{"id":96001,"date":"2020-10-06T13:42:04","date_gmt":"2020-10-06T11:42:04","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/administrirovanie\/sdr-dvb-t2-receiver-na-c"},"modified":"2020-10-06T13:42:04","modified_gmt":"2020-10-06T11:42:04","slug":"sdr-dvb-t2-receiver-na-c","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/sdr-dvb-t2-receiver-na-c","title":{"rendered":"SDR DVB-T2 Empf\u00e4nger in C++","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"<p>Software Defined Radio (softwaredefinierte Funktechnik) ist eine Methode, die Metallbearbeitung (was grunds\u00e4tzlich gesundheitsf\u00f6rdernd ist) durch das Kopfzerbrechen des Programmierens zu ersetzen. SDR wird eine gro\u00dfe Zukunft vorhergesagt, und das Hauptvorteil ist die Aufhebung von Einschr\u00e4nkungen bei der Implementierung von Funkprotokollen. Ein Beispiel ist die OFDM-Modulationsmethode (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), die nur durch die SDR-Methode m\u00f6glich wurde. SDR bietet jedoch auch eine weitere, rein technische M\u00f6glichkeit: die Kontrolle und Visualisierung des Signals an jedem beliebigen Punkt mit minimalem Aufwand.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Einer der interessanten Kommunikationsstandards ist das terrestrische DVB-T2-Fernsehen.<br \/>\nWarum? Nat\u00fcrlich k\u00f6nnte man einfach den Fernseher einschalten, ohne aufzustehen, aber es gibt absolut nichts zu sehen, und das ist nicht nur meine Meinung, sondern ein medizinischer Fakt.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Im Ernst, DVB-T2 wurde mit sehr umfangreichen M\u00f6glichkeiten entwickelt, darunter:<\/p>\n<p><\/p>\n<ul>\n<li>Indoor-Anwendung<\/li>\n<li>Modulation von QPSK bis 256QAM<\/li>\n<li>Bandbreite von 1,7 MHz bis 8 MHz <noindex><a rel=\"nofollow\" name=\"habracut\"><\/a><\/noindex><\/li>\n<\/ul>\n<p><\/p>\n<p>Es gibt Erfahrungen beim Empfang von digitalem Fernsehen nach dem SDR-Prinzip. Der DVB-T-Standard ist im bekannten Projekt GNURadio vorhanden. Es gibt ein Block gr-dvbs2rx f\u00fcr den DVB-T2-Standard (alles f\u00fcr dasselbe GNURadio), der jedoch eine vorherige Signalsynchronisation erfordert und inspiriert (ein separates Dankesch\u00f6n an Ron Economos).<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Was haben wir.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Es gibt den Standard ETSI EN 302 755, der die \u00dcbertragung im Detail beschreibt, aber nicht den Empfang.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Das Signal im \u00c4ther hat eine Abtastrate von 9,14285714285714285714 MHz und wird mit COFDM mit 32768 Tr\u00e4gersignalen in einem 8 MHz-Band moduliert.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Empfang solcher Signale wird mit einer verdoppelten Abtastrate empfohlen (um nichts zu verlieren) und auf einer Zwischenfrequenz, die h\u00f6her als die Bandbreite ist (Superhet-Empfang), um eine DC-Verschiebung und das 'Durchdringen' des lokalen Oszillators (LO) am Empfangseingang zu vermeiden. Ger\u00e4te, die diese Bedingungen erf\u00fcllen, sind zu teuer f\u00fcr einfache Neugier.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>SdrPlay mit 10 Msps 10 Bit oder AirSpy mit \u00e4hnlichen Eigenschaften sind deutlich g\u00fcnstiger. Hier ist nicht von verdoppelter Abtastrate die Rede, und der Empfang kann nur mit direkter Umwandlung (Zero IF) erfolgen. Daher wenden wir uns (aus finanziellen Gr\u00fcnden) der Seite der Bef\u00fcrworter des \u201ereinen\u201c SDR mit minimaler Hardwareumwandlung zu.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Es mussten zwei Aufgaben gel\u00f6st werden:<\/p>\n<p><\/p>\n<ol>\n<li>Synchronisation. Die genaue Abweichung der Funkfrequenz mit Phasen-genauer Genauigkeit und die Abweichung der Abtastrate ermitteln.<\/li>\n<li>Schreiben Sie den DVB-T2-Standard umgekehrt.<\/li>\n<\/ol>\n<p><\/p>\n<p>Die zweite Aufgabe erfordert viel mehr Code, ist aber mit Geduld l\u00f6sbar und kann leicht anhand von Testsignalen \u00fcberpr\u00fcft werden. <\/p>\n<p><\/p>\n<p>Testsignale sind auf dem Server der BBC verf\u00fcgbar ftp:\/\/ftp.kw.bbc.co.uk\/t2refs\/ mit einer detaillierten Anleitung.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Die L\u00f6sung der ersten Aufgabe h\u00e4ngt stark von den Eigenschaften des SDR-Ger\u00e4ts und den Steuerungsm\u00f6glichkeiten ab. Die empfohlenen Steuerungsfunktionen f\u00fcr die Frequenz zu verwenden, war, wie man so sagt, nicht erfolgreich, hat aber viel Erfahrung im Lesen der technischen Dokumentation, Programmieren, Serien schauen, philosophische Fragen l\u00f6sen \u2026 kurz gesagt, das Projekt konnte nicht aufgegeben werden. <\/p>\n<p><\/p>\n<p>Der Glaube an \u201epure SDR\u201c hat nur zugenommen. <\/p>\n<p><\/p>\n<p>Wir empfangen das Signal, wie es ist, interpolieren es praktisch bis zur analogen Form und extrahieren dann ein diskretes, aber \u00e4hnliches Signal.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Synchronisationsblockschema:<\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"SDR DVB-T2 Empf\u00e4nger in C++\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/b6362e201fb355fb63760fa901ecf73e.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>Hier ist alles nach Buch. Sp\u00e4ter wird es etwas komplizierter. Es m\u00fcssen Abweichungen berechnet werden. Es gibt viele Literaturstellen und Forschungspapiere, die die Vor- und Nachteile verschiedener Methoden vergleichen. Aus der Klassiker \u2014 \u201eMichael Speth, Stefan Fechtel, Gunnar Fock, Heinrich Meyr, Optimum Receiver Design for OFDM-Based Broadband Transmission \u2013 Teil I und II\u201c. Nur habe ich keinen Ingenieur getroffen, der es kann und bereit ist zu rechnen, daher wurde ein ingenieurm\u00e4\u00dfiger Ansatz verwendet. Mit derselben Synchronisationsmethode wurden Abweichungen in das Testsig nal eingef\u00fchrt. Durch den Vergleich verschiedener Metriken mit bekannten Abweichungen (ich selbst war beteiligt) wurden die besten f\u00fcr Leistung und Implementierung ausgew\u00e4hlt. Die Empfangsfrequenzabweichung wird durch den Vergleich des Schutzintervalls und seines sich wiederholenden Teils berechnet. Die Phase der Empfangsfrequenz und die Abtastfrequenz werden anhand der Abweichung der Phasen der Pilotsignale bewertet und werden auch im einfachen, linearen Equalizer des OFDM-Signals verwendet.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Equalizer-Eigenschaft:<\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"SDR DVB-T2 Empf\u00e4nger in C++\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/d4a1bc8fc4d5e27cb7d376a810ea4485.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>Und all dies funktioniert gut, wenn man wei\u00df, wann der DVB-T2-Rahmen beginnt. Zu diesem Zweck wird im Signal das Pr\u00e4ambelsymbol P1 \u00fcbertragen. Die Methode zur Erkennung und Dekodierung des Symbols P1 ist in der technischen Spezifikation ETSI TS 102 831 beschrieben (dort gibt es viele n\u00fctzliche Empfehlungen f\u00fcr den Empfang).<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Autokorrelation des Signals P1 (der obere Punkt ist der Beginn des Rahmens):<\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"SDR DVB-T2 Empf\u00e4nger in C++\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/10e052a169a20b16d28d01b1462f4ff3.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>Das erste Bild (bis zum bewegten Bild sind es nur noch sechs Monate\u2026):<\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"SDR DVB-T2 Empf\u00e4nger in C++\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/8c434965be9c2450afd3c82b3ebbb4f4.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>Und genau hier erfahren wir, was IQ-Imbalance, DC-Offset und LO-Leckage sind. Normalerweise wird die Kompensation dieser f\u00fcr die direkte Umwandlung spezifischen Verzerrungen im Treiber des SDR-Ger\u00e4ts implementiert. Daher hat es lange gedauert zu verstehen: Das Entfernen von Sternchen aus dem harmonischen QAM64-Sternbild ist die Arbeit der Kompensationsfunktionen. Ich musste alles ausschalten und mein eigenes Rad neu erfinden.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Und so begann das Bild sich zu bewegen:<\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"SDR DVB-T2 Empf\u00e4nger in C++\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/0ddb224d2e0a3890ac9d335c96ba24f0.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>QAM64-Modulation mit spezifischer Sternverschiebung im DVB-T2-Standard:<\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"SDR DVB-T2 Empf\u00e4nger in C++\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/b06328fa648125249ef9b0b74522e831.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>Kurz gesagt, das ist das Ergebnis des R\u00fcckf\u00fchrens von Hackfleisch durch die Fleischwolf. Der Standard sieht vier Arten des Mischen vor:<\/p>\n<p><\/p>\n<ul>\n<li>bit interleaving (bitweises Mischen mit Verdrillung der Spalten)<\/li>\n<li>cell interleaving (Mischen der Zellen im Kodierungsblock)<\/li>\n<li>time interleaving (auch in der Gruppe der Kodierungsbl\u00f6cke)<\/li>\n<li>frequency interleaving (Mischen der Frequenzen im OFDM-Symbol)<\/li>\n<\/ul>\n<p><\/p>\n<p>Am Ende haben wir ein solches Signal am Eingang:<\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"SDR DVB-T2 Empf\u00e4nger in C++\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/cb60687702c5f225840df30124a9ef68.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>All dies ist ein Kampf um die St\u00f6rfestigkeit des kodierten Signals.<\/p>\n<p><\/p>\n<h4 id=\"itog\">Fazit<\/h4>\n<p><\/p>\n<p>Jetzt k\u00f6nnen wir nicht nur das Signal und seine Form sehen, sondern auch die Steuerinformationen.<br \/>\nIm Rundfunk sind zwei Multiplexe. In jedem zwei physische Kan\u00e4le (PLP). <\/p>\n<p><\/p>\n<p>Eine Eigenheit, die im ersten Multiplex aufgefallen ist \u2013 der erste PLP hat das Label \u201emultiple\u201c, was logisch ist, da er im Multiplex nicht allein ist, w\u00e4hrend der zweite PLP das Label \u201esingle\u201c hat, was ein Problem ist.<br \/>\nNoch interessanter ist die zweite Eigenheit im zweiten Multiplex \u2013 alle Programme befinden sich im ersten PLP, w\u00e4hrend im zweiten PLP bei niedriger Geschwindigkeit ein Signal unbekannter Herkunft vorhanden ist. Zumindest erkennt der VLC-Player, der etwa f\u00fcnfzig Videoformate und ebenso viele Audioformate versteht, es nicht. <\/p>\n<p><\/p>\n<p><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/github.com\/Oleg-Malyutin\/sdr_receiver_dvb_t2\">Das Projekt finden Sie hier<\/a><\/noindex>.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Das Projekt wurde ins Leben gerufen, um die M\u00f6glichkeit zu \u00fcberpr\u00fcfen, DVB-T2 mit SdrPlay (und jetzt auch mit AirSpy) zu dekodieren, daher ist dies nicht einmal eine Alpha-Version.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>P.S. W\u00e4hrend der m\u00fchsamen Arbeit an diesem Artikel ist es gelungen, PlutoSDR in das Projekt zu integrieren.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Einige werden sofort sagen, dass es nur 6Msps f\u00fcr das IQ-Signal \u00fcber USB2.0 gibt, und dass es mindestens 9,2Msps ben\u00f6tigt, aber das ist ein anderes Thema.<\/p>\n<p>Quelle: <a content=\"nofollow\" rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/522150\/\">habr.com<\/a> <\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"<p>Software Defined Radio (\u043f\u0440\u043e\u0433\u0440\u0430\u043c\u043c\u043d\u043e-\u043e\u043f\u0440\u0435\u0434\u0435\u043b\u044f\u0435\u043c\u0430\u044f \u0440\u0430\u0434\u0438\u043e\u0441\u0438\u0441\u0442\u0435\u043c\u0430) \u2014 \u044d\u0442\u043e \u043c\u0435\u0442\u043e\u0434 \u0437\u0430\u043c\u0435\u043d\u044b \u0440\u0430\u0431\u043e\u0442\u044b \u043f\u043e \u043c\u0435\u0442\u0430\u043b\u043b\u0443 (\u0447\u0442\u043e, \u0432 \u043f\u0440\u0438\u043d\u0446\u0438\u043f\u0435, \u043f\u043e\u043b\u0435\u0437\u043d\u043e \u0434\u043b\u044f \u0437\u0434\u043e\u0440\u043e\u0432\u044c\u044f) \u043d\u0430 \u0433\u043e\u043b\u043e\u0432\u043d\u0443\u044e \u0431\u043e\u043b\u044c \u043f\u0440\u043e\u0433\u0440\u0430\u043c\u043c\u0438\u0440\u043e\u0432\u0430\u043d\u0438\u044f. SDR \u043f\u0440\u043e\u0440\u043e\u0447\u0430\u0442 \u0431\u043e\u043b\u044c\u0448\u043e\u0435 \u0431\u0443\u0434\u0443\u0449\u0435\u0435 \u0438 \u043e\u0441\u043d\u043e\u0432\u043d\u044b\u043c \u0434\u043e\u0441\u0442\u043e\u0438\u043d\u0441\u0442\u0432\u043e\u043c \u0441\u0447\u0438\u0442\u0430\u0435\u0442\u0441\u044f \u0441\u043d\u044f\u0442\u0438\u0435 \u043e\u0433\u0440\u0430\u043d\u0438\u0447\u0435\u043d\u0438\u0439 \u0432 \u0440\u0435\u0430\u043b\u0438\u0437\u0430\u0446\u0438\u0438 \u0440\u0430\u0434\u0438\u043e\u043f\u0440\u043e\u0442\u043e\u043a\u043e\u043b\u043e\u0432. \u041f\u0440\u0438\u043c\u0435\u0440\u043e\u043c \u044f\u0432\u043b\u044f\u0435\u0442\u0441\u044f \u043c\u0435\u0442\u043e\u0434 \u043c\u043e\u0434\u0443\u043b\u044f\u0446\u0438\u0438 OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing), \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u0430\u044f \u0441\u0442\u0430\u043b\u0430 \u0432\u043e\u0437\u043c\u043e\u0436\u043d\u0430 \u0442\u043e\u043b\u044c\u043a\u043e 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