soft-dvb: a fully-software gnuradio-based etsi dvb-t modulator tesi di laurea specialistica corso di...

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



Dalla lettura dello standard ETSI ...


...all'implementazione “di carta”


...all'implementazione nel Mondo Reale

Dettagli : il frontend


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


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


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


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


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


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


Ottimizzazione di Soft-DVB: Un esempio...

Codice convoluzionale madre come descrtitto

dallo standard ETSI


Ottimizzazione di Soft-DVB: Un esempio...

Implementazione di Soft-DVBa basso costo computazionale

Codice convoluzionale madre come descrtitto

dallo standard ETSI


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.


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.


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


Grazie per l'ascolto,

adesso daremo una dimostrazione “in diretta” del

funzionamento di Soft-DVB


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