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| 9.64 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
The increasing number of connected devices and wireless protocols poses several challenges
and is calling for new ways to design and implement radio systems. Technological advances
in analogue-to/from-digital converters and computing power has made software-defined
radio (SDR) a popular architecture. I propose an initial implementation of a library
for SDR research, targeted at fellow students and digital signal processing (DSP)/SDR
practitioners. The SKSDR library is developed in Python due to its well established usage
in the scientific community and large body of supporting libraries and documentation. The
library includes an initial implementation of several algorithms for various stages of the
transmitter and receiver chains, such as modulators, matched filtering, synchronization
blocks, among others. On top of the library, and as demonstration purposes, I propose
two applications based on the GNU Radio SDR framework. The first application is a
wideband frequency modulation (WBFM) receiver, based on an alternative algorithm,
than the one already existing in the GNU Radio system. The second application is a
complete PSK transceiver that works both in simulated environment and with physical
hardware, real-time requirements. This is aimed at demonstrating the challenges posed
by physical implementation, like real channel impairments, which sometimes are difficult
to capture in simulation environment. GNU Radio will be used mostly as wrapping logic,
with the main goal being full re-use of the algorithms developed for the SKSDR library. A
HackRF One and RTL-SDR devices will be used as the radio front ends, for transmitter
and receiver respectively.
O número crescente de dispositivos conectados e protocolos sem fio apresenta vários desafios e exige novas formas de projetar e implementar sistemas de rádio. Os avanços tecnológicos em conversores analógicos-digitais e a capacidade de computação, tornaram o rádio definido por software (SDR) uma arquitetura atrativa. Proponho uma implementação inicial de uma biblioteca para pesquisa de SDR, direcionada para estudantes e profissionais de processamento digital de sinais (DSP) / SDR. A biblioteca SKSDR é desenvolvida em Python devido ao seu uso bem estabelecido na comunidade científica e ao grande conjunto de bibliotecas de suporte e documentação. A biblioteca inclui uma implementação inicial de vários algoritmos para diversos estágios das cadeias transmissoras e recetoras, como moduladores, filtros, blocos de sincronização, entre outros. Além da biblioteca, e para efeitos de demonstração, proponho duas aplicações baseadas na framework SDR GNU Radio. A primeira aplicação é um recetor de modulação em frequência de banda larga (WBFM), baseado num algoritmo alternativo ao que já existe no sistema GNU Radio. A segunda aplicação é um transcetor PSK completo que funciona tanto em ambiente de simulação como com hardware físico com requisitos de tempo real. O objetivo é demonstrar os desafios colocados pela implementação física, como limitações reais do canal, que por vezes são difíceis de capturar em ambiente de simulação. O GNU Radio será usado principalmente como lógica de encapsulamento, com o objetivo principal de reutilização total dos algoritmos desenvolvidos para a biblioteca SKSDR. Os dispositivos HackRF One e RTL-SDR serão usados para front-ends de rádio, como transmissor e recetor, respetivamente.
O número crescente de dispositivos conectados e protocolos sem fio apresenta vários desafios e exige novas formas de projetar e implementar sistemas de rádio. Os avanços tecnológicos em conversores analógicos-digitais e a capacidade de computação, tornaram o rádio definido por software (SDR) uma arquitetura atrativa. Proponho uma implementação inicial de uma biblioteca para pesquisa de SDR, direcionada para estudantes e profissionais de processamento digital de sinais (DSP) / SDR. A biblioteca SKSDR é desenvolvida em Python devido ao seu uso bem estabelecido na comunidade científica e ao grande conjunto de bibliotecas de suporte e documentação. A biblioteca inclui uma implementação inicial de vários algoritmos para diversos estágios das cadeias transmissoras e recetoras, como moduladores, filtros, blocos de sincronização, entre outros. Além da biblioteca, e para efeitos de demonstração, proponho duas aplicações baseadas na framework SDR GNU Radio. A primeira aplicação é um recetor de modulação em frequência de banda larga (WBFM), baseado num algoritmo alternativo ao que já existe no sistema GNU Radio. A segunda aplicação é um transcetor PSK completo que funciona tanto em ambiente de simulação como com hardware físico com requisitos de tempo real. O objetivo é demonstrar os desafios colocados pela implementação física, como limitações reais do canal, que por vezes são difíceis de capturar em ambiente de simulação. O GNU Radio será usado principalmente como lógica de encapsulamento, com o objetivo principal de reutilização total dos algoritmos desenvolvidos para a biblioteca SKSDR. Os dispositivos HackRF One e RTL-SDR serão usados para front-ends de rádio, como transmissor e recetor, respetivamente.
Description
A thesis submitted for the degree of M.Sc. Electronics and Telecommunications Engineering
Keywords
Software defined radio Radio definido por software Digital signal processing Processamento de sinal digital GNU radio Rádio GNU Python library Biblioteca padrão Python
Citation
PINHO, David Boggon - Library and applications for DSP and SDR research. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2020. Dissertação de mestrado.
Publisher
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa