GNU_Radio入门_V0.99

tomtuo

GNU Radio 入门
GNU Radio / USRP / OpenBTS
Version 0.99
译作者：黄琳 等
7/21/2010

GNU Radio 是一个通过最小程度地结合硬件（主要是USRP），用软件来定义无线电波发射和接收的方式，搭建无线电通信系统的开源软件系统 。也就是说， 现在那些高性能的无线电设备中所遇到的数字调制问题将变成软件问题。

我们都知道GNU 这个非常成功的自由软件项目，它包括Linux 这样的操作系统软件，也包括大批应用软件。但GNU 在涉及硬件开源尤其是无线射频方面还是存在着很大的盲区。 Gnu Radio 通过提供一套信号处理软件模块和相关联硬件（自由的软件，价格合理便宜的硬件）给大众，以图填充这个空白。

GNU Radio 应用程序用Python 语言来编写，真实的信息处理过程是由C++浮点扩展库来实现的。因此开发者可以获得实时高效的可复用的应用开发环境。虽然GNU Radio 并不是主要用于仿真，但也可以不用真实硬件，而使用预先记录或生成的数据来开发信号处理算法。  

目录
第1 章 GNU Radio 是什么 ..................................................................................... 6
1.1 软件无线电的基本思想 ................................................................................. 7
1.2 软件架构 ......................................................................................................... 8
1.2.1 “Hello World”－ Dial tone .................................................................... 8
1.2.2 Flow graph（流图）和Block（模块） ............................................... 10
1.3 硬件架构 ....................................................................................................... 10
1.3.1 USRP，从启动过程说起...................................................................... 11
1.3.2 数字中频——FPGA 的职责 ................................................................ 11
第2 章 USRP，GNU Radio 的硬件平台 ............................................................. 13
2.1 USRP 母板 .................................................................................................... 13
2.1.1 模数转换器部分.................................................................................... 14
2.1.2 数模转换器部分.................................................................................... 14
2.1.3 辅助模拟I/O 端口 ................................................................................ 15
2.1.4 辅助数字I/O 端口 ................................................................................ 15
2.1.5 FPGA ..................................................................................................... 15
2.2 USRP2 母板 .................................................................................................. 18
2.3 子板 ............................................................................................................... 19
2.3.1 Basic TX/RX 子板 ................................................................................. 20
2.3.2 低频发射/接收子板 .............................................................................. 21
2.3.3 TVRX 子板 ............................................................................................ 21
2.3.4 DBSRX 子板 ......................................................................................... 22
2.3.5 RFX 系列子板 ....................................................................................... 22
2.4 电源 ............................................................................................................... 24
2.5 时钟同步问题 ............................................................................................... 24
2.5.1 同步所有子板本地晶振........................................................................ 24
2.5.2 同步多个USRP..................................................................................... 25
第3 章 GNU Radio 安装 ....................................................................................... 26
3.1 安装需求 ....................................................................................................... 26
3.2 Ubuntu 下安装 .............................................................................................. 26
3.3 Fedora 下安装 ............................................................................................... 27
3.4 装好之后可以做的第一件事 ....................................................................... 29
3.4.1 如果你有USRP..................................................................................... 29
3.4.2 如果你没有USRP................................................................................. 30
第4 章 GNU Radio 编程基础 ............................................................................... 32
4.1 在使用GNU Radio 之前的预备知识 .......................................................... 32
4.1.1 对GNU Radio 做一个更清晰的认识 .................................................. 32
4.1.2 数字信号处理（DSP）知识 ................................................................ 33
4.1.3 通信系统知识........................................................................................ 34
4.2 如何编写Python 应用程序——逐行学习 .................................................. 34
4.2.1 概述........................................................................................................ 34
4.2.2 FM接收机源代码 ................................................................................. 35
4.2.3 第一行.................................................................................................... 37
4.2.4 导入需要的模块（module）................................................................ 38
4.2.5 顶层模块wfm_rx_graph ....................................................................... 40
4.3 流图，模块和连接的原理 ........................................................................... 44
4.3.1 顶层模块my_top_block ....................................................................... 45
4.3.2 运行程序................................................................................................ 48
4.4 图形界面的使用 ........................................................................................... 48
4.4.1 频谱分析仪............................................................................................ 49
4.4.2 wxPython 是如何工作的 ...................................................................... 49
4.4.3 示波器.................................................................................................... 53
4.5 处理命令行参数 ........................................................................................... 53
4.6 GNU Radio 中常用的block ......................................................................... 54
4.6.1 信号源.................................................................................................... 55
4.6.2 信宿（Signal Sinks） ........................................................................... 58
4.6.3 简单运算（Simple Operators） ........................................................... 59
4.6.4 类型转换（Type Conversions） .......................................................... 62
4.6.5 滤波器（Filters） ................................................................................. 63
4.6.6 FFT ......................................................................................................... 68
4.6.7 其他一些有用block .............................................................................. 69
4.7 如何编写C++ blocks ................................................................................... 70
4.7.1 最简单的方法——利用模板................................................................ 70
4.7.2 block 的结构和原理 .............................................................................. 74
4.7.3 命名规则................................................................................................ 80
4.7.4 如何把C++与Python 连接在一起 ...................................................... 81
4.8 如何使用外部库文件 ................................................................................... 84
第5 章 应用范例解读 ........................................................................................... 86
5.1 OFDM Tunnel ............................................................................................... 86
5.1.1 系统框图和MAC 帧的构成 ................................................................. 87
5.1.2 物理层.................................................................................................... 88
5.1.3 开发和调试方法.................................................................................... 90
5.2 MIMO............................................................................................................ 91
5.2.1 MUX 参数的含义 ................................................................................. 91
5.2.2 代码示例：2 天线接收 ......................................................................... 94
5.2.3 代码范例：2 天线发射 ......................................................................... 96
第6 章 GNU Radio 的其他应用 ......................................................................... 101
6.1 商业应用 ..................................................................................................... 101
6.2 国防和国土安全 ......................................................................................... 101
6.3 无线研究 ..................................................................................................... 102
6.4 教学 ............................................................................................................. 102
6.5 其他应用 ..................................................................................................... 103
第7 章 其他的SDR 平台简介 ............................................................................ 104
7.1 几种SDR 平台简介 ................................................................................... 104
7.2 微软的SORA ............................................................................................. 106
7.2.1 SORA 上已经实现了什么系统？ ...................................................... 106
7.2.2 硬件接口板：RCB（Radio Control Board） .................................... 107
7.2.3 软件架构.............................................................................................. 108
7.2.4 如何提高CPU 做通信信号处理的速度 ............................................ 108
7.2.5 SORA 对TDMA 的支持 .................................................................... 110