### 软件无线电教程（即经典GNU Radio入门） #### 一、软件无线电与GNU Radio简介 **软件无线电**是一种革命性的技术，它允许通过软件重新配置无线通信系统的功能，而不是传统的通过硬件来实现。这一概念的核心是将尽可能多的功能（如调制/解调、编码/解码等）转移到软件层，从而使无线通信设备变得更加灵活和可定制。 **GNU Radio**是一款开源的软件包，用于构建实时软件定义无线电系统。它可以运行在多种平台上，并且支持各种不同的硬件接口，包括但不限于USRP（Universal Software Radio Peripheral）系列。GNU Radio不仅仅是一组库或工具集，它还包含了一个图形界面，使得用户可以通过简单的拖拽方式来创建复杂的信号处理流程。 #### 二、GNU Radio的软件架构 GNU Radio的核心软件架构基于流式数据处理模型。这种模型非常适合于处理连续的数据流，如来自射频接口的信号。GNU Radio提供了大量的预定义组件（称为“块”），这些块可以被连接起来形成复杂的信号处理流程。每个块都有明确的输入和输出接口，这样就可以方便地组合不同的块来实现所需的功能。 1. **“Hello World”示例 - 拨号音**: 这个例子通常用于介绍GNU Radio的基础操作。在这个例子中，用户会创建一个简单的流程，生成一个拨号音信号并将其播放出来。这有助于理解基本的块类型，如信号源、滤波器和输出设备。 2. **流图和块**: GNU Radio中的“流图”是指由一系列块组成的信号处理流程。每个块代表了一种特定的操作，如信号生成、信号分析、过滤等。用户可以通过将这些块连接起来，构建出复杂的信号处理系统。 #### 三、GNU Radio的硬件架构 GNU Radio可以与多种硬件设备配合使用，其中最著名的是USRP系列。USRP是一种高度灵活的软件定义无线电平台，它为GNU Radio提供了强大的硬件支持。 1. **USRP启动过程**: USRP启动后，首先会加载固件到FPGA中，初始化ADC/DAC和其他硬件资源，随后准备接收来自GNU Radio的指令。 2. **数字中频处理 - FPGA的角色**: 在USRP中，FPGA主要用于执行数字信号处理任务，如数字下变频（DDC）、数字上变频（DUC）以及其他高级信号处理算法。 #### 四、USRP硬件细节 1. **USRP母板**: 包括模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、辅助模拟I/O端口、辅助数字I/O端口和FPGA等关键部件。这些部件共同构成了USRP的核心。 - **模数转换器部分**: 负责将接收到的模拟信号转换成数字信号。 - **数模转换器部分**: 将待发送的数字信号转换成模拟信号。 - **辅助模拟I/O端口**: 用于与其他模拟设备进行交互。 - **辅助数字I/O端口**: 用于与其他数字设备进行交互。 - **FPGA**: 执行高速数字信号处理任务。 2. **USRP2母板**: USRP2相比USRP1在性能上有显著提升，例如更高的采样率和更大的带宽。 3. **子板**: 子板提供了更多的频率范围和支持特性。例如： - **BasicTX/RX子板**: 支持基本的发射和接收功能。 - **低频发射/接收子板**: 适用于较低频段的应用。 - **TVRX子板**: 针对电视信号的接收。 - **DBSRX子板**: 提供高性能的接收能力。 - **RFX系列子板**: 支持不同频率范围的应用。 4. **电源**: USRP需要稳定的电源供应，通常使用标准电源适配器。 5. **时钟同步问题**: 为了确保多个USRP设备之间的时间同步，通常需要使用外部参考时钟。 - **同步所有子板本地晶振**: 通过调整内部晶振频率实现同步。 - **同步多个USRP**: 使用外部参考时钟源来确保所有USRP之间的同步。 #### 五、GNU Radio的安装与使用 GNU Radio可以在多种操作系统上安装，包括Linux发行版如Ubuntu和Fedora。 1. **安装需求**: 需要支持的硬件环境和软件环境。 2. **Ubuntu下安装**: 可以通过包管理器轻松安装GNU Radio及其依赖。 3. **Fedora下安装**: 同样可以通过包管理器进行安装。 4. **装好之后的第一步**: 安装完成后，可以通过简单的示例程序来测试GNU Radio的功能。 - **如果你有USRP**: 可以尝试发送和接收简单的信号。 - **如果你没有USRP**: 仍然可以通过模拟信号来进行学习和测试。 #### 六、GNU Radio编程基础 GNU Radio支持多种编程语言，但主要使用Python进行开发。 1. **预备知识**: 在开始使用GNU Radio之前，需要了解一些基础知识，包括： - **对GNU Radio的认识**: 理解GNU Radio的工作原理和架构。 - **数字信号处理（DSP）知识**: 了解基本的信号处理概念和技术。 - **通信系统知识**: 熟悉通信系统的组成和工作原理。 2. **Python应用程序编写**: GNU Radio提供了丰富的API来帮助用户构建自己的应用程序。 - **概述**: 了解如何使用Python来控制GNU Radio。 - **FM接收机源代码**: 分析一个简单的FM接收机示例代码。 - **代码逐行解释**: 对每一行代码进行详细解析，以便更好地理解其功能。 #### 结论 GNU Radio不仅为学习者提供了一个强大的软件定义无线电平台，而且还为无线通信研究和开发提供了一个开放的生态系统。无论是对于初学者还是专业人士，GNU Radio都具有巨大的潜力和价值。通过深入学习GNU Radio及其相关的技术和应用，不仅可以掌握现代无线通信的关键技能，还可以推动创新和发展。

本文档是定为电子提供的软件无线电基带信号处理板卡U2的用户手册，详细介绍了U2基带板卡的各项功能及技术细节。文档指出U2基带信号处理平台是基于MINIITX架构设计的低成本高速信号处理硬件平台，其核心是Xilinx公司的Kintex-7系列FPGA。该平台旨在帮助用户快速理解和验证软件无线电的基本原理和开发流程，支持无线通信算法验证。U2板卡结合FMC（FPGA Mezzanine Card）扩展卡可适应不同的特殊接口需求，解决了通信技术、网络研究、工业应用、国防工程和医疗等领域在板卡尺寸、复杂度、风险和成本方面的难题。 U2的硬件特性包括基于MINIITX架构的设计，配备1×Kintex-7系列FPGA，1×高引脚数VITA57.1标准的FMC接口，1×QSFP+高速接口，以及板载DDR3内存等。U2板卡的功能描述涵盖了图形化软件开发方法、硬件架构和软件驱动支持的板卡互联、为基带和中频信号处理提供的可重构硬件平台、丰富的FPGA资源、到中频及射频的数据和控制接口等。其应用场景包括无线通信、有线网络、高速光通信互连信号处理、雷达或电子战系统、数字信号处理算法实现和芯片验证等。 U2的工作环境以ATX电源供电，硬件架构上提供板卡尺寸描述、关键部件介绍、模块结构功能等信息。模块结构功能部分详细说明了主FPGA模块、时钟、复位、同步模块、电源模块等关键组件的功能和重要性。原理图概要部分提供了对Kintex-7 FPGA、电源管理、DDR3存储模块、HPCFMC、GTX传输、千兆以太网、QSFP+和时钟数等性能指标的描述。 文档中还提供了硬件手册，其中包括板卡尺寸、关键部件说明以及模块结构功能的详细解释。硬件手册还详细解释了电源模块的功能，包括板载OCXO的高性能和数据恢复时钟功能，支持单板2×2MIMO配置，并支持单板独立或多个板卡协同工作。 此外，手册还提到了支持的技术和学习资源，包括技术支持邮箱、论坛支持、官方技术交流QQ群、配套学习视频和电话支持等，为用户提供了全面的技术支持和学习材料。 U2基带板与FMC扩展卡结合，能够适应多种特殊接口需求，从而完美解决通信技术、网络研究、工业应用、国防工程和医疗等领域中的诸多难题。U2平台在电子科技大学现代通信系统实验室搭建以及合作伙伴“基于频谱感知的数据链网络动态接入”研发工作中都发挥了重要作用。 整体来看，U2基带信号处理板卡是一个功能强大的平台，能够支持包括无线通信、数字信号处理算法实现和芯片验证在内的多种应用场景。其低成本和可重构特性，使得它非常适合于教育、研发和工业应用领域，同时，丰富的硬件接口和灵活的编程方法，让用户能够快速开发和验证自己的无线通信算法。

低​成​本​快​速​开​发​验​证​解​决​方​案​的​硬​件​包​括​U​2​基​带​板​卡​和​F​M​C​2​0​2​射​频​前​端​板​卡​。​U​2​基​带​板​采​用​M​I​N​I​-​I​T​X​板​卡​结​构​,​通​过​搭​载​F​M​C​2​0​2​射​频​前​端​板​卡​形​成​覆​盖​频​段​7​0​M​H​z​~​6​G​H​z​的​低​成​本​快​速​开​发​验​证​解​决​方​案​。​ ​ ​ ​ ​本​文​档​从​硬​件​连​接​、​网​络​配​置​、​单​音测试三个方面完整的阐述了低​成​本​快​速​开​发​验​证​解​决​方​案的使用流程。​

DPS( DingWave Platform Studio) 定为 uSDR 软件无线电平台开发套件。 是一种能够把复杂的算法或者源码在真实硬件上快速演示验证的工具, 深度集成 MATLAB、 Xilinx 配套软件工具,所有的硬件接口均以 IP Core 形式呈现, 支持 U2、 U3、 U7、 Un 等硬件平台。 DPS 软件是基于 simulink/SYSGEN 的模块化操作, 屏蔽了晦涩难懂的硬件接口操作和 VIVADO 工具的操作,用户只关心波形链路的图形化开发,极大的提高了效率。

**QT实现的信号分析与数据可视化系统：实时更新频谱、瀑布、星座等图示**,基于QT平台的软件无线电信号处理与显示系统,软件无线电显示，信号调制解调显示软件。 利用QT实现：频谱图、瀑布图、星座图、比特图、音频图，数据动态更新及显示。 具体功能如下： 1、随机产生模拟数据，实现动态绘制，动态更新；实现画布放大、缩小（滚轮）及拖动功能。 2、随机产生频谱图模拟数据，实现频谱图动态更新及显示。 3、随机产生瀑布图模拟数据，实现瀑布图动态更新及显示。 4、随机产生星座图模拟数据，实现星座图动态更新及显示。 5、随机产生比特图模拟数据，实现比特图动态更新及显示。 6、随机产生音频图模拟数据，实现音频图动态更新及显示。 7、随机数产生及数据容器使用功能。 8、增加频谱图随色带动态变化而变化功能，色带动态调整功能。 程序设计高效，简洁，注释多，方便集成。 大数据量显示，不卡顿。 提供源代码、注释及使用说明文档 ,关键词：软件无线电；信号调制解调；显示软件；QT实现；频谱图；瀑布图；星座图；比特图；音频图；动态更新；随机

通用软件无线电实验报告知识点总结 一、实验目的与设备 本实验的目的是掌握 TD-LTE CRC 校验和码块分割的原理和实现方法。实验设备包括安装有 MATLAB R2017A 和 Code Composer Studio 软件的 PC 机和实验箱。 二、实验步骤 实验步骤包括四个部分： 1. 借助课程 PDF 和协议文件，基本掌握算法原理。 2. 在 MATLAB 中编程，简单实现算法。 3. 在 Code Composer Studio 编程，编译下载到实验箱中。 4. 检查结果，进行验证，并且验收。 三、实验概要设计/算法描述 实验中涉及到两个主要算法：CRC 校验和码块分割。 1. CRC 校验： CRC 校验的原理是将待发送的数据块添加 r 个 0，生成多项式 G（x），然后用 G（x）去模 2除数据块，求得余数 R（x），即 CRC 校验码。 2. 码块分割： 码块分割的输入序列表示为：0121,,,...,,B0Bb b bb ->。如果 B 大于最大码块长度 Z（Z=6144），需要对输入序列进行码块分割，并且在每一个编码块的后面添加长度为 L = 24 的 CRC 检验序列。 四、实验源代码 实验源代码包括四个部分： 1. CRC 校验流程图和码块分割流程图 2. 自定义数据类型（结构），包括 IQData、Kparam 和 subblockInterParam 等 3. 全局变量/状态变量定义与更新规则，包括 InterweaveData、OriginalBuffer、CodeBlockBit、G 和 Kcodeblock 等 4. 源代码文件 CRCAdd.c，包括添加 CRC 序列的功能。 五、实验结果 实验结果包括 CRC 校验和码块分割的实现结果，验证了实验的正确性和可靠性。 六、实验结论 通过本实验，掌握了 TD-LTE CRC 校验和码块分割的原理和实现方法，提高了对通用软件无线电和移动通信的理解和应用能力。

【成文时间】： 2001 【阅读语言】：中文 【页数】： 285 【作者】： 杨小牛 【文件格式】： PDF 【资料原名】：软件无线电原理与应用 【推荐点评】：比较好的一本书 【摘要目录】：第一章 概述 第二章 软件无线电基础 第三章 软件无线电数学模型 第四章 软件无线电的硬件实现 第五章 软件无线电的信号处理算法 第六章 软件无线电的智能天线实现 第七章 软件无线电在电子系统中的应用 《软件无线电原理与应用》是杨小牛编著的一部关于软件无线电技术的专业书籍。软件无线电是一种通信技术，它将天线接收的模拟信号尽可能地用数字信号处理来代替，这样可以利用软件实现无线通信的功能，比如调制解调、信号编解码等。本书深入探讨了软件无线电的理论基础、数学模型、硬件实现、信号处理算法、智能天线技术以及在电子系统中的应用。书中内容广泛，覆盖了软件无线电的多个方面，对于希望深入了解此技术的读者来说，是非常好的学习资源。 第一章概述了软件无线电的基本概念，提出了软件无线电相较于传统无线电通信的优势，以及其在现代通信系统中的重要性和应用前景。作者介绍了软件无线电的定义及其演变历程，为读者提供了软件无线电技术发展的宏观图景。 第二章探讨了软件无线电的基础知识，包括软件无线电的技术体系结构、硬件平台、软件组件等。这部分内容着重介绍了软件无线电在设计和开发过程中所需要考虑的关键技术问题，以及如何将传统无线电的硬件功能软件化。 第三章讨论了软件无线电的数学模型。数学模型是分析和设计软件无线电系统的基础。作者在这一章节中可能详细讲解了信号处理中涉及的数学工具和算法，如傅里叶变换、小波变换、滤波器设计等，为后续章节的信号处理算法奠定理论基础。 第四章讲述软件无线电的硬件实现。硬件是软件无线电能够实现的基础，本章可能涉及了如何用通用硬件平台实现软件无线电系统的详细方案。这包括了数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、通用处理器(GPU)等在软件无线电中的应用。 第五章阐述了软件无线电中的信号处理算法。信号处理是软件无线电的核心，本章深入解析了各种信号处理方法，例如信号的采集、变换、滤波、解调等。这些算法对于提升无线通信的质量和效率有着重要作用。 第六章探讨了软件无线电中的智能天线实现。智能天线是一种先进的天线技术，通过软件控制波束形成和信号的定向传输，提高了无线通信的性能。本章可能解释了智能天线的工作原理、设计方法和应用案例。 第七章着眼于软件无线电在电子系统中的应用。这一章节将软件无线电技术与其他电子系统结合，说明如何在不同领域中发挥软件无线电的优势。可能包括但不限于移动通信、军事通信、卫星通信等方面的应用实例。 书中内容除了理论知识，还可能包含大量的实例和案例分析，帮助读者更好地理解和掌握软件无线电技术。尽管由于OCR技术的限制，文档部分文字可能存在识别错误，但这些内容的主干和核心知识点应该是准确无误的。 《软件无线电原理与应用》这本书为广大读者提供了一个全面了解软件无线电技术的平台，不仅涵盖了基础理论，还包括硬件实现、信号处理、智能天线以及实际应用等多方面的内容，是学习和研究软件无线电不可或缺的参考资料。

GNURadio是一个广泛使用的开源软件，它允许用户通过使用图形化编程设计，来创建通信系统和信号处理的原型。其运行环境多种多样，包括常见的Unix/Linux、Mac OS以及本例中的Windows平台。随着3.7.11版本的推出，它为软件无线电领域带来了新的工具和改进。 在软件无线电领域中，GNURadio支持开发者通过其强大的模块化处理库来进行复杂的设计，为各种硬件平台提供支持，尤其是如USRP（通用软件无线电外设）和HackRF一类的软件定义无线电（SDR）设备。这意味着开发者可以将抽象的算法转化为实时的信号处理能力。 GNURadio的安装过程在不同平台上有不同的要求。对于Windows平台来说，通常会提供一个安装包，如本例中的“gnuradio_3.7.11_iiosupport_win64.msi”，这是一个Windows安装程序，它允许用户执行一系列步骤来完成软件的安装过程。安装完成后，用户能够访问到一个包括许多预先构建模块的库，这些模块可以被组合起来创建用户定义的信号处理流程。 在实际应用中，GNURadio的一个关键优势在于其信号的可视化功能。它能够显示信号的波形、频谱以及瀑布图，这些功能对于调试和分析信号至关重要。信号波形图显示信号随时间变化的幅度，而频谱图则展示了信号在频率域内的分布情况，瀑布图则是一种时间-频率的图形表示，它可以追踪信号在一段时间内的变化。 软件无线电的概念是指利用软件来定义无线电的许多方面，例如频率、带宽、调制解调方式等，而不需要传统的硬件。这样的设计极大地提升了灵活性和可编程性，允许快速地更新和配置以适应不同的需求和标准。此外，这种设计也使得信号的仿真变得可能，允许开发者在没有实体硬件的情况下测试算法和系统设计。 在Windows平台上使用GNURadio，用户可以期望得到与Unix/Linux类似的功能和性能，尽管在某些方面，如驱动支持和兼容性问题可能会有所不同。然而，由于Windows的普及性，为该平台提供良好的支持对于扩大GNURadio的用户基础至关重要。这种跨平台的支持也鼓励了更多非专业人士参与到无线电通信技术的实践中来。 GNURadio的社区支持非常活跃，经常会有新的模块被添加进库中，这意味着用户总是可以访问到最新的功能和改进。社区还提供大量的文档和教程，帮助用户学习如何使用该软件，以及如何利用它进行更深入的无线电通信研究。 GNURadio在软件无线电领域内的地位是不可动摇的，它的跨平台特性、强大的可视化功能和丰富的社区资源，使得它成为任何对无线电通信和信号处理感兴趣的开发者不可或缺的工具。随着无线通信技术的不断发展，GNURadio将继续作为一个基石，支撑着新的研究和开发工作。

软件无线电原理与应用-杨小牛 软件无线电的原理及应用

《 软件无线电 》实验报告 一、基于XSRP的CDMA通信系统设计 二、基于XSRP的OFDM通信系统设计 三、基于XSRP的TD-LTE物理层链路协议实现 （1）初步掌握典型无线通信系统的系统构成、应用场景、关键技术及主要参数，结合资料查询，能对相关通信工程问题进行分析并得出有效结论。 （2）根据通信系统的技术要求，能应用XSRP软件无线电平台、Labview和Matlab软件设计合适的系统结构和功能单元，并选择合适算法编写应用程序。 （3）理解掌握软件无线电通信系统的基本原理和关键技术，能设计实验方案，构建实验系统，规范地进行实验并获取数据，正确分析和解释实验结果。 （4）能在通信系统的设计、调试和测试过程中有效利用相关仪器、计算机等现代工具进行模拟、测试、分析、性能评估，并理解其中存在的局限性。 ### 一、基于XSRP的CDMA通信系统设计 #### 1.1 系统设计原理 在基于XSRP的CDMA通信系统设计中，重点在于理解并实现3GPP定义的WCDMA系统物理层处理流程。具体而言，整个设计遵循WCDMA系统物理层标准，但在某些细节上进行了适当调整以适应XSRP平台的硬件资源限制。例如，可能会对部分参数进行调整或简化某些处理步骤。 **系统架构概述：** - **信源编码**：将原始信息转化为适合传输的形式。 - **传输信道编码**：添加错误校正码，提高数据传输可靠性。 - **添加CRC比特**：用于接收端的数据完整性检查。 - **交织**：用于分散突发错误的影响。 - **扩频**：使用伪随机序列对数据进行扩展，增加抗干扰能力。 - **加扰**：通过对信号进行特定的变换来减少码间干扰和多径效应的影响。 - **物理信道映射**：将处理后的数据映射到物理信道上。 #### 1.2 系统功能验证 在功能验证阶段，需要通过实际操作来确保系统按照预期工作。这包括以下几个关键步骤： - **连接设备**：确保XSRP设备与PC之间的USB和网络连接正常。 - **配置IP地址**：设置PC和XSRP设备的IP地址，以便进行数据传输。 - **硬件初始化**：接通电源并等待设备启动完成。 - **运行实验程序**：使用Labview打开实验程序，如CDMA_Tx_Main.vi，观察并记录输出结果。 ### 二、基于XSRP的OFDM通信系统设计 #### 2.1 系统设计原理 OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）是一种高效的数字调制技术，被广泛应用于现代通信系统中。基于XSRP平台的OFDM通信系统设计，重点在于理解并实现OFDM的关键技术，如子载波分配、保护间隔插入、循环前缀等。 **系统架构概述：** - **FFT/IFFT**：使用快速傅里叶变换(FFT)和逆快速傅里叶变换(IFFT)来进行数据的频率域处理。 - **保护间隔**：在每个符号之间插入一段保护时间，以消除符号间的干扰。 - **循环前缀**：将一部分数据复制到每个符号的前端，用于克服多径传播带来的时延。 - **调制/解调**：采用QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）等调制方式对数据进行调制和解调。 #### 2.2 系统功能验证 功能验证主要包括以下步骤： - **参数配置**：配置XSRP平台的射频参数和其他系统参数。 - **实验运行**：运行基于XSRP的OFDM通信系统实验程序。 - **结果分析**：分析实验结果，评估系统的性能指标，如误码率(BER)、吞吐量等。 ### 三、基于XSRP的TD-LTE物理层链路协议实现 #### 3.1 系统设计原理 TD-LTE（Time Division Duplex Long Term Evolution，时分双工长期演进）是一种移动通信标准，支持高速数据传输。基于XSRP平台的TD-LTE物理层链路协议实现，重点在于理解和实现TD-LTE的关键技术，如时分双工(TDD)、资源块分配、MIMO等。 **系统架构概述：** - **资源分配**：合理分配时隙和频段资源，实现高效的数据传输。 - **MIMO**：利用多输入多输出技术提高数据传输速率和稳定性。 - **调度算法**：采用适当的调度算法来优化资源分配。 - **信令交互**：实现终端与基站之间的信令交互，确保数据传输的正确性和完整性。 #### 3.2 系统功能验证 功能验证同样包括以下几个步骤： - **参数配置**：配置TD-LTE系统的各种参数，包括射频参数等。 - **实验运行**：运行基于XSRP的TD-LTE物理层链路协议实验程序。 - **结果分析**：分析实验结果，评估系统的性能指标，如吞吐量、延迟等。 ### 结论 通过以上三个实验的设计与实施，学生可以深入理解典型无线通信系统的系统构成、应用场景、关键技术及主要参数，并能够应用XSRP软件无线电平台、Labview和Matlab软件设计合适的系统结构和功能单元，选择合适算法编写应用程序。此外，还可以学会如何设计实验方案，构建实验系统，规范地进行实验并获取数据，正确分析和解释实验结果，最终达到对无线通信系统设计、调试和测试全过程的有效掌握。