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

1. un Build System integrato per la compilazione del codice 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

1. un Build System integrato per la compilazione del codice 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

Motherboard USRP Frontend RFX900 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

Tasso di codifica convoluzionale 2/3 Intervallo di guardia OFDM ¼ 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... 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

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

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

Conferenza internazionale WSR'08 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 V. Pellegrini, Soft-DVB: A Fully Software, GNURadio-Based ETSI DVB-T Modulator