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  • USRP N210 快速频谱监测程序,运行平台为MATLAB,监测带宽为0到100M,监测速度快
  • 如何使用USRP N210 监测宽带频谱

    千次阅读 2018-07-12 10:59:03
    一、USRP简介USRP软件可编程无线收发器是专门为无线电通信教学和研究而开发的,作为学习RF和通信的教学方案,价位适中。美国国家仪器将NI LabVIEW软件和Ettus Research公司的硬件功能相结合,开发了这些价位适中的...

    公司网址:www.luowave.com   国内首发   USRP LW-X310

    USRP是数款流行的SDR硬件中功能和应用都相对成熟的一款产品,从WIFI协议、ZigBee协议、RFID协议、GSM通信系统、LTE 4G通信系统到飞机通信、卫星通信USRP都能很好的进行支持。软件开发工程师可以用它开发应用,安全工程师则用它来测试、研究相关的无线通信协议。


    一、USRP简介

    USRP软件可编程无线收发器是专门为无线电通信教学和研究而开发的,作为学习RF和通信的教学方案,价位适中。软件定义无线电(SDR)收发器,对通信教育、实验、研究和源代码快速开发起到了非常大的帮助作用。

    USRP LW-N210硬件介绍:


    图1


    · 可选调频带范围:0- 6GHz

    · 价格合理的教学与科研方案

    · 高达20 MHz基带I/Q带宽,能以25 MS/s速率读写数据,用于在主机上配合LabVIEW进行数据处理

    ·武汉珞光电子有限提供技术支持和为期1年且可延期的保修服务

    · 兼容Windows 7/Vista/XP/、Linux、Mac OS

    USRP LW-N210前面板:

    USRP LW-N210分别有2个收发端口,但是同时不能自发自收。MIMO扩展槽支持2x2 MIMO系统。


    图2

    USRP软件介绍:

    URSP的软件开发采用open、configure、initiate、Read/Write、Abort、close标准的开发流程来编写代码。

    图3

    二、检测宽带频谱

    USRP LW-N210的简介中可以得知USRP LW-N210高达20MHz基带I/Q带宽,能以25MS/S速率读写数据,这对于一般的应用已经基本足够了,但是有时候开发者还是希望看的更宽的带宽。就拿WiFi信号来讲,WiFi有11个信道,每个信道有5MHz带宽,如果想要看整个带宽内信号的频谱的话,那么就是要检测大概55MHz的带宽,这对于传统的一些仪器是很难实现的,但是NI开发的USRP-292X软件可编程无线收发器却是一款可以通过软件编程来实现频谱检测的。基于直观的图形化编程语言LabVIEW完成信号处理算法并结合 USRP LW-N210硬件实时与真实射频信号交互,可实现完整的无线通信系统的原型开发。

    我们就以检测一个50MHz带宽的WiFi信号的频谱为例子,其中RBW(Resolution Bandwith)为100KHz。

    在开发程序是我们需要注意两点内容:

    1. USRP LW-N210是直接上倍频,会出现本振泄露的问题,表现出来的现象就是在零频上会有个直流的信号。如图4所示。

    2.根据实验可以观测到,在带宽为25MHz的情况下,左右两边的2.5MHz带宽的功率会有大概3dB的衰减。如图4所示。

    图4

    在使用USRP之前,首先必须先装USRP的驱动。装完驱动之后可以在仪器IO->仪器驱动->NI-USRP工具包,如图5所示。

    图5

    该工具包包括Rx、Tx、Synchronization、Utility等vi,在这里只需要用到Rx的vi即可,其中包括open、configure、initiate、fetch、abort和close这几个vi。如图6所示。

    图6

    图7为采50MHz带宽频谱的代码,流程与一般采集的代码类似。但是需要注意之前提到2个问题,一个是本振泄露的问题,另外一个是边缘功率降低的问题。对于边缘功率降低的问题,可以将中心频率偏移,采25MHz带宽,然后将边缘的5M的数据丢弃掉,只使用20M的数据;对于本振泄露的问题,可以采用丢数的方式,即在某中心频率上重复采一段数,然后丢弃前段的数据,只保留后段的数据进行操作,当然更好的方法还是将载波频率偏移,避开零频。

    图7

    检测宽带频谱的做法就是将一段一段的频谱拼接成一个更宽带宽的频谱,如图所8示,将一个50MHz带宽的频谱分成5个10MHz带宽的频谱,然后用USRP采5段25M带宽的频谱,但是只取左侧从-2M~12M之间10M的数据,最后将其拼接成一个50M的频谱。这样就可以很好规避边缘功率降低和本振泄露的问题。

    图8

    首先,需要计算采第一个25M带宽频谱的载波频率,Fc1=Fc-25M+10.5M,如图9标注1处所示。之后每一段的载波频率以10M递增,即Fc5=Fc4+10M;Fc4=Fc3+10M;Fc3=Fc2+10M;Fc2=Fc1+10M;如图9标注2处所示。

    图9

    需要注意的一点是,每次改变载波频率时都需要停止上一次的采集,当配置好新的载波频率时重新开始采集。

    另外,为了解决一个是本振泄露的问题,可以像图10的做法一样采集2.5M的数据,然后将前面数据丢掉,只保留后面250K的数据,这样可以有效地减少本振泄露带来的影响。

    图10

    由于我们需要采集的是WiFi信号,WiFi信号是有一个一个脉冲发射出来的,由于USRP没有触发,所以只能通过比较的方式将均方值最大的一段作为采集到的WiFi信号。如图11所示。

    图11Max Bur.vi

    然后将Max Bur找出的来数据去做FFT,最后将10M带宽的频谱用数组拼接起来,如图12所示,直到拼接出一个50M带宽的频谱后将其输出,最后将输出的电压值转换成功率值即可。

    图12

    三、总结

    根据上述方法,理论上是可以获取更宽带宽的频谱,但是获得更宽带宽的频谱则意味着需要用更多的是时间去采集,而且WiFi、蓝牙的带宽也是有限的,检测更宽的带宽意义也不大。本文只是通过以采集WiFi信号为例子提供一种拼接频谱来获取更宽带宽的一种做法,而且利用LabVIEW软件来开发程序可以有效地减少开发周期,从而能够在短时间内做一些原理验证或者研究。

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  • 对uhd-master里面的FPGA源码进行linux下编译,通过ISE可进行源码分析。压缩包包括uhd-master原文件和编译后为build-N210R4。
  • 1、开发环境和设备 matlab 2018a Usrp B210/ NI 2901、X310 等 2、驱动和软件安装 1、如果只是使用Usrp设备进行单路数据采集,可以使用HDSDR...装好后 打开软件,可能会缺少 ExtIO_USRP.dll、usrp_b210_fpga.bin、lib

    1、开发环境和设备

    1. matlab 2018a
    2. Usrp B210/ NI 2901、X310 等

    2、驱动和软件安装

    1、如果只是使用Usrp设备进行单路数据采集,可以使用HDSDR等软件操作,网上能下到
    ExtIO_USRP+FCD+RTL2832U + BorIP-1.8 BETA 2_Setup.exe 这个打包的驱动程序。插上设备直接装驱动,勾选安装HDSDR,联网状态下可以安装最新版的软件。装好后 打开软件,可能会缺少 ExtIO_USRP.dll、usrp_b210_fpga.bin、libusb等文件,下载后放进去即可。
    2、首先在这里下载到 install_supportsoftware.exe,然后直接拖到matlab命令窗口,然后就一直continue 就行了,注意要联网,不用翻墙,会比较久,期间可能会有错误,多尝试几次。

    3、最后 看官网的demo
    4、tips: 这个玩意儿发射的信号比较弱,如果用的天线增益很弱,收到的信号也会比较弱。所以可以先用有线连接进行收发测试。

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  • Ubuntu14.04下GNU Radio的安装以及USRP N210配置测试环境内核:Linux PC 3.13.0-92-generic OS:Ubuntu 14.04 Desktop x86 Python:2.7.6 GNU Radio:3.7.2.1 USRP:原装Ettus N210 + SBX-40 UHD:UHD_003.005.005-0...

    Ubuntu14.04下GNU Radio的安装以及USRP N210配置

    测试环境

    内核:Linux PC 3.13.0-92-generic
    OS:Ubuntu 14.04 Desktop x86
    Python:2.7.6
    GNU Radio:3.7.2.1
    USRP:原装Ettus N210 + SBX-40
    UHD:UHD_003.005.005-0-unknown
    GNU C++4.8.2 

    GNU Radio安装

    使用apt-get安装组件

    sudo apt-get install gnuradio

    测试GNU Radio安装情况

    打开GNU Radio

    sudo gnuradio-companion

    成功打开GNU Radio的话代表GNU Radio安装成功。

    gnuradio

    注意:最好使用su -命令来切换到root账户再打开GNU Radio,不然会出现一些环境变量的错误提示。

    USRP配置

    我使用的是原装的Ettus USRP N210设备,是千兆网口连接的型号,一定要记得使用千兆网卡和千兆网线,一开始我使用了百兆的USB网卡连接之后并没有成功,具体是不是因为这个原因我也不太清楚,但是最好还是按照设备的规格来找适配的连接硬件。因为在使用USRP的时候一般还需要联网,所以最好配双网卡,一张网卡连接外网一张网卡连接USRP设备。

    注意:配置的时候外网的配置不变,和USRP连接的网络配置路由那一栏留空。

    连接

    使用网线把USRP和PC通过网线直连连接在一起,接通USRP电源。

    配置网络

    因为USRP N210是将PC和自己直连,所以我们要配置好内网的环境。根据官网的说明,N210的内网IP出厂默认的是192.168.10.2,所以我们就要将我们的PC配置成192.168.10.1,好让PC和USRP处于同一个网段。

    1. 点击最上方靠右的网络连接标志,点Edit Connection按钮(这里根据语言的不同选择对应的选项)
    2. 选择对应网卡的连接,点击Edit按钮。(注意:对应网卡的名称可以通过右上角的菜单看到。)
    3. 点击IPv4 Settings选项卡,吧MethodDHCP状态改成Manual,即手动配置IP。
    4. 在下面地址栏添加一个新的地址:192.168.10.1-255.255.255.0-留空,点保存,DNS服务器可以不填。

    这里写图片描述

    注意:这里配置的时候记得选择连接USRP的网卡,不要配错了。

    测试连接

    配好网络后应该就会有提示网络已经连接,如果没有试试刷新一下网络连接。打开终端,ping USRP的地址ping 192.168.10.2,如果ping通了就代表连接成功了。

    这里写图片描述

    测试USRP驱动情况

    连接上了USRP还没有完成工作,还需要USRP的驱动UHD是不是匹配的,如果不匹配的话需要按照教程把和PC配对的固件烧录到USRP中。

    在终端中输入命令sudo uhd_usrp_probe,驱动成功的话会显示形如这样的信息:

        lauhoman@PC:~$ sudo uhd_usrp_probe 
        [sudo] password for lauhoman: 
        linux; GNU C++ version 4.8.2; Boost_105400; UHD_003.005.005-0-unknown
    
        -- Opening a USRP2/N-Series device...
        -- Current recv frame size: 1472 bytes
        -- Current send frame size: 1472 bytes
          _____________________________________________________
         /
        |       Device: USRP2 / N-Series Device
        |     _____________________________________________________
        |    /
        |   |       Mboard: N210r4
        |   |   hardware: 2577
        |   |   mac-addr: 00:80:2f:0a:eb:0e
        |   |   ip-addr: 192.168.10.2
        |   |   subnet: 255.255.255.255
        |   |   gateway: 255.255.255.255
        |   |   gpsdo: none
        |   |   serial: F4DE01
        |   |   FW Version: 12.3
        |   |   FPGA Version: 10.0
        |   |   
        |   |   Time sources: none, external, _external_, mimo
        |   |   Clock sources: internal, external, mimo
        |   |   Sensors: mimo_locked, ref_locked
        |   |     _____________________________________________________
        |   |    /
        |   |   |       RX DSP: 0
        |   |   |   Freq range: -50.000 to 50.000 Mhz
        |   |     _____________________________________________________
        |   |    /
        |   |   |       RX DSP: 1
        |   |   |   Freq range: -50.000 to 50.000 Mhz
        |   |     _____________________________________________________
        |   |    /
        |   |   |       RX Dboard: A
        |   |   |   ID: SBX (0x0054)
        |   |   |   Serial: F5B1E1
        |   |   |     _____________________________________________________
        |   |   |    /
        |   |   |   |       RX Frontend: 0
        |   |   |   |   Name: SBXv3 RX
        |   |   |   |   Antennas: TX/RX, RX2, CAL
        |   |   |   |   Sensors: lo_locked
        |   |   |   |   Freq range: 400.000 to 4400.000 Mhz
        |   |   |   |   Gain range PGA0: 0.0 to 31.5 step 0.5 dB
        |   |   |   |   Connection Type: IQ
        |   |   |   |   Uses LO offset: No
        |   |   |     _____________________________________________________
        |   |   |    /
        |   |   |   |       RX Codec: A
        |   |   |   |   Name: ads62p44
        |   |   |   |   Gain range digital: 0.0 to 6.0 step 0.5 dB
        |   |   |   |   Gain range fine: 0.0 to 0.5 step 0.1 dB
        |   |     _____________________________________________________
        |   |    /
        |   |   |       TX DSP: 0
        |   |   |   Freq range: -250.000 to 250.000 Mhz
        |   |     _____________________________________________________
        |   |    /
        |   |   |       TX Dboard: A
        |   |   |   ID: SBX (0x0055)
        |   |   |   Serial: F5B1E1
        |   |   |     _____________________________________________________
        |   |   |    /
        |   |   |   |       TX Frontend: 0
        |   |   |   |   Name: SBXv3 TX
        |   |   |   |   Antennas: TX/RX, CAL
        |   |   |   |   Sensors: lo_locked
        |   |   |   |   Freq range: 400.000 to 4400.000 Mhz
        |   |   |   |   Gain range PGA0: 0.0 to 31.5 step 0.5 dB
        |   |   |   |   Connection Type: QI
        |   |   |   |   Uses LO offset: No
        |   |   |     _____________________________________________________
        |   |   |    /
        |   |   |   |       TX Codec: A
        |   |   |   |   Name: ad9777
        |   |   |   |   Gain Elements: None

    说明驱动成功,如果出现Error或者Warning,可以参考USRP配置与测试中对于FGPA的烧录步骤,对USRP的固件进行重新烧录。

    测试子板工作情况

    打开终端,使用UHD的示例程序uhd_fft程序进行测试。

    sudo uhd_fft

    如果成功可以看到如下界面,除此之外还可以看到底下的子板型号,说明子板安装正常。

    这里写图片描述

    在我使用的子板下支持的频段可以收到信号,比如说2.4GHz的地方有很强的信号。

    参考

    1. USRP配置与测试
    2. GNU Radio
    3. Ettus-入门培训
    展开全文
  • 这两天需要用USRP N210做实验,实验环境是Ubuntu,USRP N210是要用网线(以太网)进行连接的,因此涉及到一个网络地址配置的问题。 问题描述 首先,就是决定用虚拟机还是双系统的问题,由于双系统安装和使用不够...

    问题背景

    这两天需要用USRP N210做实验,实验环境是Ubuntu,USRP N210是要用网线(以太网)进行连接的,因此涉及到一个网络地址配置的问题。

    问题描述

    • 首先,就是决定用虚拟机还是双系统的问题,由于双系统安装和使用不够方便,我最终决定使用虚拟机,和Windows之间互拖文件也方便。
    • 其次就是Ubuntu版本的问题。这个貌似后来从同学和学长的建议来看目前是16.04版本比较好,但是由于我平时用的系统是18.04,就先装了18.04。
    • 按照官网的配置 ,依次源码编译安装uhd v3.14和GNURadio。这里一切顺利。
    • 配置局域网,用网线直连USRP和笔记本。到了这最后一步,问题百出。花费了我接近一整天的时间。主要问题是,网络配置和连接都没有问题,虚拟机的网络也可以正确连接,但就是无法ping通USRP。

    解决方案

    USRP的IP是固定的192.168.10.2。按照正常的物理机连接,我们需要将电脑用来连接USRP的网卡接口(以太网适配器)地址手动配置为和USRP同一网段的地址,然后用网线将两者直接连接起来即可。
    在这里插入图片描述
    但是由于使用了虚拟机,这里就涉及到虚拟网络和物理机网络的连接配置的问题。

    • 首先要确保VMWare的网络桥接模式(VMnet0)打开,打开虚拟网络编辑器(虚拟机工具栏->编辑),点击更改设置,点桥接模式。(默认是不打开的)网络虚拟管理器
    • 奇怪的是就算这里点击更改设置然后打开桥接模式后,下一次再打开又默认关闭了。
    • 经过查找资料,找到了原因:需要管理员身份运行VMWare才能开启。Win10系统环境下VMware虚拟机桥接问题解决案例 | win10安装vmware workstation 找不到桥接网卡
      修改后
      管理员运行后即可开启VMnet0了。
    • 在此基础上,打开设置里的“网络和Internet”找到“以太网”中的用来连接USRP的以太网接口(我这里是以太网3)。在这里插入图片描述
    • 点击“更改适配器选项”,打开“以太网3”的属性->Internet协议版本 4,双击,配置如下,IP地址只要是和USRP同一网段即可。在这里插入图片描述
    • Ubuntu虚拟机里同样配置和USRP同网段的IP地址。
      在这里插入图片描述
    • 这样即可ping通USRP
      在这里插入图片描述
      还有一个问题就是:如果笔记本没有网口,则需要买USB转网口的外接网卡,注意要买USB3.0的千兆网卡,否则也会连不上。
    展开全文
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    千次阅读 2016-07-07 17:47:13
    本文假设你已经完成了电脑中的UHD的host编译和安装工作,如果你...我们需要使用uhd_images_downloader.py来下载USRP板子需要烧写的固件和FPGA程序。 1)执行以下命令来下载板子固件和FPGA程序 $ sudo ./uhd_images_dow
  • 最近在研究USRP,想要研究一下FPGA代码。虽然网友给了一份完整的FPGA代码,但是还是想自己生成一份。 下面将生成的过程做下记录,以方便后面查阅。

空空如也

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