基于GNURadio的复杂信号源的设计与实现

摘要

软件定义无线电（Software Defined Radio）本质上就是用软件去处理数字化以后的射频信号，这样就将很多硬件问题转化为软件问题，具有很强的灵活性。传统的无线电信号产生及处理，基本上由硬件设备完成，软件定义无线电则将硬件完成的功能用软件去实现，在确定的硬件平台上，通过修改或增加软件功能，即可修改或增加系统功能。这样，既减少了硬件改造成本和硬件的复杂性，降低了系统开发难度，又增加了系统的灵活性。基于这种思想，本文提出了一种基于GNU Radio的复杂信号源设计方案。
　　随着芯片技术的发展及移动互联网时代的到来，ARM处理器特别是多核心的ARM处理器得到了大规模的应用，并有逐渐取代x86处理器的趋势，本文创造性的采用基于ARM架构的树莓派单板计算机为上位机处理平台，并在其上运行GNU Radio开源软件无线电开发套件作为各种复杂调制信号的基带处理部分。树莓派单板计算机与本文所设计的核心信号产生单元通过SPI接口和GPIO通信，传输原始的基带IQ数据和控制命令。核心信号产生单元由FPGA加高速TxDAC组成，核心信号产生单元接收来自上位机的基带IQ数据，并在FPGA中做内插处理，然后将高速率IQ两路正交零频信号调制到数字中频并送入高速 TxDAC，输出各种调制信号。最后，将核心信号产生单元输出的中频信号送入模拟上变频器，混频至特定频率再经放大，通过天线发射出去。
　　文本首先介绍了复杂信号源在电磁环境模拟系统中的意义和作用。其次介绍了核心信号产生单元和印制电路板的设计。然后，介绍了核心信号产生单元数字上变频部分算法的设计。最后，将设计好的核心信号产生单元连接到树莓派单板计算机，并在其上利用GNU Radio开源软件无线电开发工具集，对编写的各种调制信号产生功能模块进行联合调试。本文所设计的复杂信号源可输出多种调制信号，输出频率范围为20MHz~3000MHz。本文最后对系统进行了测试，结果表明本文所设计的核心信号产生单元可以正常工作。

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1 绪论

1.1 课题的研究背景、内容和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要贡献和章节安排

2 系统整体方案设计

2.1 系统理论分析

2.2 系统需求分析

2.3 系统总体设计

3 核心信号产生单元总体设计

3.1 硬件设计

3.2 数字中频部分设计

3.3 高速TxDAC设计的信号完整性分析和电路板设计中的EMI问题

3.4 本章小结

4 系统软件设计

4.1 开发平台选择

4.2 在树莓派计算机上安装GNU Radio

4.3 为GNU Radio添加设备模块

4.4 本章小节

5 系统测试与分析

5.1 测试环境

5.2 系统测试

5.3 本章小结

结 论

致谢

参考文献

附录A 核心信号产生单元整机

附录B CIC滤波器部分代码

附录C CORDIC算法部分代码

攻读学位期间的研究成果