Multichannel coherent receiver on the RTL-SDR

Abstract

A low cost multichannel coherent SDR receiver is studied in this thesis. The proposed design is based on the affordable RTL-SDR USB dongle. The synchronization method applied utilizes a common reference signal to coincide the sample streams from RTL-SDR receivers. The maximum number of channels successfully synchronized at 1 MHz sampling rate is 35. Furthermore, adding more channels is straightforward due to the modular structure of the system. Phase-coherent state can currently be reached up to approximately 1.5 GHz, or 85% of the tuning range of the dongle.

A prototype receiver is evaluated by experimenting with MIMO space-time coding and direction of arrival estimation. Space-time coding was performed with differential block codes of dimensions 2 X 2 and 3 X 3. The transmissions are successfully received, displaying a clear BER performance increase as the number of receive antennas is increased to a maximum of 18.

Direction of arrival estimates apply the MUSIC technique on signals from a 9-element uniform linear array. The results are promising, suggesting the receiver concept could be employed in low budget MIMO research.

Tässä diplomityössä tutkitaan matalan kustannuksen monikanavaista vaihekoherenttia ohjelmistoradiota. Ehdotettu ratkaisu perustuu edulliseen RTL-SDR USB-vastaanottimeen. Työssä käytetty metodi vastaanottimien synkronointiin pohjautuu jaettuun yhteiseen referenssisignaaliin. Synkronoitujen kanavien maksimimäärä 1 MHz näytteenottotaajuudella on 35 ja järjestelmän modulaarisen rakenteen ansiosta kanavien määrää on helppo lisätä. Vaihekoherenssi saavutetaan noin 1.5 GHz taajuudelle asti. Tämä on noin 85% RTL-SDR vastaanottimen viritystaajuuden maksimista.

Prototyyppivastaanottimen toimintaa testataan MIMO aika-tila-koodatulla tiedonsiirrolla ja signaalin suunnan estimoinnilla. Työssä käytetään differentiaalisia 2 X 2 ja 3 X 3 aika-tila-koodeja. Lähetteet vastaanotetaan onnistuneesti, bittivirheiden tason vähentyessä, kun vastaanottimen kanavien määrää lisätään.

Signaalin suunnan estimointiin käytetään MUSIC metodia 9-elementtisellä tasajakoisella antenniryhmällä. Saadut tulokset ovat lupaavia, ja kehitettyä vastaanotinta voitaisiin mahdollisesti jatkossa käyttää pienen budjetin MIMO tutkimuksessa.