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Soft-DVB: A Fully-Software GNURadio-based ETSI DVB-T Modulator

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

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Soft-DVB: A Fully-Software GNURadio-based ETSI DVB-T Modulator

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Presentation Transcript

  1. Soft-DVB: A Fully-Software GNURadio-basedETSI 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

  2. 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

  3. 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

  4. Dalla lettura dello standard ETSI ... V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator

  5. ...all'implementazione “di carta” V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator

  6. ...all'implementazione nel Mondo Reale V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator

  7. ...all'implementazione nel Mondo Reale V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator

  8. 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 V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator

  9. 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 V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator

  10. Dettagli : il frontend Il sistema USRP: Frontend RFX900 Motherboard USRP 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

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. 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

  15. Ottimizzazione di Soft-DVB: Un esempio... Codice convoluzionale madre come descrtitto dallo standard ETSI Implementazione di Soft-DVB a basso costo computazionale V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator

  16. 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. V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator

  17. 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

  18. 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

  19. 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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