Utilizarea Realtek Software R adio [613487]
BRAȘOV
2016
Utilizarea Realtek Software R adio –
rtlsdr
Absolvent: Péter -Levente KÓRÉ
Îndrumător: Ș.l. dr.ing. József DOMOKOS
ing. István MOLDOVÁN
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
2 Universitatea Transilvania din Brașov Lucrare de diplomă nr. ……….
Facultatea
Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Departamentul
Electronică și Calculatoare Viza facultății
Programul de studii
Tehnologii și sisteme de telecomunicații Anul universitar
2015 – 2016
Candidat
KÓRÉ Péter – Levente Promoția
2016
Cadrul didactic îndrumător
Coordonator științific Ș.l. dr. ing. DOMOKOS József
Îndrumă -–tor: ing.MOLDOVÁN István
LUCRARE DE DIPLOMĂ
Titlul lucrării: Utilizarea Realtek Software Radio – rtlsdr
Problemele principale tratate:
1. Studiu bibliografic despre Software Defined Radio, comunicație de radio, modulații și codare
2. Programul SDR GnuRadio și SDR#, principii și funcționare
3. Analizarea semnelor în banda de frecvență ISM de 4 33MHz
4. Implementarea unui software pentru receptia semnalului
5. Dezvoltarea programelor pentru demodularea și decodarea semnalului
6. Testarea și evaluare sistemului
7. Documentarea rezultatelor, concluzii
Locul și durata practicii:Laboratorul de electrică (112 -113), rețele de calculatoare (313), al
Universității Sapienti, Mai 2015 – Iunie 2016
Bibliografie:
1. Francis,C.W.: James Clerk Maxwell: Physicist and Natural Philosopher. New York: Scribner’S, 1994
2. Dr. Zombory László : Elektromágneses terek. Műszaki Kiadó, Budapest, 2008
3. Kendall Haven : 100 Greatest Science Discoveries of All Time. Unlimited Libraries, 2007
4. B.Ferenc,E.Gyula,K.Dóra : Híradástechnika – digitális adatátvitel. ÓE -KVK 2134, 2015
5. Alessandro Bazzi, Radio Communications, Intech, 2010
Aspecte part iculare:
Primit tema la data de: 15.05.2015
Data predării lucrării: 30.06.2016
Director departament, Cadru didactic îndrumător,
Ș.l.dr.ing. DOMOKOS J ózsef sfa
Candidat,
KÓRÉ Péter – Levente
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
3
LUCRARE DE DIPLOMĂ – VIZE
Data
vizei Capitole/ problemele analizate Semnătura cadrului didactic
îndrumător
25.05.2015 Introducerea în tema aleașă.
15.09.2015 Testarea driverilor speciale, încercarea programelor
SDR#, GnuRadio
05.10.2015 Selectarea programului open source rtl_433 pentru
recepționarea benzii de 433MHz și salvarea datelor
02.10.2015 Introducerea datelor în Matlab, dezvoltarea
programelor de afisare
18.01.2016 Demodularea semnalului în Matlab, cu mai multe
metode, analizarea semnalului trimis de telecomandă
25.04.2016 Proiectarea și dezvoltarea aplicației softver pentru
recepția și decodarea semnalului recepționat
09.05.2016 Realizarea lucrării, verificarea capitolelor.
APRECIEREA ȘI AVIZUL CADRULUI DIDACTIC ÎNDRUMĂTOR
Confirm efectuarea celor 60 de ore de practica pentru realizarea lucrarii de diploma si sunt de acord
cu sustinerea lucrarii. Nota acordata de indrumator: …………
Data :
25.06.2016 ADMIS
CADRU DIDACTIC ÎNDRUMĂTOR
Ș.l.dr.ing. DOMOKOS József
AVIZUL DIRECTORULUI DE DEPARTAMENT
Data: ADMIS pentru susținere/
RESPINS DIRECTOR DEPARTAMENT
SUSȚINEREA LUCRĂRII DE DIPLOMĂ
Sesiunea
Rezultatul
susținerii PROMOVAT cu media:
RESPINS cu refacerea lucrării
RESPINS fără refacerea lucrării
Președinte COMISIE
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
4
DECLARAȚIE PRIVIND ORIGINALITATEA LUCRĂRII DE DIPLOMĂ
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV
FACULTATEA INGINERIE ELECTRICĂ ȘI ȘTIINȚA CALCULATOARELOR
PROGRAMUL DE STUDII: TEHNOLOGII ȘI SISTEME DE TELECOMUNICAȚII
NUMELE ȘI PRENUMELE: KÓRÉ Péter – Levente
PROMOȚIA: 2016
SESIUNEA DE DIPLOMĂ IUNIE 2016
DENUMIREA LUCRĂRII: Utilizarea Realtek Software Radio – rtlsdr
CADRUL DIDACTIC ÎNDRUMĂTOR
Coordonator științific S.l.dr.ing. Domokos József
Îndrumător ing. Moldován István
Declarăm pe proprie răspundere că lucrarea de față este rezultatul muncii absolventului,
pe baza cercetăriilor proprii și pe baza informațiilor obținute din surse care au fost citate și
indicate conform normelor etice, în textul lucrării, în note și bibliografie.
Declarăm că nu s -au folosit în mod tacit sau ile gal munca altora și că nicio parte din
teză/proiect nu încalcă drepturile de proprietate intelectuală ale altcuiva, persoană fizică sau
juridică.
Declarăm că lucrarea nu a mai fost prezentată sub această formă vreunei instituții de
învățământ superior în v ederea obținerii unui grad sau titlu științific ori didactic.
În cazul constatării ulterioare a unor declarații false, vom suporta rigorile legii.
Data: 30.06.2016
Absolvent
Kóré Péter – Levente
Cadru didactic îndrumător
S.l.dr.ing. József DOMOKOS
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
5 Extras
Întroducere
SDR provine de la abrevierea Software Defined Radio ( Radio Bazat pe
Software ) și care definește de fapt o radiodifuziune bazată pe un soft ware. Aceste
radiodifuziuni de tip SDR sunt din ce în ce mai prezente în viețile noastre, generațiile
actuale cunosc și ele și chiar dacă au avut cândva un aparat radio tradițional. Datorită
progresului tehnologiei, dimensiunea aparatelor radio a devenit din ce în ce mai mică
iar sistemele analogice au fost înlocuite cu sisteme digitale.
Scopul sistemului sofware în radiodifuziune este acela de a înlocui
sistemele analogice cu technica digitală. Aș evidenția astfel receptorul DVB -T care se
poate conecta l a o interfață US B, și care pe lângă faptul că servește pentru vizionarea
programelor TV, se poate utiliza și pentru SDR . În lucrarea mea folosesc tocmai un
astfel de dispozitiv DVB -T conectabil la o interfață USB, pentru crearea unui SDR .
Deoarece dețin deja un receptor DVB -T, mai este necesar un emițător . Astfel emițătorul
va fi o telecomandă care funcționează pe frecvență de 433Mhz.
Obiectul prinipal al lucrării este crearea unui software care să poată decoda și
demodula semnalul salvat de receptorul D VB-T, putând astfel determina care buton al
telecomenzii a fost acționat.
Tema lucrării
Tema lucrăriile mele este studierea și utilizarea chipului Realtek RTL2832U
pentru proiectarea și implementarea unui SDR , utilizând canalului ISM pe frecvența de
433,9 2 Mhz. Scopul este dezvoltarea unui software cu ajutorul căruia să pot analiza
canalul ISM pe frecvența de 433,92 Mhz, dar și alte dizpozitive care funționează pe
canalul ISM. Prin analiză mă refer la vizualizarea, demodularea, decodarea sau chiar
salvarea semnalului. Pentru prezentarea funcționării aplicației voi folosi o structură care
funcționează prin telecomandă pe frecvența de 433Mhz, demonstrând astfel și
funcționarea softwareului de radio.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
6 Pentru funcționarea corespunzătoare a sistemului sunt neces re umătoarele:
Un modul receptor: un adaptor DVB -T conectat la un port USB
O antenă: conectată printr -un adaptor DVB -T și folosită pentru recepționarea
semnalului
Un software special: pentru demodularea, decodarea și salvarea semnalului.
Figura 1.: Schema de bloc a sistemului
Pe figura 1 se poate observa telecomanda unei structuri de control de la distanță,
care furnizeză semnalul primar de 433 Mh z. Modulul DVB -T recepționează semnalul
prin antenă, iar cu ajutorul softwar eului îl salvează într -un fișier predefinit.
Pe calculator, prin softwareul propriu se va demodula semnalul primar recepționat, apoi
se decodează rezultatul, astfel putând interpreta semnalul primit de la telecomandă, mai
exact aflăm care buton a fost apăsat.
Asamblarea sistemului
În decursul proiectării am combinat instrumentele pe care le -am avut la
dispoziție și am alcătuit sistemul din figura 1 . Sarcina sitemului alcătuit este acela de a
salva semnalul trimis de către telecomandă. Pentru acesta folosesc chipul Realtek
RTL2832U din adaptorul DVB -T conectat la portul USB, deoarece pe lângă utilizarea
de bază al adaptorului DVB -T acesta se poate utiliza foarte bine pentru SDR . Pentru
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
7 testare am folosit telecomanda unei stucturi contr olabile de la distanță, care
funcționează pe frecvența de 433Mhz al benzii ISM. Telecomanda furnizează semnalul
care mai apoi va fi prelucrat.
Proiectarea softwareului
Salvarea semnalului:
Pentru salvarea semnalului utilizez softwareul rtl433 dezvoltat de firma
producătoare . Aplicația software dezvoltată de mine se va putea utiliza doar sub
sistemul de operație Linux. Această dependență este dată în special de mediul în care a
fost creat softwareul inițial. În sistemul de operare Linux, softwareul poate fi pornit prin
comanda rtl_433. După apăsarea butonului de pe telecomandă, semnalul este
recunoscut de către portul USB, acesta va fi salvat într -un fișier gfile***.data . Fișierul
are două componente uint8 , care trebuie luate în considerare la momentul des chiderii
pentru a evita eventualele erori.
Algoritmul de demodulare:
La proiectarea softwareului într -o primă fază am încercat să delimitez funcțiile
pe care aș dori să le realizez. Am optat pentru respectarea exactă a pașilor pe care
trebuie să le urmez în proiectarea softwareului pentru a putea corecta evetualele erori
apărute în etapa de testare. Cele două funcții ale aplicației sunt demodularea și
decodarea semnalului, extrem de importante încă din faza de proiectare. Ca prim pas în
analiza demodulării am ales să studiez semnalul salvat. Semnalul transmis de
telecomandă l -am analizat în Matlab.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
8
Figura 2.: PT2262 semnal complet
Semnalul primar es te filtrat printr -o transformtă Hilbert și filtru FIR, astfel
rezultă un bloc în care avem doar "0" și "1", adică, valori ridicate și scăzute la nivel de
semnal. Rezultatul astfel obținut este reprezentat în figura de mai jos:
Figura 3.: Semnal după filtrare
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
9 Printr -o privire mai atentă asupra codului p utem observa rezultatul demodulării.
Figura 4.: Un cuvânt de cod după demodulare
Pe figura 4 se definesc clar succesiunile nivelelor de “1” și “0”respective
valorile ridicate și scăzute. Putem o bserva un număr de 25 de biți î n care primele 24
repezintă semnalul AD iar ultimul este partea “1” a bitului SYNC.
În demodularea parcursă în Matlab am testat și filtrul FIR și t ransformata
Hilbert. Rezultatul a fost safisfăcător în ambele cazuri în ceea ce privește decodarea.
Deoare ce ap licația a fost dezvoltată î n C++, a fost necesară crearea unui algoritm
separat care demodulează semnalul primar, obținând un rezultat care se poate folosi și în
procesul de decodare.
Algoritmul de decodare:
Decodarea este a doua funcție principală pe lângă demodulare. Pe parcursul
decodării și în urma rezultatului demodulării se poate determina care buton al
telecomenzii sistemului de control de la distanță a trimis semnalul.
Acest lucru se poate analiza pri n studierea vectorului de ieșire de 1 și 0 al
algoritmului de demodulare. Însă înainte de a studia acest lucru trebuie să cunoaștem
exact fiecare semnal transmis de către fiecare buton al telecomenzii. Pentru a putea
cunoaște acestea cel mai simplu mod es te ca fiecare semnal transmis să fie reprezentat
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
10 în Matlab unul câte unul, iar apoi se pot citi codurile distincte. Precum am menționat
deja, biti transmiși de PT2262 pot fi de trei feluri:
1 BIT – 11
0 BIT – 00
f BIT – 01
Figura 5.: Codarea PT2262
După fiecare apăsare de buton telecomanda transmite un semnal asemănător
celui din figura numărul 6. Fie care cod este alcătuit din 2 biț i, iar fiecare bit are un
interval separat de 1 și 0. Pe figura 6 se poate observa semnalul emis de butonul A – ON
și care arată astfel din punct de vedere al codului: 111110fffff0
Figura 6.: Cuvînt de cod, biț i
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
11 Semnalul demodulat poate fi analizat prin compararea seturilor de eșantioane din
semnalul provenit de la emițător . Ace ste eșantioane definesc dacă este vorba despe biți
0, 1 sau f. După analiza fiecărui bit rezultatele sunt centralizate într -un vector de unde
identificăm cu exactitate care buton a fost apăsat.
Figura 7.: Eșantionare din semnal
Pe figura numarul 7 se pot observa momentele de eșantionare . Culoarea roșie
reprezintă frontul crescător al semnanlui eșantionat, iar cel e două însemnări albastre
arată momentele de eșantionare . Din cele două eșantioane prelevate putem determina
valoarea bitului în cauză. Dacă ambele eșantioane au valoarea logică 1, atunc i este
vorba despre bitul 1, dacă ambele eșantioane au valoare a 0, atunc i este vorba despre
bitul 0, iar dacă primul eșantion are valoarea logica 0 și cel de al doilea eșantion are
valoa rea logică 1, atunci este vorba despre bitul f.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
12
Figura 8.: Compa rație
Pe figura 8 se poate observa comparația dintre codul semnalului transmis în
urma apăsării butonul ui A-ON și rezultatul obținut în vectorul decodat.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
13 Kivonat
A digitális technológia lassan mindenhol átveszi az uralmat az analóg
rendszerekkel szemben. A digitális technika előnyei tagadhatatlanok, igaz bizonyos
szakterületen az analóg eszközök még mindig kihagyhatatlan tényezőnek számítanak.
Bizonyár a mindenki látott már és használt hagyományos értelemben vett rádiót,
amelyek kis túlzással minden egyes háztartásban megtalálhatóak. Azonban a technika
fejlődésével párhuzamosan a hagyományos értelemben vett analóg rádiók lassan
kiszorulnak a piacról a sz oftver alapú rádiózás megjelenésének következtében. A
szoftverrádiók célja, hogy az analóg rendszerek hátrányaiból lefaragjon valamint az
analóg rendszerekre jellemző hibákat kijavítsa.
Az egyik dolog , amiért elterjedt a szoftver rádió, hogy az új
protokollokamelyek a sávszélességgel hatékonyan gazdálkodnak azok szoftver rádiós
megoldást igényelnek.
Nagyon sok eszközben található szoftverrádiós koncepciókra használatos chip, úgy,
mint az RTL2832U. Ezen eszközök közül az egyik legelterjedtebbnek szám ító közeg, a
DVB -T adások vételére alkalmas USB portba dugható modulok. Rendeltetésszerű
felhasználás szempontjából a DVB -T tv adások vétele a cél, azonban nagyon könnyen
felhasználhatóak szoftverrádiós célokra is.
A dolgozatom célkitűzése, hogy megvalósí tsak egy olyan szoftver t, amely a
433Mhz -es ingyenes használható sávban működő eszközök által kiadott jeleket
elmentés után demodulálja, majd a demodulálást követően dekódolja azt. Nagyon sok
hasonló szoftver létezik már, de olyan amely konkrétan erre a fe ladatra koncentrálna
még nincs. A 433Mhz -es sáv vizsgálatára fejlesztett szoftverek közül, egyik a
dolgozatom alapját képez i. Mivel az alkalmazást már valaki előttem elkészítette, így
célszerűbbnek találtam felhasználni mintsem egy ugyanolyan fejlesztésébe kezdeni.
Tehát a nyers jel mentésére egy kész szoftvert, nevezetesen az rtl_433 alkalmazást
használom. A konkrét kitűzött feladat pedig az, hogy a nyers jelet beolvasva
megvalósítani egy függvényt , amely demodulálja a jelet, majd egy másik függvényt,
amel y a demodulálás után kapott eredményből dekódolni tudja a jelet.
A felhasználás megkönnyítése érdekében implementálásra került a kész szoftver
grafikus ábrázolása is. E grafikus felületen külön el lehet végezni a jel demodulálását
valamint a jel dekódolá sát is. Ahhoz, hogy a rendszert be lehessen mutatni a következő
eszközök szükségesek:
Vevő modul: USB -portba dugható DVB -T adapter
Antenna: DVB -T adapterre kapcsolható, jel vételére szolgál
Speciális szoftver: jel mentése, demodulálása, dekódolása
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
14 Abstract
Introduction
The purpose of SDR (Software Defined Radio) is to convert the standard analog
systems into digital technology. The SDR is very popular because is cheap. My project
is based on the RTL2832U chip. We can find this RTL3832U chip in lots of devices,
which can be used to try out software radio concepts. From one of these devices, I used
the DVB -T USB dongle. Primarily it is intended to receive DVT -T television
broadcasts, but it ca n be easily use d for software radio purposes.
The project topic
The project goal was to realize a software which can be use d to
demodulate and decode signals in the 433 MHz ISM band. There are lots of similar
software implementations , but for this task th ey are not useful. I use one of th eses
softwares in my project for saving the signals, namely rtl_433. The main objective is to
realize an application which can visualize, analyze, demodulate and decode the received
signals. During the testing process the signals were provided by a 433 MHz remote
control.
The study of the topic
At the beginning of the project I searched for similar applications. T hereinafter I
will specif y some projects , which uses the Realtek RTL2832U chip the same way as me
in my proje ct.
SDR#(SDRSharp)
GnuRadio
RTL_433
System requirements
The system has to know the f ollowing functions, which are necessary for
correct functioning of the system.
Saving the received signal
Demodulate the saved signal
Decode the demodulated signal
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
15 Tartalomjegyzék
1 BEVEZETŐ ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 19
1.1 Bevezető ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 19
1.2 A dolgozat témája ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 20
2 SZAK IRODALMI TANULMÁNY ………………………….. ………………………….. ………. 22
2.1 SDR # (SDRSharp) ………………………….. ………………………….. ………………………….. 22
2.2 GnuRadio ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 25
2.3 RTL_433 ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 26
3 ELMÉLETI MEGAL APOZÁS, HASZNÁLT PROTOKOLLOK
ÁTTEKINTÉSE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 27
3.1 Rádiós kommunikáció ………………………….. ………………………….. …………………….. 27
3.1.1 Rádióhullám felfedezése ………………………….. ………………………….. ……………. 27
3.1.2 Rádiófrekvencia ………………………….. ………………………….. ……………………….. 29
3.1.3 433.92Mhz -es ISM sáv ………………………….. ………………………….. ……………… 30
3.2 Rádióvevők ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 31
3.2.1 Egyenes vevők [14] ………………………….. ………………………….. ………………….. 32
3.2.2 Szoftver rádió ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 34
3.3 Moduláció ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 37
3.3.1 ASK ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 38
3.3.2 OOK ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 39
3.3.3 FSK ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 40
3.3.4 PSK ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 41
3.3.5 QPSK ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 41
3.4 Kódolás ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 42
3.4.1 Manchester ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 42
3.4.2 AMI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 43
3.4.3 PT2262 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 44
4 RÉSZLETES TERVEZÉS ………………………….. ………………………….. …………………… 46
4.1 Teljes rendszer terve ………………………….. ………………………….. ……………………….. 46
4.2 Hardvertervezés ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 47
4.2.1 Not Only TV DVB -T USB ………………………….. ………………………….. ………… 47
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
16 4.2.2 Távirányítós aljzat ………………………….. ………………………….. …………………….. 48
4.3 Szoftvertervezés ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 49
4.3.1 RT L-SDR driver ………………………….. ………………………….. ………………………. 49
4.3.2 Jel mentése ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 49
4.3.3 Fejlesztői környezet ………………………….. ………………………….. ………………….. 49
4.3.4 Demoduláló algoritmus ………………………….. ………………………….. ……………… 50
4.3.5 Dekódoló algoritmus ………………………….. ………………………….. …………………. 57
4.3.6 GUI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 63
5 RENDSZER TESZTELÉSE ………………………….. ………………………….. ………………… 66
5.1 Mentett jel ábrázolása ………………………….. ………………………….. ……………………… 66
5.2 Demodulált jel ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 67
5.3 Dekódolt jel ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 68
6 TELEPÍTÉSI ÚTMUTATÓ ………………………….. ………………………….. ………………… 70
7 KÖVETKEZTETÉSEK, TOVÁBBFEJLESZTÉSI LEHETŐSÉGEK …………… 71
7.1 Következtetés ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 71
7.2 Tovább fejlesztési lehetőségek ………………………….. ………………………….. ………….. 72
8 IRODALOMJEGYZÉK ………………………….. ………………………….. ……………………… 73
9 ÁBRAJEGYZÉK ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 74
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
17
Cuprins
1 ÎNTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 19
1.1 Întroducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 19
1.2 Tema lucrării ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 20
2 STUDIUL LITERATURII DE SPECIALITATE ………………………….. ……………… 22
2.1 SDR # (SDRSharp) ………………………….. ………………………….. ………………………….. 22
2.2 GnuRadio ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 25
2.3 RTL_433 ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 26
3 BAZE TEORETICE DE SPECIALITATE ………………………….. ………………………. 28
3.1 Communicație de radio ………………………….. ………………………….. ……………………. 28
3.1.1 Undele radio ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 28
3.1.2 Frecvență radio ………………………….. ………………………….. ………………………… 30
3.1.3 Banda 433.92 MHz ………………………….. ………………………….. …………………… 31
3.2 Receptoare radio ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 32
3.2.1 Receptoare [14] ………………………….. ………………………….. ………………………… 33
3.2.2 Software Radio ………………………….. ………………………….. ………………………… 35
3.3 Modularea ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 38
3.3.1 ASK ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 39
3.3.2 OOK ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 40
3.3.3 FSK ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 41
3.3.4 PSK ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 42
3.3.5 QPSK ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 42
3.4 Codarea ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 43
3.4.1 Manchester ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 43
3.4.2 AMI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 44
3.4.3 PT2262 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 45
4 PLANIFICAREA ȘI IMPLEMENTAREA ………………………….. ……………………….. 47
4.1 Planul complet a sistemului ………………………….. ………………………….. ……………… 47
4.2 Implementarea harware ………………………….. ………………………….. ……………………. 48
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
18 4.2.1 Not Only TV DVB -T USB ………………………….. ………………………….. ………… 48
4.2.2 Priză de telecomandă ………………………….. ………………………….. ………………… 49
4.3 Planificarea softwareului ………………………….. ………………………….. …………………. 50
4.3.1 Drive -ul RTL -SDR ………………………….. ………………………….. …………………… 50
4.3.2 Salvarea semnalul ………………………….. ………………………….. …………………….. 50
4.3.3 Mediu de dezvoltare ………………………….. ………………………….. ………………….. 50
4.3.4 Algoritmul de demodulare ………………………….. ………………………….. …………. 51
4.3.5 Algoritmul de decodare ………………………….. ………………………….. …………….. 58
4.3.6 GUI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 64
5 TESTAREA SISTEMULUI ………………………….. ………………………….. …………………. 67
5.1 Reprezentarea semnalul salvat ………………………….. ………………………….. ………….. 67
5.2 Semnal demodulat ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 68
5.3 Semnal decodat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 69
6 INSTALARE ȘI GHIDUL DE UTILIZARE ………………………….. …………………….. 71
7 CONCLUZII ȘI OPORTUNITĂȚI DE DEZVOLTARE ………………………….. …… 72
7.1 Concluzie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 72
7.2 Alte oportunități de dezvoltare ………………………….. ………………………….. ………….. 73
8 BIBLIOGRAFIA ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 74
9 ANEXE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 75
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
19 1 BEVEZETŐ
1.1 Bevezető
Az SDR a Software Defined rádió rövidítése. Ez magyarra fordítva szoftver
alapú rádiózást jelent. Lassan már mindenhol csak ilyen SDR alapú rádiózással
találkozhatunk, de a mostani generációból talán mindenki látott, sőt mindenkinek volt is
hagyományos értelemben v ett rádiója. A technika előrehaladásával a rádiók mérete is
csökkent, és lassacskán kezdték felváltani az analóg rendszereket a digitális technika
adta lehetőségek.
A szoftver rádió célja a jobb spektrum kihasználás valamint a komplexebb
kódolok megvalósít ása. Jelenleg bármely üzletben, viszonylag olcsón hozz á lehet jutni
szoftverrádiózásra használható eszközökhöz. Kiemelném ezen eszközök közül az USB
–re köthető DVB -T vevőt, amely TV nézés mellet szoftverrádiós célokra is kiválóan
használható. A dolgozatom ban is egy ilyen USB portba dugható DVB -T eszközt
használok fel szoftverrádióként. A vevő nagyon széles frekvenciatartományban képes a
jelek befogására, de az egyszerűség kedvéért a kört leszűkítettem a 433Mhz -es ISM
sávra, amely engedély nélkül használhat ó bárki számára. Mivel a DVB -T vevő
személyében már van egy vevő, a következő eszköz, ami szükséges egy adó. Az adó
egy távirányítós aljzathoz kapott távirányító, amely a 433Mhz -es
frekvenciatartományban működik.
A fentiekben említett modulokból, valamint egy személyi számítógépen futó
szoftver segítségével összerakható egy rendszer, amellyel elmenthető a távirányító által
küldött jel. A dolgozatom fő része, egy olyan számítógépes szoftver fejlesztése, amely
segítségével az elmentett jelet analizálni, demod ulálni és dekódolni lehet, és ezzel
megtudhatjuk, hogy milyen gombot nyomtak le a távirányítón, amely a jelet
szolgáltatja.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
20 1.2 A dolgozat témája
Napjainkban a szoftver rádió nagyon elterjedt dolognak számít. A szoftver rádió
angol megfelelője a „Software Defined Radio”, és az ezen szavak kezdőbetűiből tevődik
össze az SDR rövid ítés, amely rádiós körökben igen elterjedtnek számít. Ebből
kifolyólag a következőkben az szoftver rádió megnevezés mellet, SDR -ként i s fogok rá
hivatkozni. Az SDR megjelenése tulajdonképpen egy lassú átállás indulását jelentette a
hagyományos rádiókról a szoftver rádiókra. A különbség az SDR és a hagyományos
értelemben vett rádió között az, hogy a hagyományos rádió funkcionalitását a hardver
határozza meg, szemben a szoftver rádióval , ahol a szoftver a funkcionalitás kulcsa. A
SDR tulajdonképpen körül vesz minket. Ritkán találkozunk olyan háztartással, amely
nem rendelkezik internet hozzáféréssel. Ahol van internet, ott majdnem biztos, hogy
WiFi is található. Azért említem a WiFi-t, mivel tulajdonképpen minden wifi chip a
szoftver rádió elvén alapszik. Következtésnek levonhatjuk, hogy az egész modern rádiós
világ az SDR meglétén, valamint az SDR elvén alapszik. Nem m ellesleg a szoftver
rádió segítségével, szinten mindenféle komplex protokoll demodulálása megoldható.
Az egyik ilyen szabvány, amely a szoftver rádiós szabványra alapszik és a
dolgozatban is fontos szerepet játszik, az a DVB -T. A DVB -T az angol Digital Vid eo
Broadcasting – Terrestrial (digitális földfelszíni videó adás) rövidítése, a DVB (Digital
Video Broadcasting) európai szabványcsalád része. Amint a nevéből is következtetni
lehet, digitális videó adás szórására használatos, az analóg rendszereket váltot ta fel. A
Realtek kifejlesztett DVB -T adások vételére megvalósított USB -s vevőt. Alapesetben a
vevőt TV nézésre valamint rádióhallgatásra lehet használni. Viszont a modul tartalmaz
egy lehetőséget arra, hogy a szoftver rádió által vett adatokhoz direktben hozzáférjünk.
Miután rájöttek, hogy a modul nem rendeltetésszerű használat esetén, alkalmazható
szoftver rádiós hobby célokra is, a viszonylag alacsony beszerzési árának következtében
nagyon elterjedt a rádiósok körében.
Az általam választott dolgozat té mája, a Realtek RTL2832U chipkészlet
használata szoftver rádió s célokra . Esetemben a konkrét felhasználás a 433.92Mhz -es
ISM sáv vétele. A kitűzött feladat egy olyan szoftver megvalósítása, amely segítségével
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
21 a 433Mhz -es ISM sávot, valamint az ISM sávban m űködő általános célú eszközöket
lehessen analizálni. Az analizálás alatt értem a jel elmentését, demodulálását és
dekódolását. Az alkalmazás működésének bemutatásához egy 433Mhz -en működő
távirányítós aljzatot fogok hasz nálni, ezzel gyakorlatilag demonstrá lva a szoftver rádió
működését.
Ahhoz, hogy a rendszer megfelelően működhessen a következő elemeket kell
tartalmazza:
Vevő modul: USB -portba dugható DVB -T adapter
Antenna: DVB -T adapterre kapcsolható , jel vételére szolgál
Speciális szoftver: jel mentése, d emodulálása, dekódolása
1. ábra: Tömbvázlat
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
22 2 SZAKIRODALMI TANULMÁNY
Bár az RTLSDR hardver, az USB portba dugható adaptertől függően pár tíz
Mhz-től egészen 1,1Ghz, 1,2Ghz –ig (Elonics E400 0 tuner esetében akár 2.2Gh z-ig)
bármilyen c satornán működni tud, az én célom, ahogy azt már említettem a 433Mhz -es
ISM sáv vétele.
A dolgozatom elkészítését elsősorban hasonló kivitelezések tanulmányozásával
kezdtem. A következőkben felsorolok pár megoldást, amely hasonló irányból közelíti
meg a Re altek chip felhasználását SDR célra.
2.1 SDR # (SDRSharp)
Az SDRSharp az SDR egyik általános célú felhasználására készített alkalmazás.
Alapvetően a szoftver rádió részt rádióadás vételére, mint például FM rádió, valamint
különböző rádiócsatornák meghallgatására használják.
2. ábra: SDRSharp (1)
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
23 Az SDRSharp kezelhetősége viszonylag egyszerűnek mondható. A frekvencia
kijelölése után nagyon hamar indul a program . Fontosnak tartom még kiemelni az
SDRSharp -al kapcsolatban, hog y folyamatosan fejlesztik, hetente akár több
verziófrissítés is történhet.
A program által támogatott eszközök listája is elég széles:
SoftRock
FiFiSDR
FUNcube Dongle
SDR -4
LazyDog’s LD -1
SDR -IQ
SDR -14
RTL2832U/RTLSDR
Bármilyen SDR alapú hangkártya
A támogatottságnak köszönhetően, minden SDR adás vételére alkalmas eszköz
használni tudja . A program hátránya az erősebb konfiguráció.
Minimum konfiguráció:
3GHz -es processzor (2GHz -es is elmegy, ha nem fut más alkalmazás mellette)
1Gb Ram
Ajánlott konfigur áció
Core2duo, i3,i5,i7 processzor
4Gm Ram
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
24 Az SDRSharp programot könnyedén használhatjuk rádióadások vételére. Ehhez
először letölteni és telepíteni kell a programot, majd az USB DVB -T csatlakoztatása
után elindítani az alkalmazást.
3. ábra: SDRSharp (2)
A „Front end” legördülő menüből a képen látható módon ki kell választani az
RTL -SDR/RTL2832U opciót. A működés teszteléséhez, a Center mezőbe be kell írni a
venni kívánt rádióállomás frekvenciáját , majd a WFM kijelölése után a PLAY gombbal
lehet hallgatni az adást.
4. ábra: SDRSharp (3)
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
25 Az SDRSharp is alkalmas a 433Mhz -es jelek demodulálására. A center mezőt
433Mhz -re állítva látható, hogy észleli a jeleket, viszont dekódolni nem tudja azt. A
dekódolást akkor lehetne megoldani, ha egy külön szoftver modullal egészítenénk ki az
alap szoftver t, ami igen komplikált dolog lenne.
2.2 GnuRadio
A GnuRadio szoftver sok évvel ezelőtt indult. A jelfeldolgozás
alapfüggvényeinek olyan gyűjteménye képezi az alapját, amely segítségével az
érdeklődők sokkal könnyebben tudtak ismert vagy speciális modulációval kísé rleti adót
vagy vevőt felépíteni.
Mára a gnuradio -companion kapott egy grafikus felületet, amelyen „drag &drop ”
módszerrel lehet összerakni a különböző blokkokat, így nem szükséges semmiféle
programozási tudás.
5. ábra: GnuRadio grafikus felület
A GnuRadio feltelepítése Ubuntu alap ú Linux rendszerre a legegyszerűbben az
alábbi szkripttel vihető véghez.
wget http://www.sbrac.org/files/build -gnuradio
chmod +x build -gnuradio
./build-gnuradio
A GnuRadio sikeréhez kétség kívül hoz zájárult, az általam is használt
RTL2832u chipre épülő USB -s DVB -T vevő. Ezáltal a bedigitalizált sávszélességet
szoftverből tetszőleges módon lehet demodulálni. [10]
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
26
6. ábra: GnuRadio+RTL2832u chip "USB DVB -T vevő", mint alap monó WBFM SDR vevő.
A GnuRadio alkalmas lenne a 433Mhz -es jel demodulálására abban az esetben,
ha ki van egészítve a szükséges modulokkal. Viszont a GnuRadio keretrends zere
nagyon komplex, így egyszerűbbnek tartottam egy saját alkalmazást elkészíteni, amely
alkalmas a 433Mhz -es ISM sáv vételére, demodulálására valamint dekódolására.
2.3 RTL_433
Az interneten fellelhetőek szintén szoftver rádiós 433Mh z-es próbálkozások.
Ezek között már olyan is található, amely a megvalósítását tekintve nagyobb mértékben
hasonlít az általam elkészíteni kívánt szoftverre.
Az egyik ilyen alkalmazás a 433Mhz -en adó, ASK/OOK modulációt használó
eszközök felismerésére fektet hangsúlyt. [1] A jelek mentésére, a Linux alapú
rendszerekre megírt rtl_433 programcsomagot használja fel. A rendszer tesztelése
céljából, adó gyanánt egy Aldi Weather Statio n-t használ, amely az általam használt
távirányítós aljzathoz hasonlóan 433Mhz -es frekvencián ad.
Nyilvánvalóan az egész alkalmazás specifikus az Aldi Weather Station -ra,
viszont az alapok le vannak fektetve benne, így az általam készített alkalmazásban is
felhasználhatóak. Tulajdonképpen ez a szoftver szolgáltatja a kiinduló pontot.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
27 3 ELMÉLETI MEGALAPOZÁS, HASZNÁLT
PROTOKOLLOK ÁTTEKINTÉSE
Ebben a pontban azokat az elméleti alapokat fogom tárgyalni, amelyek a
dolgozat elkészítésének alapjául szolgálnak. Említésre kerülnek a felhasznált
protokollok, kódolások valamint kommunikációs közegek. Ezen alapvető dolgok
bemutatása után egy tömörebb, á tfogó képet lehet kapni a dolgozatról.
3.1 Rádiós kommunikáció
3.1.1 Rádióhullám felfedezése
Sokak szerint a 19. századi fizika legnagyobb felfedezése volt. Egészen James
Clerk Maxwell felfedezéséig [2] az emberek azt hitték, hogy az elektromosság, a
mágnesség és a fény három különböző, egymástól független dolog. Maxwell azonban
felfedezte, hogy mindhárom dolog az elektromágneses sugárzásnak a különböző
megnyilvánulásai. A mat ematikai összefüggések kutatása közben, Maxwell kísérleteket
dolgozott ki, amelyekkel bizonyítani lehetett az elméleti eredményeket.
1964 -ben négy nagyszerű összefüggést állapított meg, amelyek leírták az
elektromos terek viselkedését és kölcsönhatásukat. Ezeket az összefüggéseket most
Maxwell egyenletként ismerjük [3]. Oszcilláló (változó) elektromos terek mágneses
teret hoztak létre, illetve a változó mágneses tere k elektromos teret hoztak létre.
Maxwell jött rá, hogy ezek az energia különböző megjelenési formái, ezért
elektromágneses energiának nevezte el.
A négy egyenlettel tovább dolgozva, Maxwell rájött, hogyha az elektromágneses
tér elég gyorsan változik, a ke letkező elektromágnese hullámok az üres térben is
képesek a terjedésre, elektromos vezetékek nélkül. Ez volt az első megsejtése a
rádióhullámokat illetően. A terjedési sebesség kiszámolása után, azt összehasonlítva az
akkoriban már ismert fénysebesség érté kével, Maxwell arra következtetett, hogy
valójában a fény is elektromágneses hullám.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
28 Maxwell előre vetítette azt is, hogy az elektromágneses spektrum további részeit
is fel fogják fedezni. Később, 1896 -ban Wilhelm Röntgen felfedezte a róla elnevezett
röntg ensugarat.
Röntgen felfedezése előtt 8 évvel, 1988 -ban Heinrich Hertz Maxwell egyenlet ei
alapján kísérletezni kezdett az elektromágneses hullámok térben történő terjedésével,
elektromos vezeték nélkül. A kísérlet sikeresnek bizonyult, ezáltal létrehozta é s
érzékelte az első mesterségesen létrehozott rádióhullámokat. [4]
A 6. ábra egy nagyon jó nézőpontból szemlélteti az elektromágneses
spektrumot. Tanulmányozásával egy átlátható képet kapunk az ismert hullámok
tulajdonságairól. Gyakorlatias módón közli az információt, valamint minden szükséges
adat megtalálható rajta a hullámhossz méretétől kezdve egész a frekvencia kiosztásig.
7. ábra: Az el ektromágneses spektrum, benne a rádióhullámok tartományával
A 7. ábrából többek között az is kivehető információ, hogy a rádió -frekvencia az
elektromágneses sugárzási spektrumnak (teljes frekvencia tartomány) csupán egy része.
Azonban ezeket a rádió -frekvenciás hullámokat is ellehet különíteni a hullámhosszuk,
valamint ezzel párhuzamosan a frekvenciájuk alapján. Ezt a megkülönböztetést hivatott
szolgálni a 7. ábra.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
29
8. ábra: Rádióhullámok tartománya
3.1.2 Rádiófrekvencia
A rádi ófrekvencia (RF), a rezgés mérésére szolgáló adat, amely 30kHz és
300GHz között változhat. Azt mondja meg, hogy mekkora a rádióhullámok
létrehozására használt elektromos jelek frekvenciája. Általában elektromos rezgések
jellemzésére használják, viszont lét eznek mechanikai rádiófrekvenciás rendszerek is,
mint például a mechanikai szűrő, vagy az RF MEMS.
A rádiókommunikációban, a jelek befogására mindenekelőtt szükségünk van
egy antennára. Az antennák általánosan egyszerre több jelek képesek fogni. A jelek
kiválasztásához szükség van egy tuner -re, amely segítségével kiválaszthatjuk, hogy
melyik frekvencián vagy frekvenciatartományon érkező jeleket fogjon a készülék. [5]
Ezen rendszerek felépítésük szempontjából viszonylag egyszerűek, általában egy
kondenzátorból és egy tekercsből állnak. Ennek következtében a rezonátor csak egy
adott tartományon belül érzékel, a tartományon kívüli rezgéseket kiszűri. Gyakori eset,
hogy a kondenzátoron vagy a tekercsen van egy olyan eszköz, melynek segítségével
változtatni tudjuk a venni kívánt hullámhosszt. [6]
Az alábbi képlettel lehet meghatároz ni, azt hogy egy rendszer milyen
hullámhosszon terjedő jeleket érzékeljen.
𝑓0=1
2𝜋√𝐿𝐶
f0 – a frekvencia értéke, Hertzben
L – az indukció mértéke henryben
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
30 C – a rendszer kapacitása Farádban
Bár maga a rádiófrekvencia nem más, mint a hullámok rezgésszáma,
napjainkban a rádióhullámokkal működő rendszereket is neveznek így. Ezzel akarják
megkülönböztetni a csak csatlakozóval működő kommunikációs rendszerektől. Ilyen
rádiófrekvenciás hálózat például az RFID, valamint az ISO/IEC 14443 -2 kis
hatótávolságról alk almazható kártyáknál használható rádiófrekvenciákról szóló
szabvány. [7]
3.1.3 433.92Mhz -es ISM sáv
Fontosnak tartom, hogy pár mondat erejéig említést tegyek az ISM sávró l, mivel
a dolgozat céljául kitűzött alkalmazás, azon eszközök által kibocsájtott jeleket fogja
majd feldolgozni, amelyek a 433Mhz -es ISM sávban működnek.
Az ISM rövidítés az angol Industrual, Scientific, Medical szavak kezdőbetűiből
tevődik össze. Talán a legfontosabb dolog, amit e sávokról tudni kell az, hogy az ISM
sávon belül működő készülékek üzemeltetéséhez a szabály szerint nem szükséges
engedély. A sávban a maximális engedélyezett adóteljesítmény a milliwatt -tartományba
esik. A 27Mhz -es, 40M hz-es, 433Mhz -es és 868Mhz -es Hörmann rádiós komponensek
ebbe az ISM sávba esnek, és úgy vannak tervezve, hogy az adóteljesítmény a rádiós
komponensek épületen belüli, autóból, kültérben és nehezített telepítési körülmények
között való működéshez elegendő, valamint a meghibásodásra való hajlamuk
minimális. [11]
Amint az alábbi ábrán is látszik, az ISM sávnak több frekvencia tartomány van
kiosztva. Megemlíteném még a 2.4Ghz -es tartományt, amelyben többek között WLAN
és a Bluetooth is működik.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
31
9. ábra: Frekvencia sávok, ISM sáv
A dolgozat céljából a felsorolt ISM sávon belüli frekvenciatartományok közül a
433Mhz -es sáv viszonyul érdekesnek. Az I SM sávok közül talán a legtöbbet használt és
sáv a 433Mhz -es tartományban elhelyezkedő. A 433Mhz -es sáv tulajdonképpen
majdnem 2Mhz -es tartományt rejt magában, 433.050Mhz -től egészen 434.790Mhz -ig,
konkrétan 1.74Mhz -et. A center frekvenciája 433.92Mhz, ezt a számot látjuk sokszor
visszaköszönni különböző távirányítókról és más 433Mhz -en működő eszközökről.
Jelenleg a szolgálatunkra áll egy 433Mhz -en adó távirányítós aljzat
távirányítója, amely szolgáltatni fogja a 433Mhz -es nyers jelet. Az alkalmazás is a
433Mhz -es sávra fog korlátozódni, és ebben a frekvenciatartományban működő
eszközök által kibocsájtatott jelek feldolgozására lesz hivatott.
3.2 Rádióvevők
Ahhoz, hogy bármilyen rádiófrekvencián működő adó jeléhez hozzáférjünk –
magától értetődő módon a 433MHz -es adásokhoz is -, szükségünk van egy rádió –
vevőkészülékre. A rádió -vevőkészülék a rádióállomások által kisugárzott
rádióhullámokat szelektálja és visszaalakítja hallható hanggá vagy digitális adattá.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
32 Gyakran ezeket a rádiós vevőkészülékeket a köznyelv rádi óvevőnek, vagy csak
egyszerűen rádiónak nevezi.
A rádió vevőkészülékek egyirányú kommunikációra képesek, tehát a jel csak
egy irányba áramlik. Két pont között, ami ebben az esetben a rádióadó, valamint a
rádió -vevőkészülék szimplex kapcsolat van.
3.2.1 Egyenes vevők [14]
A legegyszerűbb vevőkészülékek az úgynevezett egyenes rendszerű vevők,
amelyek az antennáról érkező rádiófrekvenciás jelet felerősítik, valamint szelektá lják
azt egy vagy több együtt hangolható rezgőkör segítségével. A demodulálást diódával,
vagy audion [12] kapcsolással biztosítja, majd a hangfrekvenciás jelet tovább erősíti és
megszólaltatja.
Az egyenes vevők működésük szempontjából megkülönböztethetőek.
3.2.1.1 Klasszikus egyenes vevők
A klasszikus egyenes vevők előnye az egyszerű felépítésben rejlik. A vételi
frekvenciára han golják az összes szűrőkörüket, és ezen a frekvencián demodulálnak.
10. ábra: Klasszikus egyenes vevő blokkrajz
Ezen vevők hátrányai:
Mivel a szűrőkörök a vételi frekvencián üzemelnek, minél magasabb a
vételi frekvencia, annál rossz abb a szelektivitása
Rezgőkör hangolása esetén, általában a kondenzátor értéke változik.
Ebből következik, hogy a hangolás során megváltozik az L/C viszont,
valamint ezzel párhuzamosan a jósági tényező [13], ezért a vevő
sávszélessége más a skála elején és végén
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
33 AM jel demodulálására alkalmas
3.2.1.2 Regeneratív vevő
Amint azt a klasszikus egyenes vevőknél is említettem, egy rezgőkör
sávszélessége annál kisebb, minél nagyobb a jóségi tényezője. Ezt elektronikus úton is
kompenzálni lehet úgy, ha a rezgőkör csillapítását olyan mértékű erősítéssel
szabályozzuk vissza, hogy az eredő hurokerősítés alulról közelítse az egyet. Fontos,
hogy nem érheti el az egye t, mivel akkor oszcilláció lépne fel.
11. ábra: Regeneratív vevő
A 11 . ábrán látható első cső erősíti a rezgőkör jelét, majd az erősített jel
áramával egy segédtekercsen energiát juttat vissza a rezgőkör tekercsbe.
3.2.1.3 Szuperheterodin elv
Az egyenes vevők hiányosságának áthidalására találták ki a szuperheterodin
elvet. A sok hangolandó rezgőkör problémáját kikerülendő, bevezetésre került egy
úgynevezett középfrekvencia (KF, angolul IF= Intermediate frequency).
12. ábra: Szuperheterodin elv, blokkrajz
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
34 Az összes szűrőkört és jelerősítőt a rögzített KF -re hangolják. A bejövő jel
frekvenciáját pedig a lehető leghamarabb erre a frekvenciára keverik le.
A szuperheterodin vevők előnye az olcsóság, így a műsorszóró sávo k
vevőkészülékeiben gyakran alkalmazásra kerül.
3.2.2 Szoftver rádió
Mint a technológia minden területén itt is fejlődés, elvi -szerkezeti áttörés
tapasztalható. A digitalizálás és a kompatibilitás hatására a rádiók is egy új
generációjukhoz jutottak. Az SDR működésének alapja, hogy zavarokra érzékeny
analóg jelet feldolgozó részegységeket minél előbb felváltsa a digitális rendszer által
kínált technológia, és ezt követően a moduláció vagy demoduláció egy célhardverben,
szoftvere s úton történjen. A 13 . ábrán n agyon jól látható a különbség az fentebb említett
klasszikus értelemben vett rádióvevők, valamint a szoftver rádió között.
13. ábra: Analóg feldolgozás – Digitális feldolgozás
A technológia kialakulása visszavezethető egészen a ’90 -es évekig, elsők között
az ICOM amatőr készülékeiben. Vétel oldalon a demoduláció, vagy akár az automatikus
erősítésszabályozás is ebben a fokozatba, digitális műveletként valósul meg, ahol a
jelfeldolgozó egység dedikált célhardveren (DSP) kívül lehet ál talános célú
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
35 mikroprocesszor is. Ebből következően a rádió funkcionalitása kizárólag az alkalmazott
szoftvertől függ. [15]
14. ábra: SDR bl okk rajz
Gyakorlatilag a legegyszerűbb szoftverrádió zéróról elkezdi a
frekvenciatartomány mintavételezni, tulajdonképpen egy az egyben a teljes
frekvenciatartomány mintavételezi. Ha nagyobb frekvenciáról van szó, akkor először
demodulálják, és az alapsávi jelet mintavételezi.
Az én esetemben, a szoftver rádió egy nagy sebességű analóg -digitál konverter
segítségével magát a jelet fogja mintavételezni. Error! Reference source not found.
3.2.2.1 RTL -SDR
Az RTL -SDR egy nagyon olcsó szoftver rádió koncepció, amely egy DVB -T
adapterben lévő RTl2832U chipkészleten alapszik.
Az RTL -SDR frekvenciatartománya a beépített tuner -től függ. Itt szeretnék
megemlíteni pár ilyen tunert, feltüntetve mellettük a frekvenc iatartományukat. [16]
Elonics E4000: 52 -2200Mhz
Rafael Micro R820T: 24 -1766Mhz
Fitipower13: 22 -1100Mhz
FCI FC2580: 146 -308Mhz és 438 -924Mhz
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
36 Jól kivehető, hogy az Elonics E4000 valamint a Rafael Micro R820T tunerek
működnek a legnagyobb frekvenciatartományban.
Az RTL2832U egy speciális IC, amely USB portra csatlakoztatható DVB -T
vevőkben található meg, így a rendelkezésemre álló Not Only TV által gyártott
LV5TDeluxe DVB -T adapterben is.
A specialitása abban rejlik, hogy tartalmaz egy 7 bites analóg -digitál konvertert,
amely gyors (3,2MB/s) sebességgel képes digitalizálni a rádiófrekvenciát.
3.2.2.2 DVB -T
A DVB -T a digitális földfelszíni televíziózás európai szabványa, a DVB
szabványcsalád része. A 15 . ábrán jól kivehető, hogy a DVB -T az egyik legelterjedtebb
digitális TV szabvány a világon. [17]
15. ábra: DVB-T szabvány elterjedtsége
A rendszer tömörített digitális audió, videó és egyéb adatokat továbbít MPEG
transport stream formátumban, COFDM használatával a VHF és UHF sávokban.
Előnyei az analóg rendszerekkel szemben:
A csatornánkénti hozzáférés -korlátozás sokkal hatékonyabb
Egyetlen analóg csatorna helyén, multiplexeléssel több digitális csatorna
is továbbítható
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
37 Mentes az analóg rendszerekre jellemző zajoktól, valamint a
demoduláció során fellépő színtorzulástól
Alkalmas nagy felbontású (HDTV) adások továb bítására
A DVB -T szabvány megvalósításakor szükség volt egy szoftver rádióra is a
hardverben, amihez közvetlen hozzáférést biztosít az RTL -SDR. Ezt tudom én
felhasználni a dolgozat céljából is.
3.3 Moduláció
Mivel a 433Mhz -es sávban működő eszközök általában ASK, FSK vagy OOK
modulációt használnak. Az általam használt eszköz konkrétan OOK modulációt
használ, így szükségszerűnek tartom megemlíteni e moduláció típusokat.
A moduláció, mint gyűjtőfogalom tulajdonképpen különféle eljárások csoportja,
amelyek biztos ítják, hogy egy tipikusan szinuszos – a vivő – képes legyen
információhordozásra. A szinuszos jel három fő paraméterét: az amplitúdóját, a fázisát
vagy a frekvenciáját módosíthatja a modulációs eljárás annak érdekében, hogy a vivő
információt hordozhasson. [18]
A moduláció célja lehet:
a jel illesztése az átviteli közeg jellemzőihez
a spektrum felosztása több átviteli csatornára, több jel egyidejű
továbbítására
az antennák méretének módosítása hatékonyság és kényelmes
használat szempontjából
az eszközök korlátainak leküzdése (például szűrök
bonyolultsága)
zaj és interferencia elnyomás (ha nő a sávszélesség, javulhat a
jel/zaj viszony)
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
38 A modulációs technikákat két nag y részre lehet osztani: analóg modulációs
technikák és digitális modulációs technikáról beszélhetünk. A továbbiakban azonban a
dolgozat szempontjából is fontos, digitális modulációs technikákat fogom megemlíteni.
Digitális moduláció esetében az átvitelre k erülő jel lehetséges változásait egy
speciális (modulációs) ábécé határozza meg, és minden bejövő, továbbítandó
információ része lesz a ténylegesen továbbított jelzésnek. A digitális moduláció célja a
lehető legtöbb információ átvitele a legkisebb sávszéle sség felhasználása mellet, és a
legkisebb hibavalószínűséggel. Ellentétben az analóg modulációs eljárásokkal, itt nem
feltétel a jelek alakhű átvitele. A digitális üzenet hibaaránya minősíti az átviteli
rendszert. Szokás az eljárásokat a spektrális hatékon yság alapján összehasonlítani,
amely megadja, hogy a felhasznált sávszélesség egy Hz -én másodpercenként hány bi tet
tudnak továbbítani. Egysége : bit/s/Hz.
Az analóg modulációkhoz hasonlóan a szinuszos vivőjű digitális modulációs
rendszerek is a vivő amplitúdóját, fázisát vagy frekvenciáját változtatják. Bináris
alapsávi jelekkel digitális moduláció ASK , OOK, FSK, PSK valamint QPSK
modulációs technikákkal valósítható meg.
3.3.1 ASK
Bináris amplitúdómoduláció, ASK (Amplitude -Shift Keying) esetén a modulált
jel amplitúdója két értéket vehet fel. Az egyik a bináris „0”, amely minimális amplitúdót
alkalmaz, a másik a bináris „1”, amely maximális amplitúdót használ. A modulált jelben
az amplitúdó, fázis vagy frekvencia lehetséges értékei közelebb kerülnek egymásho z,
változatlan feltételek mellet nő a téves vétel gyakorisága. A hibaarány ASK esetén is
változatlan, és szintén jelteljesítménnyel kell megoldani.
Amint a 16 . ábrán is látszik, ASK moduláció esetén a moduláló jeltől függően
kapcsolgatunk a két amplitúdó k özött.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
39
16. ábra: ASK moduláció
Az ASK moduláció hátránya, hogy a „0” bináris állapotot a nincs vivő, vagy a
nincs feszültség jellemzi, amit nem lehet megkülönböztetni olyan zavartól, mint például
a vezetékmegszakadás vagy az adókie sés.
3.3.2 OOK
Az OOK (On -Off Keying), az ASK moduláció egyik legismertebb és
legegyszerűbb formája. OOK modulációs eljárás során, egy szimbólum (elemi jel az
alapsávi jelben) értéke lehet 0 vagy A 0, vagyis az egyik értéknél van adás, a másiknál
nincs. Ezt a m űködést hivatott szemléltetni a 16. ábra.
17. ábra: OOK moduláció
A dolgozat gyakorlati bemutatására használt távirányítós aljzat távirányítója is
OOK modulációt használ. Ebből következik, hogy a szoftver amelyet megszeretnék
valós ítani, elsősorban képes kell legyen az OOK demodulálására.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
40 3.3.3 FSK
Az FSK a Frequency Shift Keying szavak kezdőbetűiből tevődik össze. Magyar
szakirodalomban a frekvenciabillentyűzés kifejezést használják. Ahogy a nevéből is le
lehet szűrni, a működési elve a frekvencia változtatásán alapszik, a logikai „0” és a
logikai „1” értékek változásával egyidej űleg.
Az amplitúdó billentyűzés egyik hátránya, hogy a két bináris állapot egyikét a
nincs áram, vagy a nincs feszültség jellemzi, amit nem lehet megkülönböztetni olyan
zavartól, mint például a vezetékmegszakadás vagy az adókiesés. A
frekvenciabillentyűzés a működési elvéből adódóan kiszűri ezt a hibalehetőséget. A
moduláció során a frekvencia két állapot, f1 és f2 között váltakozik. Kemény
frekvenciabillentyűzésnél a váltás nagyon gyorsan zajlik, lágy frekvenciabillentyűzésnél
az átállás folyamatos az egyi k frekvenciáról a másikra.
18. ábra: FSK moduláció
A 18 . ábrán látható az FSK moduláció. A logikai „0” értéknek egy nagyobb
frekvencia felel meg, valamint a logikai „1” értéknek egy alacsonyabb frekvencia.
A frekvenciabillentyűzés egyik legnagyobb előnye az amplitúdóbillentyűzéssel
szemben, hogy nem lép fel a „nincs jel” eset az impulzusszünetek idején. Ebből
adódóan könnyen ellenőrizhető az adókiesés vagy a vonalszakadás. Másik előny, hogy
az FM -nél nincs szükség bonyolult amplitúd ó szabályozó kapcsolásra, mint az
amplitúdó modulált jelnél.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
41 3.3.4 PSK
A PSK (Phase Shift Keying), azaz fázisbillentyűzés egy elterjedt modulációs
eljárás.
A fázismoduláció az adatátvitel területén egyre nagyobb jelentőségre valamint
térhódításra tesz szert. Ennek a kiváltó oka, hogy egy olyan eljárás, amely a legkevésbé
érzékeny a zavaró feszültségek ellen. Fázisbillentyűzésnél a vivő fázisát ugrásszerűen
változtatják , ezért ilyen fázisugrás modulációról beszélnek. A fázisbillentyűzésnél
megemlíteném, hogy az átkapcsolásnak nem kell feltétlenül a vivő nullátmeneténél
történnie. Az ugrásszerű átmenet, mint mindenfajta keménybillentyűzési eljárásnál, az
átviteli szakaszok, illetve a vevő által okozott sávhatárolás következtében
legömbölyödik.
19. ábra: PSK moduláció
3.3.5 QPSK
A QPSK, a PSK moduláció egyik alvariánsa. A QPSK (Quadrature Phase -Shift
Keying) jelentése 4 állapotú (0°, 90°, 180°, 270°) fázisbillentyűzés, amely 2bit/baud
[19] átviteli hatékonyságú.
A QPSK mód lényege, hogy a jel 90 fokkal késleltetett, eddig semmire sem
használt komponensét is modulálják. Ezzel mégegyszer annyi információ átvitelére
nyílik lehetőség ugyanakkora sávszélesség e setén
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
42 A QPSK -t kétféle elvvel lehet elképzelni: Egyetlen, 90° lépések többszörösével
ugratható jelként, valamint két darab, egymásra merőleges BPSK [20] jelként.
3.4 Kódolás
A modulációk, köztük kiemelten az ASK moduláció hátránya, a „0” bináris
állapotban fellépő probléma, miszerint ezt az állapotot nem jellemzi áram vagy
feszültség, ezért össze tévesztendő az adókieséssel valamint a vezetékmegszakadással. A
probléma megoldásául szolgálnak a különféle digitális kódolások, amelyekből
néhányról szót ejtek a következőkben.
A kódolási eljárások meghatározásánál három fő szempontot kellet figyelembe
venni:
Minél kisebb a kódolás sávszélessége, annál több csatornára lehet egy
vonalat felosztani. A sávszélesség a jelváltások számának függvénye.
Minél kevesebb ezen váltások száma, a vevő és az adó szinkronizálása
annál nehezebben valósítható meg
Fontos hogy a jelek kis egyenfeszültségű összetevővel rendelkezzenek.
Ennek oka, hogy az egyenfeszültségű jelek jobban gyengülnek, ezzel az
átviteli távolság csökken.
3.4.1 Manchester
A Manchester kódolás (Phase Encode) a 433Mhz -es sávban az egyik legjobban
elterjedt é s legtöbbet használt kódolási forma. A régi 10Megás koax kábeles Ethernet is
ezt a kódolást használta.
Ebben az eljárásban a biteket nem a jelszintek, hanem a jelváltások iránya
határozza meg. A lefutó él a logikai „0”, a felfutó él pedig a logikai „1” s zintet jelöli.
Kódoláskor egy bájt átviteléhez két bájtot kell küldeni. Amennyiben az egymást követő
bitek azonos értékűek (11 vagy 00), akkor a jelnek a bitidő felénél vissza kell térnie az
előző szintre.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
43 A Manchester kódolás folyamata a következőképpen néz ki:
A logikai „1” szintet átalakítva 01 lesz
A logikai „0” szintet átalakítva 10 lesz
Eredeti kód: 1 0 1 0 0 1 1 1
Manchester kód: 01 10 01 10 10 01 01 01
Látható, hogy a kódolt adatnál minden bit két darab bittel íródik le, és nincs
folyamatos jel. M indez jobban látható, és könnyebben megérthető a 20. ábrát
tanulmányozva.
20. ábra: Manchester kódolás
3.4.2 AMI
Az AMI (Alternate Mark Inversion) a legegyszerűbb pszeudoternáris kód. Az
AMI kódolás szimmetrikus feszültséget használ (+V, -V). A logikai „0” szintnek a 0V
felel meg, valamint minden logikai „1” értékű bit szintje az előző „1” értékű bit
ellentétje lesz.
21. ábra: AMI kódolás
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
44 3.4.3 PT2262
Az eddig említett kódolások mindegyike közismert és egyezményes. Visz ont
léteznek speciális kódolások is, amelyek specifikusak különböző integrált áramkörökre.
A dolgozatomban felhasznált távirányítós aljzat távirányítójában lévő IC is egy ilyen
speciális kódolást használ. Az eszközben egy PT2262 IC található. Az IC nevének
ismeretében rákerestem, és nem volt nehéz dolog megtalálni az adatlapját, amelyben a
kódolási folyamat is le van írva. Mivel a célkitűzések közt szerepel a demodulált jel
dekódolása is, ezért nagyon fontos ismerni a kódolás folyamatát. Tehát ebben a részb en
szeretném ismertetni a PT2262 által használt kódolást az IC adatlapjában leírtak alapján.
A PT2262 -re specifikus kódolás első látásra egy eléggé bonyolult kódolási eljárásnak
tűnik.
A kód bit a kódolt hullámforma alap összetevője, és két osztályba soro lható:
AD (Addres/Data) bit
SYNC (Synchronous) bit
Az ADDRES/DATA biteket három szintben határozza meg. A „0” bit az
alacsony állapot, az „1” bit a magas állapot, az „f” pedig floating állapotot jelöl. Egy bit
hullámforma két impulzus ciklusból tevődik össze. Az impulzus ciklusok változóak a
„0”, „1” és „f” jelszinteket nézve. Mindegyik impulzus ciklus 16 darab oszcillátor
periódus ideig tart, ebből következik, hogy egy teljes AD bit 32 oszcillátor periódus
hosszú. A fent leírtak a 22. ábrán lévő rajzon vannak ábrázolva.
22. ábra: PT2262 kódolás, AD bitek
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
45 A SYNC bit hossza összesen négy darab AD bit hosszával egy ezik meg. A
SYNC bit első 1/8 -ad bitnek megfelelő időintervallumban van „1” -es, azaz magas
szintnek megfelelő állapotban. Az 1/8 -ad bithossz 4 oszcillátor periódusnak felel meg .
23. ábra: PT2262 kódolás, SYNC bit
A SYNC bit jelzi egy kódszó végét, valamint egy újabb kódszó kezdeté t.
Kódszó néven a kódbitek egy csoportjára hivatkozunk. A PT2262 által használt
speciális kódolásban a 12 darab AD bitet egy darab Sync bit követ. A kódszavak
összetételét a Data Type határozza meg. Minél több adat bitet használ fel küldéskor,
vele párhuza mosan csökken a címbitek száma.
Például: A 3 Data Type -ban, ahol a cím 9 bit, a küldendő formátum a következő
24. ábra: PT2262 kódolás, kódszó
A szoftver elkészítéskor figyelembe kell venni a PT2262 dekódolásának
folyamatát, és a k ódolás mentét tanulmányozva kell megalkotni a dekódoló algoritmust.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
46 4 RÉSZLETES TERVEZÉS
4.1 Teljes rendszer terve
25. ábra: A rendszer tömbvázlata
A 25. ábrán a rendszer tömbvázlata látható. Amint az ábrán az látható is, a teljes
rendsz er működéséhez három fő elemre van szükség. Jelen esetben, én egy távirányítós
aljzatot használtam fel, mint adó modult. A távirányítós aljzathoz tartozó távirányító
433.92 MHz -en működik, hasonlóan, mint szinte minden háztartásban lévő távirányító.
Mivel a dolgozat célja, a 433MHz -es ISM sávban működő eszközök jeleinek
demodulálása, így a távirányítós aljzathoz tartozó távirányító is tökéletesen megfelel a
célra.
A következő elem, egy USB portba dugható DVB -T vevő, valamint a hozzá
tartozó antenna. A z tuner antenna foglalatja univerzális, így bármikor csatlakoztatható
hozzá jobb minőségű antenna is. A dolgozat bemutatása céljából viszont megfelelt a
dobozban lévő 10cm -es kis antenna is. A tunerben található Realtek RTL2832U
felhasználása által kerül me gvalósításra az SDR használat. A tunert rendeltetés szerűen
rádióhallgatásra , valamint TV nézésre lehet használni , de mivel megtalálható benne az
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
47 említett Realtek RTL2832U chipkészlet, így könnyedén fel lehet használni
szoftverrádiós célokra is.
A harmadi k elem maga a laptop, vagy a személyi számítógép, amelyen a
szoftver fut. A szoftver feladat, hogy a távirányítós aljzat által kibocsájtott jelet
elmentse, majd ezek után feldolgozza. Feldolgozás során a fájlt dolgozzuk fel, amelybe
a jel van elmentve. A s zoftver először demodulálja a jelet, majd miután megkapta a
távirányítós aljzat távirányítója által kibocsájtott jelet bináris formában („0” – „1”),
akkor következik a dekódolás, amely során a visszafejtés történik, hogy a távirányítón
lévő gombok közül po ntosan melyik is volt megnyomva.
4.2 Hardvertervezés
Ebben a részben a dolgozatban használt hardvereket, valamint azok működését
fogom bemutatni. Mivel a dolgozatom alapjaiban véve egy szoftveres megvalósítás,
ezért konkrétan saját hardver megtervezésére nem került sor, csak kész hardvereket
használtam fel, amelyek szükségesek a szoftver működéséhez.
4.2.1 Not Only TV DVB -T USB
A hagyományos televíziók nem alkalmasak a digitális TV adások vételére, csak
egy set -top-box segítségével. PC -n ugyanezt egy DVB -T kártya se gítségével tehetjük
meg. Azonban az átállás alatt még keverednek a digitális és analóg csatornák, és ezt a
zavart használja ki a Not Only TV által gyártott DVB -T USB eszköz. Analóg és
digitális csatornák vételére is alkalmas, úgynevezett hibrid. A dolgozat om
szempontjából azonban ez nem kiemelkedő tulajdonság.
Amiért ez az eszköz is felhasználásra került, az a benne található Realtek
RTL2832U chip, amely tökéletes alkalmazható szoftver rádiós megoldásokhoz. Erre
már sokan rájöttek, és az ilyen USB portba dugható DVB -T vevőket elkezdték
szoftverrádiós megvalósításokhoz felhasználni. A dolgozatom szempontjából ez a
kiemelkedően fontos dolog, hogy a RTL2832U chipet felhasználva, egy SDR vevőt
készíthetek.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
48
26. ábra Not Only TV DVB -T USB Deluxe
4.2.2 Távirányítós aljzat
A távirányítós aljzat szerepe, hogy demonstrálni tudjam a szoftver működését.
Erre a célra ez a legmegfelelőbb, mert a szabad 433.92Mhz -es rádiós kommunikációt
használja , valamint nagyon olcs ón beszerezhető .
A távirányítón öss zesen 10 nyomógomb kap helyet, A -tól E betűjelig, ki és
bekapcsolásra használatos gombok. Mindegyik gomb megnyomására a távirányítóban
lévő PT2262 chip különböző kódszavakat állít elő, amelyeket a dugaljzatok
felismernek, valamint a kódszótól függően elvég zik a műveletet, ami lehet kikapcsolás
vagy bekapcsolás.
27. ábra: Távirányítós aljza t
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
49 4.3 Szoftvertervezés
4.3.1 RTL -SDR driver
A Realtek RTL2832u chip szoftverrádiós használatához nélkülözhetetlen a
szükséges driver telepítése. Windows ope rációs rendszer alatt a Zadig driver szükséges,
amelyet http://www.rtl -sdr.com/getting -the-rtl-sdr-to-work -on-windows -10/ található. A
driver csak az éppen használatban lévő USB portra telepíti a drivert, tehát a telepítés
után mindig ugyanazt az USB bemenetet használva tudunk szoftverrádiózni. A telepítési
lépések is le vannak írva az adott weboldalon.
Linux operációs rendszer alatt az osmocom.org weboldalon található rtl -sdr
driver szükséges, amely http://sdr.osmocom.org/trac/wiki/rtl -sdr oldalról tölthető le. A
driver telepítéséhez szükséges info rmációk szintén megtalálhatóak a weboldalon.
4.3.2 Jel mentése
A jel mentésére az a szoftver szolgál, amelyet felhasználok a dolgozatom
elkészítéséhez. Tulajdonképpen a szoftver készítője letett egy alapot, amelyre én
felépítem a saját szoftverem.
A felhasznál t szoftver jelenleg csak linux alapú operációs rendszeren
használható, ebből adódóan az általam elkészített szoftver is egyelőre csak linux
rendszereken használható. A függőség jelenleg főleg a fejlesztői környezetből adódik.
A szoftvert linux alapú rendsz eren az rtl_433 parancs segítségével hívhatjuk
életre. Ekkor megkapjuk a támogatott eszközök listáját is, amelyek között szerepel
többek között a Not Only TV DVB -T USB Deluxe is. Miután megnyomtuk a
távirányítón a nyomógombot és az USB eszköz észlelte a je leket, elmenti azokat egy
gfile***.data fájlba. A fájl összetétele 2 csatornás uint8 formátumú, ezt a fájl
beolvasásakor figyelembe kell venni, a hibák elkerülése végett.
4.3.3 Fejlesztői környezet
Mivel a Linux alap nélkülözhetetlen volt ahhoz, hogy feltudjak használni egy
elkészített programot és ne kelljen azt újra megírjam, így az elkészített szoftver is
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
50 operációs rendszer függő, valamint a teljes munka folyamat Linux alapú operációs
rendszeren történt. Az operációs rendszer, amit használtam Ubuntu 14.4 név en érhető
el.
Továbbá egy másik fontos fejlesztői eszköz, amit meg kell említeni az
programozásra felhasznált keretrendszer. Ez a keretrendszer a QtCreator. A QtCreator
elérhető Linux valamint Windows -os operációs rendszerekre is, a különbség csupán
néhány függvény nevében észlelhető. A fejlesztés első fázisaiban a Visual Studio
keretrendszert is használtam, de a Linux operációs rendszer miatt sokkal kézenfekvőbb
volt a z olyan platform független keretrendszer használata mint a QtCreator.
4.3.4 Demoduláló algoritm us
A szoftver tervezésekor, első lépésként megpróbáltam meghatározni a szoftver
által elérni kívánt funkciókat. Fontos szempontnak tartottam, hogy előre meghatározott
lépések szerint haladjak a szoftver megvalósításával, a hibák kijavítása és a felépítés
közbeni tesztelés miatt. Az alkalmazás két legfőbb funkciója a jel demodulálása és
dekódolása, így ezt a két funkció kiemelkedő a tervezés szempontjából is.
A demodulálás kezdő lépéseként magát az elmentett jelet ábrázoltam és
tanulmányoztam. A távirányító által küldött jelet beolvastam és ábrázoltam Matlab -ban.
28. ábra : PT2262, egy teljes küldött jel
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
51 A 28. ábrán látható a távirányít ó által küldött, majd lementett és Matlabban
ábrázolt nyers jel. Annak ismeretében, hogy a távirányítóban lévő PT2262 chip OOK
moduláció használ, megállapíthatjuk, hogy 8 kódszót sikerült befogni és elmenteni.
Mivel az OOK moduláció elve szerint, logikai „ 0” szintnek a nincs jel felel meg, vagyis
tulajdonképpen nincs információ, valamint a logikai „1” szint kor a szinuszos vivő
látható. A kódszavak közötti nagyobb üres terek, a SYNC bit „0” periódusát ábrázolják,
mivel a PT2262 adatlapjában lévő információk szerint a SYNC összesen 4AD bit
hosszúságú, ahol 1/8 -ad bitidőt van magas szintnek megfelelő állapotban, ami a logikai
„1”, és a megmaradt intervallumban logikai „0” megfelelően, azaz alacsony szinten van.
Egy darab kódszóra ráközelítve látható a kódszó fe lépítése, amelyet ha
ugyanazzal a logikával nézzük, mint a teljes ábrázolt jelet, kivehető hogy összesen 25
felfutó él van. A 25 felfutó élből az első 24 a 12 darab AD bithez tartozik, valamint az
utolsó felfutó él a SYNC bit „1” periódusát jelöli.
29. ábra: PT2262, egy kódszó
A 29. ábrán látható kirajzolt jelből, amelyen egy teljes kódszó látható, még nem
lehet sokatmondó következtetést levonni. Még mindig csak az oszcilláló szinuszos vivőt
látjuk, és nem a PT2262 adatlapján lévő jelformát, amely magas és alacsony szinteket
tartalmaz.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
52 Az OOK moduláció mikéntje akkor látható a legjo bban, ha nem egy teljes
kódszóra , hanem csupán a kódszó egyetlen bitjére közelítünk. Mindez ábrázolva a 3 0.
ábrán. Az ábrán egy magas szintnek megfelelő jel, azaz logikai „1” érték modulációja
látható. Ha a képen láthatóak szerint középfrekvenciának a 120 -at vesszük, akkor a jel
200 és 40 között oszcillál, tehát a középfrekvenciától számolva +80 és -80 között . Az
intervallum, ameddig információ látható, megfelel egy logikai „1” bitnek, azaz a magas
jel szintnek.
30. ábra PT2262, egy kódszó egy bitje
Viszont az eddigi adatokból nem lehet tovább lépni, és nem megoldható a jel
dekódolása, mivel nem kapom meg tisztán az magas és alacsony jelszinteket, vagyis a
logikai „0” és logikai „1” szinteket. Ahhoz, hogy egy olyan jelformát kapjak, amely
csak magas és alacsony jelszintekből tevődik össze, szükséges a jel szűrése. A jel
szűrésére temérd ek meg oldás valamint algoritmus alkalmazható. Digitális jelről lévén
szó, a választék még jobban bővült. Az első, és legegyszerűbb módszerként a teljes jelet
abszolút értékbe tettem, majd ezután a jel teljes hosszát végigjárva, ahol 0 -tól eltérő
értéket ka ptam, oda egy logikai „1” bitet szúrtam be.
Komolyabb módszerek a jel szűrésére a Hilbert transzformáció és a FIR szűrő.
Hilbert transzformációnak a 90 fokos késleltetésű algoritmust nevezik. Szoftverekben
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
53 kétféle Hilbert transzformációval találkozhatunk : az egyik a jelfolyam típusú szűrő, a
másik implementációban pedig a Fourier transzformált együtthatóit modosítják.
A nyers jelet megszűrve Hilbert transzformáció segítségével, eredményként egy
olyan tömböt kapunk, amelyben csak „0” és „1” vannak, vagyis alacsony és magas
jelszintnek megfelelő értékek. Az alábbi kódrészlet szemlélteti a Hilbert transzformáció
használatát a nyers jelen.
fileID = fopen( 'gfile036.data' );
A=fread(fileID);
A=A-127;
y = hilbert(A);
env = abs(y);
e=env>5;
plot(e,’r’);
A kód utolsó sorában lévő kirajzolás után, a 31. ábrán látható grafikont kapjuk.
31. ábra: PT2262, egy teljes jel Hilbert transzformáció után
A grafikon hasonlít 28. ábrán lévővel első látásra. Viszont ha itt is csak egy
kódszóra közelítünk, akkor látszik igazán az eredmény.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
54
32. ábra: PT2262, egy kódszó Hilbert transzformáció után
A 32. ábrán látható grafikon a PT2262 egy kódszavát ábrázolja. Itt már jól
kivehetőek a különálló „0” és „1” bitek. Összesen 25b itet számolhatunk, melyből az
első 24 bit a AD jel, valamint az utolsó a következő kódszó a SYNC bit jének „1” része.
Ezenkívül az „e” tömbben megkaptuk az „1” -ek és „0” -k sorozatát, amely feltétlenül
szükséges a dekódoló algoritmus megvalósításához.
Az ér dekesség kedvéért megpróbáltam ugyanazt a jelet FIR szű rő segítségével is
megszűrni. A FIR szűrő használatához a jelet abszolút értékben kell venni, vagy
négyzetre emelni. A kézenfekvőbb megoldás a négyzetre emelés.
FIR szűrőt használva, az eredményt kiraj zolva az 33. ábrán látható diagramot
kaptam, amely teljes mértékben megegyezik 32. ábrán látható, Hilbert transzformáció
használatával kapott diagrammal.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
55
33. ábra: PT2262, egy kódszó FIR szűrő használatával
Az eddig felsorolt algor itmusok mind Matlab keretrendszerben voltak
elérhetőek, viszont az alkalmazásom C nyelven íródik, ebből adódóan szükséges volt
egy olyan implementációt találni, amely használható bármilyen keretrendszerben és
környezetben. Erre a megoldás a felsoroltak köz ül az első mód, miszerint végig kell
menni a tömbön amely a jelet tartalmazza, és bizonyos érték felett logikai „1” szintnek
feleltetni meg az adott címen lévő bitet.
Azonban a demodulálás előtt be kellet t olvasni a fájlt, amely az elmentett jelet
tartalma zza. A fájl kiterjesztése. data , az adatokat pedig 2 csatornán uint8 formátumban
tárolja.
Mivel a mentet t fájlok hossza nem egységes, ezért első lépésként a mentett jel
hosszát kellet meghatározni, az alábbi kódrészlet segítségével:
fseek(file, 0, SEE K_END);
fileLen = ftell(file);
fseek(file, 0, SEEK_SET);
rewind(file);
Ezek után a fileLen változóba eltárolódik a beolvasott fájl hossza, így az fread
függvény segítségével betudjuk olvasni egy tömbbe.
fread(buffer, fileLen, 1, file);
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
56 A jel demodulása előtt szükséges volt négyzetre emelni a jelet, mivel a
demoduláló algoritmus összeadja a értékeit a különböző pozíciókban, és az esetleges
negatív értékek zavarnának a végeredményben.
A négyzetre emelés után átadtam a jelet a demoduláló algorit musnak.
Az algoritmus lényege, hogy az épp aktuális pozíciótól számolva összeadja az
első 7 pozíció értékét. Ha ezen értékek összege meghaladja a 6800 -at, akkor van szinusz
jel, tehát a bit egy logikai „1”, vagyis magas szintnek felel meg. Értelemszerűen ha az
érték nem haladja meg a 6800 -at, akkor nem beszélünk szinusz jelről, csak esetleges
zajokról, így ott a jel alacsony szinten van. Mindegyik címnél kiszámolja az értéket, és
az értéktől függően egy „out” kimeneti tömbbe írja a logikai „1” vagy logika i „0” bitet.
Miután a bementi tömb minden címén végigment az algoritmus, egy olyan kimeneti
tömböt kapunk, amelyben csak „0” és „1” értékek szerepelnek. A kimeneti tömböt
ábrázolva a 34 . ábrán látható grafikont kapjuk. A kimeneti tömb fájlba való kiírására
többek között a hibajavítás, valamint az ellenőrzés miatt volt szükség. Így bármikor
ellenőrizhető az algoritmus helyes működése, ábrázolva a kimeneti fájl.
34. ábra: Demoduláló algoritmus eredmény
Következtetésképpen a Hilbert tr anszformáció és FIR szűrő mellet t, ez a kis
algoritmus is megfelel a PT2262 által küldött jel demodulálására, és az eredmény
alkalmas a későbbi felhasználásra is a jel dekódolására végett .
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
57 4.3.5 Dekódoló algoritmus
A dekódolás az alkalmazás másik fő funkciója, a demodulálás melle tt. A
dekódolás során, a demodulálás után a kapott eredményből kell megállapítani, hogy a
távirányítós aljzat távirányítója melyik gomb lenyomása után küldött jelet. Ezt úgy lehet
vizsgálni, hogy a demoduláló algoritmus kimeneti tömbjébe n lévő „1” és „0” sorozatát
kell tanulmányozni.
Viszont még a vizsgálat előtt, ismerni kell a távirányító által küldött jeleket
mindegyik gombra. Ezt legkönnyebben úgy lehet megtudni, hogy a gombokra küldött
jeleket ábrázolni kell egyenként Matlabban, és o tt megnézni a kódszavakat. Mint azt
már leírtam [3.4.3 ] , a PT2262 által küldött bitek háromfélék lehetnek:
1 BIT – 11
0 BIT – 00
f BIT – 01
35. ábra: PT2262 kódolás
A kódszavakat tanulmányozva e három bit ismétlődését fedezhetjük fel, amint az a 35.
ábrán is látható.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
58
36. ábra: Kódszó bitek
Mindegyik gomb megnyomása után a távirányító egy a 35. ábrán látható jelhez
hasonló jelet küld. Egy kódszó 12 darab bitből áll, és mindegyik bitnek van egy „1” és
egy „0” intervalluma. Az ábrán az A -ON nyomógomb által kiváltott jel látható, amely a
következő kép tevődik össze: 111110fffff0.
A dekódoló algoritmus a háromféle bit el őfordulását figyeli azáltal, hogy a
tanulmányozza az időintervallumokat a magas és az alacsony jelszinten. A PT2262
adatlapjában található információk alapján kiszámoltam, hogy külön az „1”, „0” és „f”
bitek összetételük alapján mennyi ideig vannak magas é s alacsony jelszinten. A
számolás után a következő eredmény kaptam:
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
59
37. ábra: PT2262 kódszavak hossza
A 36. ábrán látható, hogy a PT2262 által használt kódolási formában a bitek
milyen hosszúságuk, ugyanakkor a felépítésük is ábrázolva van.
A SYNC bit átlagban számolva 2364 hosszúságú, amely intervallumból 56-t van
magas jelszinten, és 23 00 körülit alacsony jelszinten. A dekódoló algoritmus is
legelőször egy ilyen SYNC bitet keres, mivel a SYNC bit vége jelöli egy kódszó
kezdet ét.
Tehát a lefutó éltől számol ja a „0” -at következő felfutó élig , valamint ugyanettől
a lefutó éltől számolja visszafele az „1” -et a legutobbi felfutó élig. A kódszavak nem
mindig találnak teljesen pontosan, így ráhagyással dolgoztam. Ezért van az, hogy akkor
tekinti a dekódoló algoritmus úgy, hogy egy SNYC bitet talált, ha 45 és 80 közötti
egymást követő „0” -t, valamint 1950 és 2500 közötti egymást követő „1” -t talál.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
60 Ha a dekódoló algoritmus talált egy SYNC bitet, akkor tudja, hogy az azt követő
informá ciók a kódszóhoz tartoznak. A SYNC bit megtalálása után, megkeresi a
következő felfutó élet, ami már értelemszerűen a kódszóhoz tartozik.
Ekkor kezdődik a bitek vizsgálása, miszerint „0”, „1” vagy „f” bitek. Az
eredményt a result [] tömb be írja bele, és ell enőrzésnél ezt a tömböt fogom vizsgálni.
bitek vizsgálása és helyes bit („0”, „1” vagy „f”) beírása a result [] tömbbe addig megy,
ameddig a 12darab egymást követő bitet nem kapunk, vagy egy újabb SYNC bit nem
jön.
Ismerve a PT2262 által használt kódolást , a biteket egyenként lehet vizsgálni . A
bit meghatározása 2 mintavétel után történik. A mintavétel helyei a felfutó éltől vannak
számolva egységesen mindegyik bit esetében. A mintavétel, valamint a mintavétel által
kapott értékek szerinti megkülönböztetés a következő módon történik:
38. ábra: PT2262 által kódolt "1" BIT , mintavétel
A 38. ábrán egy „1” bitet láthatunk, amelynek két hosszú magas szinten lévő
periódusát követi két rövid alacsony szinten lévő periódus. A piros vonal jelöli a felfutó
élet, ahol kezdődik a bit. Ez a piros vonal szolgál referenciaként a mintavétel helyének
szempontjából. A zöld vonalak a mintavétel helyét jelölik, összesen két mintavétel
történik, amelyek eredményeitől függően lehet meghatározni, hogy milyen bitről van
szó. A mintavétel a bit ¼ -nél valamint ¾ -nél történik. Amint az ábrán is látható,
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
61 mindkét mintavételi pozícióban magas „1” szinten van a jel, ebből az információból
következik, hogy „1” bitről van szó.
39. ábra :PT2262 által kódolt " 0" BIT, mintavétel
A 39. ábrán látható egy „0” bit, valamint a mintavétel helyei. A „0” bit
összetétele rövid „1”, hosszú „0” majd ismét rövid „1”, hosszú „0” periódus. A piros
vonal ugyanúgy a referencia pont a mintavétel szempontjából. Az „ 1” bithez hasonlóan
itt is a jel ¼ -nél valamint ¾ -nél történik a mintavétel. Az ábrán is látható, hogy mindkét
mintavétel esetében alacsony „0” szintet kapunk eredményül, ebből következően „0”
bitről beszélünk.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
62
40. ábra: PT2262 ált al kódolt "f " BIT, mintavétel
A 40. ábrán az „f” bit mintavétele látható. Az „f” bit rövid „1” periódusát követi
egy hosszú „0”, majd egy hosszú „1” periódust követ egy rövid „0”. A mintavételi
pontok hasonlóak az „1” és a „0” bit mintavételezési pontjaiho z. Amint az ábrán is
látható, „f” bit esetében az első mintavétel értéke „0”, valamint a második mintavétel
értéke „1”, és ebből megállapítható a „f” bit.
Az említett „0”, „1”, és „f” bitek sorozata akkor alkot egy teljes kódszavat, ha
egymás után 12 darab követi egymást. Azt szoftveres egy tömb segítségével oldottam
meg, miszerint addig meg a dekódoló algoritmus ameddig nem talál 12 darab egymást
követő érvényes bitet. Ha megvan a 12 darab egymást követő bit, akkor a kapott
sorozatot összehasonlítva a távi rányító gombjai által kiadni képes jelekkel, megtudjuk
állapítani, hogy milyen gomb volt megnyomva a távirányítón.
Például a távirányító A -ON gombjának kódszava a következőképpen van
felépítve: 111110fffff0, azaz,
1 -11
1 -11
1 -11
1 -11
1 -11
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
63 0 -00
f -01
f -01
f -01
f -01
f -01
0 -00
Ennek értelmében, ha a result [] tömb felépítése [111111111100010101010100],
akkor azt összehasonlítva az A -ON kódszavával egyezést mutat, így megállapítható,
hogy az A-ON nyomógomb által kiváltott kódolt adatot sikerült dekódo lni. Ugyanezt a
logikát felhasználva, a távirányítón lévő összes nyomógomb által kiváltott kódolt jelet
lehet dekódolni.
4.3.6 GUI
A fő funkciók, a demodulálás és a dekódolás implementálása után egy grafikus
felület fejlesztése volt a következő lépés. A GUI cél ja, hogy a felhasználó számára
átláthatóbb legyen a szoftver, valamint nem utolsó sorban a könnyebb kezelhetőség is
számottevő.
Az alkalmazás indításakor a következő kép fogadja a felhasználót:
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
64
41. ábra: Az alkalmazás grafikus felülete
Amint a 41. ábrán is látható, három gomb található a felületen. A
„Demodulation” és „Decoding” gombok funkciója magától értetődő, a jel
demodulálására és dekódolására használatosak. Az első gomb, az „Open File” talán a
legfontosabb a felhasználói kezelés megkönnyítése szempontjából, mivel ez a gomb
segítségével választhatja ki azt a .data kiterjesztésű fájlt, amelyet a szoftver segítségével
szeretne feldolgozni. Az „Open File” gomb megnyomása után, az alábbi kép fogadja a
felhasználót :
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
65
42. ábra: GUI, Open File
A felugró ablakban van lehetősége a felhasználónak kiválasztania a .data
kiterjesztésű fájlt, amelyet átad a demoduláló és dekódoló algoritmusnak. A
hibaelhárítás szempontjából nincs lehetősége a felhasználónak más ki terjesztésű fájlt
kiválasztani. A kiválasztás után, felvan tüntetve a fájl elérési útja is.
43. ábra: GUI, elérési út
A fájl kiválasztása után a Demodulation és Decoding gombokra kattintva kapjuk
meg az eredményt.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
66 5 RENDSZER TESZTELÉ SE
Ahhoz, hogy a rendszer t használni lehessem, első sorban szükség van a jelre,
amely feldolgozásra kerül. Ezt az rtl_433 –a –t parancs kiadása után, és a távirányítón
lévő egyik gomb megnyomása után kapjuk meg, egy gfile***.data fájlban.
44. ábra: rtl_433, fájl mentése
Amint a 45. ábrán is látszik, a gfile054.data fájlba mentette a jelet, amelyet a
távirányító küldött.
5.1 Mentett jel ábrázolása
Miután az rtl_433 szoftver elmentette a nyers jelet, a következő lépés a Matla b-
ban történő ábrázolás, demodulálás.
Az alábbi két ábrán, a 46. ábrán és a 47. ábrán látható képek a Matlab -os
ábrázolás lépéseit demonstrálják , egy kódszóra szűkítve. A 46. ábrán a tiszta jel egy
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
67 kódszava látható, ahogyan az elmentette az rtl_433 program, valamint a 47. ábrán a
demodulálás utáni kódszó grafikonja látható.
45. ábra: Matlab ábrázolás, egy kódszó demodulálás előtt
46. ábra: Matlab ábrázolás, egy kódszó demodulálás után
5.2 Demodulált jel
Ahhoz, hogy demodulálni tudjuk a mentett jelet az általam fejlesztett
alkalmazással, első lépésként be kell olvasni a fájl, amelyet demodulálni szeretnénk. Ezt
a megjelenő grafikus felületen lévő „Open File” gombbal tehetjük meg. A gomb
megnyitása után, a megjelenő fájlkezelőben kell kiválasztatunk a .data fájl, amelyet
átadunk a szoftvernek. Mindezte a 48. ábra szemlélteti.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
68
47. ábra: Szoftver, fájl megnyitása
A fájl megnyitása után, a „Demodulation” gombra kattintva a szoftver
demo dulálja a jelet, és az eredményként kapott tömböt átadja a dekódoló függvénynek.
5.3 Dekódolt jel
Miután a szoftver sikeresen demodulálta a jelet, a következő és utolsó lépés a jel
dekódolása. Ezt a „Decoding” gombra kattintva tehetjük meg. A dekódoló függvény
lefutása után, a felhasználó felületen láthatjuk a dekódolás eredményét, amelyet az
alábbi ábra szemléltet. A piros, bekeretezett részen látható az eredmény.
48. ábra: Szoftver, dekódolás
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
69 Amint az ábrán is látható, eredményként me gkaptuk, hogy az A_ON gomb volt
megnyomva a távirányítón, és a jel mentésére használt szoftver a gomb megnyomása
által küldött jelet mentette le.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
70 6 TELEPÍTÉSI ÚTMUTATÓ
A szoftver futtatásához kötelezően Linux alapú operációs rendszer kell fusson a
személyi s zámítógépen vagy laptopon. A jel mentésére felhasznált szoftver telepítése
megtalálható a https://github.com/merbanan/rtl_433 linken. Szükséges az rtl -sdr
valamint a libusb szoftvercsomagok feltelepítése az rtl_433 előtt. A lépések a libusb
valamint az rtl -sdr telepítésére a http://sdr.osmocom.org/trac/wiki/rtl -sdr linken
találhatóak meg.
A fent említett két szoftver telepítése után, az rtl_433 alkalmazást az alábbi
parancssori kódsorral lehet telepíteni:
cd rtl_433/
mkdir build
cd build
cmake ../
make
make install
Miután a jel mentésére használatos szoftver sikeresen telepítve van, az álta lam
írt demodulálás és dekódolásra használt szoftvert elindítva, a grafikus felületen lévő
gombokra kell kattintani. A gombok funkciója magától értetődő, mind az 50. ábrán is
látható.
49. ábra: RTL_SDR_433 szoftver_GUI
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
71 7 KÖVETKEZTET ÉSEK, TOVÁBBFEJLESZTÉSI
LEHETŐSÉGEK
7.1 Következtetés
A projekt nagyon sok olyan dolgot foglal magába, amellyel a tanulmányaim
során találkoztam a tanórák keretein belül. Ezen kívül olyan információk és új dolgok is
helyet kaptak benne, amellyel konkrétan még nem találkoztam a egyetemi éveim alatt.
A szoftver megvalósítása során szükséges volt a modulációk valamint a kódolások
tanulmányozása, valamint nem utolsó sorban a szoftver alapú rádiózásban is mélyebbre
ástam magam.
A projektben megvalósított feladatok, valamint a projekt elkészítése közben
tanultak:
Tanulmányoztam a szoftver rádiót (SDR #)
Tanulmányoztam a modulációt valamint a kódolásokat
Rádió dekódolás és megjelenítése Matlabban
o Analízálás, megjelenítés
o Hilbert transzformáció
o FIR szűrő
Demoduláló algoritmus implementálása C++ környezetben
PT226 2 chip által küldött specifikus jel dekódolására megvalósított
algoritmus implementálása
Összességében elmondható, hogy az RTLSDR egy hasznos eszköz a 433MHz -es jelek
analizálására, dekódolására és segítséget nyújt egy ezen a frekvencián működő eszköz
tesztelésére is.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
72 7.2 Továbbfejlesztési lehetőségek
A szoftver továbbfejlesztési lehetőségei közül kiemelném az implementálását
olyan dekódoló algoritmusoknak, amelyenek nem specifikusak, úgy mint például a
Manchester kódolás, amely kódolási forma a 433MHz -es ISM sávban nagyon
elterjednek számít.
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
73 8 IRODALOMJEGYZÉK
[1] Lui Gough: 433.92Mhz ASK/OOK Decoding o f Various Device. goughlui.com,
2013
[2] Francis,C.W.: James Clerk Maxwell: Physicist and Natural Philosopher. New
York: Scribner’S, 1994
[3] Dr. Zombory László : Elektromágneses terek. Műszaki Kiadó, Budapest, 2008
[4] Kendall Haven : 100 Greatest Science Discoveries of All Time. Unlimited
Libraries, 2007
[5] Brain, Marshall: How Radio Work. HowStuffWorks.com, 2000
[6] Brain, Marshall: How Oscillators Work. HowStuffWorks.com, 2000
[7] ISO/IEC 14443 -2:2001 Identification cards
[8] Standards Catalogue, www.iso .org
[9] Az RFID tecnológia szabványos protokolljai . www.corvex.hu
[10] GnuRadio, www.wiki.ham.hu/GnuRadio , 2012
[11] ISM band, www.wikipedia.org/ – Ism band
[12] Audion kapcsolás, www.wikipedia.org/ – Audion
[13] Jósági tényező (Q) , wiki.ham.hu/ – Jósági tényező
[14] Rádióvevő logikai felépítése, wiki.ham.hu/ -Rádióvevő logikai felépítés
[15] A szoftverrádiórol, qrp.hu –sdr
[16] Tuner Frekvenc iatartomány, osmocomSDR. sdr.osmocom.org
[17] DVB -T, www.wikipedia.org/ – DVB -T
[18] B.Ferenc,E.Gyula,K.Dóra : Híradástechnika – digitális adatátvitel. ÓE -KVK
2134, 2015
[19] Baud (ejts d bód) szimbólum sebesség mértékegyése. wik i.ham.hu/ – Baud
[20] BPSK moduláció, www.rfwireless -world.com/Terminology/BPSK
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
74 9 ÁBRAJEGYZÉK
Figura 1.: Schema de bloc a sistemului ………………………….. ………………………….. 6
Figura 2.: PT2262 semnal complet ………………………….. ………………………….. …… 8
Figura 3.: Semnal după filtrare ………………………….. ………………………….. ………… 8
Figura 4.: Un cuvânt de cod după demodulare ………………………….. ……………….. 9
Figura 5.: Codarea PT2262 ………………………….. ………………………….. …………… 10
Figura 6.: Cuvant de cod, biti ………………………….. ………………………….. …………. 10
Figura 7.: Esantionare din semnal ………………………….. ………………………….. ….. 11
Figura 8.: Comparație ………………………….. ………………………….. …………………… 12
1. ábra: Tömbvázlat ………………………….. ………………………….. ………………………. 21
2. ábra: SDRSharp (1) ………………………….. ………………………….. …………………… 22
3. ábra: SDRSharp (2) ………………………….. ………………………….. …………………… 24
4. ábr a: SDRSharp (3) ………………………….. ………………………….. …………………… 24
5. ábra: GnuRadio grafikus felület ………………………….. ………………………….. ….. 25
6. ábra: GnuRadio+RTL2832u chip "USB DVB -T vevő", mint alap monó
WBFM SDR vevő. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 26
7. ábra: Az elektromágneses spektrum, benne a rádióhullámok tartományával 28
8. ábra: Rádióhullámok tartománya ………………………….. ………………………….. … 29
9. ábra: Frekvencia sávok, ISM sáv ………………………….. ………………………….. … 31
10. ábra: Klasszikus egyenes vevő blokkrajz ………………………….. …………………. 32
11. ábra: Regeneratív vevő ………………………….. ………………………….. …………….. 33
12. ábra: Szuperheterodin elv, blokkrajz ………………………….. ………………………. 33
13. ábra: Analóg feldolgozás – Digitális feldolgozás ………………………….. ………. 34
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
75 14. ábra: SDR blokk rajz ………………………….. ………………………….. ……………….. 35
15. ábra: DVB -T szabvány elterjedtsége ………………………….. ………………………. 36
16. ábra: ASK moduláció ………………………….. ………………………….. ……………….. 39
17. ábra: OOK moduláció ………………………….. ………………………….. ……………… 39
18. ábra: FSK moduláció ………………………….. ………………………….. ……………….. 40
19. ábra: PSK moduláció ………………………….. ………………………….. ……………….. 41
20. ábra: Manchester kódolás ………………………….. ………………………….. ………… 43
21. ábra: AMI kódolás ………………………….. ………………………….. …………………… 43
22. ábra: PT2262 kódolás, AD bitek ………………………….. ………………………….. .. 44
23. ábra: PT2262 kódolás, SYNC bit ………………………….. ………………………….. .. 45
24. ábra: PT2262 kódolás, kódszó ………………………….. ………………………….. …… 45
25. ábra: A rendszer tömbv ázlata ………………………….. ………………………….. ……. 46
26. ábra Not Only TV DVB -T USB Deluxe ………………………….. …………………… 48
27. ábra: Távirányítós aljzat ………………………….. ………………………….. ………….. 48
28. ábra: PT2262, egy teljes küldött jel ………………………….. ………………………… 50
29. ábra: PT2262, egy kódszó ………………………….. ………………………….. ………… 51
30. ábra PT2262, egy kódszó egy bitje ………………………….. …………………………. 52
31. ábra: PT2262, egy teljes jel Hilbert transzformáció után ………………………. 53
32. ábra: PT2262, egy kódszó Hilbert transzformáció után …………………………. 54
33. ábra: PT2262, egy kódszó FIR szűrő használatával ………………………….. …. 55
34. ábra: Demoduláló algoritmus eredmény ………………………….. …………………. 56
35. ábra: PT2262 kódolás ………………………….. ………………………….. ……………… 57
36. ábra: Kódszó bitek ………………………….. ………………………….. …………………… 58
37. ábra: PT2262 kódszavak hossza ………………………….. ………………………….. … 59
Universitatea Transilvania din Brașov Technologii și Sisteme de Telecomunicații
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor 2016
76 38. ábra: PT2262 által kódolt "1" BIT, mintavétel ………………………….. …………. 60
39. ábra:PT2262 által kódolt "0" BIT, mintavétel ………………………….. ………….. 61
40. ábra: PT2262 által kódolt "f" BIT, mintavétel ………………………….. …………. 62
41. ábra: Az alkalmazás grafikus felülete ………………………….. ……………………… 64
42. ábra: GUI, Open File ………………………….. ………………………….. ………………. 65
43. ábra: GUI, elérési út ………………………….. ………………………….. ………………… 65
45. ábra: rtl_433, fájl mentése ………………………….. ………………………….. ………… 66
46. ábra: Matlab ábrázolás, egy kódszó demodulálás előtt …………………………. 67
47. ábra: Matlab ábrázolás, egy kódszó demodulálás után …………………………. 67
48. ábra: Szoftver, fájl megnyitása ………………………….. ………………………….. ….. 68
49. ábra: Szoftver, dekódolás ………………………….. ………………………….. …………. 68
50. ábra: RTL_SDR_433 szoftver_GUI ………………………….. ………………………… 70
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Utilizarea Realtek Software R adio [613487] (ID: 613487)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.