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Soft-DVB: A Fully-Software
GNURadio-based
ETSI DVB-T Modulator
Tesi di Laurea SpecialisticaCorso di Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni
Facoltà di Ingegneria - Università di Pisa
Candidato: Vincenzo Pellegrini Relatori: Prof. Marco Luise, Prof. Filippo Giannetti, Giacomo Bacci PhD
Motivazioni: caratteristiche dello standard ETSI DVB-T
• È il sistema più diffuso al mondo per il broadcasting della TV
digitale
• OFDM ==> alta efficienza spettrale, resistenza al multipath
• Supporto per Single Frequency Networks
• Supporto per Modulatione Gerarchica
• MPEG2 TS ==> flessibilità nella definizione del payload
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
Motivazioni: Vantaggi dell' architettura SW
• Forte riduzione dei costi del trasmettitore
• Possibile approntare trasmettitori “da campo” durante
emergenze
• TV servizi Broadcast locali (eg. durante missioni di
Peacekeeping di eserciti o ONG)
• Facilità di aggiornamento alle successive versioni dello standard
• Supporto per reti di Broadcasting cellulari
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
Dalla lettura dello standard ETSI ...
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
...all'implementazione “di carta”
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
...all'implementazione nel Mondo Reale
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
...all'implementazione nel Mondo Reale
Dettagli : il frontend
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
Framework per l'implementazione di Software defined Radio, si compone di:
1. un Build System integrato per la compilazione del codice
2. Un livello di scripting Python per l'assemblaggio dei vari blocchi funzionali
3. Un livello di codice macchina compilato da sorgenti C++ per l'implementazione dei singoli blocchi funzionali ad alte prestazioni
Dettagli : il frontend
E' il segmento HW del progetto GNURadio:
Motherboard dotata di interfaccia USB2.0, cui si collegano delle daughterboard specifiche per le varie
bande frequenziali
2 Canali Tx con 2 DAC a 128 Msps x 16 bit ciascuno
2 Canali Rx con 2 ADC a 64 Msps x 16 bit ciascunoV. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
Framework per l'implementazione di Software defined Radio, si compone di:
1. un Build System integrato per la compilazione del codice
2. Un livello di scripting Python per l'assemblaggio dei vari blocchi funzionali
3. Un livello di codice macchina compilato da sorgenti C++ per l'implementazione dei singoli blocchi funzionali ad alte prestazioni
Motherboard Usrp
Dettagli : il frontend
Il sistema USRP:
Motherboard USRP Frontend RFX900
Un segnale perfettamente standard ETSI DVB-T e largo 7-MHz viene trasmesso in nello spazio libero, sul canale. 62 UHF (810 MHz) e
ricevuto da un tipico Set-Top-Box DVB-T
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
Dettagli implementativi: Parametri di trasmissione
Soft-DVB implementa un canale
ETSI DVB-T caratterizzato da seguenti parametri:
• Bitrate Utile 11.612 Mbps
• Costellazione 16-QAM
• Tasso di codifica convoluzionale 2/3
• Intervallo di guardia OFDM ¼
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
Implementazione: prestazioni• La prima bozza di Soft-DVB richiedeva 7.3 volte il tempo reale, su una CPU Pentium IV da 3 GHz• La versione ottimizzata richiede, sullo stesso hardware, solo 0.7 volte il tempo reale. • La funzionalità GNURadio detta “realtime scheduling” assicura alta priorità al processo di Soft-DVB e, conseguentemente, stabilità alla trasmissione.• Soft-DVB è un'applicazione CPU-intensive ma non memory-intensive
Risorse di sistema richieste da Soft-DVB
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
Implementazione: Tecniche di ottimizzazione
• Scambiare potenza di Calcolo con occupazione di memoria • Lavorare al bit quando possibile•Preferire strutture dati vettoriali a quelle scalari• Minimizzare le connessioni di I/O tra i blocchi DSP • Ridurre il numero dei blocchi DSP al minimo necessario
Spettro del segnale OFDM generato in tempo reale
da Soft-DVB
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
Ottimizzazione di Soft-DVB: Un esempio...
Codice convoluzionale madre come descrtitto
dallo standard ETSI
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
Ottimizzazione di Soft-DVB: Un esempio...
Implementazione di Soft-DVBa basso costo computazionale
Codice convoluzionale madre come descrtitto
dallo standard ETSI
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
Prestazioni del sistema
• I segnali di Soft-DVB sono stati demodulati sia con un Set-Top-Box commmerciale, precisamente un Access Media STB 1230 sia con un tipico ricevitore USB portaile per laptop, precisamente un Pinnacle PCTV 70e.
• Soft-DVB si è mostrato capace di modulare a 0.89 volte il tempo reale su una macchina di profilo motlo basso: una CPU Intel Celeron M 410 a 1.46 GHz
• Su una CPU attuale, e comunque consumer-level, precisamente una Intel E8400 a 3 GHz, Soft-DVB modula in circa 0.4 volte il tempo reale.
• La versione ottimizzata richiede, sullo stesso hardware, solo 0.7 volte il tempo reale.
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
Conclusioni e prospettive
• Una soluzione completamente software per la modulazione di segnali ETSI DVB-T non è soltanto possibile, ma presenta anche buone prestazioni, flessibilità e facilità di implementazione.
• Soft-DVB costituisce un buona soluzione al fine di fornire capacità trasmissive sia ridotte che ingenti, e ciò garantendo in ogi caso facilità di di aggiornamento alle versioni successive dello standard DVB-T. Soft-DVB si mostra altresì in grado di adattarsi utilmente a una vasta gamma di sistemi di calcolo, con valori di capacità di calcolo anche molto dispersi.
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
Il modulatore Soft-DVB sviluppato durante questo lavoro di tesi è stato presentato alla Conferenza internazionale WSR'08
tenutasi il 5 e 6 marzo 2008 a Karlsruhe, Germaniae dedicata alla Software Defined Radio
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
Grazie per l'ascolto,
adesso daremo una dimostrazione “in diretta” del
funzionamento di Soft-DVB
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
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