Dans le monde des ondes radio, on utilise traditionnellement des composants qui peuvent faire peur comme des résistances, des condensateurs, des bobines afin de réaliser des systèmes permettant de traiter du signal.
L’inconvéniant, pour nous qui voulions juste découvrir la radio, c’est que chaque composant est une entité physique, qui peut être coûteuse, encombrante, et modifier ses caractéristiques demande des compétences techniques en électronique 🔧.
Heuresement pour nous, grâce au numérique, on va pouvoir simplifier tout ça et avoir la possibilité de plonger dans le monde des radiofréquences pour trois fois rien 🎉.

Récepteur numérique

L’idée va être de numériser le signal le plus tôt possible pour l’envoyer à un CPU (processeur) où l’on pourra commencer notre traitement du signal. L’avantage est que l’on pourra utiliser des algorithmes beaucoup plus complexes, notamment à l’aide des nombres complexes qui sont très difficiles à mettre en place avec des résistances ou autres.
Et oui, ces fameux nombres qu’on pensait inutiles au lycée ont une réelle utilité pour numériser les signaux.

• La partie réelle du nombre sert à représenter l’amplitude (sa hauteur en quelque sorte) du signal.
• La partie imaginaire, pour représenter sa phase (sa position dans le temps).

Ainsi, on va pouvoir simplifier des opérations mathématiques.
Pas convaincu ? Prenons par exemple la multiplication de deux signaux (inutile de comprendre ce que ça signifie).
Sans nombres complexes, il faudrait utiliser des calculs trigonométriques assez tordus.
Alors qu’avec les nombres complexes, il “suffirait” de multiplier les amplitudes et ajouter leur phase, ce qui se fait simplement avec des opérations algébriques sur les nombres complexes (si si 😄).

De plus, le numérique se met simplement à jour, ce qui est pratique, notamment pour les logiciels ou autres algorithmes.
Un autre gros avantage du numérique est de visualiser le spectre de fréquence ainsi qu’un spectrogramme (qu’on appelle cascade ou waterfall en anglais) ce qui est très pratique pour comprendre ce qui se passe.

C’est comme utiliser WireShark pour analyser les paquets sur un réseau🦈.

Fréquence d’échantillonnage

Les signaux radios sont dit analogiques et comportent une infinité de valeurs, et ça nos CPU n’aiment pas, donc on vient capturer plusieurs points sur le signal à intervalle régulier afin de le transformer en un nombre fini. En fait, c’est plus précis de dire qu’on vient mesurer l’amplitude du signal à intervalle régulier puis qu’on vient stocker tout ça sous forme de nombres. C’est ça qu’on appelle la fréquence d’échantillonnage !
Elle est rendue possible grâce à un convertisseur analogique-numérique (CAN).
Plus on prendra d’échantillons, plus on aura un signal numérique fidèle à la réalité mais plus il sera lourd et long à traiter.

Il existe d’ailleurs un théorème, celui de Nyquist–Shannon qui dit que pour reconstruire à l’identique un signal analogique, il doit être échantillonné à une fréquence au moins deux fois supérieure à sa fréquence maximale. En prenant une valeur 2 fois supérieure, on s’assure de reconstruire un signal analogique très précis.

Récepteurs SDR

Numériser le signal et le traiter par logiciel a un nom, c’est la SDR (Software Defined Radio). Elle est rendue possible par des récepteurs comme par exemple celui-ci :

Ces récepteurs bon marché (lien vers un super kit pour débuter), se branchent en USB à un ordinateur équipé d’un logiciel SDR (il en existe plusieurs). On retrouve un port MCX (Micro Coaxial eXtended), c’est un connecteur coaxial plus petit que l’on relie à notre antenne. Ce dernier ne permet que la réception des signaux mais pas la transmission. Pour bénéficier des deux, il faudrait par exemple utiliser un HackRF.

Logiciels SDR

Une fois en possession d’un récepteur SDR, on n’a plus qu’à s’équiper d’un logiciel SDR. À titre personnel, mon favori est SDR++ pour tout ce qui va être “écoute”.

SatDump qui est une copie de SDR++ mais spécialisée pour l’écoute et le décodage des signaux satellites.

Et mention honorable aussi pour SDRAngel bien pratique avec ses plugins permettant par exemple d’afficher des cartes interactives comme dans le cas de réception ADS-B.

À noter qu’il existe une distribution Linux du nom de DragonOS qui permet d’avoir tous ces logiciels directement installés et configurés tout seul :)