無線課程設(shè)計試驗指導(dǎo)書final

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無線課程設(shè)計試驗指

導(dǎo)書

第一章試驗平臺介紹

本次試驗采用的是基于Linux操作系統(tǒng)的軟件無線電平臺GNURadio+USRP。其中GNURadio是軟件部分，USRP為硬件部分。軟件無線電的基本思想是以一個通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺為依托，通過軟件編程來實現(xiàn)無線電臺的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺設(shè)計方法中解放出來。功能的軟件化實現(xiàn)要求減少功能單一、靈活性差的硬件電路，特別是減少模擬環(huán)節(jié)，把數(shù)字化處理（A/D和D/A變換）盡量靠近天線。軟件無線電強(qiáng)調(diào)體系結(jié)構(gòu)的開放性和全面可編程性，通過軟件更新改變硬件配置結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)新的功能。軟件無線電采用標(biāo)準(zhǔn)的、高性能的開放式總線結(jié)構(gòu)，以利于硬件模塊的不斷升級和擴(kuò)展。

1.1開源軟件無線電GNURadio

GNURadio是一個通過最小程度地結(jié)合硬件（主要是USRP），用軟件來定義無線電波發(fā)射和接收的方式，搭建無線電通信系統(tǒng)的開源軟件系統(tǒng)。也就是說，現(xiàn)在那些高性能的無線電設(shè)備中所遇到的數(shù)字調(diào)制問題將變成軟件問題。

AntennaTransmitDaughterboardDACTransmitIFProcessingGNURadioUSB(FunctionsandLibrary)2.0AntennaReceiveDaughterboardADCReceiveIFProcessingLinuxPlatformFPGAPC圖1.1GNURadio軟件無線電系統(tǒng)

GNURadio的編程基于Python腳本語言和C++語言的混合方式。Python用來構(gòu)造流圖。C++由于具有較高的執(zhí)行效率，被用于編寫各種信號處理模塊，如：濾波器、FFT變換、調(diào)制／解調(diào)器、信道編譯碼模塊等，在GNURadio中稱這種信號處理模塊為block。GNURadio提供一個包含多種信號處理模塊的模塊庫，并且也可以擴(kuò)展添加新的信號處理模塊。Python是一種新型的腳本語言，具有無須編譯、語法簡單以及完全面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)，因此被用來編寫連接各個block

使其成為完整的信號處理流程的腳本，在GNURadio中稱其為Flowgraph。編程者通過建立一個流向圖（flowgraph）就能搭建成一個無線電系統(tǒng)

對于信號處理模塊，從理論上說，信號數(shù)據(jù)流不停的從輸入端口流入再從輸出端口流出。信號處理塊(blocks)的屬性包括輸入和輸出的端口數(shù)，流過它們的數(shù)據(jù)的類型。經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)流的類型是短整型(short)、浮點(diǎn)型(float)和復(fù)數(shù)型（complex）。一些處理模塊僅僅有輸出端口或者輸入端口，它們分別成為信號源(datasource)和信號接收器(datasink)。有的信號源從文件或者ADC讀入數(shù)據(jù)，信號接收器寫入文件或者DAC或者PC的多媒體接口。

本次試驗室使用的是GNURadio3.3.0

1.2通用軟件無線電設(shè)備USRP

USRP（UniversalSoftwareRadioPeripheral，通用軟件無線電外設(shè)）旨在使普通計算機(jī)能像高帶寬的軟件無線電設(shè)備一樣工作。從本質(zhì)上講，它充當(dāng)了一個無線電通訊系統(tǒng)的數(shù)字基帶和中頻部分。USRP背后的基本設(shè)計理念是在主機(jī)CPU上完成所有波形相關(guān)方面的處理，譬如調(diào)制和解調(diào)。所有諸如數(shù)字上下變頻、抽樣和內(nèi)插等高速通用操作都在FPGA上完成。

ADCRXBDaughterboardADCDACTXADaughterboardDACTXBDaughterboardDACDACADCRXADaughterboardADCSideASideBUSRPMotherboardUSB2.0圖1.2USRP模塊框圖

FPGA時鐘芯片AD9513穩(wěn)壓芯片TPS777子板插口AD9862AD9862LT1085電源芯片電源芯片AD3336DCPowerUSB2.0PortUSB驅(qū)動芯片CY7C68013圖1.3USRP母版

USRP是一個十分靈活的USB設(shè)備，它把你的計算機(jī)和RF（射頻）連接到一起。USRP包含一個母板，母板包含4個12bit/64M抽樣率的ADC，4個14bit/128MDAC，一個百萬門的FPGA芯片和一個可編程的USB2.0控制器。每個USRP母板支持2個接收子板和2個發(fā)射子板。

RF前端是實現(xiàn)在子板上的，不同的子板處理不同的頻率帶寬。本試驗采用的是板，頻率范圍為（2.3GHz，2.9GHz）的RFX2400子板。

圖1.4GNURadio+USRP工作場景

1.3圖形化操作界面GNURadio-companion

GRC是我們這次試驗主要的工具，它是GNURadio提供的一個圖形化操作界面，其功能類似于MATLAB中的Simulink。GRC提供了GNURadio中的大部分block，包括各種信源、信宿、濾波器、示波器、調(diào)制解調(diào)模塊等等，便利操作，簡單明白，便于直觀的感受無線通信系統(tǒng)工作流程。同學(xué)們有興趣