C++의 SDR DVB-T2 수신기

소프트웨어 정의 라디오(Software Defined Radio)는 실제로 건강에 좋은 금속 작업을 프로그래밍의 골치 아픈 작업으로 대체하는 방법입니다. SDR은 큰 미래를 예측하며 주요 이점은 무선 프로토콜 구현에 대한 제한을 제거하는 것으로 간주됩니다. SDR 방식에서만 가능한 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 변조 방식이 그 예입니다. 그러나 SDR에는 최소한의 노력으로 임의의 지점에서 신호를 제어하고 시각화할 수 있는 순수한 엔지니어링 기회가 하나 더 있습니다.

흥미로운 통신 표준 중 하나는 지상파 지상파 TV DVB-T2입니다.
무엇을 위해? 물론 일어나지 않고도 TV를 켤 수 있지만 거기에는 볼 것이 전혀 없으며 이것은 더 이상 내 의견이 아니라 의학적 사실입니다.

DVB-T2는 다음을 포함하여 매우 광범위한 기능을 갖도록 설계되었습니다.

• 실내 응용
• QPSK에서 256QAM으로 변조
• 1,7MHz~8MHz의 대역폭

나는 SDR 원리를 사용하여 디지털 TV를 수신한 경험이 있습니다. DVB-T 표준은 잘 알려진 GNURadio 프로젝트에 포함되어 있습니다. DVB-T2 표준을 위한 gr-dvbs2rx 블록(모두 동일한 GNURadio에 대한)이 있지만 예비 신호 동기화가 필요하며 이는 고무적입니다(Ron Economos에게 특별히 감사드립니다).

우리가 가진 것.

전송은 자세히 설명하지만 수신은 자세히 설명하지 않는 ETSI EN 302 755 표준이 있습니다.

신호는 9,14285714285714285714 MHz의 샘플링 주파수로 방송되고 있으며 32768 MHZ 대역에서 8 캐리어를 사용하여 COFDM으로 변조됩니다.

로컬 발진기의 직류(DC) 오프셋과 "누설"을 제거하려면 샘플링 주파수를 두 배로 늘리고(아무 것도 잃지 않도록) 중간 주파수에서 더 많은 대역폭(슈퍼헤테로다인 수신)을 사용하여 이러한 신호를 수신하는 것이 좋습니다. (LO)를 수신기 입력에 연결합니다. 이러한 조건을 충족하는 장치는 단순히 호기심을 갖기에는 너무 비쌉니다.

10Msps 10bit를 사용하는 SdrPlay 또는 비슷한 특성을 가진 AirSpy가 훨씬 저렴합니다. 여기서 샘플링 주파수를 두 배로 늘리는 것은 의문의 여지가 없으며 수신은 직접 변환(Zero IF)을 통해서만 수행될 수 있습니다. 따라서 (금전적인 이유로) 우리는 최소한의 하드웨어 변환을 통해 "순수한" SDR을 지지하는 쪽으로 전환하고 있습니다.

두 가지 문제를 해결해야 했습니다.

1. 동기화. 정확한 위상 정확도 RF 편차와 샘플링 주파수 편차를 알아보세요.
2. DVB-T2 표준을 거꾸로 다시 작성합니다.

두 번째 작업에는 훨씬 더 많은 코드가 필요하지만 인내심을 갖고 해결할 수 있으며 테스트 신호를 사용하여 쉽게 확인할 수 있습니다.

테스트 신호는 자세한 지침과 함께 BBC 서버 ftp://ftp.kw.bbc.co.uk/t2refs/에서 확인할 수 있습니다.

첫 번째 문제에 대한 해결책은 SDR 장치의 특성과 제어 기능에 따라 크게 달라집니다. 권장되는 주파수 제어 기능을 사용하는 것은 성공하지 못했지만 이를 읽는 데 많은 경험을 제공했습니다. 문서화, 프로그래밍, TV 시리즈 시청, 철학적 질문 해결... 한마디로 프로젝트를 포기하는 것은 불가능했습니다.

“순수한 SDR”에 대한 믿음은 더욱 강해졌습니다.

우리는 신호를 있는 그대로 취하여 거의 아날로그로 보간하고 이산 신호를 꺼내지만 실제 신호와 유사합니다.

동기화 블록 다이어그램:

여기의 모든 것은 교과서에 따른 것입니다. 다음은 조금 더 복잡합니다. 편차를 계산해야 합니다. 다양한 방법의 장점과 단점을 비교하는 많은 문헌과 연구 기사가 있습니다. 고전에서 - 이것은 "Michael Speth, Stefan Fechtel, Gunnar Fock, Heinrich Meyr, OFDM 기반 광대역 전송을 위한 최적의 수신기 설계 - XNUMX부 및 XNUMX부"입니다. 하지만 셀 수 있고 싶어하는 엔지니어를 한 명도 만나지 못했기 때문에 엔지니어링 접근 방식이 사용되었습니다. 동일한 동기화 방법을 사용하여 테스트 신호에 디튜닝이 도입되었습니다. 알려진 편차(그가 직접 소개함)와 다양한 측정항목을 비교하여 성능과 구현 용이성을 위해 가장 좋은 측정항목을 선택했습니다. 가드 인터벌과 그 반복 부분을 비교하여 수신 주파수 편차를 계산한다. 수신 주파수의 위상과 샘플링 주파수는 파일럿 신호의 위상 편차로부터 추정되며 이는 OFDM 신호의 간단한 선형 등화기에도 사용됩니다.

이퀄라이저 특성:

DVB-T2 프레임이 언제 시작되는지 알면 이 모든 것이 잘 작동합니다. 이를 위해 프리앰블 심볼 P1이 신호에 전송됩니다. P1 기호를 감지하고 디코딩하는 방법은 기술 사양 ETSI TS 102 831에 설명되어 있습니다(수신에 대한 유용한 권장 사항도 많이 있음).

P1 신호의 자기상관(프레임 시작 부분의 가장 높은 지점):

첫 번째 사진 (동영상까지 XNUMX개월 남았습니다...):

여기서는 IQ 불균형, DC 오프셋 및 LO 누출이 무엇인지 알아봅니다. 일반적으로 직접 변환과 관련된 이러한 왜곡에 대한 보상은 SDR 장치 드라이버에서 구현됩니다. 따라서 이해하는 데 오랜 시간이 걸렸습니다. 친숙한 QAM64 별자리에서 별을 제거하는 것은 보상 기능의 작업입니다. 나는 모든 것을 끄고 자전거를 써야했습니다.

그리고 사진이 움직였습니다.

DVB-T64 표준의 특정 성좌 회전을 사용한 QAM2 변조:

간단히 말해서 다진 고기를 고기 분쇄기에 다시 통과시킨 결과입니다. 이 표준은 네 가지 유형의 혼합을 제공합니다.

• 비트 인터리빙
• 셀 인터리빙(코딩 블록에서 셀 혼합)
• 시간 인터리빙(인코딩 블록 그룹에도 속함)
• 주파수 인터리빙(OFDM 기호의 주파수 혼합)

결과적으로 입력에는 다음과 같은 신호가 나타납니다.

이 모든 것은 인코딩된 신호의 잡음 내성을 위한 투쟁입니다.

합계

이제 신호 자체와 모양뿐만 아니라 서비스 정보도 볼 수 있습니다.
방송에는 두 개의 멀티플렉스가 있습니다. 각각에는 두 개의 물리적 채널(PLP)이 있습니다.

첫 번째 멀티플렉스에서 한 가지 이상한 점이 발견되었습니다. 첫 번째 PLP에는 "다중"이라는 레이블이 지정되어 있는데, 이는 멀티플렉스에 두 개 이상의 PLP가 있고 두 번째 PLP에는 "단일"이라는 레이블이 지정되어 있기 때문에 논리적입니다.
훨씬 더 흥미로운 점은 두 번째 멀티플렉스의 두 번째 이상한 점입니다. 모든 프로그램은 첫 번째 PLP에 있지만 두 번째 PLP에는 저속에서 알 수 없는 특성의 신호가 있습니다. 적어도 약 XNUMX개의 비디오 형식과 동일한 양의 오디오를 이해하는 VLC 플레이어는 이를 인식하지 못합니다.

프로젝트 자체는 여기에서 찾을 수 있습니다..

이 프로젝트는 SdrPlay(현재는 AirSpy)를 사용하여 DVB-T2를 디코딩할 가능성을 확인하는 것을 목표로 만들어졌으므로 이는 알파 버전도 아닙니다.

추신: 힘들게 기사를 작성하는 동안 PlutoSDR을 프로젝트에 통합하는 데 성공했습니다.

누군가는 USB6 출력의 IQ 신호에 대해 2.0Msps만 있다고 즉시 말할 것이지만 최소한 9,2Msps가 필요하지만 이것은 별도의 주제입니다.

출처 : habr.com