Spectrum Monitoring System Implementation Using Software-Defined Radio
Kivekäs, Jarmo (2017)
Kivekäs, Jarmo
Turun ammattikorkeakoulu
2017
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2017061313399
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2017061313399
Tiivistelmä
Tämä opinnäytetyö käsittelee radiospektrin monitorointiin liittyvää teoriaa ja kuvailee National Instruments Universal Software Radio Peripheral -ohjelmistoradiolla (USRP) toteutetun spektrinmonitorointijärjestelmän keskeisiä osia ja toimintoja. Työn tarkoituksena oli luoda syvempi ymmärrys tarvittavien komponenttien toiminnasta ja niiden aiheuttamista ongelmista käyttäen järjestelmän toteutusprosessia tukena ongelmien löytämistä varten.
Toteutuksen aikana havaittiin toimintaan vaikuttavia ilmiöitä, joita tutkittiin jotta niiden negatiivinen vaikutus voitiin minimoida. Monitorointijärjestelmän logiikka toteutettiin käyttämällä GNURadio-koodikirjastoa signaalinkäsittelyyn sekä USRP:n ohjaamista varten. Python-skriptikieltä käytettiin korkeamman tason toimintojen toteuttamisessa. Järjestelmällä kerättyä mittaustietoa verrattiin perinteisen spektrianalysaattorin mittaustietoihin, ja todettiin tietojen täsmäävän toistensa kanssa. Työssä verrataan mittaustulosten esittelyä histogrammina, jolloin informaatio tehon jakautumisesta aikatasossa säilyy, toisin kuin tavanomaisessa tehospektrissä.
Työssä selvitettiin, miten ohjelmistoradioiden etuosan epäideaalisuudet aiheuttavat spektrissä näkyviä tasajännitepiikkejä ja kuinka sopimattoman näytetaajuuden valitseminen voi aiheuttaa suuria vääristymiä mitatun spektrin amplitudissa vastaanottimen tekemän uudelleenäytteistämisen jälkeen. Ohjelmistoradiota käytettäessä voidaan spektrin mittauksessa tehdä kompromisseja tarvittavan levytilan, laskentakyvyn, taajuusresoluution ja aikaresoluution välillä, riippuen siitä millaisia ilmiöitä halutaan mitata. Työssä todettiin, että etuosan toimintaan voidaan vaikuttaa laitteen suojelemiseksi suurtehosilta signaaleilta. Etuosan aiheuttamia IQ-näytteistämisen epätasapainoisuuksia voitiin korjata empiirisen kalibroinnin avulla.
Toteutuksen aikana havaittiin toimintaan vaikuttavia ilmiöitä, joita tutkittiin jotta niiden negatiivinen vaikutus voitiin minimoida. Monitorointijärjestelmän logiikka toteutettiin käyttämällä GNURadio-koodikirjastoa signaalinkäsittelyyn sekä USRP:n ohjaamista varten. Python-skriptikieltä käytettiin korkeamman tason toimintojen toteuttamisessa. Järjestelmällä kerättyä mittaustietoa verrattiin perinteisen spektrianalysaattorin mittaustietoihin, ja todettiin tietojen täsmäävän toistensa kanssa. Työssä verrataan mittaustulosten esittelyä histogrammina, jolloin informaatio tehon jakautumisesta aikatasossa säilyy, toisin kuin tavanomaisessa tehospektrissä.
Työssä selvitettiin, miten ohjelmistoradioiden etuosan epäideaalisuudet aiheuttavat spektrissä näkyviä tasajännitepiikkejä ja kuinka sopimattoman näytetaajuuden valitseminen voi aiheuttaa suuria vääristymiä mitatun spektrin amplitudissa vastaanottimen tekemän uudelleenäytteistämisen jälkeen. Ohjelmistoradiota käytettäessä voidaan spektrin mittauksessa tehdä kompromisseja tarvittavan levytilan, laskentakyvyn, taajuusresoluution ja aikaresoluution välillä, riippuen siitä millaisia ilmiöitä halutaan mitata. Työssä todettiin, että etuosan toimintaan voidaan vaikuttaa laitteen suojelemiseksi suurtehosilta signaaleilta. Etuosan aiheuttamia IQ-näytteistämisen epätasapainoisuuksia voitiin korjata empiirisen kalibroinnin avulla.