Software Defined Radio One Hardware Many Radios

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1 Software Defined Radio One Hardware Many Radios :: Fabio, IZ5XRC :: Francesco, IW5EKN

2 Parte I Introduzione

3 SDR: cos'è Funzioni Sistema Radio RF FE CONVERS DEMOD PRESEN "A radio in which some or all of the physical layer functions are software defined" SDR Forum and IEEE P group

4 Storia 1970: Digital Receiver Gold Room Lab., TRW 1984: E-Systems (Raytheon) Software Radio Adaptive Digital Demodulation and Synchronization. 1990: SW-based GSM basestation Dr. Joe Mitola, the Godfather of SDR 1997: JTRS: Joint Tactical Radio System ESSOR: European Secure Software Defined Radio 2001: GNU Radio: MIT, Sun Microsystems, FSF

5 SDR escalation DARPA-MIT SpectrumWare

6 SDR non hamradio Infrastrutture per TLC : common platform o multiband-multiprotocol base station che supportano differenti standard Apparati di Test e Misura a RF Cellular handset: baseband signal/modem processing SoC sempre più presenti nella telefonia mobile TLC satellitari

7 Vantaggi del numerico Prestazioni non limitate dalle tecnologie costruttive dei materiali radiotecnici No dispersione delle caratteristiche, deriva termica, invecchiamento Flessibili, aggiornabili, riconfigurabili. Mondo Fisico Mondo Numerico

8 SDR: cos'è Funzioni Sistema Radio RF FE CONVERS DEMOD PRESEN "A radio in which some or all of the physical layer functions are software defined" SDR Forum and IEEE P group

9 Conversione Operazioni necessarie in teoria: Moltiplicazione Filtro... Radio analogica Mixer Filtro analogico... SDR Moltiplicatore Filtro Numerico...

10 Elaborazione Numerica RF, IF o BB ADC Q Ex0 21x0 53x0 7Dx x0 5Ex0 20x0 DDx0...

11 Campionamento Campioni al secondo FS FS FN

12 Regole per il campionamento Th. del campionamento (Nyquist-Shannon-Whitaker) f SAM 2 f MAX Th. del campionamento per i segnali passa-banda FS f SAM LB = 2 f MAX f MAX BW fmax 12 GHz BW 3 GHz fsam 6 GSaps IW5 EKN Francesco

13 Segnali I e Q: proprietà... RF L'informazione di un segnale RF modulato << in qualsiasi modo! >> è rappresentabile con due segnali I e Q I Q che sono in BANDA BASE s(t)=i cos(2 π f 0 t) Q sin(2 π f 0 t)

14 Segnali I e Q: definizione IW5 EKN Francesco

15 Estrazione di I e Q Miscelazione del segnale RF con LO a f0 produce il segnale I Miscelazione del segnale RF con LO a f0 sfasato di 90 produce il segnale Q s(t)=i cos(2 π f 0 t) Q sin(2 π f 0 t) π 2 LP I Quadrature Mixer LP Q

16 Segnale RF s(t)=i cos(2 π f 0 t) Q sin(2 π f 0 t) Estrazione I e Q Campiono a f 0 4 nt =n 1 f 0 4 = 4 n f 0 f 0 4 f 0 4 π 2 ŝ(t )=I cos(2 π f 0 4 n f 0 ) Q sin (2 π f 0 4 n f 0 )=I Tailoe detector 4 n ŝ(t )=I cos(2 π f 0 + π f 0 2 ) Q sin (2 π f 4 n 0 π f 0 2 )=Q

17 Riepilogando Segnale con fmax: posso campionarlo a 2 fmax o anche meno se a banda limitata Conversione: posso farla con un processore che fa somme e moltiplicazioni Componenti I e Q: rappresentano completamente il segnale e sono in bassa frequenza, posso campionare direttamente quelle! Componenti I e Q Componenti I e Q: posso estrarle con un mixer fisico o numerico oppure anche solo campionando opportunamente il segnale RF

18 Demodulazione da I e Q AM: prendo sqrt(i^2+q^2) SSB: somma o differenza FM: prendo atan(q/i) e diff PM: prendo atan(q/i) QAM: mix...

19 Considerazioni sulla banda Spettri reali FS= 5 Msps FS= 5 Msps Spettro complesso FS= 2.5 Msps 2.5 Msaps complessi (coppia di campioni I, Q) Spettro visualizzabile senza alias: 2.5 MHz

20 One HW many Radios I e Q (I 2 +Q 2 ) AM atan( Q I ) d dt FM I +Q LSB

21 RF SDR: tipi diversi Direct sampling High Performance Software Defined Radio openhpdsr.org, tapr.org IF Digital Baseband baseband es. Direct Conversion Quadrature Sampling (DCQS) Esempi: SoftRock Lite, EZCAP DVB-T/FM/DAB Funkamateur Einsteigerkit, RTL2832 Esempi: FLEXRadio SDRs, USRP, HPSDR, AMRAD Charleston SDR, DSP-IP

22 Esempio di elaborazione a campionamento e SW: Einsteiger-Kit rivista Funkamateur SAMPLER FET AMP SAMPLER CLOCK Johnson Counter Tailoe Detector Es. per 75 MHz con IF a 5,5 MHz: osc 22 MHz /4 5,5 MHz per ricevere i 20 m (15 MHz): osc 60 MHz /4 15 MHz

23 SDR: digitale non solo software Alimentazione I e Q verso i canali L e R della scheda audio PC Bla bla Oscillatore a MHz o VFO SSB^-1 SDRadio di I2PHD f0/4 = MHz 40 metri Einsteigerkit - rivista Funkamateur

24 RTL2832 dongles DVB-T TV broadcasts low-if tuner rtlsdr.dll SDR VHF to UHF zero-if tuner Sintonizzatore: Rafael R820T o R820T2 Spettro ricevuto: 24M 1G760 IF = 28M8 Dynamic range ~45 db Sensitivity ~110 dbm Sintonizzatore: E4000 Spettro ricevuto: 54M 2G147 Zero-IF

25 baseband zero-if SDR (E4000+RTL2832) I e Q sono campionate da RTL2832 (entrambi gli ADC) IF low-if SDR (R820T+RTL2832) Il segnale IF a 28.8 MHz viene campionato da RTL2832 (un solo ADC) poi viene convertito da un DDC (digital downconverter), filtrato e ricampionato a 3.2 MSps

26 Registrazione spettro completo Come: PARTE 2...

27 Difetti 8 bit resolution Birdies Hump (I/Q imbalance) Thermal drift Migliorie Schermatura Raffreddamento Filtri Preamp...

28 RTL2832: supporto driver SDRtouch Android app Raspberry Pi + PiTFT + RTL-SDR dongle SDRtouch.com learn.adafruit.com/

29 Libri

30 Fine prima parte