe (E-Mail-Reflector) und eine [[Teamspeak]]-Funktionalität.

=== RTLSDR ===
Das RTLSDR-Projekt<ref>[https://rtlsdr.org/ RTLSDR.org Wiki]</ref> verwendet normale [[Digital Audio Broadcasting|DAB]]- und [[DVB-T-Stick]]s, die auf dem verbreiteten<ref>[https://linuxtv.org/wiki/index.php/DVB-T_USB_Devices Liste von DVB-T-Sticks mit den jeweils verwendeten Chipsätzen und Tunern] im Wiki von [[Video4Linux]]</ref> RTL2832U-Chipsatz von [[Realtek]] basieren. Dazu muss ein alternativer Treiber installiert werden, der eine Schnittstelle für eine Reihe von Programmen bereitstellt, z. B. die Dekodierung von [[Automatic Dependent Surveillance|ADS-B]] zur Lokalisierung von [[Transponder#Flugfunktransponder|Flugfunktranspondern]].<ref>{{Internetquelle |autor=David Taylor |titel=ADS-B using dump1090 for the Raspberry Pi |url=http://www.satsignal.eu/raspberry-pi/dump1090.html |zugriff=2014-09-23 |sprache=en}}</ref> Als Software kommt beispielsweise SDR#<ref>[http://sdrsharp.com/ SDR#]</ref> zum Einsatz, es gibt aber auch eine SDR-basierte Implementierung von [[Digital Audio Broadcasting|DAB]]. Der mit RTLSDR empfangbare Frequenzbereich unterscheidet sich stark je nach verbautem Tuner und liegt zwischen 700 kHz und 1,7 GHz<ref>{{Internetquelle |url=http://www.oe7.oevsv.at/referate/digital/sdr/RTL2832U/ | archiv-url= https://web.archive.org/web/20170714002252/http://www.oe7.oevsv.at/referate/digital/sdr/RTL2832U/|abruf=2017-07-14 |titel=SDR# mit DVB-T USB Dongle |werk=oe7.oevsv.at}}</ref>
{| class="wikitable"
! Tuner
! Frequenzbereich
|-
|Elonics E4000
|64–1700 MHz
|-
|Rafael Micro R820T
|42–1850 MHz
|-
|Rafael Micro R820T2
|0,7–1864 MHz
|}

=== PC-Soundkarte ===
Eine PC-[[Soundkarte]] kann mit Hilfe einer geeigneten Software, zum Beispiel SpecLab, als SDR für den Längstwellenbereich verwendet werden, wobei die maximale Empfangsfrequenz die Hälfte der maximalen Samplingfrequenz beträgt (siehe [[Nyquist-Shannon-Abtasttheorem]]). Mit Hilfe einer Soundkarte, die 192 kHz samplen kann, ist es sogar möglich, die PC-Uhr exakt nach dem [[Zeitzeichensender]] [[DCF77]] zu stellen.<ref>[http://www.amateurfunkbasteln.de/dcf77dekodieren/ amateurfunkbasteln.de]</ref>

== Literatur ==
* Bodo J. Krink: ''SDR – Software Defined Radio für den Funkamateur: So funktioniert die neue Technik.'' Verlag für Technik und Handwerk, Baden-Baden 2009. ISBN 978-3-88180-848-4
* [[Ulrich L. Rohde]]: ''Digital HF radio: A sampling of techniques.'' Ham Radio, April 1985, S. 18–42.
* {{Literatur
|Autor=Jouko Vankka
|Titel=Digital Synthesizers and Transmitters for Software Radio
|Auflage=1.
|Verlag=Springer
|Datum=2005
|ISBN=1-4020-3194-7}}
* {{BibISBN|9783662532331}}

== Weblinks ==
{{Commonscat|Software-defined radio}}
* [https://www.wirelessinnovation.org/ Website des SDR-Herstellerkonsortiums]
* [https://cre.fm/cre087-software-defined-radio Software Defined Radio] beim [[CRE (Podcast)|CRE]]-Podcast
* [https://openhpsdr.org/ Offizielle Website HPSDR]
* [http://websdr.org/ Website WebSDR.org]
* {{Internetquelle
|autor=[[DL2YMR]]
|url=https://www.youtube.com/watch?v=yy_tZB-uSWU
|titel=122 Mio Abtastungen pro Sekunde – SDR im Amateurfunk erklärt
|titelerg=FlexRadio 8400
|werk=[[YouTube]]-Video
|datum=2025-09-11
|sprache=de
|abruf=2025-09-12
|abruf-verborgen=1
|kommentar=8′09″}}
* {{Internetquelle
|autor=DL2YMR
|url=https://www.youtube.com/watch?v=IS51qi9yHDs
|titel=Was ist Amateurfunk? Weltweite Verbindungen – ganz ohne Internet. Anleitung für WebSDR.
|werk=YouTube-Video
|datum=2025-11-08
|sprache=de
|abruf=2025-11-13
|abruf-verborgen=1
|kommentar=12′16″}}


== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Funktechnik]]
[[Kategorie:Digitale Signalverarbeitung]]
[[Kategorie:Emulator]]

Software Defined Radio - Versionsgeschichte

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