ΕΙΔΙΚΗ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ αναλογικού σήματος FM και αποκωδικοποίηση ψηφιακού σήματος RDS. Τσίρος Γεώργιος, Φυσικός. Πανεπιστήμιο Πατρών, τμήμα Φυσικής 2014 1/37
Δομή παρουσίασης 1) Εισαγωγή 2) Μέθοδοι λήψης σημάτων 3) Software Defined Radio (SDR) 4) Ανάλυση υλοποιημένου δέκτη FM, RDS 5) Οφέλη της τεχνικής SDR 6) Σχόλια πάνω στον κώδικα 7) Προτάσεις 2/37
1) Εισαγωγή 2) Μέθοδοι λήψης σημάτων 3) Software Defined Radio (SDR) 4) Ανάλυση υλοποιημένου δέκτη FM, RDS 5) Οφέλη της τεχνικής SDR 6) Σχόλια πάνω στον κώδικα 7) Προτάσεις 3/37
Εισαγωγή Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα είναι ευρύτατο 8.3 KHz - 275 GHz Πάμπολλα συστήματα & πρωτόκολλα civilian, commercial, industrial, κ.π.ά. Αναπτύσσεται συνεχώς Ύψιστης σημασίας Προσβάσιμα για μελέτη Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα στην Ευρώπη: http://www.erodocdb.dk/docs/doc98/official/pdf/ercrep025.pdf Προϋπόθεση: να μπορούμε να λάβουμε και να ερμηνεύσουμε το εκάστοτε σήμα 4/37
1) Εισαγωγή 2) Μέθοδοι λήψης σημάτων 3) Software Defined Radio (SDR) 4) Ανάλυση υλοποιημένου δέκτη FM, RDS 5) Οφέλη της τεχνικής SDR 6) Σχόλια πάνω στον κώδικα 7) Προτάσεις 5/37
Μέθοδοι λήψης σημάτων Dedicated συσκευή Κινητό τηλέφωνο, δέκτης GPS, ραδιόφωνο,... Συσκευές ανάπτυξης. Για τον έλεγχο συστημάτων. Software Defined Radio Συνδιασμός hardware και software. Το αντικείμενο της μελέτης μας. 6/37
Διαθέσιμα σήματα Φάσμα ηλεκτρομαγνητικών ασύρματων τηλεπικοινωνιών 7/37
Διαθέσιμα σήματα (Τμήμα από εώς 300 MHz ως 600 MHz ) 8/37
1) Εισαγωγή 2) Μέθοδοι λήψης σημάτων 3) Software Defined Radio (SDR) 4) Ανάλυση υλοποιημένου δέκτη FM, RDS 5) Οφέλη της τεχνικής SDR 6) Σχόλια πάνω στον κώδικα 7) Προτάσεις 9/37
Software Defined Radio Λήψη, εκπομπή Αποκωδικοποίηση, κωδικοποίηση ραδιοφωνικών σημάτων με χρήση επεξεργασίας ψηφιοποιημένου σήματος Αναλογικό σήμα ψηφιοποιημένο σήμα RF Front end Ραδιοφωνικός δέκτης Storage ADC CPU Δεδομένα εξόδου Επεξεργασία σήματος Αφαιρετική απεικόνιση συστήματος SDR 10/37
Hardware ETTUS USRP Full duplex RX/TX DC - 6 GHz 100 Msps I/Q FPGA GNU Radio, LabVIEW, Simulink 11/37
Hardware HackRF Half duplex RX/TX 10 MHz - 6 GHz 20 Msps I/Q GNU Radio, SDR#,... Open Source Hardware 12/37
Hardware RTL2832 (Realtek) RX 20 MHz - 1.7 GHz 2.4 Msps I/Q USB Connector (Data out) GNU Radio, SDR#, LabVIEW, Simulink, C, python... RTL2832 (ADC, USB interface, tuner control) R820T (Tuner) Antenna (RF signal in) Η συγκεκριμένη συσκευή χρησιμοποιήθηκε για την λήψη του σήματος που επεξεργάζεται το πρόγραμμα που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διπλωματικής. 13/37
R820T + RTL2832 SDR Hardware R820T (Tuner) Επεξεργασία RTL2832 (CONTROL, ADC,USB) Σχηματικό διάγραμμα χρήσης ενός RTL2832 με δέκτη R820T 14/37
R820T Σχηματικό διάγραμμα λειτουργίας ενός R820T 15/37
Software Έτοιμα προγράμματα. Visual programming languages (LabVIEW, GNURadio,...). Όλες οι γλώσσες προγραμματισμού γενικής χρήσης. Για την υλοποίηση του δέκτη, επιλέξαμε τη γλώσσα C. 16/37
Software: GNURadio Απλό Σχετικά συμβατό Δύσκολο στην μελέτη Αποκρύπτει την λειτουργία Ένας δέκτης FM στο GNURadio 17/37
Software : C Συμβατό Γρήγορο Διαφανές Δύσκολο Δείγμα του κώδικα που υλοποιεί τον δέκτη FM/RDS που αναπτύχθηκε 18/37
1) Εισαγωγή 2) Μέθοδοι λήψης σημάτων 3) Software Defined Radio (SDR) 4) Ανάλυση υλοποιημένου δέκτη FM, RDS 5) Οφέλη της τεχνικής SDR 6) Σχόλια πάνω στον κώδικα 7) Προτάσεις 19/37
Φάσμα σήματος FM (Όπως εκπέμπεται από τυπικό ραδιοφωνικό σταθμό FM stereo με RDS) 20/37
Δέκτης FM με διακριτά στοιχεία 21/37
Υλοποιημένος δέκτης FM/RDS Resampler I 2 5 Σήματα από RF δέκτη Q -1 z Channel Select Filter AGC FM Kvco Fs=1.2 MHz Αποδιαμόρφωση FM 57 KHz 114 KHz x 3 KHz 2 Freq. Div. Kvco N/2 Αποκωδικοποίηση RDS m(t) 2375 Hz x 2 Zero Crossing Detector (block διάγραμμα) Clock gen -1 z Acc Fs=480 KHz XOR Data bits 22/37
Στοιχεία του δέκτη FM/RDS Απόρριψη κατοπτρισμού (Image Rejection) I Q -1 z 23/37
Στοιχεία του δέκτη FM/RDS Αυτόματο κέρδος (automatic gain control) 24/37
Στοιχεία του δέκτη FM/RDS Ψηφιακά φίλτρα 25/37
Στοιχεία του δέκτη FM/RDS PLL 26/37
Αποκωδικοποιητής RDS Σχηματικό διάγραμμα αποδιαμόρφωσης σήματος RDS βάσει προτύπου 27/37
Αποκωδικοποιητής RDS Κυματομορφές λήψης ψηφίων RDS 28/37
Αποκωδικοποιητής RDS Δομή πακέτων δεδομένων RDS 29/37
Αποκωδικοποιητής RDS Δείγμα αποτελέσματος αναγνώρισης πακέτων RDS 30/37
1) Εισαγωγή 2) Μέθοδοι λήψης σημάτων 3) Software Defined Radio (SDR) 4) Ανάλυση υλοποιημένου δέκτη FM, RDS 5) Οφέλη της τεχνικής SDR 6) Σχόλια πάνω στον κώδικα 7) Προτάσεις 31/37
Οφέλη της τεχνικής SDR Καινούριες πληροφορίες Καινούριο αντικείμενο μελέτης Συνδιασμός με τις γνώσεις της σχολής Συνεργασία με υπάρχουσες εργασίες (π.χ. MPEG4 decoder) Έρευνα και ανάπτυξη in-house RDS hardware 32/37
1) Εισαγωγή 2) Μέθοδοι λήψης σημάτων 3) Software Defined Radio (SDR) 4) Ανάλυση υλοποιημένου δέκτη FM, RDS 5) Οφέλη της τεχνικής SDR 6) Σχόλια πάνω στον κώδικα 7) Προτάσεις 33/37
Σχόλια πάνω στον κώδικα Πιστή αντιγραφή της λειτουργίας αναλογικού δέκτη Μελέτη υποκυκλωμάτων-υποπρογραμμάτων Επεξεργασία σε πολλά στάδια Αυτόνομος κώδικας Επεξεργασία με floats Επιδόσεις 34/37
1) Εισαγωγή 2) Μέθοδοι λήψης σημάτων 3) Software Defined Radio (SDR) 4) Ανάλυση υλοποιημένου δέκτη FM, RDS 5) Οφέλη της τεχνικής SDR 6) Σχόλια πάνω στον κώδικα 7) Προτάσεις 35/37
Προτάσεις Προσθήκη στερεοφωνικής λήψης Προσθήκη διόρθωσης σφαλμάτων Μετάφραση RDS πληροφοριών σε μορφή αναγνώσιμη από χρήστη. Ταχύτερος/πυκνότερος κώδικας Εκτέλεση απο DSP ή hardware (περιγραφή κυκλώματος σε VHDL/verilog και προγραμματισμός FPGA) 36/37
Τέλος Ερωτήσεις; 37/37