Standard frekvencije pomocu mobilnog telefona

Uradio sam jedan zanimljiv tehnicki zahvat za koji mislim da bi bio interesantan nekim koriscnicima pa da podelim iskustvo.

Ovo je namenjeno za malo naprednije korisnike kojima je potreban izuzetno precizan standart frekvencije sa tacnoscu od 0.05ppm.
Da ne ulazim u pricu sta je i cemu sluci standard frekvencije (etalon) ali svima koji zele bar da bazdare svoje malo starije merne uredjaje ili RF opremu ovo moze biti od pomoci.

U ovom zahvatu sam iskoristio stari mobilni telefon Motorola C139 i iskoristio jednu od vrlo bitnih tehnika koja se koristi u GSM a pomocu koje se pojedinacni telefon striktno frekvetno sinhronizuje sa tornjem (base-station) kako bi cela GSM tehnika mogla uopste da radi. Dakle, base-staion na svojoj strani poseduje uglavnom rubidiumski oscilator u tu svrhu za koji se daje neka minimalna tacnost od 0.05ppm (prakticno je za nekoliko decimale veca!) ali to je neka zagarantovana koja po GSM specifikaciji mora da poseduje telefon. Ukoliko taj glavni oscilator ispadne iz tih okvira (a inace se periodicno menaju zbog starenja), ti rubidiumski moduli se menjaju novim a polovni uglavnom zavrse na Ebay :). Polovni primerci rubidiumskih modula za koje imam informacije su imali gresku od oko 0.17Hz @ 10MHz. Znaci sa strane tornja ima uvek izuzetno precizan standart frekvencije.

Sam telefon pomocu svog internog baseband programa i preko FCCH kanala ima nacin da se “zakljuca” na specificiranu ucestanost tako sto ce svoj glavni oscilator da pomeri koliko treba, uglavnom preko varicap diode.

U ovom prakticnom primeru, telefon kada se ukljuci na izlazu iz oscilatora ima neku ucestanost koja je poprilicno van opsega koji je potreban (ovde se radi o delovima Hz na ucestanosti od 26MHz!) usled raznih razloga (i nebitno je sto je “pobego”) ali cim krene da “trazi mrezu” on je vec svoj interni oscilator zaklucao tj korigovao!

Dakle na ovaj nacin mozemo da dobijemo vrlo tacan izvor ucestanosti od 26MHz sa tacnoscu od 0.05ppm (+/- 1.3Hz). Ovo je vise nego dovoljno za sve amaterske potrebe i zgodno da se kalibrisu merni uredjaji starije generacije. Izlazni napon je relativno niskog nivoa pa je za drajvovanje nekog TTL kola potreban nekakav buffer.

Ko zeli da od ovoga dobije i neku drugu ucestanost, to vec zahteva neku drugu tehniku, uglavnom PLL baziranu ali evo jedan odlican IC za tu namenu Si5351. Bitno je spomenuti kod ovog IC da on moze da generise prakticno bilo koju ucestanost do 160MHz sa bilo kojim referetnim klokom, naravno i od ovih 26MHz!

Prica oko ovoga ide jos dalje ali samo da spomenem da trenutno za ovaj telefon i jos neke modele iz ove serije postoji open-source baseband software! Zamena postojeceg Motorolinog baseband programa sa osmocomBB je neophodna ukoliko zelite da ovaj izvor od 26MHz imate stalno na izlazu jer telefon zbog svoje power-saving rutine ne drzi oscilator aktivnim (ukljucuje se na zahtev, recimo kod pritiskanja tastature). Kod osmocomBB kompletna power-saving funkcija nije implementirana tako da je izlaz oscilatora uvek aktivan.

Evo i slicica kako sam to ja odradio na telefonu Motorola C139. Zuta strelica oznacava mesto prikljucivanja (47. nozica TRF6151 IC).

UPDATE:
Sad jos zanimljivi deo, uz pomoc USB DVB-T dongla koji se sa software-om pretvara u SDR prijemnik, moguce je “primati” i spektar/kanale od GSM-900 banda a samim tim i FCCH kanal.

Spomenuta ekipa iz Osmocom je danas pustila prvu verziju “kal” programa prepravljen za ove DVB-T prijemnike pomocu koga se moze izmeriti ppm odstupanje oscilatora dongla (koji inace radi na 28.8MHz) u poredjenju na referetnu ucestanost dobijenu od tornja preko FCCH kanala. Dobije se recimo “average absolute error: 34.376 ppm” sto bila greska od “citavih” 990Hz ovog kristalnog oscilatora. Prelepo 🙂 Sad bar znamo “tacno” na kojoj ucestanosti radi njegov oscilator i slicno kao sa mobilnim telefonom mozemo da to iskoristimo u svrhu kalibracije drugih uredjaja.

Cisto poredjenja radi, evo uporedni pregled nekoliko vrsta oscilatora i njihova preciznost (ppm):

XO – Standardni quarz ili kristalni oscilator: 10 – 300 ppm
DTCXO – Digitalno temperaturno kompeziran kristalni oscilator: 0.5 – 5 ppm
TCXO – Kristalni oscilator sa kontrolisanom temperaturom: 0.1 – 0.01 ppm
RbXO – Rubidiumski oscilator: 0.00001 ppm

Korisni linkovi:
https://github.com/steve-m/kalibrate-rtl
http://bb.osmocom.org/trac
http://bb.osmocom.org/trac/wiki/Hardware/SerialCable
http://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/Si5351.pdf
http://steve-m.de/pictures/rtlsdr_external_clock.jpg
http://steve-m.de/projects/rtl-sdr/clock/calypso_26MHz.jpg
http://thre.at/kalibrate/#install
http://xbsd.nl/2011/07/pl2303-serial-usb-on-osx-lion.html
http://wlanbook.com/usb-to-serial-adapter-for-mac-os-x-lion-with-driver/
http://en.wikipedia.org/wiki/Crystal_oscillator
http://www.youtube.com/watch?v=I55uLRRvLCU

Svi krediti za ovu “caku” idu Osmocom timu i posebno Steve Markgraf-u koji je sve to osmislio.

Sacuvajte vase stare Motorole C1xx, mozda vam zatrebaju!