usrp和gnuradio调研报告

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1、USRP和GNURadio调研报告一、GNURadio简介GNURadio起源于1998年，是一个学习、构建和应用软件无线电技术的工具包，由EricBlossom开发。现在GNURadio已是一个官方的开源项目，它按照GNUGPL规范发行。作为完全开放源代码的软件无线电项目，GNURadio致力于为软件无线电的研究和产品开发提供一个良好平台，将软件的思想扩展到传统的硬件领域。与其他无线电系统相比，完全开源和可重配置是GNURadio的最大特点，它自身有丰富的信号处理模块，研究者也可以编写源码模块，然后加载到工具包中，实现想要的功能。GNURadio的信号处理在PC机种完成，只需外

2、加一个简单的硬件前端，如AD/DA芯片、声卡，就可以构建一个软件无线电研究和应用平台。GNURadio是免费的软件开发工具套件。它提供信号运行和处理模块，用它可以在易制作的低成本的射频（RF）硬件和通用微处理器上实现软件定义无线电。这套套件广泛用于业余爱好者，学术机构和商业机构用来研究和构建无线通信系统。GNURadio的应用主要是用Python编程语言来编写的。但是其核心信号处理模块是C++在带浮点运算的微处理器上构建的。因此，开发者能够简单快速的构建一个实时、高容量的无线通信系统。尽管其主要功用不是用来做仿真器，GNURadio在没有射频RF硬件部件的境况下还可用作对预先存储

3、或（信号发生器）生成的数据进行信号处理的算法研究的平台。GNURadio遵从GNUGPLV3.0.所有其代码归FSF-FreeSoftwareFoundation（自由软件基金）所有。二、USRP架构USRP（UniversalSoftwareRadioPeripheral）是MattEttus专门为GNURadio的应用开发的硬件平台，是连接GNURadio和射频前端的桥梁，是无线通信系统的数字基带和中频部分，功能强大而且十分灵活，目前最新版本是USRP2。USRP的设计理念是让主机处理所有波形相关的部分，而只把高速信号处理部分交由硬件执行，这样保证了系统的灵活性，便于系统扩展

4、。一个典型的USRP产品系列包括两部分：一个带有高速信号处理的FPGA母板，和一个或者多个覆盖不同频率范围的可调换的子板。它们共同实现把比特流数据从天线传到主机电脑（即接收），或者从主机电脑传送到天线（即发送）。从结构上而言，USRP有母板和子板组成。从功能上而言，它包括射频处理、AD/DA变换、中频采样、数字下变频(DDC)、数字上变频(DUC)、主机接口、电源管理和时钟管理等部分[7]。图2详细的描述了USRP的整体结构和工作流程。母板是USRP的核心部分，上面有4个子板射频接口，2个用于接收，2个用于发送。AD9862是母板上最靠近子板的芯片，总共两个，它主要实现AD/DA

5、变换，每个芯片上有两路高速的ADC，速率为64MS/s，精度为12位。还有两路高速的DAC。速率128MS/s，精度为14位。这4个输入和4个输出通道都连接到一个FPGA（AlteraCycloneEP1C12）上，FPGA通过USB接口芯片CypressFX2连接到PC机上，FPGA可以说是USRP的控制协调中心，它主要实现数字下变频的功能，控制协调ADC/DAC和USB接口之间的数据交换。子板主要包括宽带天线和射频前端两部分，其种类有很多种，如：BasicTX/RX、LowFrequencyTX/RX、TVRX、DBSRX、RFX系列等。不同子板覆盖不同的频率，能实现各种不同

6、的功能，这也体现了USRP的强大功能和可扩展性。在各种子板中，USRP系列涵盖从直流到5.9GHz的整个范围，这包括了从调幅广播到超过WiFi的所有频率。USRP由USRP母板、连同各种子板以及相应的天线组成。一个典型的USRP产品系列包括两部分：一个带有高速信号处理的FPGA母板，和一个或者多个覆盖不同频率范围的可调换的子板。它们共同实现把比特流数据从天线传到主机电脑（即接收），或者从主机电脑传送到天线（即发送）。在各种子板中，USRP系列涵盖从直流到5.9GHz的整个范围，这包括了从调幅广播到超过Wi‐Fi的所有频率。三、GNURadio与USRP构建软件无线电开发环境GNU

7、Radio的编程基于Python脚本语言和C++的混合模式。C++由于具有较高的执行效率，被用于编写各种信号处理模块，如：滤波器、FFT变换、调制/解调器、信道编译码模块等，GNURadio中称这种模块为block。Python是一种新型的脚本语言，具有无需编译、语法简单以及完全面向对象的特点，因此被用来编写链接各个block成为完整的信号处理流程的脚本，GNURadio中称其为graph。GNURadio的软件结构顶层是面向用户的block及其“粘合剂”——graph。用户除了