无线课程设计实验指导书final

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1、无线课程设计实验指导书第一章实验平台介绍本次实验采用的是基于Linux操作系统的软件无线电平台GNURadio+USRP。其中GNURadio是软件部分，USRP为硬件部分。软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。功能的软件化实现要求减少功能单一、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，把数字化处理（A/D和D/A变换）尽量靠近天线。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件更新改变硬件配置结构

2、，实现新的功能。软件无线电采用标准的、高性能的开放式总线结构，以利于硬件模块的不断升级和扩展。1.1开源软件无线电GNURadioGNURadio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。图1.1GNURadio软件无线电系统GNURadio的编程基于Python脚本语言和C++语言的混合方式。Python用来构造流图。C++由于具有较高的执行效率，被用于编写各种

3、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，在GNURadio中称这种信号处理模块为block。GNURadio提供一个包含多种信号处理模块的模块库，并且也可以扩展添加新的信号处理模块。Python是一种新型的脚本语言，具有无须编译、语法简单以及完全面向对象的特点，因此被用来编写连接各个block使其成为完整的信号处理流程的脚本，在GNURadio中称其为Flowgraph。编程者通过建立一个流向图（flowgraph）就能搭建成一个无线电系统对于信号处理模块，从理论上说，信号数据流不停

4、的从输入端口流入再从输出端口流出。信号处理块(blocks)的属性包括输入和输出的端口数，流过它们的数据的类型。经常使用的数据流的类型是短整型(short)、浮点型(float)和复数型（complex）。一些处理模块仅仅有输出端口或者输入端口，它们分别成为信号源(datasource)和信号接收器(datasink)。有的信号源从文件或者ADC读入数据，信号接收器写入文件或者DAC或者PC的多媒体接口。本次实验室使用的是GNURadio3.3.01.2通用软件无线电设备USRPUSRP（UniversalSof

5、twareRadioPeripheral，通用软件无线电外设）旨在使普通计算机能像高带宽的软件无线电设备一样工作。从本质上讲，它充当了一个无线电通讯系统的数字基带和中频部分。USRP背后的基本设计理念是在主机CPU上完成所有波形相关方面的处理，比如调制和解调。所有诸如数字上下变频、抽样和内插等高速通用操作都在FPGA上完成。图1.2USRP模块框图图1.3USRP母版USRP是一个非常灵活的USB设备，它把你的计算机和RF（射频）连接到一起。USRP包含一个母板，母板包含4个12bit/64M抽样率的ADC，4个

6、14bit/128MDAC，一个百万门的FPGA芯片和一个可编程的USB2.0控制器。每个USRP母板支持2个接收子板和2个发射子板。RF前端是实现在子板上的，不同的子板处理不同的频率带宽。本实验采用的是板，频率范围为（2.3GHz，2.9GHz）的RFX2400子板。图1.4GNURadio+USRP工作场景1.3图形化操作界面GNURadio-companionGRC是我们这次实验主要的工具，它是GNURadio提供的一个图形化操作界面，其功能类似于MATLAB中的Simulink。GRC提供了GNURadi

7、o中的大部分block，包括各种信源、信宿、滤波器、示波器、调制解调模块等等，方便操作，简单明了，便于直观的感受无线通信系统工作流程。同学们有兴趣的话可以自行编写一些C++的信息处理工作模块，并将其添加到GRC中。下面我们对GRC界面的操作和本次实验涉及到的主要block进行介绍。1.3.1GRC操作界面介绍图1.5GRC操作界面：建立新的grc文件；：打开已经存在的grc文件；：保存当前grc文件；：生成一个python文件；：运行当前Flowgraph；：停止运行当前Flowgraph；：使界面中某个模块停止

8、工作；：使界面中被停止工作的模块可以继续工作。用GRC进行实验就是按流程将其中的模块连接起来，并把需要设置的参数按要求设置好，然后运行查看结果。连线必须按照对应的数据类型来连，即连线两端的数据类型必须一致，模块的输入输出数据类型由不同颜色来加以区分，如果所连两模块不能实现数据类型匹配的话可以找到数据类型转换模块来转换数据类型：图1.6不同数据类型对应颜色连线和设置参数时如