SDR DVB-T2 приемник на C++

Софтуерно дефинираното радио е метод за замяна на металната работа (която всъщност е добра за вашето здраве) с главоболието на програмирането. SDR предсказват голямо бъдеще и основното предимство се счита за премахване на ограниченията при внедряването на радиопротоколите. Пример е методът на модулация OFDM (ортогонално мултиплексиране с честотно разделяне), който е възможен само чрез метода SDR. Но SDR има и още една, чисто инженерна възможност - възможността да контролира и визуализира сигнал във всяка произволна точка с най-малко усилия.

Един от интересните комуникационни стандарти е ефирната ефирна телевизия DVB-T2.
За какво? Разбира се, можете просто да включите телевизора, без да ставате, но там няма абсолютно нищо за гледане и това вече не е мое мнение, а медицински факт.

Сериозно, DVB-T2 е проектиран с много широки възможности, включително:

• приложение на закрито
• модулация от QPSK към 256QAM
• честотна лента от 1,7MHz до 8MHz

Имам опит в приемането на цифрова телевизия на принципа на SDR. Стандартът DVB-T е в добре познатия проект GNURadio. Има блок gr-dvbs2rx за стандарта DVB-T2 (всички за същото GNURadio), но изисква предварителна синхронизация на сигнала и е вдъхновяващо (специални благодарности на Ron Economos).

Това, което имаме.

Има стандарт ETSI EN 302 755, който описва предаването, но не и приемането.

Сигналът е в ефир с честота на семплиране 9,14285714285714285714 MHz, модулиран от COFDM с 32768 носители, в лента от 8 MHZ.

Препоръчително е да получавате такива сигнали с двойна честота на дискретизация (за да не загубите нищо) и при междинната честота с по-голяма честотна лента (суперхетеродинно приемане), за да се отървете от отместването на постоянен ток (DC) и „изтичането“ на локалния осцилатор (LO) към входа на приемника. Устройствата, които отговарят на тези условия, са твърде скъпи за простото любопитство.

SdrPlay с 10Msps 10bit или AirSpy с подобни характеристики е много по-евтино. Тук няма въпрос за удвояване на честотата на семплиране и приемането може да се извърши само с директно преобразуване (Zero IF). Затова (по финансови причини) преминаваме на страната на привържениците на „чистия“ SDR с минимално хардуерно преобразуване.

Беше необходимо да се решат два проблема:

1. Синхронизация. Разберете точното отклонение на RF с точност във фазата и отклонението на честотата на вземане на проби.
2. Пренапишете стандарта DVB-T2 отзад напред.

Втората задача изисква много повече код, но може да бъде решена с постоянство и може лесно да бъде проверена с помощта на тестови сигнали.

Тестовите сигнали са достъпни на сървъра на BBC ftp://ftp.kw.bbc.co.uk/t2refs/ с подробни инструкции.

Решението на първия проблем е силно зависимо от характеристиките на SDR устройството и неговите възможности за управление. Използването на препоръчаните функции за контрол на честотата, както се казва, не беше успешно, но даде много опит при четенето им. документация, програмиране, гледане на телевизионни сериали, решаване на философски въпроси..., накратко, не беше възможно да изоставим проекта.

Вярата в „чистите СПТ“ само се засили.

Взимаме сигнала такъв, какъвто е, интерполираме го почти до аналог и изваждаме дискретен, но подобен на реалния.

Блокова схема на синхронизация:

Тук всичко е по учебник. Следващото е малко по-сложно. Необходимо е да се изчислят отклоненията. Има много литература и научни статии, сравняващи предимствата и недостатъците на различните методи. От класиката – това е „Michael Speth, Stefan Fechtel, Gunnar Fock, Heinrich Meyr, Optimum Receiver Design for OFDM-Based Broadband Transmission – Part I and II.” Но не срещнах нито един инженер, който да може и иска да брои, така че беше използван инженерен подход. Използвайки същия метод за синхронизация, в тестовия сигнал беше въведено разстройване. Чрез сравняване на различни показатели с известни отклонения (той сам ги въведе), бяха избрани най-добрите за производителност и лекота на внедряване. Отклонението на честотата на приемане се изчислява чрез сравняване на защитния интервал и неговата повтаряща се част. Фазата на честотата на приемане и честотата на дискретизация се оценяват от фазовото отклонение на пилотните сигнали и това също се използва в прост, линеен еквалайзер на OFDM сигнал.

Характеристика на еквалайзера:

И всичко това работи добре, ако знаете кога започва рамката DVB-T2. За да направите това, символът на преамбюла P1 се предава в сигнала. Методът за откриване и декодиране на символа P1 е описан в техническата спецификация ETSI TS 102 831 (също има много полезни препоръки за приемане).

Автокорелация на сигнала P1 (най-високата точка в началото на кадъра):

Първа снимка (остават само шест месеца до подвижното изображение...):

И тук научаваме какво представлява IQ дисбаланс, DC отместване и LO изтичане. По правило компенсацията за тези изкривявания, специфични за директното преобразуване, се прилага в драйвера на SDR устройство. Следователно отне много време, за да се разбере: избиването на звезди от приятелското съзвездие QAM64 е работа на компенсационните функции. Трябваше да изключа всичко и да напиша мотора си.

И тогава картината се раздвижи:

QAM64 модулация със специфична констелационна ротация в стандарта DVB-T2:

Накратко, това е резултатът от прекарването на каймата обратно през месомелачката. Стандартът предвижда четири вида смесване:

• преплитане на битове
• преплитане на клетки (смесване на клетки в кодиращ блок)
• преплитане във времето (също е в групата на кодиращите блокове)
• честотно разплитане (смесване на честоти в OFDM символ)

В резултат на това имаме следния сигнал на входа:

Всичко това е борба за шумоустойчивост на кодирания сигнал.

Общо

Сега можем да видим не само самия сигнал и неговата форма, но и служебна информация.
Има два мултиплекса в ефир. Всеки има два физически канала (PLP).

В първия мултиплекс се забелязва една странност - първият PLP е с етикет "multiple", което е логично, тъй като в мултиплекса има повече от един, а вторият PLP е с надпис "single" и това е въпрос.
Още по-интересна е втората странност във втория мултиплекс - всички програми са в първия PLP, но във втория PLP има сигнал с неизвестен характер на ниска скорост. Поне VLC плейърът, който разбира около петдесет видео формата и същото количество аудио, не го разпознава.

Самият проект можете да намерите тук.

Проектът е създаден с цел да се определи самата възможност за декодиране на DVB-T2 с помощта на SdrPlay (и сега AirSpy.), така че това дори не е алфа версия.

PS Докато писах статията с трудности, успях да интегрирам PlutoSDR в проекта.

Някой веднага ще каже, че има само 6Msps за IQ сигнал на USB2.0 изхода, но трябва поне 9,2Msps, но това е отделна тема.

Източник: www.habr.com