基于RTL-SDR的软件无线电接收机设计
基于NI USRP与RTL-SDR的无线通信收发系统的实现

I m pl e me n t a t i o n O f wi r e l e s s t r a n s c e i v e r s y s t e m b a s e d o n
NI US RP a nd RTL— S DR
Wa n g Xi a o l i L u Xu t a o S u n Yu n q i a n g Xi e D i a n j u n
己 口I 7 年 l 口月
I 第] 5 卷第1 口期
研 究 与 开 发
基 于 NI U S RP与 R T L - S D R 的无 线 通 信 收 发 系统 的 实 现
王 晓 丽 鲁 旭 涛 孙 运 强 解 殿 君
( 中北 大 学信 息 与通 信 工 程 学 院 太 原 0 3 0 0 5 1 )
t r a ns mi t t e r ,RTL- S DR a s r e c e i v e r , a n d t he s i g n a l a n d d a t a wi l l b e p r o c e s s e d i n S i mu l i n k b l o c k d i a g r a m i n P C.Th e i mp l e — me nt a t i o n p r o c e d u r e a n d t e s t r e s u l t s a r e p r e s e n t e d . Th e e x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e d e s i g n e d s y s t e m c a n s e n d t h e
O 引 言
SDR接收机说明书

安装驱动第一步,插入RTL-SDR 软件无线电接收机,1. xp提示发现新硬件,是否自动安装驱动,选择否。
2. windows 7 提示发现新硬件,同时自动搜索驱动,点取消。
第二步,安装Zadig驱动。
1. xp系统安装 zadig-xp ;(注意:如果软件打不开,请安装微软的net 3.5(百度搜NET 3.5)2. 其他Windows版本(WIN7,WIN8,WIN10)安装zadig_win8(可能需要禁用数字签名)安装驱动时请关闭360杀毒、安全卫士等软件如果系统是WIN10,也可能显示”RTL2832UHIDIR”, 选中,点Replace Driver。
1. 运行zading,单击options,选择list all devices ,在下拉列表里选择bulk-in,interface (interface0),绿色箭头右边默认winusb ,然后单击instatll driver 。
2. 检查驱动是否安装完成。
桌面上右击我的电脑,单击管理,在左边的列表选择设备管理器,如下图在右边可看到驱动已安装完成。
3.如果如下图,设备名称上显示黄色感叹号,说明驱动没有安装好。
再次运行zading ,在下拉列表里选择bulk-in,interface (interface 1),再安装一次驱动即可。
WIN10系统,可能显示RTL2832UHIDIR,选中,点Replace Driver第三步,运行 SDRSharp.exe 。
A:接收25MHz-1.7GHz VHF和UHF。
(FM调频广播,航空通话,对讲机,电视伴音等)1,连接天线:在25MHz-1.7GHz接口连接天线。
2,设置:在左上角的下拉列表中选择RTL-SDR/USB ,点右边的configure,勾选tuneragc。
点Close退出设置。
在单击左上角的Play (开始)。
用鼠标拖动右边上部的红色指针,即可调整频率。
3.调频广播:87-108MHz 选择WFM2. 民用对讲机: 136MHz-174MHz 制式为NFM400MHz-470MHz 制式为NFM3.业余超短波电台:50-54MHz,144-148MHz,430-440MHz NFM4. 机场塔台通话: 118-135.975MHz。
基于RTL-SDR的低成本软件接收机设计与实现

SDR接收机的设计与实践

SDR接收机的设计与实践SDR接收机的设计与实践近年来,软件定义无线电(Software Defined Radio,简称SDR)技术得到了广泛应用和持续发展。
SDR接收机作为SDR系统的重要组成部分,在通信、无线电频谱监测、雷达、无线电干扰分析等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍SDR 接收机的设计原理、实践经验以及相关应用案例。
一、SDR接收机的设计原理SDR接收机的核心思想是将传统的无线电硬件功能移入软件,通过数字信号处理对射频信号进行取样、滤波、解调等处理。
其设计原理主要包括前置放大、模拟-数字转换、滤波和解调等关键步骤。
1. 前置放大SDR接收机中的前置放大器负责将输入信号的电平增益至适宜的范围,以提高接收灵敏度和动态范围。
在设计前置放大器时,需要考虑增益平坦性、噪声系数和非线性失真等关键指标,并根据应用场景选择合适的放大器类型。
2. 模拟-数字转换模拟-数字转换是SDR接收机的重要环节,用于将收到的模拟信号转换为数字信号进行后续处理。
传统的模拟-数字转换器(ADC)采用采样保持电路将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
在设计中,需要根据所需的带宽、采样率和分辨率等要求选取适当的ADC芯片。
3. 滤波滤波是SDR接收机中的重要环节,用于抑制带外噪声和无用信号,使得后续的数字信号处理更加精确和高效。
一般使用低通滤波器对采样后的信号进行滤波处理,以滤除高频噪声和混频产生的谐波等不必要信息。
4. 解调解调是SDR接收机的关键环节,用于从接收信号中恢复出原始的信息信号。
不同的调制方式需要采用不同的解调算法,常见的解调方式包括调幅解调、调频解调、调相解调等。
解调算法的选取需要根据具体的应用场景和系统需求进行优化。
二、SDR接收机的实践经验在实践中,设计和实现一个高性能的SDR接收机需要多个方面的综合考虑。
以下是一些关键的实践经验和技巧:1. 选择适当的硬件平台:根据应用需求和性能要求,选择合适的硬件平台,如通用计算机、FPGA、DSP、ARM等。
基于软件无线电技术的通信系统设计与实现

基于软件无线电技术的通信系统设计与实现近年来,随着软件无线电技术(Software Defined Radio,SDR)的不断发展和成熟,无线通信领域也迎来了前所未有的发展机遇。
基于SDR技术的通信系统设计与实现,成为了当前无线通信领域的一个热门课题,吸引了众多研究人员的关注。
软件无线电技术是指通过软件编程的方式,使无线电设备能够灵活地改变其发送和接收的参数、频率、协议等通信参数,从而实现可编程、灵活和智能的无线通信。
随着SDR技术的不断发展,通信系统设计的自由度也越来越高,同时也加快了通信系统设计的速度和灵活度。
基于SDR技术的通信系统,其关键在于SDR硬件的设计和软件开发。
SDR硬件系统应该具备高性能的信号处理和数字信号处理能力,同时还要保证成本尽可能低、易于开发和实现。
而软件开发方面需要涉及到通信协议的设计、算法的实现、系统架构的设计和集成等。
在SDR技术的发展过程中,有一个关键的问题是:如何有效地利用SDR系统的处理能力?如果不能有效地利用SDR技术的处理能力,那么整个通信系统的设计与实现就无法真正发挥它的作用。
因此,在SDR技术的通信系统设计过程中,需要特别注重算法的开发和优化。
在SDR技术的基础上,通信系统的设计与实现可以分为以下几个步骤:1. 系统架构设计通信系统架构设计是整个通信系统的基础,决定了整个系统的性能、可扩展性和兼容性。
系统设计要根据具体的应用场景和需求,结合SDR技术的特性和限制来选择系统框架、信号处理算法和通信协议等。
2. 硬件实现SDR硬件的实现可以采用FPGA(Field Programmable Gate Array)或者ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)等可编程芯片,具有高质量、可重用性好、高性能、可扩展等优点。
基于SDR技术的通信系统最关键的是ADC(Analog-to-Digital Converter)和DAC(Digital-to-Analog Converter)的设计,在SDR的硬件设计中,ADC和DAC的选择与性能对SDR的系统性能有着决定性的影响。
详解:软件无线电(SDR)发射和接收过程

详解:软件无线电(SDR)发射和接收过程常规的外差式无线电接收器已经使用了近一个世纪,如图所示。
我们再次回顾一下模拟接收器的结构,以便于和数字接收器进行比较。
首先,来自天线的射频信号被放大,通常射频部分利用一个调谐器将感兴趣的频段区域的信号进行放大。
这个放大的射频信号被送入一个混频器。
来自本振的信号也被送入混频器,其频率由无线电的调谐控制决定。
混频器将所需的输入信号转换为中频,如图所示。
中频部分是一个带通放大器,只允许一个信号或者无线电台通过。
常见的中心频率是455kHz和10.7MHz,用于商业的AM和FM广播。
解调器从几个不同的方案中选择一个,将中频输出信号还原成初始调制信号。
例如,AM利用包络检波器,FM利用频率鉴别器。
在一个典型的家用收音机中,解调后的输出信号被送入到一个音频功率放大器,驱动一个扬声器。
混频器对两个输入信号进行模拟相乘,生成一个差频信号。
通过设置本振频率,从而使得本振频率与想要的输入信号(你想要接收到的无线电台)的差值等于中频。
例如,你想接收频率为100.7MHz的调频电台,中频为10.7MHz,你需要将本振调整至:此过程称作“下变频”,因为一个高频信号通过混频器下移到低频率。
中频部分的作用相当于一个窄带滤波器,只允许被转换后的射频输入的一个“片段”通过。
中频部分的带宽等于你试图接收到的信号(或者“无线电台”)的带宽。
商业调频电台的带宽大约为100kHz,调幅电台带宽为5kHz,分别对应相应的频道间隔200kHz和10kHz。
软件无线电接收器软件定义的无线电接收器框图如图所示。
射频调谐器将模拟射频信号转换为模拟中频,与模拟接收器的前三个阶段相同。
接下来,A/D转换器将中频信号数字化,从而将其转换成数字样点。
这些样点被送入下一级,即图中虚线框所示的数字下变频(DDC)。
数字下变频通常是一个单独的芯片电路或者FPGA的IP核,它是SDR系统的关键部分。
01数字下变频(DDC)一个常规的DDC包含三个主要部分:•一个数字混频器;•一个数字本振;•一个FIR低通滤波器。
软件无线电实验报告

软件无线电实验报告软件无线电实验报告引言:软件无线电(Software Defined Radio,简称SDR)是一种新兴的无线通信技术,它通过软件来实现无线电信号的处理和调制解调。
相比传统的硬件无线电,SDR具有更高的灵活性和可配置性。
本实验旨在通过搭建一个简单的SDR系统,探索其原理和应用。
一、实验目的本实验的目的是搭建一个基于SDR的无线通信系统,并通过实际操作来了解SDR的工作原理和应用场景。
具体实验目标如下:1. 理解SDR的基本原理;2. 学习使用SDR平台进行信号处理和调制解调;3. 实现简单的无线通信功能。
二、实验环境和工具1. 硬件设备:电脑、SDR硬件平台(如RTL-SDR等);2. 软件工具:SDR软件平台(如GNU Radio等)。
三、实验步骤1. 搭建SDR硬件平台:将SDR硬件连接至电脑,确保硬件设备正常工作;2. 安装SDR软件平台:根据硬件平台的要求,下载并安装相应的SDR软件平台;3. 配置SDR软件平台:根据实验需求,设置SDR软件平台的参数,如采样率、中心频率等;4. 实现信号接收:使用SDR软件平台接收无线电信号,并通过可视化界面展示信号的频谱特征;5. 实现信号处理:使用SDR软件平台对接收到的信号进行处理,如滤波、解调等;6. 实现信号发送:使用SDR软件平台将处理后的信号发送出去,构建一个简单的无线通信链路;7. 进一步实验:根据实际需求,深入研究SDR的其他应用领域,如无线电频谱监测、无线电定位等。
四、实验结果与分析通过搭建SDR系统并进行实验操作,我们成功实现了无线信号的接收、处理和发送。
在信号接收方面,我们能够准确地捕获无线电信号,并通过频谱分析工具展示信号的频谱特征。
在信号处理方面,我们可以使用SDR软件平台提供的各种信号处理模块对接收到的信号进行滤波、解调等操作。
在信号发送方面,我们可以将处理后的信号通过SDR软件平台发送出去,实现简单的无线通信功能。
基于软件定义无线电技术的通信网络设计

基于软件定义无线电技术的通信网络设计随着通信技术的不断发展和进步,软件定义无线电(SDR)技术逐渐成为通信网络设计中的重要组成部分。
SDR技术基于软件定义的无线电硬件平台,通过程序控制可以灵活地改变无线电通信信号的处理方式,具备较高的灵活性和可配置性,能够适应多样化的通信需求和环境条件。
本文将介绍基于SDR技术的通信网络设计,并探讨其应用前景和挑战。
首先,基于SDR技术的通信网络设计可以提供更灵活的通信方案。
传统的通信网络设计通常需要依靠特定的硬件设备来实现特定的通信功能,而SDR技术则可以通过软件的方式在已有硬件平台上实现不同的通信功能。
这种灵活性使得通信系统可以根据特定需求进行实时调整和优化,从而实现更高效、更智能的通信。
其次,基于SDR技术的通信网络设计可以提供更好的频谱利用效率。
传统通信系统中,不同的无线电通信服务需要独占一定的频谱资源,而SDR技术可以通过动态频谱访问和共享的方式,实现多种通信服务在相同频段上并行进行。
这种频谱的共享和动态分配可以大大提高频谱利用效率,减少频谱资源的浪费,进而提升整体通信系统的容量和性能。
另外,基于SDR技术的通信网络设计可以支持更好的网络协议和接口兼容性。
传统通信网络设计中,不同的通信设备可能使用不同的网络协议和接口标准,导致系统之间的兼容性问题。
而SDR技术可以通过软件的方式实现不同通信标准的兼容性,减少不同设备之间的接口差异,提高整个网络系统的互操作性和兼容性。
除了上述优势,基于SDR技术的通信网络设计还可以提供更好的安全性和鲁棒性。
SDR技术可以通过软件方式实现通信系统的信息加密和解密等安全功能,保护通信数据的隐私和完整性。
同时,SDR系统具备较高的鲁棒性,可以实现自动故障检测和容错处理,提高通信系统的可靠性和稳定性。
然而,基于SDR技术的通信网络设计在实际应用中也存在一些挑战。
首先,SDR技术需要具备高性能的计算平台来支持实时信号处理和通信功能实现,这对硬件和软件的设计都提出了较高的要求。
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第26卷第7期 电子设计工程 2018年4月Vol.26 No.7Electronic Design Engineering Apr.2018 l彳R T L-S D R的较件无残电辏收机锬针石剑,蒋立平,王建新(南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094)摘要:本文利用R T L-S D R软件无线电接收机,搭建了能够在windows桌面上运行的软件无线电接 收机框架,并利用该框架和实际使用的F M调频广播系统的结构,实现了F M调频广播的接收与解 调。
该接收机能够动态调节接收频带范围,并实时显示功率谱结构,最后将解调后的FM信号以声 音的形式展示出来。
关键词:软件无线电;RTL-S D R; F M;解调中图分类号:T N911.3 文献标识码:A文章编号:1674-6236(2018)07-0073-04 The design of software-defined radio receiver based on RTL-SDRSHI Jian, JIANG Li-ping,W A N G Jian-xin(School of E e lectronic and Optical Engineering y Nanjing University of S cience and Technology,Nanjing210094, China)Abstract:This paper s et up a software framework of software- defined radio that i s able t o run on Windows desktop based on R T L-S D R,and used the framework and the structure of commercial F M system t o receive and demodulate F M signal.The receiver can dynamically adjust i t s frequency bandwidth, and displays the power spectrum structure of the signal that i s received, f i n a l l y displays the demodulated F M signal in the form of sound.K eyw ords:software-defined radio; R T L-S D R; F M; demodulation随着无线通信技术的发展,传统的通信系统由 于对硬件的要求比较高,已不能满足现代通信系统 多标准多体制的要求m。
这时,一种新型的无线电应 用思想软件无线电逐渐发展起来。
根据定义[2]:软件 无线电是一种新型的无线电体系结构,它通过硬件 和软件的结合使无线网络和用户终端具有可重配置 能力。
软件无线电提供了一种建立多模式、多频段、多功能无线设备的有效而且相当经济的解决方案,可以通过软件的更新实现系统功能的变化。
最早的软件无线电平台是由美军研发的“易通 话”系统[3]。
其工作频带为2M H z~2G H z,能够兼容 美军15种以上的无线电平台。
之后软件无线电得 到迅速发展,但由于其设备价格髙昂,一般的中小型 企业和个人难以使用[4]。
本文采用的RTL-S D R作为 一款非常廉价的软件无线电接收机设备,非常适合 个人的学习和使用。
1 RTL-SDR的硬件结构和功能RT L-S D R是一个非常廉价的家用消费档次的 U S B接口的软件无线电接收机。
它由Realtek公司 的R TL2832U芯片和一个R820T调谐器组成。
它能 够接收周围空间中25 M H z到1.75 G H z之内的射频 信号,并将其下变频到基带,从U S B接口输出数字化 的8位采样信号。
其结构示意图以及工作流程如图 1所示。
从图1可以看到,该接收机在内部共进行了两 个流程:从R F到IF的模拟信号处理和从IF到基带 的数字信号处理。
RT L-S D R的压控整荡器(V C0)的振荡频率可 以由RTL2832U的I2C接口控制。
设其频率为厶,则 ■4=乂 _々,其中,4是中频频率,乂是待接收信号 的载波频率。
例如,当需要接收一个载波频率在 400 M H z的信号时,需要将其下变频到基带。
由于收稿日期=2017-04-18 稿件编号=201704122作者简介:石剑(1993—),男,安徽宿松人,硕士研究生。
研究方向:通信与信息系统。
《电子设计工程》2018年第7期Rafael Micro R820T Silicon Tuner RTL2832U - Digital IF to Baseband Receiver functionality图1 RTL-SDR信号处理过程1182(^的中频频率>4= 3.571\11^,故¥(:0的振荡频率为人=400 - 3.57 = 396.43 M H z,[cos 27T(400e6>] x [cos 2TT(396.43e6>] = |[cos 2TT(3.57e6> + cos 2TT(796.43e6>]。
混频后796.43 M H z的高频分量会被R820T的中频段 低通滤波器衰减掉,只有3.57 M H z的中频分量会进 入下一步的处理阶段。
信号到达中频段后,其带宽约为6 M H z,通过 A G C动态调整其幅度后,需要对其进行采样将其变为数字信号,采样频率为/_= 28.8 M H z,采样位数为8位。
采样后的数字信号经过数字正交下变频变换为 基带信号。
数字正交下变频即将信号分为两路,分别乘以cos 2t t厂’n与sin2t t厂’n,用指数形式表7KJ adc J adc^,fif r。
fif7^cos2tt-7—n+j sin2ir-^—n-eJ adc J adc为了进一步降低软件的计算压力,减少数据量,须对基带信号进行抽取,将其采样频率降低为约 2.8 M H z(该采样频率可控)。
最后,将这两路IQ数字 信号从U S B接口输出至计算机,由软件来进行数字 信号处理(D S P)。
2接收机的软件框架为了方便使用,厂商已经提供了 R TL-S D R的驱 动程序和动态链接库。
将R T L-S D R连接到计算机 后,安装好驱动程序,直接调用动态链接库函数就可 以控制R T L-S D R的各种参数,如采样频率,中心频 率等。
将采样数据通过U S B接口传输到计算机后,即可以通过软件来进行各种数字信号处理。
随着技术的进步、多核处理器的发展以及语言 的支持,计算机已经可以非常方便快捷的进行多线 程编程[5],这对软件无线电来说具有非常重要的意 义。
软件无线电最大的一个问题是需要实时处理,这就对软件的算法和计算机的计算能力提出了很高 的要求。
而多线程编程通过并行处理,使软件的计 算速度有了很大的提升。
本文所采用的软件无线电接收机框架如图2所 示。
可以看到,该框架总共分为4个流程,可以分别 由4个独立的线程完成。
线程1负责将接收机接收 的数据放入缓存中,避免因后续处理速度慢而造成 数据的覆盖缺失。
线程2负责对原始数据进行预处 理。
线程3负责对信号进行功率谱估计并显示。
线 程4负责对接收到的F M信号进行解调并输出。
图2接收机软件处理框架3 FM广播解调接收3.1功率谱估计F M广播在世界上的大部分国家都有相同的标 准,其频率范围为88〜108 M H z,每个电台的频带宽 度为200 k H z。
而RT L-S D R的采样频率为2 M H z 以上,所以输出到计算机的数字信号中包含有多个 F M无线电台的信号,这可以通过实时的功率谱监视 窗口看到,如图3所示。
当前设置的中心频率为97.5 M H z,采样频率为2.4 M H z。
所采用的功率谱估计算法需要兼顾准确性与实-74-石剑,等基于RT L-S D R的软件无线电接收机设计图3功率谱估计显示窗口时性,文中采用的算法为Welch法[6_7],即加窗处理与 时域平滑相结合的方法。
先对信号进行重叠的分 段,为了减小方差,Welch建议有50%的数据重叠。
然后对每一段信号进行加窗处理,利用周期图法求 出每一段的功率谱估计。
最后将所有的功率谱估计 取平均得到最终的功率谱估计。
Welch法可以很好 的改善谱估计曲线的平滑性,并提高谱估计的分辨 能力[8]〇3.2正交下变频无论是从功率谱估计显示窗口(上方)还是时频 显示窗口(下方)都可以看到,在当前的频带范围乂- 4到乂+4即%.3 M H z到98.7 M H z内,有两个电台正在进行广播,中心频率分别是97.5 M H z和 96.9M H z。
需要说明的是,这两个中心频率是通过 计算得到的,RTL-S D R输人到计算机的是基带信 号,所以这两个频率对应的为0 H z和-0.6 M H z。
当选择中心频率为96.9 M H z的电台时,需要将其基带 中心频率搬移到0 H z,即将接收到的信号乘以,其中,乂为信号的基带中心频率,在这里等 于一0.6M H z,乂为采样频率,等于2.4 M H z,几为接收 到的数字复信号的下标。
3.3抽取采样频率为2.4 M H z,而F M电台的频带宽度为 200 kHz,为了不影响信号所携带的信息而尽可能地 降低数据速率,需要进行12倍抽取。
抽取之前,需 要进行滤波来滤除其它电台以及防止频谱混叠' 本文的抽取结构中,采用多个半带滤波器级联加FIR滤波器的结构,如图4所示。
图4抽取结构半带滤波器的幅频响应如图5(a)所示,而FIR 滤波器的参数需要可控以满足不同的抽取要求。
利 用窗函数设计法[1°]来生成FIR滤波器,理想低通滤波器的冲激响应为A⑷=sin c2+,其为无限长序列,且是非因果的,需要利用一个窗函数来截断,该 窗函数和滤波器阶数可由软件控制。
图5(b)为生成 的用来进行3倍抽取的FIR滤波器。
(b)图5滤波器幅频响应3.4 FM解调算法调频信号的表达式如下所示:&⑴=4cosWj +〜⑴),如调制信号为单音信号si(t)=Ai cos(2t t/^) ,j3!j:d jJf)= 2^Kfm Ai x /1cos(2t t/.^)^=2警聲=-^sin(2T r/^)=亨s in(2T r/,)=Pfia sin(27r/.^)其中,4/*称为最大频偏,&称为调频指数。
F M广播中规定最大频偏A/为75 kHz,最高调 制频率/;为15ffiz,故调频指数~= 5。