Review: LimeSDR Mini

Ein erster Testlauf mit dem LimeSDR Mini

Bei Experimenten und Entwicklungen wünscht man sich ab und an das Spektrum zu sehen, das die eigene Schaltung produziert. Manchmal ist es auch wichtig zu wissen, ob ein verbauter Empfänger ein Signal an einem bestimmten Standort empfangen könnte. Auch bei der Beseitigung von Störungen oder deren Analyse freut man sich, wenn man das passende Werkzeug zur Hand hat. Hierfür ist bei dem einen oder anderen ein RTL-SDR im Einsatz, vielseitig und billig. Diese Lösung funktioniert im Bereich zwischen 24 MHz und 1700 MHz, je nach verwendetem Tuner. Auch die Bandbreite, oder hier die Abtastrate, liegt in der Regel bei 2,4 MS/s und ermöglicht es so, 2,4 MHz im Spektrum maximal anzusehen. Außerdem können wir so auch nur Signale empfangen, das Generieren von Testsignalen ist so nicht möglich, wenn ab und an aber wünschenswert, um die eigenen Entwicklungen definiert zu testen.

 

Im Gegensatz zum RTL-SDR ist der LimeSDR Mini hier eine andere Kategorie an SDR und definitiv kein Spielzeug. Einerseits ist der Preis des LimeSDR Mini höher als der eines billigen RTL-SDR, andererseits handelt es sich hier um einen SDR-Transreceiver, also neben dem Empfangen kann hier auch gesendet werden. Beim Betrieb sind die Regeln des Landes in dem das SDR verwendet wird zu berücksichtigen; im Zweifel kann es auch hilfreich sein, sich an den freundlichen Funkamateur aus der Nachbarschaft zu wenden.

Die Hardware

Der LimeSDR Mini ist in Stick-Form für den USB 3.0 Port konzipiert und wird nackt (also ohne Gehäuse) und ohne weiteres Zubehör geliefert. Es gibt jedoch optional eine Version mit Gehäuse, die uns für den ersten Test auch zur Verfügung gestellt wurde. Das Gehäuse schützt die Elektronik nicht nur, sondern leitet die Wärme der einzelnen ICs auch besser an die Umwelt ab. Für den Einsatz ist es empfehlenswert den Stick in ein Gehäuse einzubauen, und auch ausreichende Lüftung ist nicht zu vergessen. Eine gute Kühlung des LimeSDR Mini ist zu empfehlen, da Oszillatoren durch Wärme von ihrer eigentlichen Frequenz wegdriften. Das Herz des SDR ist der LMS7002M Transreceiver, der mit 12 Bit DA/AD Konvertern für die Signalverarbeitung ausgestattet ist. Der Chip selber würde ab 100 kHz bis 3,8 GHz abdecken, der hier jedoch in dem Frequenzbereich zwischen 10 MHz und 3,5 GHz begrenz ist, so wie eine von 61,44 MHz auf 30,72 MHz reduzierte Bandbreite aufweist. Als Transreceiver kann der LimeSDR Mini neben dem breitbandigen Empfang von Signalen auch entsprechend breitbandig senden. Es stehen am Ausgang bis zu 10 dBm Sendeleistung zur Verfügung.
 

Um die eigene Antennen anschließen zu können, steht je ein SMA-Connector bereit, die gut lesbar mit RX oder TX gekennzeichnet sind. Die Möglichkeit mehrere Antenne für das Senden und Empfangen anzuschließen wie beim großen Bruder wurde hier nicht umgesetzt, um die Kosten der Hardware zu reduzieren. Neben dem Transreceiver und der USB-Bridge sitzt in der Mitte des Ganzen ein MAX10 FPGA, der hier die Kommunikation zwischen dem Transreceiver und der USB-Bridge steuert. Der Bitstream, der für den FPGA nötig ist, kann mit der freien Version des Intel Quartus generiert und mit dem passenden Tool in den FPGA geladen werden.
 
Mit den Datenblättern und den Schaltplänen kann somit der FPGA mit einem neuen Bitstrom versorgt werden, um die Hardware für die eigenen Bedürfnisse anzupassen, wie man an der Arbeit von Gaspar Karm sehen kann. Doch wenn wir nun ein Signal erzeugen, sind wir für die Frequenzstabilität auf Güte des Referenztaktes angewiesen. Auf dem Board ist ein 40 MHz VCTCXO mit +/1ppm (RTX5032A) von Rakon verbaut, wer diesen nicht für seine Anwendungen nutzen möchte oder kann, hat die Möglichkeit eine eigene Referenz für das System anzuschließen. Auf dem Board sind passende UL.F Connectoren vorgesehen, um die interne Referenz zu vermessen, oder aber von einer externen Quelle einen anderen Takt einzuspeisen, wobei letzteres das Entfernen von einem Paar Widerständen erfordert. Doch nicht nur die technischen Daten für das SDR sind wichtig, sondern der Software-Support genauso.

Treiber und Software

Die Windows 10 Treiber der FTDI FT601 USB3.0 Bridge sind automatisch verfügbar, eventuell muss jedoch die Suche nach den Treibern nach dem ersten Einstecken noch einmal von Hand angestoßen werden, für Windows 7 ist es eventuell nötig die Treiber von der FTDI Seite herunterzuladen. Mit dem „Pothos SDR dev enviroment“ steht eine gute Grundlange bereit, mit der wir GNUradio/GRC/OsmoSDR, GQRX und CubicSDR mit den nötigen Plugins für den LimeSDR Mini installieren können. Damit steht unter Windows schon ein gut ausgestatteter Werkzeugkoffer bereit, bei dem auch die LimeSDR Suite zur Diagnose und Konfiguration der Hardware gleich mitgeliefert wird. Durch den GNUradio Support sind die Möglichkeiten der Signalgenerierung und auch des Signalempfangs sehr universell. Die Generierung eines DVB-T Signals, das Senden und Empfangen von FM sowie FM + RDS werden u.a. als Beispiele bereit gestellt. Auch kann SDR# mit dem LimeSDR Mini verwendet werden, sofern ein passendes Plugin verwendet wird.
Wer sich mit der Software beschäftigt, wird feststellen, dass viele der Tools aus der Linux-Welt in Richtung Windows portiert wurden. Die genannten Tools, sowie weitere, stehen für die gängigen Linux Distributionen bereit und können dort meistens direkt über die Paketverwaltung installiert werden. Diese sind hier auch nicht auf die X86/AMD64 Architektur beschränkt, ein Betrieb des LimeSDR Mini am Raspberry Pi 3B+ ist möglich, was mit dem Aufbau von GSM-Stationen schon bewiesen wurde. Und auch jene von uns, die mit einem Mac unterwegs sind und auf das MacOS nicht verzichten wollen oder können haben einen passenden Katalog an Software zur Auswahl, auch wenn es hier bedeutet, dass man manchmal um das selber Kompilieren von Code nicht herum kommt.

Testlauf

Das Labor selber bietet keine guten Empfangsbedingungen, was wir schon bei der Entwicklung des piRadio feststellen konnten. Neben dem Empfangstest wurde kurz ein Sendetest unter Laborbedingungen durchgeführt.
  Dazu wurde das DVB-T Beispiel verwendet und ein RTL-SDR als Empfänger genutzt. Das Signal wurde erfolgreich generiert, und der Datenstrom auf einem weiteren Rechner wiedergegeben, eine Signalerzeugung für unterschiedliche Tests ist damit möglich und lässt sich so z. B. per GNUradio unter Windows realisieren. Neben DVB-T können so auch Experimente mit anderen Transmissionen im eigenen HF dichten Labor durchgeführt werden. DAB+ oder DAB sind da nur eine Möglichkeit. Auch FM mit RDS 2.0 oder klassisches AM oder SSB stellen mit den richtigen Tools kein Hindernis dar. Durch die mehr als 30 MHz Bandbreite stehen hier eine Unzahl an Möglichkeiten offen.
 
Die kompakte Baugröße ist sehr angenehm, wenn es darum geht, das SDR in einem Blechgehäuse zu verstauen, hat aber den Nachteil der hohen Bauteildichte. Durch die Nähe der Komponenten zueinander ist das Abschirmen ungewollter Störungen durch diese auf den Empfangspfad nicht einfach. So sind hier einige Kompromisse nötig gewesen was Preis, Größe und Performance angeht. Einige Nebeneffekte werden im myriadrf-Forum besprochen.

Zusammenfassung

Vor dem Einsatz sollte noch einmal ein prüfender Blick auf die Eigenheiten der miniaturisierten Variante gelegt werden. Eventuell wird dann doch der eine oder andere noch den LimeSDR Mini etwas modifizieren, um die Nebeneffekte der Miniaturisierung zu umgehen. Ungeachtet dessen ist das LimeSDR Mini, mit einem Preis von 180 Euro, eine interessante Hardwarebasis die durch den weiten Frequenzbereich und die Sende- und Empfangsbandbreite auffällt. Für jene, die in ihrem Labor eine Möglichkeit suchen Testsignale zu erzeugen, die breitbandig sind und jenseits der 900 MHz liegen, stellt das LimeSDR ein preiswerte Möglichkeit dar, dieses zu erreichen.