Pendant près d’un siècle, une radio fut avant tout une machine faite de composants : bobines, condensateurs, lampes, transistors, quartz, filtres et mélangeurs. Chaque fonction avait son circuit et, pour modifier profondément les performances d’un récepteur, il fallait souvent sortir le fer à souder.
Puis une idée étrange apparut : et si une partie de la radio pouvait être remplacée par un programme informatique ?
Cette idée allait donner naissance au SDR, Software Defined Radio, ou radio définie par logiciel. Une révolution qui allait progressivement transformer le shack des radioamateurs.
1. Quand chaque fonction avait son circuit
Dans un récepteur classique des années 1960 ou 1970, le trajet du signal était presque entièrement analogique.
L’antenne captait le signal, des circuits accordés le sélectionnaient, un ou plusieurs mélangeurs changeaient sa fréquence, des filtres déterminaient la largeur de bande et un détecteur récupérait finalement la modulation.
AM, CW, BLU ou FM nécessitaient des circuits adaptés.
L’arrivée des premiers microprocesseurs dans les transceivers ne changea pas immédiatement cette architecture. Ils servaient surtout à commander le synthétiseur de fréquence, mémoriser les canaux ou piloter l’affichage.
L’ordinateur commandait la radio, mais il ne faisait pas encore la radio.
Du poste analogique au SDR : quand les fonctions matérielles deviennent progressivement logicielles.
2. Les années 1980 : le signal devient un nombre
La véritable révolution commence avec les progrès des convertisseurs analogique-numérique (ADC) et des processeurs spécialisés dans le traitement numérique du signal, les fameux DSP.
Le principe est fondamental : au lieu de conserver continuellement le signal sous forme d’une tension électrique, on le mesure à intervalles extrêmement rapprochés.
Chaque mesure devient un nombre.
Une fois le signal transformé en nombres, certaines opérations autrefois réalisées avec des composants électroniques peuvent être effectuées par calcul.
Un filtre peut devenir un algorithme. Une démodulation peut devenir un programme. Une réduction de bruit peut être modifiée sans remplacer le moindre composant.
La radio commence doucement à entrer dans le monde informatique.
3. Joseph Mitola met un nom sur une idée
Au début des années 1990, un nom devient indissociable de cette évolution : Joseph Mitola III.
Il développe et popularise le concept de Software Radio, notamment à partir de 1991-1992.
L’idée est ambitieuse : construire une architecture radio suffisamment générique pour que ses caractéristiques dépendent principalement du logiciel.
Changer de modulation, de largeur de bande ou de protocole ne nécessiterait plus nécessairement de construire une nouvelle radio.
Il suffirait de changer son programme.
Le Software Defined Radio était né.
4. SPEAKeasy : une radio pour les remplacer toutes
Les militaires américains rencontrent alors un problème très concret : leurs différentes forces utilisent de nombreux systèmes radio incompatibles.
Le programme SPEAKeasy, lancé au début des années 1990, cherche à construire une plateforme radio programmable capable de remplacer plusieurs équipements.
Les premiers prototypes sont très éloignés de nos petits récepteurs SDR USB actuels. Ils sont volumineux, complexes et coûteux.
Mais l’essentiel est démontré : une même plateforme matérielle peut devenir plusieurs radios différentes grâce au logiciel.
Une idée qui allait bientôt quitter les laboratoires militaires.
5. Le PC entre dans la chaîne radio
Pendant ce temps, un autre appareil progresse à une vitesse extraordinaire : l’ordinateur personnel.
À la fin des années 1990, les PC disposent désormais d’une puissance de calcul permettant d’effectuer des traitements numériques autrefois réservés à du matériel spécialisé.
Même leur modeste carte son devient intéressante.
Chez les radioamateurs, des modes numériques comme le PSK31 montrent parfaitement cette transformation. Le transceiver fournit l’audio, tandis que le PC analyse, décode et génère les signaux.
Ce n’est pas encore un SDR complet, mais une frontière vient de tomber.
Le logiciel participe désormais directement au fonctionnement de la station.
6. 2001 : GNU Radio ouvre le laboratoire
En 2001 apparaît GNU Radio, lancé par Eric Blossom.
Son idée est particulièrement séduisante pour les expérimentateurs : construire une radio en assemblant des blocs logiciels.
Une source fournit des données, un bloc filtre le signal, un autre le démodule, un autre encore l’affiche ou l’enregistre.
Le fer à souder n’a évidemment pas disparu, mais un nouvel outil vient d’arriver sur l’établi : le code informatique.
Avec du matériel adapté, l’ordinateur devient progressivement un véritable laboratoire de radiocommunication.
7. 2002 : « A Software Defined Radio for the Masses »
Pour les radioamateurs, un autre nom va devenir important : Gerald Youngblood, AC5OG.
À partir de 2002, il publie dans la revue QEX une série d’articles intitulée : A Software Defined Radio for the Masses.
Le titre résume parfaitement l’ambition : faire sortir le SDR des laboratoires pour le mettre entre les mains des amateurs.
Cette démarche débouche sur une machine qui marquera l’histoire du SDR amateur.
8. 2003 : le FlexRadio SDR-1000
En 2003 apparaît le SDR-1000 de FlexRadio.
Sa façade surprend.
Les radioamateurs sont habitués aux gros boutons de VFO, aux potentiomètres, aux commutateurs et aux afficheurs. Ici, une grande partie de l’interface se trouve sur… l’écran de l’ordinateur.
Le logiciel PowerSDR devient la façade de la station.
Filtres, modes, réglages et visualisation sont désormais contrôlés depuis le PC.
Ce changement est beaucoup plus profond qu’une simple modernisation esthétique.
Le logiciel devient une partie essentielle du transceiver.
Le SDR-1000 et PowerSDR : en 2003, l’ordinateur devient la façade du transceiver.
9. Soudain, nous pouvions voir la radio
Le SDR apporte également quelque chose qui va bouleverser les habitudes de trafic : la visualisation d’une portion importante du spectre.
Avec un poste traditionnel, l’opérateur tourne le VFO :
14,195 MHz… rien.
14,200 MHz… une station.
14,205 MHz…
Avec un affichage panoramique, plusieurs signaux deviennent immédiatement visibles.
Puis le waterfall, ou chute d’eau, ajoute une dimension temporelle. Les émissions laissent des traces qui descendent progressivement sur l’écran.
Une porteuse, un signal CW, une émission BLU ou un mode numérique possèdent désormais une véritable signature visuelle.
Pour la première fois, le radioamateur ne se contente plus d’écouter une bande.
Il la regarde.
10. Une clé de télévision change tout
Une nouvelle révolution arrive autour de 2012.
Des expérimentateurs découvrent que certaines petites clés USB destinées à recevoir la télévision numérique DVB-T, notamment celles utilisant le circuit Realtek RTL2832U, permettent d’accéder aux données I/Q brutes du récepteur.
Avec un pilote et un logiciel appropriés, une clé TV vendue quelques dizaines d’euros devient soudain…
un récepteur SDR large bande !
Le RTL-SDR connaît rapidement un succès extraordinaire.
Pour une somme dérisoire, il devient possible d’explorer la VHF et l’UHF, d’observer le spectre, de recevoir des balises, des satellites, des transmissions numériques et quantité d’autres signaux.
Le SDR n’est plus réservé aux professionnels ou aux radioamateurs disposant d’un budget important.
Il devient accessible à presque tout le monde.
Le RTL-SDR démocratise la radio logicielle : quelques euros suffisent désormais pour explorer le spectre.
11. Le SDR envahit le shack
La suite va très vite.
SoftRock, FUNcube Dongle, RTL-SDR, Perseus, SDRplay, Airspy, HackRF, FlexRadio, Apache Labs et bien d’autres participent à cette transformation.
Les constructeurs traditionnels adoptent eux aussi massivement le traitement numérique du signal.
Les architectures diffèrent : tous les appareils que l’on qualifie de SDR ne numérisent pas nécessairement le signal directement derrière l’antenne. Certains utilisent encore des changements de fréquence et différents étages analogiques.
Mais la tendance est irréversible.
Filtres, AGC, notch, réduction du bruit, démodulation, égalisation, analyse spectrale : une part croissante des fonctions autrefois réalisées matériellement passe dans le domaine numérique.
12. Et même la façade peut disparaître
Une autre conséquence apparaît naturellement.
Si presque toutes les commandes sont numériques, pourquoi l’opérateur devrait-il se trouver physiquement devant son transceiver ?
Le réseau Ethernet puis Internet permettent de transporter commandes, audio et parfois données spectrales.
La station peut rester près des antennes tandis que l’opérateur se trouve à quelques mètres… ou à plusieurs centaines de kilomètres.
Le schéma du shack devient alors : Antenne → SDR → réseau → ordinateur → opérateur
La radio devient un service disponible sur le réseau.
13. Quand la radio devint logiciel
Le SDR n’a évidemment pas supprimé l’électronique.
Une antenne reste une antenne. Il faut toujours amplifier, filtrer, convertir et protéger les étages RF. Un émetteur de 100 W ne deviendra jamais un simple programme informatique !
Mais la frontière s’est déplacée.
Autrefois, pour obtenir un nouveau filtre, il fallait changer des composants.
Aujourd’hui, quelques clics suffisent.
Autrefois, pour découvrir une station, nous tournions lentement le VFO.
Aujourd’hui, nous voyons parfois son signal avant même de l’entendre.
Et ce qui était, au début des années 1990, une technologie complexe développée dans des laboratoires spécialisés tient désormais dans une petite clé USB.
Après avoir été mécanique, puis analogique, puis numérique, la radio était devenue logiciel.
Pour aller plus loin
Pour ceux qui souhaitent approfondir l’histoire du SDR, son fonctionnement et son évolution, voici quelques références particulièrement intéressantes :
- IEEE Communications Society — Software Defined Radio
Retour sur les origines et les grandes étapes du développement de la radio définie par logiciel.
IEEE Communications Society – Software Defined Radio - GNU Radio — site officiel
Le célèbre environnement libre permettant de construire des chaînes de traitement radio à partir de blocs logiciels.
Découvrir GNU Radio - GNU Radio — documentation officielle
Tutoriels et documentation pour ceux qui souhaitent passer de l’histoire à l’expérimentation.
GNU Radio Wiki - ARRL — Gerald Youngblood, AC5OG : “A Software Defined Radio for the Masses”
La célèbre série d’articles publiée dans QEX à partir de 2002, qui constitue un jalon majeur de l’histoire du SDR chez les radioamateurs.
A Software Defined Radio for the Masses – Part 1 (PDF) - FlexRadio Systems — histoire de l’entreprise
Pour retrouver l’aventure du SDR-1000, de PowerSDR et l’évolution des transceivers SDR destinés aux radioamateurs.
L’histoire de FlexRadio - Osmocom — RTL-SDR
Le projet qui a largement contribué à transformer certaines clés USB DVB-T utilisant le RTL2832U en récepteurs SDR accessibles à tous.
Osmocom RTL-SDR - RTL-SDR.com — histoire du RTL-SDR
Une présentation accessible de la découverte et du développement du RTL-SDR, ainsi que des principaux acteurs de cette démocratisation.
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