PySDR: Een handleiding voor SDRs en digitale signaalbewerking met Python

door Dr. Marc Lichtman - pysdr@vt.edu

Welkom bij PySDR, een gratis online boek (geen Python-bibliotheek!) dat met een een overvloed aan diagrammen, animaties en Python-codevoorbeelden een zachte introductie biedt tot draadloze communicatie en software-gedefinieerde-radio (SDR). Van FFT's tot filters tot digitale modulatie tot ontvangen en verzenden via SDR's in Python, PySDR heeft het allemaal!

Het doel van PySDR is om de toegankelijkheid van onderwerpen die traditioneel met zware wiskunde in een aantal universiteiten worden behandeld, te vergroten. Alle inhoud die wordt gebruikt om PySDR te genereren, is open source en kun je hier vinden.

Zie Hoofdstuk 1: Introductie voor het doel en de doelgroep van het boek.

Probeer eens te spelen met de onderstaande simulatie als voorproefje op RF signaalverwerking. De simulatie laat het frequentie- en tijdsdomein van een signaal zien dat bestaat uit een toon en witte Gaussische ruis.

[Hz] - Toonfrequentie

[dB] - Ruisamplitude

Klap de volledige inhoudsopgave uit

• 1. Introductie
  • 1.1. Doel en doelgroep
  • 1.2. Meehelpen
  • 1.3. Erkenning
  • 1.4. Nederlandse vertaling
• 2. Het Frequentiedomein
  • 2.1. Fourierreeks
  • 2.2. Tijd-Frequentie paren
  • 2.3. Fouriertransformatie
  • 2.4. Tijd-Frequentie Eigenschappen
  • 2.5. Fast Fourier Transform (FFT)
  • 2.6. Negatieve Frequenties
  • 2.7. Volgorde in de tijd maakt niet uit
  • 2.8. FFT in Python
  • 2.9. Vensterfunctie
  • 2.10. FFT-grootte
  • 2.11. Spectrogram/Waterval
  • 2.12. FFT Implementatie
• 3. IQ-sampling
  • 3.1. Basis van samplen
  • 3.2. Nyquist samplen
  • 3.3. Kwadratuursamplen
  • 3.4. Complexe Getallen
  • 3.5. Complexe getallen bij FFTs
  • 3.6. Ontvangende kant
  • 3.7. Draaggolven en frequentieverschuiving
  • 3.8. Architectuur van ontvangers
  • 3.9. Basisband- en Banddoorlaatsignalen
  • 3.10. DC Piek
  • 3.11. samplen met onze SDR
  • 3.12. Gemiddelde Vermogen Berekenen
  • 3.13. Power Spectral Density berekenen
  • 3.14. Extra Leesmateriaal
• 4. Digitale Modulatie
  • 4.1. Symbolen
  • 4.2. Draadloze Symbolen
  • 4.3. Amplitude Shift Keying (ASK)
  • 4.4. Phase Shift Keying (PSK)
  • 4.5. IQ Diagrammen/Constellaties
  • 4.6. Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
  • 4.7. Frequency Shift Keying (FSK)
  • 4.8. Differentiële Codering
  • 4.9. Voorbeeld in Python
  • 4.10. Extra Leesmateriaal
• 5. PlutoSDR in Python
  • 5.1. Software/Drivers Installatie
  • 5.2. Ontvangen
  • 5.3. Zenden
  • 5.4. Tegelijk zenden en ontvangen
  • 5.5. Maia SDR and IQEngine
  • 5.6. Referentie API
  • 5.7. Pluto Python Oefeningen
• 6. USRP in Python
  • 6.1. Software/Drivers Install
  • 6.2. Receiving
  • 6.3. Transmitting
  • 6.4. Transmitting and Receiving Simultaneously
  • 6.5. Subdevice, Channels, and Antennas
  • 6.6. Syncing to 10 MHz and PPS
• 7. Ruis en dB
  • 7.1. Gaussische Ruis
  • 7.2. Decibellen (dB)
  • 7.3. Ruis in het frequentiedomein
  • 7.4. Complexe Ruis
  • 7.5. AWGN
  • 7.6. SNR en SINR
  • 7.7. Extra leesmateriaal
• 8. Filters
  • 8.1. Basis van Filters
  • 8.2. Filteropbouw
  • 8.3. Convolutie
  • 8.4. Filterimplementatie
  • 8.5. Filterontwerp
  • 8.6. Willekeurige frequentieresponsie
  • 8.7. Introductie tot Pulse Shaping
• 9. Link Budgets
  • 9.1. Introductie
  • 9.2. Signaalvermogensbudget
  • 9.3. Ruisvermogen
  • 9.4. SNR
  • 9.5. Voorbeeld budget: ADS-B
• 10. Kanaalcodering
  • 10.1. Waarom we kanaalcodering nodig hebben
  • 10.2. Typen Codes
  • 10.3. Code-snelheid
  • 10.4. Modulatie en codering
  • 10.5. Hamming Code
  • 10.6. Soft vs Hard Decodering
  • 10.7. Shannon Limiet
  • 10.8. State of the Art Codes
• 11. IQ Files and SigMF
  • 11.1. Binary Files
  • 11.2. Python Examples
  • 11.3. Visually Analyzing an RF File
  • 11.4. Max Values and Saturation
  • 11.5. SigMF and Annotating IQ Files
• 12. Multipath Fading
  • 12.1. Multipath
  • 12.2. Fading
  • 12.3. Rayleigh Vervaging Simuleren
  • 12.4. Multipath Fading Overkomen
• 13. Pulse Shaping
  • 13.1. Inter-Symbool-Interferentie (ISI)
  • 13.2. Matched Filter
  • 13.3. Een filter opsplitsen
  • 13.4. Specifieke pulsvormende filters
  • 13.5. Roll-Off Factor
  • 13.6. Python Oefeningen
• 14. Synchronisatie
  • 14.1. Introductie
  • 14.2. Draadloos kanaal simuleren
  • 14.3. Tijdsynchronisatie
  • 14.4. Tijdsynchronisatie met interpolatie
  • 14.5. Grove Frequentiesynchronisatie
  • 14.6. Fijne Frequentiesynchronisatie
  • 14.7. Frame-synchronisatie
• 15. Compleet voorbeeld
  • 15.1. Introductie FM-Radio en RDS
  • 15.2. Het RDS-Signaal
  • 15.3. Signaal ontvangen
  • 15.4. FM Demodulatie
  • 15.5. Frequentieverschuiving
  • 15.6. RDS eruit filteren
  • 15.7. Met 10 decimeren
  • 15.8. Hersamplen naar 19 kHz
  • 15.9. Banddoorlaatfilter
  • 15.10. Tijdsynchronisatie (Symbool-niveau)
  • 15.11. Fijne Frequentiesynchronisatie uitvoeren
  • 15.12. BPSK demoduleren
  • 15.13. Differentieel decoderen
  • 15.14. RDS Decoderen
  • 15.15. RDS Interpreteren
  • 15.16. Laatste code
  • 15.17. Erkenningen
  • 15.18. Extra leesmateriaal RDS
• 16. DOA & Beamforming
  • 16.1. Overzicht en termen
  • 16.2. Eisen SDR
  • 16.3. Introductie Matrix wiskunde in Python/NumPy
  • 16.4. Basiswiskunde
  • 16.5. Een signaal ontvangen
  • 16.6. Conventional DOA
  • 16.7. 180 Degree Ambiguity
  • 16.8. Broadside of the Array
  • 16.9. When d is not λ/2
  • 16.10. MVDR/Capon Beamformer
  • 16.11. Number of Elements
  • 16.12. MUSIC
  • 16.13. ESPRIT
  • 16.14. Radar-Style Scenario
  • 16.15. Quiescent Antenna Pattern
  • 16.16. 2D DOA
  • 16.17. Steering Nulls
  • 16.18. Conclusion and References
• 17. Phased Arrays with Phaser
  • 17.1. Intro to Phased Arrays
  • 17.2. Hardware Overview
  • 17.3. SD Card Preparation
  • 17.4. Hardware Preparation
  • 17.5. Software Install
  • 17.6. HB100 Setup
  • 17.7. Calibration
  • 17.8. Pre-built Example App
  • 17.9. Phaser in Python
  • 17.10. Monopulse Tracking
  • 17.11. Radar with Phaser
  • 17.12. Conclusion
• 18. Over de auteur