用於AM/FM、 ISM 頻段、LoRa 傳輸以及衛星追蹤的RTL-SDR簡介

Jan Gromes

Published by Jan Gromes at 2022.05.24

範例1：FM廣播

讓我們從一個簡單的範例開始：FM廣播。首先，您必須選擇正確的模式。在本專案中，我們需要用FM（頻率調製）模式或BFM（廣播頻率調製）模式。BFM模式可以提供更好的音訊品質以及RDS文本（無線電資料系統）—電臺可以選擇性傳輸的文本資訊。通常，該文本資訊是電臺名稱或者有時候是當前正在播放的歌曲的名稱。

現在，只需要找到您喜歡的FM電臺的頻率，然後將其輸入SDR控制台即可！如果您沒有喜歡的FM電臺（這在互聯網時代是可以理解的），在FM廣播頻段（87.5 至108 MHz）中搜索凸起的波峰即可。這些波峰就是FM廣播電臺，所以只需要調頻至該電臺然後收聽就可以了！

圖5：FM廣播

範例2：433 MHz ISM頻段

我最初購買RTL-SDR加密狗是為了監視ISM 433 MHz頻段中的通信。ISM（工業—科學—醫學）屬於無許可證頻段。這意味著任何人都可以在該頻段中進行傳輸。當然，某些法律限制可能仍然適用，這要取決於您所居住的地區。433 MHz通常用於各種無線裝置：車程式館門控制器、遠端門鈴、溫度計，基本上所有需要在數百米範圍內傳輸簡單無線資料的裝置都可以使用。

圖6：433 MHz ISM頻段

在上圖中，您可以看到433 MHz頻段的範例。如您所見，不同頻率的訊號之間會產生很多干擾。大多數訊號都在不到幾秒鐘的時間內發送，並且在兩次發送之間有長達幾分鐘的延遲。可能是因為這些裝置中大部分都是用電池供電，所以會透過這種方式節約一些能耗。

範例3：LoRa廣播

現在我們來嘗試一些有趣的事情：LoRa傳輸！正如我在Arduino遠端通訊課程 — LoRenz Shield中提到的那樣，LoRa是線性調頻擴頻（CSS）調製。這意味著訊號的頻率會隨時間發生變化。LoRa調製用於無線、低功率的廣域網路（LPWA），如LoRaWAN。在此我們一定要對其作出區分：LoRa是一種調製方式，而LoRaWAN是一種使用LoRa調製方式作為ISO-OSI模型中的實體層的協定。本範例僅涉及LoRa調製的屬性，而不會介紹LoRaWAN網路的相關內容。

LoRa調製本身是專有的，這意味著除非我們使用Semtech（創建LoRa調製模式的公司）製造的接收器，否則將無法將傳輸資訊解碼為二進位資料。但是，我們可以觀察到LoRa模組的不同設定是如何影響傳輸的。設定內容包括頻寬、擴展因數以及編碼率。

頻寬很容易理解，表示的是傳輸的頻率範圍。更高的頻寬意味著更高的資料速率，但同時也縮小了傳輸距離並且增加了功耗—這是LoRa系統中的一個關鍵因素，因為調製本身被設計為使用盡可能少的功耗並在盡可能長的距離內進行傳輸。Semtech LoRa模組支援的最高頻寬為500 kHz，最低為7.80 kHz。

擴展因數的設定有點複雜，因為它與LoRa作為線性擴頻調製的性質有關。它表示的是每個傳輸符號編碼位元數的度量，範圍是6到12。越高的擴頻因數意味著在較大距離範圍內具有更低的資料速率。您可以將符號想像為一個比比特更高級的資訊單位。舉一個簡單的例子，設想一下透過以前的類比電話線來進行資料傳輸。這時候傳輸的是聲音而不是數位位元。但是，如果將1表示為一種音調，將0表示為另一種音調，那麼就可以在一個類比媒介上傳輸數位資訊了。您現在是使用帶有兩種符號的字元，最酷的是：為什麼只停留在這兩個符號上呢？您可以將位元組合為更長的序列，並用符號來表示這些序列。因此，如果您想要對4位元序列進行編碼，就需要將您的字元擴展為16個符號並使用16個音調。

編碼率表示對資料包的前向糾錯量。此參數會更改資訊的總長度，因此可以理解的是，相比於較高的編碼率（4/8），較低的編碼率（4/5）下的資料速率略高。

接下來的兩張圖片比較了LoRa傳輸的兩種極端情況。第一個設定為最高的資料速率，也就是頻寬為500 kHz，擴展因數為6以及編碼率值為4/5。如您所見，該資料包（28位元組長）的傳輸速率非常高，但是幾乎在一瞬間，傳輸完全阻塞在了433 MHz ISM頻段的很大一部分中。另外，即使在空曠的地方，傳輸距離可能也不會很大。