[發明專利]一種基于GNU Radio和USRP的軟件頻譜分析儀

無效

• 申請號: 201310364188.3
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103441807A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 姚明;余兵才;魏葵;白波
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00;G06F9/44
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明涉及一種基于GNU?Radio和USRP的軟件頻譜分析儀。

背景技術

?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件實現，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，硬件升級和維護不方便。

GNU是一個由FSF(Free?Software?Foundation)提供支持的開放源代碼著名項目。GNU?Radio運行于Linux系統，其軟件代碼完全公開，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），然后通過ADC/DAC芯片與射頻子板連接；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，并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的編程實現主要基于Python腳本語言和C++語言。C++語言被用于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，并且編寫新的處理模塊也是非常容易。而軟件圖形化接口和信號處理模塊的鏈接機制則是通過Python腳本語言實現的。

USRP全稱是通用軟件無線電外圍設備，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)、一個可重復編程的FPGA芯片和一個可編程的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，其中兩個用于接收，另外兩個用于發射。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件設備完成。而USRP則充分利用軟件無線電的優點，把智能化程度高的信號處理（如調制解調）交給PC上的軟件執行，其余的簡單操作(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，又有利于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

本發明的目的在于提供了一種基于GNU?Radio和USRP的軟件頻譜分析儀，它具有運行速度快和測量精度高、升級維護方便的優點。

本發明是這樣來實現的，一種基于GNU?Radio和USRP的軟件頻譜分析儀，它包括天線、USRP、USB2.0和計算機，其特征在于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將處理射頻信號后得出的數據流通過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，然后對處理后的數據流存儲在FFT?sink中，并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，然后對取樣值進行加窗處理以及FFT變換；FFT處理完后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：?????????????????????????????????????????????????(1)

相應的系統函數為：

????(2)

其中，為(0,1)之間的數值，由式(1)可以看出，當=1時，輸入與輸出相等，起不到濾波器的作用；當=0時，輸出和輸入無關；所以當取值(0,1)時，得到的輸出是輸入和前一次輸出的平均值；

將IIR濾波器輸出值的單位進行dB換算，即：;其中，n=20，K的值如下公式所示：;K值的第1項是對FFT取樣點數的修正，第2項為對窗函數損耗的補償，第3項為對參考電平刻度的修正。

本發明的技術效果是：本發明基于GNU?Radio和USRP新型的軟件頻譜分析儀可以比較精確地分析信號的頻譜，減弱了對硬件的依賴，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。

附圖說明

圖1為本發明的結構原理圖。

圖2?為FFT數據處理流程圖。

圖3為GNU?Radio架構圖。

圖4為USRP結構方框圖。