Inhaltsverzeichnis

SDR mit dem ADALM-Pluto …………………………………………………….. 2

    Vorwort …………………………………………………………………………… 10
    Motivation – Warum SDR? Warum Pluto? …………………………… 11

Kapitel 1 – Einführung in SDR und die AD936x-Familie ………….. 12

Kapitel 2 – Der ADALM-Pluto im Detail ………………………………. 15

2.1 Überblick über den Aufbau ……………………………………………… 15
2.2 Der RF-Pfad (AD9363) im Detail …………………………………….. 16
2.3 Wichtige Komponenten auf der Pluto-Platine …………………… 18
2.4 AD9363 vs. AD9361 vs. AD9364 – klare Gegenüberstellung .. 19
2.5 Erweiterung: Pluto in den AD9361-Modus bringen ……………. 19
2.6 SDR-Alternativen zum ADALM-Pluto ……………………………… 20
2.7 Vergleichstabelle aller relevanten SDRs …………………………… 22
2.7.1 Alternative Development Boards ……………………………….. 23

Kapitel 3 – Signalpfade, I/Q-Signale und DSP-Grundlagen ……… 24

3.1 Der Empfangspfad (RX-Chain) im AD9363 ……………………… 24
3.2 Was sind I/Q-Signale? …………………………………………………… 25
3.3 Abtastrate, Nyquist und Aliasing …………………………………….. 26
3.4 Die digitale Filterkette im AD9363 ………………………………….. 27
3.5 AGC – automatische Verstärkungsregelung ……………………… 28
3.6 Messungen am Pluto – wie sehen Signale aus? …………………. 29
3.7 Typische Fehlerquellen ………………………………………………….. 34

Kapitel 4 – Installation & Werkzeuge für den ADALM-Pluto ……. 35

4.1 Pluto-Firmware, Treiber und USB-Ethernet …………………….. 35
4.2 libiio & pyadi-iio – das Herz der Kommunikation …………….. 36
4.3 Installation unter Linux (Ubuntu 24.04) …………………………. 36
4.4 Einrichtung unter macOS ………………………………………………. 37
4.5 GNU Radio Installation …………………………………………………. 37
4.6 MATLAB/Simulink & Octave …………………………………………. 39
4.7 Satsagen-Setup ……………………………………………………………. 39
4.8 Geräte-Troubleshooting ………………………………………………… 40

Kapitel 5 – Digitale Signalverarbeitung vertieft ………………………. 42

5.1 Basisbandsignale und die komplexe Darstellung ……………….. 42
5.2 FFT, Fensterung und Spektralanalyse ……………………………… 43
5.3 FIR-Design, Decimation und Bandbreite …………………………. 44
5.4 IQ-Unbalance und DC-Offset …………………………………………. 45
5.5 Timing-Recovery und Carrier-Recovery …………………………… 46
5.6 Rauschquellen und SNR ………………………………………………… 47
5.7 Zusammenfassung – wichtige DSP-Grundlagen ………………. 48

Kapitel 6 – Messaufbau und Laborpraxis ……………………………….. 49

6.1 Verkabelung – die Basis jeder guten Messung …………………… 49
6.2 Pegel, Dämpfung und sichere TX-Messungen …………………… 50
6.3 Nützliche HF-Komponenten für Pluto-Messungen …………….. 51
6.4 Erste echte Messung – das Eigenrauschen des Pluto …………. 52
6.5 Pluto als einfacher Signalgenerator …………………………………. 54
6.6 Pluto im Loopback-Modus – ideal für DSP-Tests ……………… 55
6.7 Satsagen – Pluto als Spektrumanalysator ………………………… 56
6.8 Typische Fehlerquellen im Laborbetrieb ………………………….. 56

Kapitel 7 – Erste Schritte mit dem Pluto ………………………………… 58

7.1 Verbindung herstellen ……………………………………………………. 58
7.2 Erste Verbindung mit Python (pyadi-iio) …………………………. 59
7.3 Erste Samples empfangen (RX) ………………………………………. 59
7.4 Das erste Spektrum anzeigen (FFT) ………………………………… 60
7.5 Samples aufzeichnen und speichern …………………………………. 61
7.7 Empfangen und gleichzeitiges Anzeigen in Echtzeit …………… 62
7.8 Typische Anfängerfehler – und wie man sie vermeidet ………. 64

Kapitel 8 – Modulationsarten ………………………………………………. 66

8.1 Amplitudenmodulation (AM) …………………………………………. 66
8.2 Frequenzmodulation (FM) …………………………………………….. 67
8.3 Einseitenband (SSB) ……………………………………………………… 69
8.4 Digitale Modulationen: ASK, FSK, PSK, QAM ………………….. 70
8.4.1 Amplitude Shift Keying (ASK) …………………………………… 70
8.4.2 Frequency Shift Keying (FSK) …………………………………… 70
8.4.3 Phase Shift Keying (PSK) ………………………………………….. 71
8.4.4 Quadraturamplitudenmodulation (QAM) ………………….. 72
8.5 OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing ……… 74
8.6 LoRa – Chirp Spread Spectrum ………………………………………. 75
8.7 Praktische Modulationsanalyse mit dem Pluto …………………. 76
8.8 Typische Modulationsfehler …………………………………………… 76

Kapitel 9 – Satellitenempfang mit dem Pluto …………………………. 78

9.1 Satellitenarten, die sich mit dem Pluto empfangen lassen ….. 78
9.2 Die wichtigste Grundlage: Dopplereffekt …………………………. 81
9.3 NOAA APT (137 MHz) – klassische Wetterbilder ……………… 82
9.4 METEOR-M2 LRPT (137,1 / 137,9 MHz) ………………………… 83
9.5 HRPT (1,7 GHz) – hochauflösende Wetterbilder ……………… 83
9.6 ISS-Signale (ARISS & ICARUS) ………………………………………. 83
9.7 ICARUS-Experiment (401–403 MHz) ……………………………… 84
9.8 Empfang kompletter Satellitenpässe ……………………………….. 85
9.9 Antennen für den Satellitenempfang ………………………………. 85
9.10 Praktische Python-Beispiele ………………………………………… 86
9.11 Typische Fehler beim Satellitenempfang ………………………… 86

Kapitel 10 – Amateurfunk mit SDR ……………………………………….. 88

10.1 FM, SSB und CW – klassische Betriebsarten ………………….. 88
10.2 APRS (1200 Baud AX.25 über 145,825 MHz) ………………….. 89
10.3 ADS-B (1090 MHz Flugverkehr) …………………………………….. 91
10.4 LoRa-Experimente im Amateurfunk ……………………………… 92
10.5 Betrieb mit Endstufen, Filtern & Sicherheit ……………………. 92
10.6 QO-100 (Es’hail-2) ……………………………………………………….. 93
10.7 Typische Amateurfunkprojekte mit dem Pluto ………………… 94

Kapitel 11 – Praktische Projekte mit dem ADALM-Pluto ………….. 95

11.1 Pluto als Spektrumanalysator ………………………………………… 95
11.2 Pluto als Signalgenerator (TX-CW & moduliert) ………………. 97
11.3 Pluto als vollwertiger Transceiver (Simplex) ……………………. 98
11.4 Eigenes digitales Protokoll erstellen ……………………………….. 98
11.5 ADS-B-Radarprojekt (1090 MHz) ………………………………….. 99
11.6 LoRa-Decoder ……………………………………………………………. 100
11.7 HF-Messungen Schritt für Schritt …………………………………. 101

Anhang A – Python-Referenz für den ADALM-Pluto ………….. 102

A.1 Installation & Umgebung ………………………………………………… 102
A.1.1 Windows – WICHTIG: 32-Bit-Python ………………………. 102
A.1.2 Linux (Ubuntu 24.04 – Hinweis!) ……………………………….. 102
A.1.3 macOS …………………………………………………………………….. 103
A.2 Pluto-Grundlagen – Verbinden, Lesen, Schreiben …………… 103
A.2.1 Verbindung testen …………………………………………………. 103
A.2.2 Grundeinstellungen für RX ……………………………………. 103
A.2.3 Grundeinstellungen für TX …………………………………….. 103
A.3 RX – Analyse, FFT, DSP ………………………………………………. 104
A.3.1 FFT-Spektrum (Standard) ……………………………………… 104
A.3.2 Leistungsdichtespektrum (PSD) ………………………………… 105
A.3.3 I/Q-Konstellation …………………………………………………….. 105
A.3.4 FM-Demodulation (Differentialwinkel) ………………………. 106
A.3.5 AM-Demodulation (Einfachform) ………………………………. 106
A.3.6 FSK-Frequenzschätzung …………………………………………… 106
A.4 TX – Signale erzeugen …………………………………………………. 106
A.4.1 CW-Signal ……………………………………………………………. 106
A.4.2 FM-Signal (1-kHz-Ton) ……………………………………………. 106
A.4.3 QPSK-Sender …………………………………………………………… 106
A.4.4 Zweiton-Test (IMD3) ……………………………………………….. 106
A.5 DSP-Hilfsfunktionen ……………………………………………………. 107
A.5.1 DC-Entfernung ………………………………………………………. 107
A.5.2 Normalisieren ……………………………………………………….. 107
A.5.3 Bandpass-Filter (FIR) …………………………………………….. 107
A.5.4 Rauschmessung (SNR) …………………………………………… 107
A.6 Satelliten & Spezial-Modi …………………………………………….. 108
A.6.1 NOAA-APT-Aufnahme ……………………………………………. 108
A.6.2 Doppler-Korrektur (ISS / ICARUS) ………………………….. 108
A.6.3 LoRa-Chirp-Analyse ………………………………………………. 108
A.6.4 ADS-B-Pulsdetektion …………………………………………….. 108
A.7 Hinweise zu 32-/64-Bit-Python …………………………………….. 108
A.8 Typische Fehler und Lösungen …………………………………….. 109

Glossar ………………………………………………………………………….. 109
Abkürzungsverzeichnis …………………………………………………….. 116
Abbildungsverzeichnis ……………………………………………………. 123
Schlusswort ……………………………………………………………………. 125