Progetto di una radio software GPS su periferica USRP. 2 Ottobre 2007

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1 Progetto di una radio software GPS su periferica USRP Università degli Studi di Pisa Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Informatica Candidato Relatori Prof. Marco Luise Prof. Luciano Lenzini Ing. Giacomo Bacci 2 Ottobre 2007

2 Architettura di riferimento L architettura di riferimento è composta da: Un Software Receiver GPS, chiamato SoftRec Un front-end di conversione A/D, chiamato Signal Tap Scopo del lavoro è mostrare le operazioni di porting di SoftRec da Signal Tap ad una nuova scheda, chiamata USRP

3 Architettura di riferimento L architettura di riferimento è composta da: Un Software Receiver GPS, chiamato SoftRec Un front-end di conversione A/D, chiamato Signal Tap Scopo del lavoro è mostrare le operazioni di porting di SoftRec da Signal Tap ad una nuova scheda, chiamata USRP

4 Architettura di riferimento L architettura di riferimento è composta da: Un Software Receiver GPS, chiamato SoftRec Un front-end di conversione A/D, chiamato Signal Tap GPS Antenna General Purpose Workstation A/D Front-End (Signal Tap) USB Scopo del lavoro è mostrare le operazioni di porting di SoftRec da Signal Tap ad una nuova scheda, chiamata USRP

5 Architettura di riferimento L architettura di riferimento è composta da: Un Software Receiver GPS, chiamato SoftRec Un front-end di conversione A/D, chiamato Signal Tap GPS Antenna General Purpose Workstation A/D Front-End (Signal Tap) USB Scopo del lavoro è mostrare le operazioni di porting di SoftRec da Signal Tap ad una nuova scheda, chiamata USRP

6 Operazioni nel porting 1 Scelta della frequenza di campionamento 2 Conversione ad 1 bit 3 Controllo della B IF 4 Nuovo Base-Band Down Converter

7 Operazioni nel porting 1 Scelta della frequenza di campionamento 2 Conversione ad 1 bit 3 Controllo della B IF 4 Nuovo Base-Band Down Converter

8 Operazioni nel porting 1 Scelta della frequenza di campionamento 2 Conversione ad 1 bit 3 Controllo della B IF 4 Nuovo Base-Band Down Converter

9 Operazioni nel porting 1 Scelta della frequenza di campionamento 2 Conversione ad 1 bit 3 Controllo della B IF 4 Nuovo Base-Band Down Converter

10 Frequenza di campionamento Problema La frequenza di campionamento di Signal Tap/SoftRec non è compatibile con la USRP, quindi è necessario calcolare una nuova frequenza di campionamento Vincoli f s deve essere multiplo di 64 (buffer interni a SoftRec) f s = 64/N MHz, con N pari compreso tra 8 e 256 (USRP) Soluzione Intersecando i due vincoli, si ottengono due frequenze utilizzabili: 3.2 MHz e 6.4 MHz

11 Frequenza di campionamento Problema La frequenza di campionamento di Signal Tap/SoftRec non è compatibile con la USRP, quindi è necessario calcolare una nuova frequenza di campionamento Vincoli f s deve essere multiplo di 64 (buffer interni a SoftRec) f s = 64/N MHz, con N pari compreso tra 8 e 256 (USRP) Soluzione Intersecando i due vincoli, si ottengono due frequenze utilizzabili: 3.2 MHz e 6.4 MHz

12 Frequenza di campionamento Problema La frequenza di campionamento di Signal Tap/SoftRec non è compatibile con la USRP, quindi è necessario calcolare una nuova frequenza di campionamento Vincoli f s deve essere multiplo di 64 (buffer interni a SoftRec) f s = 64/N MHz, con N pari compreso tra 8 e 256 (USRP) Soluzione Intersecando i due vincoli, si ottengono due frequenze utilizzabili: 3.2 MHz e 6.4 MHz

13 Conversione ad 1 bit Problema Signal Tap funziona con il campionamento ad 1 bit. USRP non contempla questa modalità Soluzione Scrivere un nuovo modulo GNU Radio che effettui la conversione Prende in ingresso float e produce byte contenente 8 campioni Converte con la convenzione GPS: +1 0, 1 1

14 Conversione ad 1 bit Problema Signal Tap funziona con il campionamento ad 1 bit. USRP non contempla questa modalità Soluzione Scrivere un nuovo modulo GNU Radio che effettui la conversione I1 Q1 I2 Q2 I3 Q3 Float 1 bit quantization (I,Q)... Byte Prende in ingresso float e produce byte contenente 8 campioni Converte con la convenzione GPS: +1 0, 1 1

15 Conversione ad 1 bit Problema Signal Tap funziona con il campionamento ad 1 bit. USRP non contempla questa modalità Soluzione Scrivere un nuovo modulo GNU Radio che effettui la conversione I1 Q1 I2 Q2 I3 Q3 Float 1 bit quantization (I,Q)... Byte Prende in ingresso float e produce byte contenente 8 campioni Converte con la convenzione GPS: +1 0, 1 1

16 Conversione ad 1 bit Problema Signal Tap funziona con il campionamento ad 1 bit. USRP non contempla questa modalità Soluzione Scrivere un nuovo modulo GNU Radio che effettui la conversione I1 Q1 I2 Q2 I3 Q3 Float 1 bit quantization (I,Q)... Byte Prende in ingresso float e produce byte contenente 8 campioni Converte con la convenzione GPS: +1 0, 1 1

17 Controllo della B IF Problema Selezionare la giusta banda di segnale utile Soluzione Definire la banda del filtro selezionando due lobi del segnale GPS più un 30% di non idealità

18 Controllo della B IF Problema Selezionare la giusta banda di segnale utile Soluzione Definire la banda del filtro selezionando due lobi del segnale GPS più un 30% di non idealità residual_freq Base Band LP Filtering Near Base Band LP Filtering

19 Base-Band Down Converter Problema Modificare il BBDC per gestire i canali I/Q provenienti dalla USRP Soluzione Il modulo BBDC viene riprogrammato con una nuova struttura, detta a reiezione d immagine

20 Base-Band Down Converter Problema Modificare il BBDC per gestire i canali I/Q provenienti dalla USRP Soluzione Il modulo BBDC viene riprogrammato con una nuova struttura, detta a reiezione d immagine ri(t) r I (t) 2 cos(2πfift θ) 2 sin(2πfift θ) rq(t) r Q (t)

21 Concludendo Il lavoro ha interessato: Studio dell architettura delle SDR Struttura del framework GNU Radio Scheda USRP e daughterboard DBSRX (hardware, firmware e driver sulla macchina host) Ricevitore software SoftRec e sistema GPS Analisi delle operazioni di porting necessarie, scrittura del software e modifiche a SoftRec

22 Concludendo Il lavoro ha interessato: Studio dell architettura delle SDR Struttura del framework GNU Radio Scheda USRP e daughterboard DBSRX (hardware, firmware e driver sulla macchina host) Ricevitore software SoftRec e sistema GPS Analisi delle operazioni di porting necessarie, scrittura del software e modifiche a SoftRec

23 Concludendo Il lavoro ha interessato: Studio dell architettura delle SDR Struttura del framework GNU Radio Scheda USRP e daughterboard DBSRX (hardware, firmware e driver sulla macchina host) Ricevitore software SoftRec e sistema GPS Analisi delle operazioni di porting necessarie, scrittura del software e modifiche a SoftRec

24 Concludendo Il lavoro ha interessato: Studio dell architettura delle SDR Struttura del framework GNU Radio Scheda USRP e daughterboard DBSRX (hardware, firmware e driver sulla macchina host) Ricevitore software SoftRec e sistema GPS Analisi delle operazioni di porting necessarie, scrittura del software e modifiche a SoftRec

25 Concludendo Il lavoro ha interessato: Studio dell architettura delle SDR Struttura del framework GNU Radio Scheda USRP e daughterboard DBSRX (hardware, firmware e driver sulla macchina host) Ricevitore software SoftRec e sistema GPS Analisi delle operazioni di porting necessarie, scrittura del software e modifiche a SoftRec

26 Grazie per l attenzione