GNU Radio入门之旅

2019-01-17

今天拿到了通用软件无线电外设USRP N210，便开始着手在自己实验室电脑Ubuntu 18.04上安装软件无线电软件GNU Radio，以开发无线设备。

GNU Radio是什么？

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。

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。

GNU Radio 提供一个信号处理模块(blocks)的库,并且通过建立一个流向图(flow graph)把单个的处理模块连接在一起形成一个无线电系统。

Python 用来构造流图，应用程序的图形化接口。C++用于编写各种block。

信号处理块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 (complex)类型。

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(data source)和信号接收器(sink)。

GNU Radio 包含丰富的block,包括各种滤波器、FFT 变换、调制/解调模块、信道编译码模块、时频同步模块等等,其中一些利用了 CPU 的增强指令集(如:MMX、SSE、3D Now!)进行了优化,以提高性能。

USRP是什么？

USRP(Universal Software Radio Peripheral,通用软件无线电外设)是 Matt Ettus 的杰作,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。USRP 把你的 PC 连接到 RF 世界。

USRP 本身不含有 ROM,仅仅有一个存储 VendorID 和 productID 和版本号信息的 EEPROM。

FPGA 是一个通用硬件,它的行为完全由配置的 bitstream 来决定,你可以把bitstream 看作是一个目标码。这个 bitsteam 是由一个高级硬件描述语言编译得到的,在 USRP 里面这是由 verilog 硬件描述语言来实现的。

FPGA所做的基本是执行高带宽下的数学运算,并减少数据传输速率。

USRP2 针对 DSP 应用优化了的大型现场可编程门阵列( FPGA )可以在高采样率下处理复杂波形。千兆以太网接口,使应用程序可以使用 USRP2 同时发送或接受 50 MHz 的射频带宽。在 USRP2 中,FPGA 出现了诸如数字上变频器和下变频器等高采样率处理器。较低采样率的操作可在主机电脑上,甚至可以在具有 32 位 RISC 微处理器和有很大用户设计自由空间的 FPGA 上做。更大的 FPGA 使得 USRP2 可以在没有电脑主机的情况下作为一个独立的系统运行。 USRP2 的配置和固件被存储在一个 SD 闪存卡里,无需特别的硬件就可以轻松编程。

USRP2 母板有四个插槽,可以插入 2 个基本接收子板和 2 个基本发送子板,或者 2 个RFX 板子。子板是用来装载 RF 接收接口或者调谐器和射频发射机的。有 2 个标注为 TXA 和 TXB 的插槽用于连接 2 个发送子板,相应的,有 2 个标注为RXA 和 RXB 的接收子板插槽。每个子板插槽可以访问 4 个高速 AD/DA 转换器其中的 2 个( DAC 输出用于发送, ADC 输入用于接收) 。

安装 GNU Radio

Method 1:

本人ubuntu系统是18.04，采用命令行输入

sudo apt-get gnuradio

Method 2:

对于ubuntu系统介于11.xx -- 16.xx （如16.04）的小伙伴(in fact it does not work)

sudo wget http://www.sbrac.org/files/build-gnuradio && chmod a+x ./build-gnuradio && ./build-gnuradio

Method3:

# install uhd(USRP Hardware Driver)
sudo add-apt-repository ppa:ettusresearch/uhd
sudo apt-get update
sudo apt-get install libuhd-dev libuhd003 uhd-host

refer to thses two passages:Ubuntu16.04 安装UHD GNU Radio教程

手把手教你搭建USRP在Linux GNU Radio下的开发环境

缺少安装模块 setuptools

Could NOT find MPLIB: https://github.com/gnuradio/gnuradio/issues/2105 ----sudo apt-get install libgmp-dev

Error: sh: latex: not found Problems running latex. Check your installation or look for typos in _formulas.tex and check _formulas.log! dvips: DVI file can’t be opened: _formulas.dvi: No such file or directory

https://www.ruby-forum.com/t/gnuradio-3-3-0-build-error-sh-latex-not-found/200552 : apt-get install texlive-latex-recommended

notice: https://blog.csdn.net/sinat_37870152/article/details/78067379

use http://billie66.github.io/TLCL/book/chap24.html to compile this file and download gnuradio

 tar xzf gnuradio-3.7.2.tar.gz
 md gr-build
 cd gr-build
 cmake ../gnuradio-3.7.2

when configure:

./configure --with-boost-libdir=/usr/lib/x86_64-linux-gnu

Method 4:PyBomb

https://www.jianshu.com/p/6763c46608fd

https://www.gnuradio.org/blog/2016-06-19-pybombs-the-what-the-how-and-the-why/

将映像文件装入板上闪存中 (仅对 USRP-N 系列)

http://www.cnblogs.com/moon1992/p/5843668.html

安装完后查看自己GNU Radio版本

gnuradio-config-info -v
dpkg --status gnuradio

查看哪个软件包安装了usrp_spectrum_sense.py 这个文件 and where this file is

dpkg --search usrp_spectrum_sense.py

运行一个输出正弦波声音的例程

dial_tone

或者运行 图形化信号处理的开发部件：GNU Radio Companion (GRC)

gnuradio-companion

/usr/share/gnuradio下有大量例程源码，/usr/bin 也有大量可运行例程如uhd_fft

参考文献

GNU Radio 入门（Version 0.99）——黄琳等 https://xmsg.org/wordpress/wp-content/uploads/2015/11/GNU-Radio%E4%B8%AD%E6%96%87%E5%85%A5%E9%97%A8%E6%95%99%E7%A8%8B.pdf

GNURadio 中文社区—— http://gnuradio.microembedded.com/

软件无线电中文网 —— https://www.ettuschina.com

GNU Radio安装教程: https://www.cnblogs.com/moon1992/p/5781166.html#_label1

GNU Radio 安装 —— http://gnuradio.microembedded.com/installinggr

如何着手 GNU Radio? —— http://gnuradio.microembedded.com/howtouse

GNU Radio建议读物 —— http://gnuradio.microembedded.com/suggestedreading

GNU Radio Companion (GRC) —— http://gnuradio.microembedded.com/gnuradiocompanion

GNURadio mannal_zh: https://gnuradio-manual-zh.readthedocs.io/zh/latest/chapter1/index.html

GVU Radio原版主页 —— https://wiki.gnuradio.org/index.php/What_is_GNU_Radio%3F

GNU Radio 英文论坛 —— https://www.ruby-forum.com/c/gnu-radio

GNU Radio API —— https://www.gnuradio.org/doc/doxygen/hierarchy.html， https://www.gnuradio.org/doc/sphinx/index.html

通用软件无线电平台 USRP N210 —— http://ettus.com.cn/product/N210kit.html、https://www.ettus.com/content/files/Ettus_N200-210_DS_Flyer_HR_2.pdf