Zbuduj własny AZART — jakiego sprzętu naprawdę potrzeba?

Skąd ten pomysł

AZART (Р-187П1 «Азарт») to rosyjski radiotelefon programowalny (SDR) tzw. szóstej generacji — jedno pudełko, które ma robić analog FM, cyfrową TETRA i skakać po częstotliwościach w całym paśmie 27–520 MHz. Od 2022 roku sporo tych radiostacji trafiło w ręce strony ukraińskiej, więc po raz pierwszy można je porównać nie z ulotką producenta, a z twardymi danymi z rozbiórki.

A że w TetraPoland mamy już działającą na żywo łączność TETRA — stację bazową TetraSpot i radiotelefon TETRA MS bez radiotelefonu — pojawiło się naturalne pytanie: ile realnie dzieli nas od zbudowania otwartego, wielosystemowego handhelda o możliwościach AZART-a? Zrobiłem nocny research i mam odpowiedź.

Czym naprawdę jest AZART (fakty)

Zaczynam od tego, co jest w jawnym dokumencie technicznym producenta (ТУ), a nie w folderze reklamowym. To odsiewa marketing od inżynierii:

Nasza przewaga: najtrudniejsze już działa

Kluczowa obserwacja: „cyfrowy głos AZART-a” to po prostu TETRA z kodekiem ACELP. A dokładnie to mamy już zwalidowane na eterze w TetraSpot i TETRA MS. Najtrudniejszy i najbardziej pracochłonny kawałek — cały stos TETRA, rejestracja, rozmowy grupowe, wokoder — jest zrobiony. Do klona AZART-a nie zaczynamy od zera; przenosimy istniejące oprogramowanie na nowy sprzęt radiowy.

Sedno problemu: 27–520 MHz w jednym pudełku

Pokrycie 27–520 MHz to ponad cztery oktawy — i tu jest cały ból. Popularne układy SDR (te z PlutoSDR, AntSDR, USRP) opierają się na kości Analog Devices AD9361, która kończy się na 70 MHz w dół. Dolne 27–70 MHz zostaje wtedy poza zasięgiem i trzeba dokładać osobny konwerter. Rozwiązaniem jest nowszy układ:

Front-end: dlaczego akurat ADRV9002

Kość z popularnych SDR-ów — Analog Devices AD9361 (PlutoSDR, AntSDR, USRP) — jest charakteryzowana dopiero od 70 MHz w górę (nadajnik od 47 MHz). Żeby zejść do 27 MHz, trzeba dokładać osobny konwerter blokowy na całe 43 MHz dolnego pasma. ADRV9002 startuje natywnie od 30 MHz, więc zostaje ledwie 3 MHz luki (27–30 MHz), którą domyka prosty przełączany mikser. To ogromna różnica w złożoności toru.

Drugi powód to hopping. AD9361 „nigdy nie był projektowany pod frequency hopping” — ma raptem 8 sprzętowych profili i trzeba obchodzić kalibrację I/Q. ADRV9002 ma dedykowany silnik: dwa multipleksowane syntezatory PLL (jeden przestraja się w ~15 µs, gdy drugi nadaje) i tablicę do 128 częstotliwości. Deklarowane 20 000 skoków/s to 50 µs na skok — mieści się z zapasem. Do tego 16-bitowy przetwornik (droga do czułości −112 dBm), fabryczne profile 24 kHz dla FM i 144/288 kHz dla TETRA oraz pobór poniżej 1 W na odbiorze. Dokładnie ta klasa układu, jaką stosuje się w radiach taktycznych.

Mózg: Zynq UltraScale+ i timing przeskoków

Sama logika hoppingu jest banalna — generator sekwencji i sterownik to jakieś 2–5 tys. komórek FPGA. Wąskim gardłem nie jest więc FPGA, tylko czas ustalania syntezatora (i dlatego ADRV9002). Ale zegar przeskoków musi być deterministyczny co do nanosekund — a tego nie da linuksowy userspace, gdzie opóźnienia skaczą o mikro- i milisekundy. Dlatego timing hoppingu ląduje w programowalnej logice (PL) układu, nie w aplikacji.

Stąd wybór Zynq UltraScale+ ZU3EG: cztery rdzenie Cortex-A53 (mocniejsze niż i.MX93 z bazowego LinHT) biorą stos TETRA, wokoder ACELP, kryptografię i interfejs; dwa rdzenie czasu rzeczywistego Cortex-R5F obsługują warstwę MAC i hopping; a FPGA (154 tys. komórek) — modem i kontroler przeskoków. RFSoC z wbudowanymi przetwornikami odpadł: pobiera 20–45 W, co w radiu ręcznym jest nie do przyjęcia.

Tor mocy — najtrudniejszy blok analogowy

Jeden wzmacniacz mocy nie obejmie sensownie czterech oktaw. Trzeba go rozbić na pasma: łańcuch wzmacniaczy z pasmową końcówką (np. Mitsubishi RD06LUS2, 6,5 W) plus bank pięciu przełączanych filtrów, żeby okiełznać harmoniczne i utrzymać czułość odbioru. Do tego szybki przełącznik nadawanie/odbiór i — jak w oryginale — kilka anten pasmowych, bo jedna „gumka” fizycznie nie zagra od 27 do 520 MHz. To najbardziej żmudna część projektu, ale cała zbudowana z powszechnie dostępnych podzespołów.

Skąd pięć pasm? Filtr dolnoprzepustowy tłumiący drugą harmoniczną musi obejmować mniej niż oktawę, więc 27–520 MHz dzieli się na pięć sub-oktawowych wycinków, każdy z własnym filtrem. W torze nadawczym pasma przełącza przełącznik MEMS (MM5140) — bardzo małe straty i zniesie 25 W, ale przełącza się rzadko (zmiana pasma, nie każdy skok). W torze odbiorczym potrzebny jest szybki przełącznik krzemowy (PE42442, 255 ns, miliony cykli) plus przełączany filtr środkowoprzepustowy przed wzmacniaczem — bez tej preselekcji szerokopasmowy odbiornik zablokowałby się od silnych sygnałów z sąsiednich pasm.

Zasilanie i budżet cieplny

Na nadawaniu radio ciągnie 6,5 A przy 3,6 V — czyli około 23 W wejścia na maksymalnie 4 W wyjścia. To normalne dla szerokopasmowego wzmacniacza: sprawność na krawędziach pasma spada do kilkunastu procent. Rozwiązanie: zasilić z pakietu 2S (7,2 V), przy którym ten sam pobór mocy to już ~3,2 A — cztery razy mniejsze straty rezystancyjne i grzanie, a przy okazji wyższa liniowość końcówki (istotna dla modulacji π/4-DQPSK w TETRA). Ogniwa Molicel P45B, ładowanie po USB-C przez BQ25798.

Zostaje ~5–6 W ciepła. Rozprasza je aluminiowa obudowa — końcówkę mocy montuje się flanżowo wprost do szasi, które robi za radiator. Pomaga też natura TETRA: nadaje się w jednej z czterech szczelin czasowych, więc średnie obciążenie cieplne jest znacznie niższe od szczytowego.

Reszta systemu

AZART vs nasz klon

Ile to kosztuje

Jak się do tego zabrać (fazy)

• Prototyp: gotowy moduł AntSDR albo ADALM-Pluto (~$300) z przeniesionym stosem TETRA/FM — walidacja pokrycia pasma i hoppingu, bez własnej płyty.
• Stół laboratoryjny: płyta z ADRV9002 + Zynq i prototyp toru mocy — pomiary mocy pasmowej, harmonicznych, linearności TETRA i odporności odbioru.
• Handheld: własna zintegrowana płyta + obudowa aluminiowa IP67 + bateria 2S, a na końcu utwardzenie środowiskowe.

Czego NIE kopiujemy (i co robimy lepiej)

• Hopping bez uzależnienia od GPS — nie pada, gdy ktoś zagłuszy nawigację.
• Porządne zarządzanie kluczami i zdalna wymiana kluczy (OTAR) zamiast haseł typu 111111.
• Weryfikowany rozruch firmware (measured boot) — czego oryginał w ogóle nie ma.
• Więcej trybów: obok TETRA także DMR, M17, P25 i FM — to już mamy.

Uczciwie: to projekt badawczy

Traktuję to jak każdy inny projekt na warsztacie: HAM, lab, research. Nadaję tylko w dozwolonych pasmach i mocach, na swoich uprawnieniach; funkcje typu szyfrowanie czy hopping to temat badawczy, nie coś, co się odpala na paśmie amatorskim. Nie odtwarzam wojskowych fal ani interoperacyjności z żadną armią — cel to otwarty, cywilny, wielosystemowy handheld SDR o możliwościach porównywalnych z AZART-em.

To była część pierwsza — od wymagań do sprzętu. W części drugiej rozbieram sam oryginał: co naprawdę siedzi w środku AZART-a i dlaczego „niezniszczalne” radio zawiodło w Ukrainie. A dalej planuję proof-of-concept na gotowym module (AntSDR / Pluto) z przeniesionym stosem TETRA. Masz przemyślenia — pisz. 73!