一種基於GNURadio和USRP的軟體頻譜分析儀的製作方法

2023-05-27 20:16:11 1

一種基於GNU Radio和USRP的軟體頻譜分析儀的製作方法
【專利摘要】一種基於GNU?Radio和USRP的軟體頻譜分析儀，它包括天線、USRP、USB2.0和計算機，天線將射頻信號傳遞給與其相連的USRP內的信號源，USRP與計算機通過USB2.0連接，USRP將處理射頻信號後得出的數據流通過USB2.0傳送到計算機內，計算機具有處理上述數據流的GNU?Radio，GNU?Radio先對數據流進行FFT處理，然後對處理後的數據流存儲在FFTsink中，並通過顯示界面顯示數據；本發明能夠智能化處理信號，這樣既保證了無線電信號處理的速度，又有利於維護和升級軟體，尤其是降低了創新和開發所需的成本；該基於GNURadio和USRP新型的軟體頻譜分析儀可以比較精確地分析信號的頻譜，減弱了對硬體的依賴，且測量精度也滿足應用需求，對頻譜研究具有很好的促進作用。
【專利說明】—種基於GNU Rad io和USRP的軟體頻譜分析儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於GNU Radio和USRP的軟體頻譜分析儀。
【背景技術】
[0002]頻譜分析儀是對無線信號進行測量的必備手段，是從事電子產品研發、生產、檢驗的常用工具。傳統頻譜分析儀的功能主要依賴硬體實現，雖然可以精確地分析出無線信號的頻譜，但是其價格一般很高，硬體升級和維護不方便。
[0003]GNU是一個由FSF(Free Software Foundation)提供支持的開放原始碼著名項目。GNU Radio運行於Linux系統，其軟體代碼完全公開，其設計的核心思想是:基帶信號處理過程由通用處理器而不是DSP實現；基帶信號通過USB 2.0接口與射頻前端USRP相連，由USRP上的FPGA實現數字上下變頻(DUC/DDC)，然後通過ADC/DAC晶片與射頻子板連接?』覆蓋不同頻段的射頻子板將模擬信號變換為射頻信號進行收與發。GNU Radio提供了一個信號處理模塊的庫，並且有個機制可以把單個的處理模塊連接在一起形成一個系統。編程者通過建立一個流向圖(flow graph)就可以快速搭建一個無線電通信系統。GNU Radio的編程實現主要基於Python腳本語言和C++語言。C++語言被用於編寫各種信號處理模塊，具有較高的執行效率。GNU Radio提供了超過100個現成的信號處理模塊，並且編寫新的處理模塊也是非常容易。而軟體圖形化接口和信號處理模塊的連結機制則是通過Python腳本語言實現的。
[0004]USRP全稱是通用軟體無線電外圍設備，實現了射頻信號發射和接收。它由一個母板和不同的子板組成。母板包含4個12bit/64M模/數轉換器(ADC)、4個14bit/128M數/模轉換器(DAC)、一個可重複編程的FPGA晶片和一個可編程的USB2.0控制器。其功能包括與PC間傳送數據、數模轉換、信號處理、運行用戶程序等。每個USRP母板上可安裝四個子板，其中兩個用於接收，另.外兩個用於發射。通過連接不同的子板，USRP可以處理不同頻段的信號。傳統無線電處理基本上由硬體設備完成。而USRP則充分利用軟體無線電的優點，把智能化程度高的信號處理(如調製解調)交給PC上的軟體執行，其餘的簡單操作(比如數字上下變頻、抽樣和內插等)，按部就班地交給USRP上的FPGA處理。既保證了無線電信號處理的速度，又有利於開發新型無線電系統，尤其是降低了創新和開發所面臨的難度。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在於提供了一種基於GNU Radio和USRP的軟體頻譜分析儀，它具有運行速度快和測量精度高、升級維護方便的優點。
[0006]本發明是這樣來實現的，一種基於GNU Radio和USRP的軟體頻譜分析儀，它包括天線、USRP, USB2.0和計算機，其特徵在於天線將射頻信號傳遞給與其相連的USRP內的信號源，USRP與計算機通過USB2.0連接，USRP將處理射頻信號後得出的數據流通過USB2.0傳送到計算機內，計算機具有處理上述數據流的GNU Radio, GNU Radio先對數據流進行FFT處理，然後對處理後的數據流存儲在FFT sink中，並通過顯示界面顯示數據。所述FFT處理包括以下步驟:首先把數據流轉換成向量流，對向量流進行抽取，以達到預期的數據速率，然後對取樣值進行加窗處理以及FFT變換；FFT處理完後把數據只保留幅度信息，去除相位信息；接下來通過IIR單極性濾波器對數據進行處理，輸入輸出滿足差分方程:
}'(n) — (I— a)y(n-l) = _i) q)
相應的系統函數為:
【權利要求】
1.一種基於GNU Radio和USRP的軟體頻譜分析儀，它包括天線、USRP、USB2.0和計算機，其特徵在於天線將射頻信號傳遞給與其相連的USRP內的信號源，USRP與計算機通過USB2.0連接，USRP將處理射頻信號後得出的數據流通過USB2.0傳送到計算機內，計算機具有處理上述數據流的GNU Radio, GNU Radio先對數據流進行FFT處理，然後對處理後的數據流存儲在FFT sink中，並通過顯示界面顯示數據。
2.如權利要求1所述的一種基於GNURadio和USRP的軟體頻譜分析儀，其特徵在於所述FFT處理包括以下步驟:首先把數據流轉換成向量流，對向量流進行抽取，以達到預期的數據速率，然後對取樣值進行加窗處理以及FFT變換；FFT處理完後把數據只保留幅度信息，去除相位信息；接下來通過IIR單極性濾波器對數據進行處理，輸入輸出滿足差分方程:

【文檔編號】H04B17/00GK103441807SQ201310364188
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】姚明, 餘兵才, 魏葵, 白波 申請人:南昌大學