Journal of Broadcast Engineering (방송공학회논문지)

The Korean Institute of Broadcast and Media Engineers (한국방송∙미디어공학회)
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Implementation of Real-time Stereo Frequency Demodulator Using RTL-SDR

RTL-SDR을 이용한 스테레오 주파수 변조 방송의 실시간 수신기 구현

  • Kim, Young-Ju (College of Electrical and Computer Engineering, School of Information and Communication Engineering, Chungbuk National University)
  • 김영주 (충북대학교 전자정보대학 정보통신공학부)
  • Received : 2018.12.04
  • Accepted : 2019.05.13
  • Published : 2019.05.30
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Abstract

A software-driven real-time frequency de-modulator is implemented with the aid of universal-serial-bus (USB) type software defined radio dongle. An analog stereo frequency modulation (FM) broadcast signal is down-converted to the basedband analog signal then converted to digital bit streams in the USB dongle. Computer software such as Matlab, Python, and GNU Radio manipulates the incoming bit streams with the technique of digital signal processing. Low pass filtering, band pass filtering, decimation, frequency discriminator, double sideband amplitude demodulation, phase locked loop, and deemphasis function blocks are implemented using such computer languages. Especially, GNU Radion is employed to realize the real-time demodulator.

주파수 변조 방식의 방송 주파수에 동조되는 안테나와 Realtek 사(社)의 RTL2832 칩을 이용하는 디지털 TV용 튜너와 아날로그-디지털 변환기로 구성되는 universal serial bus (USB) 동글을 이용하여 스테레오 주파수 변조 방송의 실시간 수신기를 컴퓨터의 소프트웨어로 구현한다. 아날로그 방송 신호가 USB 동글에서 디지털 신호로 변환되고 이진 데이터를 컴퓨터에서 매트랩 및 파이선 프로그래밍 언어의 신호처리 기법을 이용하여 저역 통과 필터, 대역 통과 필터, 주파수 판별기, 양측파대 진폭 복조, 위상 고정 루프. 샘플링 변환, 디앰퍼시스 등의 기능 블록을 설계한다. 최종적으로 수신기의 실시간 구현을 위하여 파이선 및 C++로 구성되는 그누라디오 (GNU Radio)를 이용하여 수신기 알고리즘을 소프트웨어로 구현한다.

Keywords

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그림 2. RTL-SDR의 동작 흐름도 Fig. 2. A behavioral level model of the RTL-SDR

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그림 1. 리얼테크 사 RTL-SDR 블록 다이어그램 Fig. 1. Block diagram of Realtek RTL-SDR

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그림 3. 주파수 복조기 블록 다이어그램 Fig. 3. FM demodulator block diagram

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그림 4. 복조기에 사용되는 매트랩 함수 Fig. 4. Matlab functions used to develop demodulator

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그림 5. 복조기에 사용되는 파이선 함수 Fig. 5. Python functions used to develop demodulator

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그림 6. 소프트웨어 라디오의 스테레오 디멀티플렉싱 블록도 Fig. 6. Stereo demultiplexing block diagram of software radio

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그림 7. 복조된 주파수 변조 방송 신호의 주파수 스펙트럼 Fig. 7. The demodulated broadcast FM signal’s frequency spectrum

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그림 8. 실시간으로 측정된 주파수 변조 방송의 주파수 스펙트럼 Fig. 8. Frequency spectrum of real-time demodulated frequency demodulated boradcast signal

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그림 9. 그누라디오로 구현된 주파수 복조기 상단 Fig. 9. Frequency demodulator upper part implemented by GNU Radio

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그림 10. 그누라디오로 구현된 위상고정루프 Fig. 10. Phase locked loop part implemented by GNU Radio

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그림 11. 그누라디오로 구현된 디지털 데이터 성상도 Fig. 11. Constellation of digital data implemented by GNU Radio

References

  1. J. Mitola, Software radios survey, critical evaluation and future directions. National Telesystems Conference, pp. 13-23, 1992.
  2. T. Collins, R. Getz, D. Pu, A. Yuglinkski, Software Defined Radio for Engineers, Artecj Jpise. 2018.
  3. https://osmocom.org/projects/rtl-sdr/wiki/Rtl-sdr
  4. http://www.rtl-sdr.com/an-intro-to-rtl-sdr-technical-dsp-concepts-explained/
  5. A. Oppenheim, R. Schafer, Discrete-time Signal Processing, Prentice Hall, 1989.
  6. http://www.eas.uccs.edu/-mwickert/
  7. http://wiki.gnuradio.org
  8. https://wiki.gnuradio.org/index.php/Tutorials
  9. http://files.ettus.com/tutorials/labs/Lab_1-5.pdf
  10. Y. Kim, "Implementation of real-time FM de-modulator using software-defined radio," Journal of the Research Institute for Computer and Information Communication, Vol.26, No.1, pp.1-4, 2018.