OpenWebRX: costruire un ricevitore SDR remoto accessibile da qualsiasi browser.

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Negli ultimi quindici anni la tecnologia SDR ha trasformato radicalmente il modo di intendere una stazione ricevente.

Un tempo, per ascoltare una determinata banda, occorrevano un ricevitore fisico, filtri, demodulatori e spesso apparecchiature dedicate.

Oggi buona parte di quelle funzioni può essere realizzata via software.

Ma c’è un passo ulteriore: spostare il ricevitore lontano da casa e utilizzarlo attraverso Internet.

È esattamente il campo in cui entra in gioco OpenWebRX, software open source capace di trasformare un computer e uno o più SDR in un ricevitore radio remoto accessibile direttamente attraverso un normale browser.

Nessun programma particolare sul computer dell’utente.

Nessun client SDR da configurare.

Basta aprire la pagina web del ricevitore.

OpenWebRX è stato progettato precisamente come ricevitore SDR web-based e multiutente: più persone possono utilizzare contemporaneamente lo stesso sistema e, entro i limiti della banda campionata dall’hardware SDR, ascoltare frequenze e modi differenti.

Che cos’è OpenWebRX?

OpenWebRX è un’applicazione Software Defined Radio web-based e open source.

La filosofia può essere riassunta così:

ANTENNA → SDR → SERVER → INTERNET/LAN → BROWSER

Il server riceve il flusso IQ proveniente dall’SDR, effettua le elaborazioni necessarie e presenta all’utente un’interfaccia web contenente:

• waterfall;
• spettro;
• sintonia;
• selezione del modo;
• filtri;
• audio;
• decoder compatibili.

L’utente interagisce con il ricevitore direttamente dal browser attraverso tecnologie web quali HTML5 e WebSocket.

Perché mettere un ricevitore lontano da casa?

Il motivo principale è il rumore.

Le nostre abitazioni sono ormai immerse in una quantità impressionante di dispositivi elettronici:

• alimentatori switching;
• caricabatterie USB;
• lampade LED;
• inverter fotovoltaici;
• PLC;
• router;
• televisori;
• computer;
• monitor;
• elettrodomestici;
• sistemi domotici.

Molti di questi dispositivi possono produrre disturbi RF.

Una stazione HF situata in campagna, su una collina o comunque lontano dalle aree densamente urbanizzate può quindi avere un noise floor drasticamente migliore.

Invece di portare fisicamente l’operatore in quel luogo, possiamo portare il ricevitore.

Ed è proprio qui che OpenWebRX diventa particolarmente interessante.

Un possibile scenario

Immaginiamo di avere a disposizione:

• un piccolo terreno fuori città;
• collegamento Internet;
• alimentazione elettrica;
• una buona antenna HF;
• Raspberry Pi;
• SDR.

Installiamo tutto sul sito remoto.

Da casa apriamo:

browser → indirizzo del ricevitore

e possiamo utilizzare quella stazione come se ci trovassimo fisicamente sul posto.

Lo stesso sistema può essere utilizzato da altri radioamatori, studenti o semplici appassionati.

Multiutente: il vero punto di forza

OpenWebRX non è semplicemente un programma SDR controllato a distanza.

È stato progettato fin dall’origine pensando alla condivisione del ricevitore.

Più utenti possono collegarsi contemporaneamente.

Se l’SDR sta campionando, per esempio, una determinata porzione di spettro sufficientemente ampia, un utente può ascoltare un segnale SSB mentre un altro può essere sintonizzato su una frequenza differente compresa nello stesso campionamento.

Il progetto considera proprio l’accesso pubblico multiutente uno dei suoi obiettivi fondamentali.

Il concetto fondamentale: sample rate

Per capire OpenWebRX occorre comprendere un concetto importante dell’SDR.

Un ricevitore SDR non “vede” necessariamente una sola frequenza.

Acquisisce contemporaneamente una determinata larghezza di spettro, determinata in gran parte dal sample rate e dall’hardware.

Supponiamo che il nostro SDR acquisisca 2 MHz di spettro.

Il server dispone quindi contemporaneamente di quei 2 MHz.

Diversi utenti possono scegliere differenti segnali all’interno di quella finestra.

Se invece un utente vuole ascoltare qualcosa completamente fuori dalla porzione ricevuta, potrebbe essere necessario risintonizzare il dispositivo o utilizzare un altro profilo/ricevitore.

Questo spiega perché la larghezza di banda dell’SDR è molto importante in un sistema WebSDR multiutente.

Quale hardware serve?

Una configurazione di base richiede solamente:

1. computer o single-board computer;
2. SDR compatibile;
3. antenna;
4. rete.

OpenWebRX supporta una vasta gamma di hardware SDR e permette anche di configurare più dispositivi contemporaneamente. Il repository ufficiale indica esplicitamente il supporto per molte sorgenti SDR differenti.

Per iniziare a basso costo si può utilizzare una comune chiavetta RTL-SDR.

Per applicazioni più evolute si possono scegliere ricevitori con:

• maggiore dynamic range;
• ADC migliore;
• sample rate superiore;
• migliore stabilità;
• ingresso HF nativo;
• clock esterno;
• preselettori.

RTL-SDR: sufficiente oppure no?

Per VHF e UHF può rappresentare un eccellente punto di partenza.

Costa poco, consuma poco e permette di sperimentare con:

• banda aeronautica;
• radio FM;
• APRS;
• satelliti;
• beacon;
• comunicazioni locali;
• segnali digitali.

Per le HF la situazione è più articolata.

Alcuni dongle possono utilizzare direct sampling o convertitori esterni, ma per creare una stazione HF di qualità è generalmente preferibile utilizzare hardware progettato specificamente per quelle frequenze.

Il ricevitore remoto è infatti valido quanto lo è il suo front-end RF.

Non dimentichiamo l’antenna

È facilissimo spendere centinaia di euro in SDR e poi collegare un’antenna mediocre.

Per una stazione remota, soprattutto HF, conviene invece investire molta attenzione sull’impianto d’antenna.

Per esempio:

• dipolo multibanda;
• loop;
• antenna verticale;
• Beverage per bande basse;
• loop magnetica per ricezione;
• antenne direttive;
• sistemi separati per HF e VHF/UHF.

Una postazione remota permette inoltre di installare antenne che in ambiente domestico sarebbero difficili o impossibili da realizzare.

Raspberry Pi oppure PC?

Dipende dall’utilizzo.

Raspberry Pi

Vantaggi:

• consumo ridotto;
• costo relativamente basso;
• funzionamento 24/7;
• dimensioni ridotte;
• assenza di parti meccaniche.

È ideale per una stazione remota compatta.

Mini PC x86

Offre invece:

• maggiore potenza CPU;
• maggiore RAM;
• SSD;
• possibilità di utilizzare molti decoder contemporaneamente;
• maggiore margine per SDR a sample rate elevato.

Se intendiamo realizzare un ricevitore pubblico con numerosi utenti e molti decoder, un piccolo PC x86 può essere preferibile.

Per una stazione personale o con pochi utenti un Raspberry Pi può essere più che sufficiente, in funzione dell’SDR e delle elaborazioni richieste.

Quali modi può ricevere?

Il progetto OpenWebRX integra una quantità notevole di modalità.

Il repository ufficiale elenca, fra gli altri:

• AM;
• FM;
• SSB;
• CW;
• BPSK31;
• BPSK63;
• DMR;
• D-Star;
• YSF;
• NXDN;
• POCSAG;
• FT8;
• FT4;
• WSPR;
• JT65;
• JT9;
• FST4;
• FST4W;
• APRS;
• JS8Call;
• DRM;
• FreeDV;
• M17.

Naturalmente alcuni decoder richiedono componenti o dipendenze aggiuntive.

Questo significa che OpenWebRX può diventare molto più di un semplice ricevitore.

Può essere una vera piattaforma automatica di monitoraggio radio.

Un esempio: monitoraggio FT8

Possiamo lasciare un SDR permanentemente collegato a un’antenna HF e configurare il sistema affinché decodifichi determinate attività digitali.

Il server può lavorare anche senza un utente collegato sfruttando le risorse inutilizzate per attività automatiche di decoding, spotting e reporting, filosofia esplicitamente prevista dal progetto OpenWebRX.

Questo apre scenari interessanti:

• studio della propagazione;
• monitoraggio di beacon;
• confronto fra antenne;
• ricezione WSPR;
• attività didattiche;
• osservazione delle aperture di banda.

Installazione: quale metodo scegliere?

Il progetto ufficiale prevede diversi metodi:

• immagine Raspberry Pi;
• repository Debian;
• repository Ubuntu;
• Docker;
• installazione manuale.

Per una prima installazione, Docker oppure i pacchetti della distribuzione rappresentano generalmente le soluzioni più ordinate.

Installazione tramite Docker

Docker permette di mantenere OpenWebRX isolato dal resto del sistema.

L’immagine ufficiale utilizza normalmente la porta 8073.

Un esempio basato sulle indicazioni ufficiali è:

docker volume create openwebrx-settings

quindi:

docker run \
  --device /dev/bus/usb \
  -p 8073:8073 \
  -v openwebrx-settings:/var/lib/openwebrx \
  jketterl/openwebrx:stable

L’accesso al bus USB consente al container di vedere il dispositivo SDR e il volume conserva la configurazione fra un riavvio e l’altro.

A questo punto, sulla rete locale, il ricevitore sarà normalmente raggiungibile attraverso:

http://IP_DEL_SERVER:8073

Installazione su Ubuntu

Per Ubuntu Jammy 22.04 il progetto mantiene istruzioni per il repository ufficiale.

In sintesi vengono importate la chiave del repository, aggiunta la relativa sorgente APT e quindi installato il pacchetto:

sudo su -

wget -O /usr/share/keyrings/openwebrx.gpg https://repo.openwebrx.de/openwebrx.gpg

echo "deb [signed-by=/usr/share/keyrings/openwebrx.gpg] https://repo.openwebrx.de/ubuntu/ jammy main" > /etc/apt/sources.list.d/openwebrx.list

apt-get update
apt-get install openwebrx

Questa sequenza deriva dalla procedura ufficiale pubblicata dal progetto per Ubuntu Jammy.

Prima di copiare comandi di installazione mesi o anni dopo la pubblicazione di questo articolo è comunque sempre opportuno verificare la documentazione corrente del progetto.

Configurazione dell’SDR

Una volta installato OpenWebRX occorre definire il dispositivo SDR.

A seconda dell’hardware bisognerà impostare parametri come:

• driver;
• sample rate;
• frequenza;
• gain;
• correction PPM;
• profili;
• eventuale bias tee.

Un buon approccio consiste nel creare diversi profili di ricezione.

Per esempio:

Profilo 40 metri

Frequenza centrale:

7,1 MHz circa

Modo predefinito:

LSB

Profilo 20 metri

Frequenza centrale:

14,2 MHz circa

Modo:

USB

Profilo 2 metri

Frequenza centrale:

145 MHz

Modo:

FM

Naturalmente le frequenze precise andranno configurate in funzione della porzione di banda che si vuole rendere disponibile e del band plan applicabile.

Gain: più non significa meglio

Uno degli errori più comuni con gli SDR economici è impostare sempre il guadagno al massimo.

Un gain eccessivo può saturare il front-end.

Il waterfall sembrerà pieno di segnali ma molti di essi potrebbero essere:

• immagini;
• intermodulazioni;
• prodotti di sovraccarico;
• segnali fantasma.

La regolazione corretta deve trovare un equilibrio fra:

sensibilità ↔ dynamic range

In località vicine a forti trasmettitori FM, broadcast o servizi professionali può diventare indispensabile utilizzare filtri notch o band-pass.

OpenWebRX e preamplificatori

Anche qui vale il principio:

un amplificatore non migliora automaticamente la ricezione.

Se il rumore esterno è già molto superiore al rumore del ricevitore, aggiungere ulteriore guadagno può peggiorare la situazione.

Un LNA è invece particolarmente utile quando:

• il noise figure è determinante;
• siamo su VHF/UHF/SHF;
• esistono perdite significative nel cavo;
• l’antenna è lontana dal ricevitore.

In questi casi il preamplificatore va idealmente installato vicino all’antenna.

Collegamento a Internet

All’interno della LAN l’utilizzo è semplice.

Il problema nasce quando vogliamo rendere il ricevitore raggiungibile dall’esterno.

La soluzione più rudimentale sarebbe aprire direttamente la porta del router.

È però preferibile progettare una pubblicazione più strutturata:

Internet
↓
firewall
↓
reverse proxy HTTPS
↓
OpenWebRX
↓
SDR

Un reverse proxy può occuparsi di:

• HTTPS;
• certificato TLS;
• hostname;
• logging;
• eventuali restrizioni di accesso.

Sicurezza: attenzione

Questo argomento non deve essere sottovalutato.

La pagina ufficiale del progetto indica OpenWebRX 1.2.2, pubblicato l’11 ottobre 2023, come release stabile corrente. La versione era stata rilasciata espressamente anche per correggere una vulnerabilità di code injection over-the-air e alcuni problemi legati ai file descriptor.

Pertanto una stazione pubblica dovrebbe almeno:

• utilizzare una versione aggiornata;
• mantenere aggiornato Linux;
• evitare di esporre servizi amministrativi non necessari;
• utilizzare firewall;
• proteggere SSH;
• preferire autenticazione a chiave;
• utilizzare HTTPS;
• effettuare backup;
• verificare periodicamente log e aggiornamenti;
• segmentare, se possibile, il ricevitore dal resto della rete domestica.

Una VLAN dedicata o una rete separata rappresentano un’ottima soluzione per una postazione completamente remota.

VPN: ideale per uso personale

Se il ricevitore deve essere utilizzato solamente dal proprietario o da un piccolo gruppo di amici, una soluzione ancora più semplice dal punto di vista dell’esposizione pubblica consiste nel non pubblicarlo direttamente.

Si può utilizzare:

OpenWebRX → LAN remota → VPN → utente

Una VPN permette di raggiungere il ricevitore come se ci trovassimo sulla stessa rete locale.

È particolarmente interessante per stazioni personali.

Ricevitore pubblico

La situazione cambia se vogliamo creare un vero WebSDR pubblico.

In questo caso bisogna considerare:

• banda Internet disponibile;
• numero massimo di utenti;
• potenza CPU;
• quantità di RAM;
• sample rate;
• decoder attivi;
• stabilità della connessione;
• protezione del server.

Il vantaggio è però enorme: una singola antenna può diventare patrimonio di decine di radioamatori.

OpenWebRX per una sezione radioamatoriale

Un’applicazione particolarmente interessante riguarda le sezioni e i gruppi radioamatoriali.

Una sezione potrebbe installare un ricevitore remoto presso:

• sede associativa;
• traliccio;
• ponte ripetitore;
• postazione montana;
• sito di Protezione Civile.

I soci potrebbero quindi accedervi attraverso il browser.

Un simile sistema può essere utilizzato per:

• ascolto HF;
• controllo dei ripetitori;
• monitoraggio beacon;
• attività didattica;
• dimostrazioni pubbliche;
• studio della propagazione.

OpenWebRX per la radioemergenza

Un’altra applicazione potenzialmente interessante è il monitoraggio.

Una postazione remota può verificare continuamente:

• canali locali;
• beacon;
• ponti ripetitori;
• porzioni HF;
• traffico APRS;
• segnali digitali.

Bisogna però ricordare che OpenWebRX è principalmente una piattaforma ricevente.

Non va confuso con un sistema completo per il controllo remoto di un ricetrasmettitore.

Confronto con un normale SDR locale

SDR locale

Vantaggi

• minima latenza;
• massimo controllo;
• software molto sofisticato;
• nessuna rete necessaria.

Svantaggi

• utilizzabile solamente dalla postazione locale;
• ricezione influenzata dal rumore domestico;
• difficile da condividere.

OpenWebRX

Vantaggi

• accessibile da qualsiasi browser;
• multiutente;
• stazione installabile in località radioelettricamente favorevole;
• nessun software client richiesto;
• numerosi decoder integrati.

Svantaggi

• dipendenza dalla rete;
• maggiore complessità server;
• sicurezza da gestire;
• limiti legati alla larghezza di banda SDR disponibile.

OpenWebRX e OpenWebRX+: attenzione ai nomi

Chi cerca informazioni su Internet incontrerà molto rapidamente anche OpenWebRX+.

È importante non confondere automaticamente i due progetti.

OpenWebRX+ è un fork che ha continuato ad aggiungere funzioni e decoder rispetto al progetto originale.

Questo articolo tratta principalmente OpenWebRX originale, quello mantenuto nel repository jketterl/openwebrx e nel sito ufficiale openwebrx.de.

Prima di creare una nuova postazione è quindi opportuno confrontare entrambi gli ecosistemi e scegliere quello più adatto alle proprie esigenze, soprattutto considerando frequenza degli aggiornamenti, decoder richiesti e hardware utilizzato.

Un progetto economico per iniziare

Una configurazione sperimentale potrebbe essere:

• Raspberry Pi;
• RTL-SDR;
• microSD o SSD;
• alimentatore;
• antenna VHF/UHF;
• connessione Ethernet.

Permetterebbe già di creare un ottimo ricevitore didattico.

Successivamente si potrebbe aggiungere:

• SDR migliore;
• antenna HF;
• filtri;
• GPSDO;
• mini PC;
• accesso Internet;
• UPS;
• sensori ambientali.

La mia configurazione ideale

Per un WebSDR remoto serio preferirei una struttura di questo tipo:

ANTENNA
↓
protezione dalle scariche
↓
filtro/preselettore
↓
SDR
↓
mini PC Linux
↓
OpenWebRX
↓
Ethernet
↓
router
↓
VPN/reverse proxy
↓
Internet

Aggiungerei inoltre:

• UPS;
• watchdog hardware;
• presa di alimentazione comandabile da remoto;
• monitoraggio della temperatura;
• accesso SSH via VPN;
• backup automatici.

Questo trasforma un semplice SDR USB in una vera stazione remota affidabile.

La posizione vale più dell’SDR

È forse questa la lezione più importante.

Un ricevitore SDR da 1.000 euro collegato a una mediocre antenna nel centro di una città estremamente rumorosa può offrire risultati peggiori di un SDR molto più economico installato in campagna con una buona antenna.

OpenWebRX permette precisamente di sfruttare questa possibilità:

se la radio non può venire nel posto ideale, portiamo il posto ideale dentro il browser.

Conclusioni

OpenWebRX rappresenta uno dei progetti più interessanti nati dall’incontro fra radiantismo, Software Defined Radio, Linux e tecnologie web.

Con hardware relativamente economico possiamo creare una stazione ricevente:

• remota;
• multiutente;
• accessibile da smartphone o PC;
• utilizzabile senza software dedicato;
• capace di decodificare numerosi modi analogici e digitali.

Per il singolo radioamatore può essere un modo per sfuggire al rumore elettromagnetico cittadino.

Per una sezione può diventare un ricevitore condiviso.

Per lo sperimentatore può trasformarsi in una piattaforma permanente per propagazione, SDR e digital signal processing.

Ed è probabilmente questo l’aspetto più interessante.

OpenWebRX non è semplicemente “un ricevitore sul Web”.

È il punto di incontro fra antenna, radio, SDR, Linux, networking e Internet.

In altre parole: un magnifico progetto radioamatoriale.