{"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 (SDR) ist eine Methode, die manuelle Arbeit mit Metall (was im Grunde genommen gesundheitlich vorteilhaft ist) durch das Kopfzerbrechen des Programmierens zu ersetzen. SDR wird eine gro\u00dfe Zukunft vorausgesagt, und sein Hauptvorteil liegt darin, die Einschr\u00e4nkungen bei der Implementierung von Funkprotokollen zu beseitigen. Ein Beispiel daf\u00fcr ist das OFDM-Modulationsverfahren (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), das nur durch SDR m\u00f6glich wurde. Doch SDR bietet noch eine weitere, rein ingenieurtechnische M\u00f6glichkeit: die Kontrolle und Visualisierung des Signals an beliebigen Punkten 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 aufstehen und den Fernseher einschalten, aber es gibt dort absolut nichts zu sehen, und das ist schon l\u00e4ngst kein pers\u00f6nliches Gef\u00fchl mehr, sondern eine medizinische Tatsache.<\/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 mit dem Empfang von digitalem Fernsehen nach dem SDR-Prinzip. Der Standard DVB-T ist im bekannten Projekt GNURadio vorhanden. Es gibt ein Modul gr-dvbs2rx f\u00fcr den Standard DVB-T2 (ebenfalls f\u00fcr GNURadio), das jedoch eine vorherige Signal-Synchronisation erfordert und inspirierend ist (ein besonderes 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 ausf\u00fchrlich beschreibt, jedoch nicht den Empfang.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Das Signal wird mit einer Abtastrate von 9,14285714285714285714 MHz ausgestrahlt, moduliert mit COFDM und 32.768 Tr\u00e4gersignalen in einem 8 MHz-Band.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Es wird empfohlen, solche Signale mit einer Verdopplung der Abtastrate zu empfangen (um nichts zu verlieren) und auf einer Zwischenfrequenz, die h\u00f6her ist als die Bandbreite (Superh\u00e9t\u00e9rodine-Empfang), um DC-Verschiebungen und das \"Durchdringen\" des lokalen Oszillators (LO) am Eingang des Empf\u00e4ngers zu vermeiden. Ger\u00e4te, die diesen Anforderungen entsprechen, sind f\u00fcr einfache Neugier zu teuer.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>SdrPlay mit 10Msps 10bit oder AirSpy, die \u00e4hnliche Eigenschaften haben, sind deutlich g\u00fcnstiger. Hier geht es nicht um die doppelte Abtastrate, und der Empfang kann nur mit direkter Umwandlung (Zero IF) erfolgen. Daher wechseln wir (aus finanziellen Gr\u00fcnden) auf die Seite der Anh\u00e4nger von \u201epurem\u201c SDR mit minimaler Hardwareumwandlung.<\/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 Frequenz bis zur Phase und die Abweichung der Abtastrate ermitteln.<\/li>\n<li>Den DVB-T2-Standard r\u00fcckw\u00e4rts neu schreiben.<\/li>\n<\/ol>\n<p><\/p>\n<p>Die zweite Aufgabe erfordert viel mehr Code, ist aber mit Geduld l\u00f6sbar und kann leicht durch Testsignale \u00fcberpr\u00fcft werden. <\/p>\n<p><\/p>\n<p>Test-Signale sind auf dem Server der BBC verf\u00fcgbar: ftp:\/\/ftp.kw.bbc.co.uk\/t2refs\/ mit einer ausf\u00fchrlichen 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 zur Frequenznutzung waren, wie man sagt, nicht erfolgreich, aber sie boten viel Erfahrung im Lesen von technischen Dokumentationen, Programmierung, dem Ansehen von Serien und dem L\u00f6sen philosophischer Fragen\u2026 kurz gesagt, ich konnte das Projekt nicht aufgeben. <\/p>\n<p><\/p>\n<p>Der Glaube an \u201epure SDR\u201c ist nur gewachsen. <\/p>\n<p><\/p>\n<p>Wir nehmen das Signal so wie es ist, interpolieren es nahezu zu einem \u00c4quivalent und extrahieren dann ein diskretes Signal, das jedoch dem echten \u00e4hnlich ist.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Synchronisationsdiagramm:<\/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 Lehrbuch. Es wird nachfolgend etwas komplexer. Abweichungen m\u00fcssen berechnet werden. Es gibt zahlreiche Literatur und Forschungsartikel, die die Vor- und Nachteile verschiedener Methoden vergleichen. Ein Klassiker ist \u2013 \u201eMichael Speth, Stefan Fechtel, Gunnar Fock, Heinrich Meyr, Optimum Receiver Design for OFDM-Based Broadband Transmission \u2013 Teil I und II\u201c. Allerdings habe ich keinen Ingenieur getroffen, der bereit und f\u00e4hig ist, solche Berechnungen anzustellen, weshalb ein ingenieurtechnischer Ansatz verfolgt wurde. Mit demselben Synchronisationsverfahren wurden St\u00f6rungen in das Testsignal eingebracht. Durch den Vergleich verschiedener Metriken mit bekannten Abweichungen (die ich selbst eingebracht habe) wurden die besten f\u00fcr Leistung und einfache Umsetzung 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 gesch\u00e4tzt und werden in einem einfachen, linearen Equalizer des OFDM-Signals verwendet.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Charakteristik des Equalizers:<\/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 das funktioniert gut, wenn man wei\u00df, wann ein DVB-T2-Rahmen beginnt. Dazu wird im Signal das P1-Preambel-Symbol \u00fcbertragen. Die Methode zur Erkennung und Dekodierung des P1-Symbols ist in der technischen Spezifikation ETSI TS 102 831 beschrieben (dort gibt es auch viele n\u00fctzliche Empfehlungen zum Empfang).<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Autokorrelation des P1-Signals (der h\u00f6chste 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 (nur noch sechs Monate bis zum bewegten Bild\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>Hier erfahren wir, was IQ-Imbalance, DC-Offset und LO-Leckage sind. In der Regel wird die Kompensation dieser direkt umwandlungs-spezifischen Verzerrungen im Treiber des SDR-Ger\u00e4ts implementiert. Es hat daher viel Zeit in Anspruch genommen, zu verstehen: Das Herausziehen der Sterne aus dem harmonischen QAM64-Sternenbild ist die Arbeit der Kompensationsfunktionen. Ich musste alles ausschalten und mein eigenes Fahrrad entwickeln.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Und nun bewegt sich das Bild:<\/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 Sternenbilderdrehung 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, dies ist das Ergebnis, das Hackfleisch durch den Fleischwolf zur\u00fcckzulassen.<\/p>\n<p><\/p>\n<ul>\n<li>Bit-Interleaving (bitweises Interleaving mit gedrehten Spalten)<\/li>\n<li>Cell-Interleaving (Interleaving von Zellen im Codierungsblock)<\/li>\n<li>Zeitinterleave (auch in der Gruppe der Kodierungsbl\u00f6cke)<\/li>\n<li>Frequenzinterleave (Interleaving der Frequenzen im OFDM-Symbol)<\/li>\n<\/ul>\n<p><\/p>\n<p>Am Ende haben wir folgendes Signal an der Eingangsstelle:<\/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 codierten Signals.<\/p>\n<p><\/p>\n<h4 id=\"itog\">Zusammenfassung<\/h4>\n<p><\/p>\n<p>Jetzt k\u00f6nnen wir nicht nur das Signal und seine Form sehen, sondern auch die Steuerinformationen.<br \/>\nIn der Luft sind zwei Multiplexe. In jedem davon zwei physische Kan\u00e4le (PLP). <\/p>\n<p><\/p>\n<p>Eine Eigenheit im ersten Multiplex \u2013 der erste PLP hat das Label \u201emultiple\u201c, was logisch ist, da er nicht der einzige im Multiplex ist, w\u00e4hrend der zweite PLP das Label \u201esingle\u201c hat, und das wirft Fragen auf.<br \/>\nNoch interessanter ist die zweite Eigenheit im zweiten Multiplex \u2013 alle Programme sind im ersten PLP, w\u00e4hrend im zweiten PLP ein Signal unbekannter Natur mit niedriger Geschwindigkeit pr\u00e4sent ist. Zumindest der VLC-Player, der etwa f\u00fcnfzig Videoformate und ebenso viele Audioformate versteht, kann es nicht erkennen. <\/p>\n<p><\/p>\n<p><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/github.com\/Oleg-Malyutin\/sdr_receiver_dvb_t2\">Das Projekt kann hier gefunden werden<\/a><\/noindex>.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Das Projekt wurde ins Leben gerufen, um die M\u00f6glichkeit zu bestimmen, DVB-T2 mit SdrPlay (und jetzt auch AirSpy) zu dekodieren, deshalb ist dies nicht einmal eine Alpha-Version.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>P.S. W\u00e4hrend der Schwierigkeiten beim Schreiben des Artikels ist es gelungen, PlutoSDR in das Projekt zu integrieren.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Einige werden sofort sagen, dass dort nur 6 Msps f\u00fcr das IQ-Signal \u00fcber USB 2.0 verf\u00fcgbar sind, aber man ben\u00f6tigt mindestens 9,2 Msps \u2013 das ist jedoch 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 \u043c\u0435\u0442\u043e\u0434\u043e\u043c SDR. \u041d\u043e \u0435\u0441\u0442\u044c \u0432 SDR \u0438 \u0435\u0449\u0435 [&hellip;]<\/p>\n","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"author":1,"featured_media":96002,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[688],"tags":[],"class_list":["post-96001","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-administrirovanie"],"aioseo_notices":[],"aioseo_head":"\n\t\t<!-- All in One SEO 4.9.10 - aioseo.com -->\n\t<meta name=\"description\" content=\"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. 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SDR wird eine gro\u00dfe Zukunft vorhergesagt, wobei die Hauptvorteil in der Aufhebung der Beschr\u00e4nkungen bei der Implementierung von Funkprotokollen liegt. Ein Beispiel hierf\u00fcr ist die OFDM-Modulation (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), die nur durch SDR m\u00f6glich wurde. 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