Soft-DVB: A Fully-Software
GNURadio-based
ETSI DVB-T Modulator
Tesi di Laurea Specialistica
Corso 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
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Dalla lettura dello standard ETSI ...
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...all'implementazione “di carta”
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...all'implementazione nel Mondo Reale
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...all'implementazione nel Mondo Reale
V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator
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
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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
Motherboard Usrp
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 ciascuno
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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
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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
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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 memoryintensive
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
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Ottimizzazione di Soft-DVB: Un esempio...
Codice convoluzionale
madre come descrtitto
dallo standard ETSI
Implementazione di Soft-DVB
a basso costo computazionale
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Prestazioni del sistema
• La versione ottimizzata richiede, sullo stesso hardware, solo 0.7
volte il tempo reale.
• 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.
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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, Germania
e 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
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